（食品科学专业论文）黄秋葵中果胶及不溶纤维的提取研究.pdf

沈阳农业大学硕士学位论文 摘要 膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收的、而在人体大肠能部分或全部发酵的、可食 用的植物性成分一碳水化合物及其相类似物质的总和，包括多糖、寡糖、木质素以及相 关的植物物质。膳食纤维具有防止如便秘、痔疾、血胆腊醇过多和结肠癌方面等多方面 的疾病的作用。膳食纤维可分为可溶性的纤维( s d f ) 和不溶性纤维( i d f ) 两种。可溶 性纤维中的果胶是一种天然的线性多糖高分子化合物，大多数在植物中间细胞壁和果胶 物质的结构变化可以导致物理和质构的变化比如变软。化学结构上，果胶的主要组成结 构是通过a - 1 ，4 糖苷键连接的d - 半乳糖醛酸。目前果胶在医药、食品、等许多领城都 具有广泛的用途。然而，国内对于果胶的提取和商品化生产还处于开始阶段，工业果胶 长期以来还依赖于进口。 黄秋葵营养丰富，主要作为蔬菜食用，目前对其营养和功能性成分的开发利用还少 有报道，本文以黄秋葵为原料对采用酸解盐析法提取果胶及副产物中不溶性纤维提取工 艺提进行了研究，并对提取果胶后的黄秋葵副产物废渣进行了分析。其主要研究结果 如下： 1 比较了不同提取剂酸解条件对果胶提取效果的影响，发现硫酸为最佳的提取剂， 采用d e s i g ne x p e r t 6 0 软件进行了响应面分析，确定了酸水解提取果胶的最优工艺条 件为：时间为9 0 m i n ，温度6 5 ，原料加水比为1 ：2 7 ，p h 值= 3 2 水解后的果胶液选用活性炭及硅藻土两种脱色物质进行脱色，实验表明活性炭的 脱色效果优于硅藻土。用硅藻土脱色的最佳的脱色工艺为脱色时间为2 0m i n 、脱色温 度为4 0 、硅藻土的加入量为总果胶液的0 7 5 。用活性炭脱色的最佳的脱色工艺为： 脱色时间为2 0m i n 、脱色温度为4 0 、活性炭的加入量为总果胶液的0 7 5 。 3 。用定性的方法，确定了果胶的最佳盐析条件为i o a 1 。( s 0 4 ) 。盐溶液加入量为果胶 液体积的7 、沉淀p h 为4 5 、盐析沉淀温度为5 0 、盐析时间为6 0 m i n 。 4 在脱盐工艺上，经过单因素实验和正交实验分析，果胶脱盐的最佳工艺为脱盐液 中盐酸加入量为3 、脱盐时间为3 h n i n 、选择黄秋葵物料：脱盐液为1 ：1 0 比较适合。 5 喷雾干燥的黄秋葵果胶成品优于低温干燥的黄秋葵果胶。经过喷雾干燥后，其颗 粒普遍都很小，颗粒透明度很好。需要从喷雾工艺参数等方面进一步探索使其成品品质 更近于商业产品。 6 用黄秋葵废渣进行不溶性纤维的提取时，对碱解有影响作用的四个因素中，综 合考虑选择碱解温度为4 0 、碱解时间3 h 、n a o h 浓度2 、h 2 0 2 加入量2 。 关键词：果胶；提取；膳食纤维：不溶性纤维；最优工艺；硅藻土；活性炭；黄秋葵； 半乳糖醛酸 a b s t r a c t a b s t r a c t d i e t a r yf i b e ri sak i n do fc o m p o u n d s ，m a i n l yi n c l u d i n gn o to n l yc a r b o h y d r a t e ， p o l y s a c c h a r i d ei nn a t u r eb u ta l s oi n c l u d i n gl i g n i n ，w h i c hn o ti n g e s t e db ys m a l li n t e s t i n e a n di saf o r mo fp l a n tm a t e r i a l ，e s c a p e dh y d r o l y s i s ，d i g e s t i o na n da b s o r p t i o nb yh u m a n b e i n g t h ec o n s u m p t i o no fd i e t a r yf i b e rp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ep r e v e n t i o no fd i s e a s e s s u c ha sc o n s t i p a t i o n ，h a e m o r r h o i d s ，h y p e r c h o l e s t e r o l e m i aa n dc o l o r e c t a lc a n c e r d i e t a r yf i b e r c o n t a i n st w ok i n d si n c l u d i n gs o l u b l ef i b e ra n di n s o l u b l ef i b e r p e c t i ni sak i n do fs o l u b i l i t y f i b e p e c t i ni sak i n do fn a t u r a ll i n e a rp o l y s a c c h a r i d e sw i t hah i g h m o l e c u l a r m o s tp e c t i ni si n t h em i d d l el a m e l l ao fp l a n t sc e l lw a l l sa n dt h es t r u c t u r a lc h a n g e so fp e c t i nm a t e r i a l sc 她 c a u s e p h y s i c a l a n dt e x t u r a l c h a n g e ss u c h a s s o f t e n i n g a n ds o o n c h e m i c a l l y , d g a l a c t u r o n l ca d dp o l y m e r sf o r mi st h em a i nc o m p o n e n to fp e c t i nm a t e r i a l sw h i c hl i n k t o g e t h e rt h r o u g ha - 1 ，4 - g l y c o s i d i cl i n k a g e s a tp r e s e n t ，p e c t i nh a saw i d e l yu s ci nl o t so f f i e l d ss u c ha sm e d i c i n ea n df o o df i e l d s h o w e v e r , t h er e s e a r c hl e v e lo fp e c t i ne x t r a c t i o na n d i t sc o m m e r c i a lp r o d u c t i o ni nc h i n ai ss t i l li nt h eb e g i n n i n gs t a g e t h en e e d i n e s so fi n d u s t r i a l p e c t i nr e l i 嚣o ni m p o r t i n g o k r aw h i c hh a sa b u n d a n to fn u t r i t i o nv a l u ei sn o tu s e d w i d e l yn o w i n t h i s a r t i c l e ，m a n u f a c t u r i n gt e c h n i c so fp e c t i ne x t r a c t i o nf r o mo k r aw a si n t r 0 h d u c e d t h ep r o c e s so f e x t r a c t i n g o f p e c t i nf r o mo k r at h r o u g ha c i d h y d r o l y s i sm e t h o dw a ss t u d i e d t h i sr e s e a r c h e ri s n o to n l ye x t r a c to f p e c t i nf r o mo k r ab u ta l s oe x t r a c ti n s o l u b l ef i b e rf r o mi t sb y - p r o d u c t , t h e o p t i m i z i n g t e c h n i c sc o n d i t i o n sa n de x p e r i m e n t a lr e s u l t sa sf o l l o w ： t h ee x p e r i m e n tc o n f a _ r mv i t r i o li st h eb e s ta c i df o re x t r a c t i n g r e s p o n s es u r f a c em e t h o di s u s e dt oa n a l y s et h er e s u l ta d o p t i n gt h es o f t w a r eo fd e s i g ne x p e r t 6 ，0 ，a n dm a k es u r et h a tt h e o p t i m i z i n gc o n d i t i o n s f o ra c i d h y d r o l y z e dc o n d i t i o na sf o l l o w ：t i m e 9 0 r a i n , t e m p e r a t u r e 6 5 * c , r a t i oi s1 ：2 7a n dp h = 3 t h ep e c t i nl i q u i da f t e ra c i d - h y d r o l y z e dc h o o s et w ok i n d sd e c o l o rm a t e r i a li n c l u d i n g d i a t o ms o i la n da c t i v a t ec a r b o n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ti n d i c a t et h a tt h ed e c o l o re f f e c to f c o a l b a s e da c t i v a t e di sb e t t e rt h a nd i a t o ms o i l t h eo p t i m a z i n gc o n d i t i o n sf o rd e c o l o ro f d i a t o ms o i li sa sf o l l o w ：t i m e2 0 m i n u t e s ，t h et e m p e r a t u r e4 0 。t h ea d d i n gd o s a g eo 7 5 t h e o p t i m i z i n gc o n d i t i o n s f o rd e c o l o ro fa c t i v ec a r b o ni sa sf o l l o w ：t i m e 2 0 m i n n t e s ，t h e t e m p e r a t u r e4 0 c t h ea d d i n gd o s a g eo 7 5 a d o p t i n gq u a l i t a t i v em e t h o d ，t h eo p t i m i z i n gc o n d i t i o n sf o rs a l t i n go u to np e c t i nj sa s f o l l o w ：t h ea d d i n gd o s a g ef o rs a l t l i q u o r1 0 a 1 2 ( 8 0 4 ) 37 ，t h ed e p o s i t i o np h = 4 5 ，t h e t e m p e r a t u r ef o rs a l t i n go u t5 0 c a n dt h et i m e6 0m i n u t e s a c c o r d i n g ar e s u l to fc r o s s i n ge x p e r i m e n tm a k es u r eo p t i m i z i n gc o n d i t i o n sf o rt a k i n go f f 沈阳农业大学硕士学位论文 s a l ta sf o l l o w ：t h ea d d i n gd o s a g eo fh y d r o c h l o r i ca c i d3 ，t h et i m e3 0m i n u t e s ，t h er a t i oo f o k r am a t e r i a la n df i q u i d1 ：1 0 t h ep e c t i nu n d e rs p r a yd r yf o ro k r ap c c t mi s b v t t e rt h a nt h ep e 幽u n d e rl o w t e m p e r a t u r e a f t e rs p r a yd r y ，t h ep e c t i ng r a i ni ss m a l la n dt h et r a n s p a r e n c eo fp e c t i n i sw e l l t o o c o m p a r i n gw i t hm e r c h a n d i s ep e c t i nf o rm a r k e ts e l l i n g , t h es e l f - r e g u l a t i n gp e c t i ni s s t i l l h a sm a n yd e f e c t s i ti sv e r yi m p o r t a n tt om a k eac h a n g eo ft e c h n i c sp a r a m e t e ri m p r o v i n gt h e p c c i i nc h a r a c t e r w h e ne x t r a c t i n go fi n s o l u b l ef i b e rf r o mb y - p r o d u c to fo k r a ，f r o mt h ef o u rf a c t o r so n a l k a l i h y d r o l y s i s ，w ec h o o s eo p t i m i z i n gc o n d i t i o n sa sf o l l o w ：t h et i m eo fa l k a l i - h y d r o l y s i s 3 h o u r s , t h et e m p e r a t u r e 4 0 9 c t h ec o n c e n t r a t i o no fa l k a l i2 , t h ea d d i n gd o s a g eo fh 2 0 22 k e yw o r d ：p e c t i n ；e x t r a c t i o n ；d i e t a r yf i b e r ；i n s o l u b l ef i b e r ；o p t i m i z i n gt e c h n i c s ；d i a t o m s o i l ；a c t i v a t ec a r b o n ；o k r a ；g a l a c t u r o n i ca c i d 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得沈阳农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同：【作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名 1 哪 瓢 时间：湖年 关于论文使用授权的说明 汐耍 本人完全了解沈阳农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意沈阳农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 导师签名： 响p 时间 i h 句年6 月匹日 i 时间：m 年占月户 沈阳农业大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 1 新型健康蔬菜黄秋葵 1 1 1 黄秋葵的认识 黄秋葵，别名秋葵、羊角豆。单从果荚颜色看，可分红色和绿色两种。由于青绿 色种肉质较好，食用、观赏性强，颇受青睐；相反紫红色种肉质较差，从食用角度看， 不宜选用。一般黄秋葵长度为5 1 0 厘米，细长颇似人的手指，在印度、欧州等地又 名“女人指”o o e l i 正e e t a l ；p i c s a h o o 卫t a l ，2 0 0 2 ) 。黄秋葵叶、芽、花也可食用( 于 英杰，2 0 0 4 ) 。黄秋葵味淡，性寒，具有利咽，通淋，下乳，调经等功效。美国人给 了它一个更容易被记住的名字“植物伟哥”；日本人称之为“绿色人参”；它被许 多国家定为运动员的首选蔬菜，可见是一种具有较高营养价值的保健蔬菜。 1 1 2 黄秋葵的营养功能性 黄秋葵各个部分都含有半纤维素，纤维素和木质素。嫩果含有丰富的蛋白质、 游离氨基酸、v c 、“、v e 和磷、铁、钾、钙、锌、锰等矿质元素( 吕美云等，2 0 0 0 ) 及由果胶和多糖等组成的粘性物质。每1 0 0 9 嫩果中含有蛋白质2 5 9 、脂肪0 1 9 、 碳水化合物2 7 9 、粗纤维3 9 9 、维生素b 1 0 2 m g 、维生素b 2 0 0 6 m g 、维生素c 4 4 m g 、 维生素e1 0 3 m g 、维生素p p l 0 m g 、维生素a 6 6 0 国际单位、矿质营养钾9 5 m g 、钙 4 5 m gi 磷6 5 m g 、镁2 9 m g ( 高振茂等，2 0 0 5 ) 。由于品种不同其各成分的含量也会 有所差异。 黄秋葵的营养保健价值很高( 卢令格，1 9 9 3 ) ，如：黄秋葵中的维生素a 能有 效地防护视网膜，确保良好的视力，防止白内障的产生；果胶和多糖等组成的粘性 物质，对人体有具有促进胃肠蠕动、防止便秘等保健作用，适当多食可增强性功能， 还可以增强人体的耐力；另外黄秋葵低脂、低糖，可以作为减肥食品；由于其含锌 和硒等微量元素，可以增强人体防癌抗癌能力；其富含维生素c 可预防心血管疾病 发生，提高免疫力。另外丰富的维生素c 和可溶性纤维( 果胶) 结合作用，对皮肤 有一定温和的保护效应，可以代替一些化学的护肤用品：可溶性纤维还能促进体内 有机物质的排泄，减少毒素在体内的积累，降低胆固醇含量。 第 1 页 第一章文献综述 1 1 3 黄秋葵的分布 这种植物广泛生长于热带和地中海气候，是一种分布于热带到亚热带的植物。 最适合在热气候生长( 温度在2 6 c 左右) ( i b r a h i m d o y m a z ，2 0 0 5 ) 。目前认为黄秋 葵可能源于非洲东部埃塞俄比亚等国，非洲的品种最早被记载是在公元1 2 1 6 年的 埃及f m c a m c i u c p f 宣，1 9 9 8 ) 。目前从非洲一直到亚洲( 主要分布于中东、印度及 东南亚等地) ，从欧洲南部( 除希腊和士耳其的部分地区，在欧洲大多数国家并不 十分常见) 一直到美国都有种植。最主要的黄秋葵种植国家主要是印度，美国和埃 及。 黄秋葵引入我国比较晚，是近几年从日本等过引入栽培的，所以国人对黄秋葵 认识还比较肤浅。现在，我国南北方各地均有黄秋葵的分布与栽培。种植较多的有 北京、广东、上海，山东、江苏、浙江、海南、云南、福建、台湾等省市，特别是 在台湾。在南方一年可种植两造。目前常用品种有有长绿、绿星、琦玉五角、东京 五角、新东京5 号，清福、五福、三乡等2 0 多种。在不同地区宜选种的品种也不 同，根据地区要尽量做到因地制宜。比如在长江流域和华南地区，宜选用“台湾五 福”、“东京五角”、“美丽五角”等品种。 1 1 4 黄秋赘的生长环境 黄秋葵终年都可以种植，夏季是它的产量高峰季节( s e d a tc e ta l , 2 0 0 5 ) 。黄秋 葵是一种喜温性植物，耐热、耐旱、耐湿、但不耐涝、不耐霜冻。因其根系发达， 故不必经常灌溉。生长发育适温2 5 一2 8 ，另外其在生长时要求光照时间长，光 照充足。 1 1 5 黄秋蒌的稀有粘液及其价值 黄秋葵比较特殊的地方是其内部含有的粘液。这种稀有的黏性物质( 糖聚合体) 中主要成分含有果胶，粘性糖蛋白，维生素a 和钾。粘性糖蛋白是一种由胶原和粘 多糖类物质组成的多糖、蛋白质混合物，它可以增强机体的抵抗力，保护人体关节 腔里关节膜和浆膜的润滑作用，也能保持人体消化道和呼吸道的润滑，促进胆固酵 物质的排泄，减少脂类物质在动脉管壁上的沉积，保持动脉血管的弹性，防止肝脏 和肾脏中结缔组织萎缩和胶原病的发生( 高振茂等，2 0 0 5 ) 。 目前发现黄秋葵中含的这种特殊粘液可用来制备l e p i d i m o i d ，研究表明 第 2 页 沈阳农业大学硕士学位论文 l e p i d i m o i d e 是一种类似于天然荷尔蒙的物质，它可以控制植物的各种生理状态 ( k a t s u t o s h ih i r o s e e ta 五2 0 0 4 ) ，是一类新的植物激素促进型互感作用物质，是一 种寡糖类生物活性物质，简称l m 促进型互感作用物质，现已知该物质广泛存在于 植物的种子，当种子萌发时通过胚根分泌出体外，影响微生物或其他生物生长( 陈汝 民等，1 9 9 9 ) 。 黄秋葵的粘液还可用于医药方面，作为润肤剂、镇定剂和止痰剂。不少女性将 它磨碎榨汁擦上脸部，因其不仅有润滑保护皮肤的作用，且有使皮肤美白、细嫩、 防黑的特殊功效。科学家对黄秋葵果实粘液感兴趣的是因为它还可以成为血浆的替 代品，它可以在激烈的流动中减少流体阻力、稳定泡沫和增强悬浮效果。在食品行 业中，黄秋葵粘液可以增加冷冻奶制甜品稳定性和所有产品稳定性和可接受性，并 且可以替代脂肪。 1 1 6 黄秋葵的食用及加工价值 1 1 6 1 黄秋葵与烹调 黄秋葵幼嫩荚果可供食用，青嫩时采摘，主食部位为嫩果。新鲜的嫩秋葵生吃 口感很好，较黄瓜、丝瓜的风昧更加清新。其肉质柔软，味道香甜，其独特的香味 中凸现脆嫩多汁的圆润口感( 陈焕镛，1 9 6 5 ) 。 黄秋葵除可生食外，还可以炒食、煮汤、做色拉、油炸、凉拌、酱渍、醋渍、 制泡菜等多种烹调方法。即可以单独煮食也可以和其它的食物一起烹调，黄秋葵被 用来熬制浓汤或者炖肉，汤的口感就变得浓浓稠稠，味道也很鲜美。这是由于黄秋 葵特有的果胶成分，使汤变成稠的浓汤。秋葵肉片、秋葵鱼片、素炒黄秋葵、秋葵 香虾、秋葵肉( 鱼) 片汤、秋葵番茄浓汤这些都是由黄秋葵做出的鲜美菜肴。在欧 洲和美国，黄秋葵是很受欢迎的蔬菜，秋葵拌空心粉沙拉也很常见，美国的南方纽 奥良还有一道名菜秋葵什锦汤饭。在日本，黄秋葵还常被用来和酱油或柴鱼片凉拌， 或者做成秋葵烤鳗鱼拌饭、秋葵寿司卷等等。 黄秋葵还常常被干制并且粉碎成粉末状调味料，这种调味料可以提供风味，增 加粘度和色泽。也提供了大量的维生素，膳食纤维素，能量和矿物质( kk a d o r n e t a l , 1 9 9 6 ) 另外由于黄秋葵风味类似于茄子，所以在很多的菜谱中它被用来取代茄子 ( se d j a tc e ta l , 2 0 0 5 ) 。 第3页 第一章文献综述 1 1 6 2 黄秋葵的加工利用价值和潜力 目前时尚的食品消费趋势还是以消费低脂类的健康食品为主，为那些需要低脂 食品的顾客来寻找脂类的替代物对食品方向的工作人员来说是非常重要的。 植物类的果胶如琼脂，角叉胶，树脂，阿拉伯胶常被用来做为冷冻甜点工业和 低脂产品的稳定剂和乳化剂。研究表明：以果胶为组成成分的黄秋葵其提取物用于 冷冻牛奶巧克力甜点中还是一种可以接受的牛奶脂肪成分的替代品。黄秋葵果胶是 一种产自于黄秋葵植物的水溶性果胶，它除也可以在家庭烹饪中来增稠汤外，在脱 脂巧克力饼干等制品中这种物质可以用作脂类的替代物。这种脂肪替代物也增加了 黄秋葵的潜在利用价值。 。 黄秋葵具有的抗疲劳作用，还可以做成各种保健饮品( 罗先群，2 0 0 0 ) 。研究表明 黄秋葵水提液能明显提高小鼠耐力及耐缺氧、耐寒、耐热能力，明显降低剧烈运动 后小鼠血乳酸水平，具抗疲劳的活性。黄秋葵水提液可以显著延长小鼠游泳时间、 耐缺氧时间，提高了高温和寒冷条件下小鼠的存活率，消除运动后血乳酸堆积，降 低血清尿素氮含量。提高小鼠在应激状态下的生存能力，对疲劳恢复、抗疲劳能力 提高具有促进作用( 王君耀等，2 0 0 3 ；李建华等，2 0 0 4 ) 。可将其开发为功能性保健品和 健康饮品提供给有需求的特定人群。 黄秋葵还可以被制成罐头。主要经过以下主要几步：碱液处理一热烫一真空硬 化、保脆+ 漂洗一包装一抽真空密封一杀菌。制罐在8 5 9 6 下热烫2 3m i n ， 同时加入护绿组合液2 0 0 m g k g c u c l 2 + 2 0 0 m g k gz n c l ：，利于黄秋葵保持绿色及脆 嫩品质。第一次渗透温度6 0 、海藻酸钠浓度1 4 ，第二次渗透温度6 0 、氯化钙 浓度0 5 。杀菌温度1 2 1 ，1 5 2 0m i n 可达到理想的效果( 罗先群，2 0 0 0 ) 。 1 1 6 3 黄秋蓥的种子及其价值 黄秋葵的种子外形近似绿豆，种子含有多种营养成分，其中脂肪和蛋白质含量 较高，还含有较多铁、钾、钙、锰等矿物质元素。黄秋葵中富含不饱合脂肪酸，比 如人体所必需的脂肪酸亚麻酸等( s e d a tc e ta i , 2 0 0 5 ) 。黄秋葵籽中含有较高的油脂 和蛋白质可作为一种新型的油脂和蛋白质资源加以利用，黄秋葵的种子含油率高达 2 0 ，可提取秋葵籽油。我国虽油料资源极其丰富，但大部分都未开发。在目前水 平上，研究和开发新油源，对人们油脂消费水平的提高会产生极其重要影响。以下 第4页 沈阳农业大学硕士学位论文 是气相色谱对我国福建地区秋葵籽制取的秋葵籽油的脂肪酸组成分析得出，其主要 脂肪酸含量分别为：豆蔻酸o 2 ，棕榈酸3 0 6 ，棕榈油酸0 5 ，硬脂酸4 2 ， 油酸2 3 8 ，亚油酸3 0 8 ，亚麻酸0 3 ，花生酸0 6 。可以看出秋葵籽油是一种 营养价值较高的植物油( 马云肖等，2 0 0 4 ) 。 除了可以作为油生产以外，还可在以下几方面得到应用： 1 ) 黄秋葵种子粉末可以被用来做水净化中铝盐的替代物。 2 ) 成熟黄秋葵种子烤熟后磨成细粉，其味芳香，冲调溶解快、可作咖啡添加剂或 代用品。 3 ) 黄秋葵种子还可考虑作为一种健胃物质，止痉挛药和神精镇定剂，其目前还主 要被作为香料来用。 4 ) 成熟黄秋葵豆荚种子有时候也被用来作喂鸡的饲料( s e d a tc e t a l , 2 0 0 5 ) 。 1 1 7 黄秋葵的应用展望 黄秋葵的应用价值极高。其茎部可以用来造纸；在非洲黄秋葵嫩叶除可以像菠 菜一样被烹饪食用，也可以被用于利尿剂，堕胎药和胃溃疡和伤口愈合药；开花发 芽后可以做蔬菜食用；黄秋葵种子产油，并富含蛋白质；黄秋葵还有一些食用或非 食用方面其它的应用前景。黄秋葵可以在许多非耕作地区种植( m c a m c i u c ，1 9 9 8 ) 。 这些都说明了黄秋葵是种适于耕种且有经济潜力的作物。但国内目前对黄秋葵的 研究主要还集中在其外观形态营养成分含量，种植条件方面的研究，对其开发综合 利用的方面研究甚少。如何进一步开发利用这种具有很大潜力的新型蔬菜黄秋葵是 今后加工业的一个新的研究方向。 1 2 果胶 1 2 1 果胶存在形态与结构 果胶的分子主链是由1 5 0 一5 0 0 个c t - d - 半乳糖醛酸基通过1 ，4 糖苷键连接而 成的，在主链中相隔一定距离含有a 一卜鼠李半乳糖醛酸。半乳糖醛酸链被部分酯 化成甲酯( s c h o l s & v o r a g e n ，1 9 9 6 ) 。果胶的相对分子质量为3 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 ，相应的 聚合度超过1 0 0 0 单位。果胶为白色至黄褐色粉末，无嗅，不溶于乙醇和其他有机 溶剂，可溶解于水，在2 0 倍水中溶解成粘稠液体。 第 5 页 第一章文献综述 天然果胶一般有两类：一类分子中超过一半的羧基是甲酯型化的，称为高甲氧 基果胶，其余羧基是以游离酸的形式存在；另一类分子中低于一半的羧基是甲酯型 的，称为低甲氧基果胶。果胶的组成与性质随不同的来源有很大的差别。自然界果 实中天然存在的果胶都是高酯果胶，经酸碱处理高酯果胶降低酯化度后可得到低酯 果胶。 植物界的果胶，通常有3 种形态，即原果胶、果胶和果胶酸。存在于植物中的 天然果胶称为原果胶，它与纤维素、半纤维素结合存在于植物的细胞壁中，不溶于 水，但可水解成果胶，原果胶呈长链存在，是与纤维素等细胞壁组成结合在一起 的多聚半乳糖醛酸，少部分发生甲酯化，只存在于细胞壁中，使果实有硬性。果胶 分子量比原果胶小，可溶于水，呈酸性，果胶星长链存在，羧基已发生不同程度甲 酯化的多聚半乳糖醛酸，溶于水，存在细胞汁液中。果胶酯酸可以是胶体也可以是 水溶性的，取决于聚合度d p 和甲酯化程度，聚合度高、甲酯化程度高，则为胶体； 相反则可以是永溶性的。从结构来看，果胶物质包括两种酸性多糖：聚半乳糖醛酸 和聚鼠李半乳糖醛酸和三种中性多糖：阿拉伯聚糖，半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖。 每种多糖随植物来源、组织和发育阶段的不同，其侧链中残基的数目种类连接方式 以及取代基存在的情况都有相当大的变化( 赵利等，1 9 9 9 ) 。完全去甲酯化的果胶 称果胶酸，羧基大部分被甲酯化的果胶称果胶酯酸。提取前存在于植物中与纤维素 和半纤维素等结合的水不溶性的果胶物质称原果胶( 于惠生，1 9 8 3 ) 。原果胶受植 物体内聚半乳糖醛酸酶也称果胶酶的作用或提取过程中经稀酸处理，则转变为水溶 性的果胶。 1 2 2 果胶的性质及用途 1 2 2 1 果胶的主要性质 凝胶性：胶凝化是果胶最重要的特性，其水溶液在适当的条件下能够形成凝胶 高酯果胶在较高的可溶性固形物和一定的酸性条件下，才能形成凝胶：而低酯果胶 只要存在适当的二价阳离子，如c a ”，无任何可溶性固形物，也能形成凝胶。这一特性 被食品工业广泛利用以生产低糖果酱、果冻等食品。 持水性：指每单位重量干纤维所吸收的水分。果胶可通过网状结构形式吸收水 分。这一性质可使动物消化道内食糜的粘性增加，对营养物质的消化和吸收不利( 史 第 6 页 沈阳农业大学硕士学位论文 红兵等，2 0 0 2 ) 。 可发酵性：动物本身不分泌消化果胶的酶，但果胶可被动物消化道存在的微生 物分泌的酶降解发酵，生成挥发性脂肪酸，提供微生物活动和动物本身所需要的能 量。 阳离子交换性：果胶属纤维类多聚物，其表面含有许多羧基等功能性基团，这 些功能性基团在动物的胃肠道环境中带负电荷，从而具有与阳离子结合的能力， 阳离子交换就是结合并将金属离子保持在其表面，因而产生缓冲作用( 郭艳丽等， 2 0 0 6 ) 。 1 ，2 2 2 果胶用途 果胶具有良好的乳化、增稠、稳定和胶凝作用。早在食品、医药、纺织、印染、 烟草，冶金等领域得到了广泛的应用。 果胶在食品工业中的重要性在于溶液在一定条件下具有生成凝胶的能力，这种能 力可以用于果酱、果汁、糖果、蜜饯和弱酸性食品中( m a y ，1 9 9 0 ；p i l n i k & v o r a g e n ，1 9 9 2 ) 。 其普通用途如下：1 ) 作为果酱、果冻和软糖的胶凝剂( 吴晖等，2 0 0 4 ) 。用量较少， 一般用量小于1 ，凝胶软糖中用量可达2 _ 5 ( 凌关庭，1 9 9 9 ) 。2 ) 作为酸性乳饮料 的稳定剂。3 ) 在p h 值为3 5 4 2 时果胶能阻止加热时酪蛋白聚集。4 ) 适用于巴氏杀 菌和高温杀菌的酸奶、酸豆奶以及牛奶与果汁的混合物。5 ) 能用于番茄酱、混浊型 果汁、饮料( 白岚，2 0 0 2 ) 以及冰激凌等。6 ) 近年来，在低热量食品中果胶用做脂肪 或糖的代用品( 霄激等，2 0 0 6 ) 。 由于果胶具有抗菌、解毒、降低血糖和胆固醇等作用，在医药方面应用较为广 泛。主要包括以下几个方面：1 ) 果胶作为药用辅料可以改善药物的口感，这在有 极苦药物制药口感药物是十分必要的另外果胶属于天然的多糖类，它不会与药物 发生化学反应，非常适合作为药物制剂辅料成分。2 ) 果胶可以作为药品的包埋剂， 使药物持续释放。3 ) 果胶作为天然物质，能够防止有毒阳离子中毒，已经证明果胶 能有效地除去肠胃和呼吸道中的铅和汞。4 ) 果胶能够调节血脂，对维持血液中正 常的胆固醇含量具有非常好的效果( 李茂言等，1 9 9 9 ) 5 ) 果胶与其它胶相结合被 广泛用于治疗腹泻疾病，特别是婴幼儿腹泻疾病。据报道，果胶、氢氧化铝和氧化 镁的混合物对于治疗胃溃疡和十二指肠溃疡的效果很显著。 在除食品工业、医药工业以外的其它工业中，果胶可用作水油乳浊液的乳化稳 第 7 页 第一章文献综述 定剂。天然果胶制成的薄膜可被生成物降解并易于回收利用，人们正在研究其应用 潜能。由于果胶具有成膜特性，可用作造纸和纺织的施胶剂，也可用于制备超带离心 膜和电渗析膜。果胶还可用于制备铅蓄电池中的硫酸溶胶，将1 浓度的果胶与硫酸 混合可制备无气泡溶胶。 1 ，2 3 果胶提取方法 1 2 3 1 酸萃取法： 水解酸的种类很多，有无机酸，如盐酸、硫酸、亚硫酸、磷酸，及有机酸，如 乙酸、苹果酸、酒石酸等，用一种酸或多种酸，按一定料液比，加酸调p h 值约为 2 0 ，加热并不断搅拌，恒温一定时闻，分离除渣，过滤除杂。由于提取液粘度大，过滤 困难，可加入助滤剂。酸萃取液过滤困难，同时易腐蚀设备，所以此法逐渐被淘汰。 1 2 3 2 离子交换法 经预处理的原料，与离子交换剂和水在p h 值1 3 1 6 制成料浆，一般方法为： 原料先与3 0 一5 0 倍左右水混合，加入离子交换剂，调节料浆的p h 值到l3 1 6 ，在搅 拌下加热2 h ，过滤，分离出不溶性的离子交换剂和废渣，即得到含有果胶的滤液。 由于m 9 2 + 、c a ”等离子对果胶有封闭作用，使提取液中离子交换到树脂上，不影响 果胶提取，果胶得率上升7 2 - 8 5 6 ( 梅家骏，1 9 8 6 ) 。离子交换法得率高、产品质 量好，目前国外已有应用。 1 2 3 3 微生物酶法 一种利用微生物发酵萃取果胶的方法，将绞碎的原料浸入杀菌的水中，放八发 酵罐中，接种种液，振荡培养，利用微生物产生的酶的作用可使果胶从植物组织中 游离出来。这种酶能选择分解植物组织中复合多糖体，从而可有效地提取出植物中 的果胶，其作用一定时问后，过滤培养液，得到果胶提取液。日本的t a k u o s a k a i 等人利用微生物发酵从中国蜜桔皮中萃取果胶的方法，不用对原料进行处理，避免 了过滤时的麻烦。李文德，张礼星等人利用纤维素酶从甜菜废粕中提取出甜菜果胶， 获得良好的效果，果胶提取率达9 0 9 2 ( 李文德等，1 9 9 9 ) 。采用微生物酶法萃 取的果胶分子量大，果胶的胶凝度高，质量稳定。从发展潜力来看，其具有广阔的 前景。 第 8 页 沈阳农业大学硕士学位论文 1 2 3 4 超声波法一盐析法 超声波是指频率在声频以上的弹性波，可产生横向振荡和纵向振荡。利用超声 波产生的强烈振动、高加速度、权利空化效应、搅拌作用，可以破坏植物的组织和 细胞，使溶剂渗透到组织细胞中，和于其中果胶的溶出和分离。这是现代果胶提取 的一个新的方法。丁利君等利用超声一盐析法对佛手瓜处理提取果胶( 丁利君等， 2 0 0 4 ) ，最终果胶得率为3 4 8 9 6 ，是普通盐析法的六倍。与其他方法比，超声波法提 取时间短，得率高，耗能少。 1 2 4 果胶沉淀法 1 2 4 1 乙醇沉淀法 醇沉淀法是最早实现工业化生产的方法，是一种应用较广泛的提取方法，其基 本原理是利用果胶不溶于有机溶剂的特点，将大量的醇加入到果胶提取液中。浓缩 液中加入约1 倍体积的酒精，并进行机械搅拌，果胶沉淀后过滤，得到果胶滤饼， 滤液进行酒精回收。乙醇沉淀法此法工艺简单，乙醇沉淀法较金属盐沉淀法洗涤工 序简单，所得产品色泽也较好，灰份少，产品质量好，产率在2 0 9 卜一3 0 ；但乙醇用 量大，不易回收，制备果胶量与耗乙醇量之比约为1 ：7 ，且蒸汽消耗量大( 浓缩、 乙醇回收) ，工艺流程不易控制。因此由于此法整个过程对比于金属盐类沉淀法仍 是消耗量极大，如不采用减压浓缩工序，则消耗乙醇量极大，造成生产成本高，生 产效益差，不利于规模化生产( 张红艳等，2 0 0 4 ) 。 1 2 4 2 盐析法 盐析法的原理是盐溶液中的盐离子带有与果胶中游离的羧基相反的电荷，两种 相反电荷的电中和作用产生沉淀。利用这一特性，加氨水中和果胶溶液，加入电解 质金属盐类，即有不溶于水的果胶酸盐和少量盐的氢氧化物沉淀以及其它杂质产 生。经分离后，用酸化醇进行洗涤脱盐，使酸与金属离子发生置换反应生成果胶， 少量盐的氢氧化物沉淀消失。生成的果胶不溶于醇而沉淀下来。采用的盐有铝盐、 铅盐、铁盐、钙盐等。果胶液可以不作浓缩处理直接进行沉淀，它是一种电荷间互 相作用引起的共同沉淀过程。盐析法省去浓缩，制备果胶量与耗乙醇量之比约为1 ： 4 ，节约乙醇3 5 - - - 4 0 ，能耗低，产品色泽较浅，重金属含量低，生产周期短，工 第 9 页 第一章文献综述 艺简单，成本大大降低，是一种经济上可进行的制造方法。但是，收率低，沉淀性 状不好，且产品灰分含量高，溶解性差，产量低于8 。工艺条件也较难控制。 现在一般采用的铝盐沉淀法、铁盐沉淀法、钙盐沉淀法和混合盐析法。用盐析 法沉淀果胶，产率高，乙醇耗量少，成本低，得到的果胶酯化度比醇沉淀高，凝胶 强度大。但铝盐法和钙盐法提取的果胶，果胶与金属离子结合紧密，金属离子不易 除去，灰分高；铁盐法得到的果胶产品质量稳定，得率高，并省去传统乙醇法的浓 缩步骤，简化了工艺，但产品色泽较深，增加了脱色的难度；用铁、铝混合盐析法 得到的产品质量和得率都较好，是盐析法中一种比较好的方法( 杨孝朴等，1 9 9 6 ；曹 瑞林等，2 0 0 2 ) 。 1 2 5 干燥法 干燥法分为喷雾干燥和低温干燥法( 田三德，2 0 0 3 ) 。 低温干燥，鄄沉淀得到的果胶经离心或压滤后进行干燥，干燥温度在6 0 以下， 经干燥后的果胶颗粒要粉碎。先抽滤沉淀液，将得到的滤饼进行脱盐洗涤。先用酸 性醇洗涤，然后再以轻度碱化醇中和，最后再用无水乙醇洗涤。置于5 0 。c 的烘箱中 干燥3 小时，干燥后的果胶颗粒比较硬和韧，粉碎时需选择合适的粉碎机，成品粒 度以6 0 - 8 0 目为宜。 喷雾于燥，操作简单并且价格较低，故应用于工业生产中( g o u i n ，2 0 0 4 ) 。直接 和即用喷雾干燥机直接将浓缩液喷雾得到粉末状果胶产品。省去了沉淀，但后者对 前处理要求严格，果胶浓度高，且要除杂彻底。过筛以6 0 7 0 目为宜喷雾干燥。 粉碎混匀河喷雾干燥的果胶粉，进行胶凝强度、凝胶时间和温度、p h 值的测定， 以利于标准化的处理。果胶标准化的目的是保证用户使用方便，使它的胶凝强度、 凝胶时问和温度、p h 值一致化，便于在使用中效果稳定一致，然而用于医药方面却 不需要标准化处理。 1 3 膳食纤维 1 3 1 膳食纤维的定义及功能 膳食纤维( d i e t a r yf i b e r ) 是一种天然有机高分子化合物口是由许多失水量 一葡萄糖组成的非淀粉类多糖类为主的大分子物质的总称，它包括纤维素、半纤维 第1 0 页 沈阳农业大学硕士学位论文 素和果胶、甲壳素等能抗人体小肠消化吸收、而在人体大肠能部分或全部发酵的可 食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和。膳食纤维虽是人体消化吸 收过程中一类重要的营养素，其在维持人体健康方面有着不可替代的生理作用 ( u m m i n g s ，1 9 8 3 ) 。自2 0 世纪6 0 年代开始，膳食纤维与人体健康的关系愈来愈 被人们所重视，高血压、高血脂、糖尿病、便秘、肥胖症、冠心病等都与膳食纤维 摄入量不足有关。因此，许多科学家将膳食纤维推崇为“人类第七营养素”，膳食 纤维的生理作用及其在人体中具有不可替代的地位。 随着功能性多糖的开发研究，果胶作为水溶性膳食纤维，越来越受到研究和加 工行业的重视。膳食纤维的保健功能体现在：可以使大便松软，促进肠蠕动以及宿 便顺利排出体内，防止便秘的发生。即可以“清肠”；果胶是一种天然多糖，在肠 内可以作为双歧杆菌、乳酸菌等益生菌的数量，减少细菌的数量，降低肠炎、腹泻 与其它大肠疾病的发生；果胶还可以预防直肠癌( g a l l a h c rd d e ta j ，1 9 9 9 ) 。 1 3 2 膳食纤维的提取的方法 目前提取膳食纤维的制备方法主要有：化学法、酶法、酶一化学法。 化学法：化学法制备的膳食纤维纯度高，但色泽较深，碱味重，口感不佳，且 得率低。张洪微等以绿豆皮为原料，采用加碱蒸煮法提取膳食纤维。所得最佳反应 条件为：浸泡温度为5 0 ，浸泡时间为9h ，液固比为