（食品科学专业论文）酰胺化低酯果胶的制备及其主要理化性质研究.pdf

酰胺化低酯果胶的制备及其主要理化性质研究 食品科学专业 研究生李巧巧指导教师雷激 果胶属于高级食品添加剂中的一种，具有良好增稠性能和凝胶性能，在食 品工业中有着广泛的应用。果胶可分为两大类，高酯果胶和低酯果胶。其中低 酯果胶按分子结构的不同又可分为普通低酯果胶和酰胺化低酯果胶。作为高酯 果胶的衍生物酰胺化低酯果胶，由于其分子结构发生变化，能够表现出更 突出的优越性能：其可以应用于低糖食品；发生胶凝时所需钙离子较少，不易 发生预凝胶；较好的热可逆性。因此酰胺化低酯果胶作为一种新型的食品添加 剂可以实现更广泛的应用。但是目前我国对于该产品的研发很少，有关其主要 的理化性质增稠及胶凝性能的研究更是处于空白阶段。因此本课题主要目 的在于制备酰胺化低酯果胶，并在此基础上研究该产品的主要特性粘度及 胶凝性质，以完善低酯果胶的生产技术及性质研究。 本课题以商品柑橘高酯果胶为原料，以氨水异丙醇溶液为反应介质，并 讨论了酰胺化反应阶段及之后的酸醇沉淀阶段的影响因素，并确定最佳工艺条 件；同时，研究柑橘酰胺化低酯果胶的粘度与胶凝性质的影响因素，确定不同 条件下其粘度与胶凝性质的变化规律。具体研究内容与结果如下： 制各酰胺化低酯果胶一酰胺化反应技术的研究：将商品高酯果胶在不同氨 水浓度、反应温度、反应时间及异丙醇浓度的反应条件下，通过相同的酸醇处 理条件，制备得到酰胺化低酯果胶。以反应脱酯速率、酰胺化果胶粘度、酯化 度、酰胺化度、脱酯速率作为分析检测指标，确定酰胺化反应技术的最佳工艺 条件为：高酯柑橘果胶在5 。c 下，4 m o l l 氨水6 0 异丙醇介质中反应4 0 m i n 。 制备酰胺化低酯果胶一酸醇沉淀技术的研究：相同的酰胺化阶段的反应条 件下，在不同的异丙醇浓度、酸醇沉淀时体系p h 值及沉淀时间条件下，制备 得到酰胺化低酯果胶。以酰胺化果胶得率、粘度、酯化度、酰胺化度作为分析 检测指标，确定酸醇沉淀阶段的最佳工艺条件为：酰胺化反应液用6 0 异丙醇 的盐酸异丙醇调节p h 至4 0 ，静置2 0 m i n 。 因此，酰胺化技术制各酰胺化低酯果胶的最佳工艺条件为：将商品高酯果 胶在5 。c 的4 m o l l 的氨水6 0 异丙醇的反应介质中反应4 0 m i n 后，用酸性的 6 0 异丙醇溶液中和反应液，溶液p h 调至4 0 ，静置沉淀2 0 m i n 后，过滤，洗 涤，干燥之后即得成品。 酰胺化低酯果胶粘度及凝胶破碎强度性质的研究： 酰胺化低酯果胶溶液粘度的影响因素：果胶溶液浓度、温度、热力、p h 、 糖浓度与钙离子浓度。果胶溶液粘度与其浓度成正比，在1 1 6 的浓度范围 内几乎呈直线关系；在2 5 1 0 0 的温度范围内，随着温度的下降与升高，果胶 溶液粘度呈不完全弹性恢复；热力对果胶溶液粘度有破坏作用，但是热力作用 只在开始的时间有破坏作用；酸碱性的变化会导致粘度有不同程度的下降；糖 浓度的增加会促使果胶溶液粘度的增加，但是最终会趋于平缓；钙离子添加量 在2 5 m g g 酰胺化低酯果胶时果胶溶液粘度最大。 酰胺化低酯果胶凝胶破碎强度的影响因素：成胶时的温度与时间、酰胺化 低酯果胶含量、凝胶体系p h 、钙离子浓度、蔗糖浓度、缓冲盐种类及添加量。 随着凝胶保存温度的下降，果胶凝胶破碎强度增加；凝胶破碎强度随着果胶浓 度的增加而增加，当浓度大于0 8 时，凝胶破碎强度几乎呈线性增长；p h 2 8 3 4 之间所得到的凝胶破碎强度较稳定；蔗糖浓度为1 0 3 0 时，凝胶破碎强呈上 升的趋势，而当蔗糖浓度大于3 0 时，凝胶破碎强度急剧下降；以水为溶剂的 凝胶破碎强度较大，但是只能发生在较小的钙离子浓度范围以内形成凝胶。而 添加缓冲盐得到的凝胶破碎强度虽然相对较小，但可在较宽的钙离子浓度范围 内形成凝胶；酰胺化低酯果胶形成的凝胶具有很好的热可逆性质，且若配合合 理的缓冲盐，形成的凝胶加热前后凝胶破碎强度损失较小。 关键词：酰胺化低酯果胶，酰胺化反应，酸醇沉淀技术，粘度，凝胶破碎强度 p r e b u r a t i o na n dp r o p e r t i e so f a m i d a t e dl o we s t e rp e c t i n m a j o r f o o ds c i e n c e c a n d i d a t el iq i a o - q i a os u p e r v i s o rl e ij i p e c t i ni so n eo fh i g hv a l u ef o o da d d i t i v e ，w h i c hh a sw i d ea p p l i c a t i o ni nf o o d i n d u s t r i e sw i t hf i n et h i c k e n i n ga n dg e l l i n gp r o p e r t i e s t h e r ea r et w ok i n d so fp e c t i n s h i g he s t e rp e c t i na n dl o we s t e rp e c t i n ，a n dt h el a t e ri n c l u d i n gc o n v e n t i o n a ll o we s t e r p e c t i na n da m i d a t e dl o we s t e rp e c t i n a sr a m i f i c a t i o no fc o m m o nl o w e s t e rp e c t i n ， a m i d a t e dl o we s t e rp e c t i nh a si m p r o v e df u n c t i o n a l i t i e sb e c a u s eo fi t sm o d i f i e d m o l e c u l a rs t r u c t u r e ：i tc a nb eu s e di nl o ws u g a r ，c a l o r i ef o o d s ；i tn e e dl e s sc a l c i u m t og e la n di sl e s ss e n s i t i v et op r e c i p i t a t i o nb yh i g ha m o u n t so fc a l c i u m ；t h e i rg e l s a l ec l a i m e dt ob ep e r f e c t l yt h e r m o r e v e r s i b l e a sar e s u l t ，a m i d a t e dl o we s t e rp e c t i n c a r lb ea p p l i e di nb r o a d e rf i e l d sa san e wt y p eo ff o o da d d i t i v e s h o w e v e r , t h e r ei s l i t t l er e s e a r c ho ni t sp r e p a r a t i o n ，e s p e c i a l l yi t sp h y s i c a l - c h e m i c a lp r o p e r t i e ss u c ha s t h et h i c k e n i n ga n dg e l l i n gp r o p e r t i e si nc h i n a t h e r e f o r e ，t h em a i np u r p o s eo ft h e s t u d y i st o p r e p a r e a m i d a t e dl o we s t e r p e c t i n a n di n v e s t i g a t e i t sm a i n c h a r a c t e r i s t i c s v i s c o s i t ya n dg e l l i n gp r o p e r t i e s ，w h i c hc a nh e l pd e v e l o p m e n to f i m p r o v e dt e c h n o l o g yf o rp r o d u c t i o no fl o we s t e rp e c t i n i nt h ee x p e r i m e n t ，t h ec o m m e r c i a lh i g he s t e rc i t r u sp e c t i nw a su s e da sr a w m a t e r i a lt os t u d yt h et e c h n i q u eo fi t sa m i d a t i o ni nt h ea m m o n i a - i s p r o p a n o l s u s p e n s i o n 1 1 1 e m a i np a r a m e t e r sd u r i n gt h er e a c t i o ni n c l u d i n ga m i d a t i o na n d a c i d p r e c i p i t a t i o np r o c e s sw e r ea n a l y z e da n dt h eo p t i m a lp a r a m e t e r sw e r ed e c i d e d f i n a l l y i na d d i t i o n ，t h ep a r a m e t e r se f f e c tt h ev i s c o s i t ya n dg e lb r e a k i n gs t r e n g t h w e r ea l s os t u d i e da n dt h e i rc h a n g i n gr u l e sw e r eg a i n e du n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s r e a c t i o no fh i g he s t e rc i t r u sp e c t i nw i t ha m m o n i ai ni s o p r o p a n o ls u s p e n s i o n ： t h ea m i d a t e dl o we s t e rc i t r u sp e c t i n sw e r ep r e p a r e di na m m o n i a - i s o p r o p a n o l s u s p e n s i o n u n d e r d i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，i n c l u d i n ga m m o n i ac o n c e n t r a t i o n ， t e m p e r a t u r e ，r e a c t i o nt i m ea n di s o p r o p a n o lc o n c e n t r a t i o n ，a n dt h e np r e c i p i t a t e di n a c i d i s o p r o p a n o ls u s p e n s i o n t h ek i n e t i c so fd e - e s t e r i f i c a t i o n v i s c o s i t y , d e g r e eo f e s t e r i f i c a i t o n ，d e g r e eo fa m i d a t i o no fa m i d a t e dl o we s t e rc i t r u sp e c t i nw e r es t u d i e d t od e t e r m i n et h eb e s tp r o c e d u r e sd u r i n ga m i d a t i o n p r e c i p i t a t i o ni na c i d - i s o p r o p a n o ls u s p e n s i o n ：1 1 1 eh i g he s t e rp e c t i nw a sf i r s t t r e a t e di na m m o n i a i s o p r o p a n o ls u s p e n s i o nu n d e rt h es a m ec o n d i t i o n ，a n dt h e n p r e c i p i t a t e di na c i d i s o p r o p a n o ls u s p e n s i o nu n d e rd i f f e r e n tp a r a m e t e r s ，i n c l u d i n g c o n c e n t r a t i o no fi s p r o p o n a l ，p hv a l u ea n dt i m ed u r i n gt h ep r e c i p i t a t i o n i nt h es t u d y , t h ey i e l d ，v i s c o s i t y , d e g r e eo fe s t e r i f i c a i t o n ，d e g r e eo fa m i d a t i o no fa m i d a t e dl o w e s t e rc i t r u s p e c t i n w e r es t u d i e dt od e t e r m i n et h eb e s t p r o c e d u r e sd u r i n g p r e c i p i t a t i o n t h e r e f o r e ，t h eo p t i m a lp a r a m e t e r sf o rp r e p a r i n ga m i d a t e dl o we s t e rp e c t i n d u r i n gt h ea m i d a t i o na n dp r e c i p i t a t i o np r o c e s sw e r et r e a t i n gh i g he s t e rp e c t i nu n d e r 4 m o l la m m o n i a 一6 0 i s p r o p a n o ls u s p e n t i o nf o r4 0m i na t56 c ，a n d t h e n ，t h e a m i d a t i o ns o l u t i o nw a sp r e c i p i t a t e di na c i d - 6 0 i s p r o p a n o lf o r2 0 m i na tp h 4 0 p r o p e r t i e so fa m i d a t e dl o we s t e rc i t r u sp e c t i n ： i n f l e n c eo fp e c t i nc o n c e n t r a t i o n ，t e m p e r a t u r e ，h e a t ，p h ，s u g a rc o n t e n ta n d c a l c i u mo nv i s c o s i t yo fa m i d a t e dl o we s t e rc i t r u sp e c t i n ：i n c r e a s i n gt h e p e c t i n c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e st h ev i s c o s i t yo fp e c t i ns o l u t i o n e s p e c i a l l ya t1 0 - 1 6 r a n g eo fp e c t i nc o n c e n t r a t i o n ，i nw h i c hal i n e a rr e l a t i o n s h i pw a sf o u n db e t w e e n v i s c o s i t ya n dp e c t i nc o n c e n t r a t i o n ；t h ev i s c o s i t yo fp e c t i ns o l u t i o ns h o w sn o t c o m p l e t e l ye l a s t i c i t yr e c o v e r yd u r i n gi n c r e a s i n ga n dd e c r e a s i n go ft e m p e r a t u r e s t e p s ；t h el i n k a g eo fp e c t i nc h a i nw a sd e s t r o y e db yh e a t i n gb u to n l yh a p p e n i n ga t t h eb e g i n n i n g ；t h ec h a n g e so fp hv a l u ew o u l dl e a du pt ot h ed e c r e a s eo fv i s c o s i t y o fp e c t i ns o l u t i o n ；i n c r e a s i n gt h es u g a rc o n t e n ti n c r e a s e s v i s c o s i t yo fp e c t i ns o l u t i o n b u tf i n a l l ya p p r o a c h e sac o n s t a n tv a l u e ；v i s c o s i t yr e a c h e si t sm a x i m u mv a l u ew h e n a d d i n g2 5 m gc a 2 * gp e c t i n i n f l e n c eo fs e t t i n gt e m p e r a t u r ea n dt i m e ，p e c t i n c o n c e n t r a t i o n ，p h ，s u g a r c o n t e n t ，c a l c i u ma n db u f f e rs o l v e n to nv i s c o s i t yo fa m i d a t e dl o we s t e rc i t r u sp e c t i n ： d e c r e a s i n gt h et e m p e r a t u r eo fs e t t i n gt i m ei n c r e a s e st h eg e lb r e a k i n gs t r e n g t h ；a l i n e a rr e l a t i o n s h i pb e t w e e np e c t i nc o n c e n t r a t i o na n dg e lb r e a k i n gs t r e n g t hi sf o u n d a st h ep e c t i nc o n c e n t r a t i o nw a sl a r g e rt h a n0 8 ：r e l a t i v e l ys t a b l eg e lw i l lb e g a i n e da tp h 2 8 3 4 ；g e lb r e a k i n gs t r e n g t hi n c r e a s ew h i l et h es u g a rc o n t e n t i n c r e a s i n gf r o m1 0 t o3 0 ，b u td e c r e a s e sw h e na st h es u g a rc o n t e n te x c e e d s3 0 ； e x c e l l e n t g e l w i l lb e g a i n e d i ns a l t f r e ew a t e ri nan a r r o wr a n g eo fc a 2 + c o n c e n t r a t i o nw h i l eg o o dg e lw i l lb eg a i n e di nam u c hw i d e rr a n g e ；t h eg e l s f o r m e db ya m i d a t e dl o we s t e rc i t r u sp e c t i na r et h e r m o r e v e r s i b l e ，w h i c hw o u l dl o s e m u c hl e s sb r e a k i n gs t r e n g t hw i t ht h eo p t i m a lb u f f e rs a l t s k e yw o r d s ：a m i d a t e d l o we s t e rc i t r u s p e c t i n ；a m i d a t i o n ；a c i d - i s p r o p a n o l p r e c i p i t a t i o n ；v i s c o s i t y ；g e lb r e a k i n gs t r e n g t h 西华大学硕士学位论文 申明 本人申明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西华大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同学本研究所做的任何贡献均已在论 文中做了明确的说明并表示谢意。 本学问论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归西华大学所有，特此申明。 作者签名：秀t ；， 导师签名：印象彼 0 7 年j 月刁日 c 7 7 年厂月矽日 西华大学硕士学位论文 1 1 果胶的来源 第一章综述 “果胶”一词最初来源于一位法国人b r a c e n n o t 于1 8 2 5 年从胡萝h 肉根中提 取的物质，他将其命名为 p e c t i n ”，即“果胶”【i 】。后经科学家研究，果胶存在于 几乎所有的植物当中【引。 果胶是_ 二类天然的高分子多糖聚合物，它代表高等植物初级细胞壁和相邻 细胞间紧密联合的一组多糖，也代表从植物材料制备的一群复杂胶状多聚体【”。 其基本结构为以半乳糖醛酸为单位且由a - 1 ，4 糖苷键连接而成的酸性大分子 多糖，如图1 - 1 。其分子由三个单位构成一螺旋状结构，其螺旋的节距为1 3 4 n m 。 其中，半乳糖醛酸c s 上的羧基有许多是甲酯化形式，未甲酯化的残留羧基则 以游离酸形式或以钾、钠、铵、钙盐形式存在；在c 2 或c 3 的羧基位置上常带 有乙酰基和其他中性( 多) 糖支链，如l 鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖等， 分子量在5 3 0 万之问，分子式为c l 柑1 棚2 0 0 + 2 2 0 l 斛1 3 1 4 j 。 果胶的来源很丰富，柑橘类皮( 含果胶约3 0 ) 、苹果皮( 含果胶约1 5 ) 、 甜菜( 含果胶约1 0 2 0 ) 、向曰葵( 含果胶约1 5 2 5 ) 以及洋葱等，都可以 作为果胶的提取原料。但是由于果实的不同，天然聚合度、甲酯化基团以及其 它各种基团含量也随之不同，导致了提取的果胶性能的不同。甜菜果胶的天然 分子量较低且支链较多，乙酰基含量较高且在_ 定程度上阻碍了果胶的胶凝作 用；向目葵果胶虽天然分子量较高，但乙酰基含量较高，因而也不是最好的提 取原料；洋葱由于特殊气味因而尚未被人们接受，因此尚未进行商业化生产臣6 】。 相比之下，苹果与柑橘成了首选，因而果胶生产厂家大多都采用这两种原料。 苹果果胶与柑橘果胶在一定程度上也存在着区别：就化学结构方面，苹果 果胶的分子量较高，支链较长，且不含烯烃，含有半纤维素且甲酯化基团呈规 则地排列。而柑橘果胶则相反，分子量较低，支链较短，含半纤维素较少且甲 酯化基团呈嵌段式地排列；就外观方面，苹果果胶色泽较柑橘果胶暗；胶凝时， 柑橘果胶较苹果果胶有更强的钙活性，而且，酯化度相同的条件下，柑橘果胶 形成凝胶较快，胶凝温度较高，这与果胶中游离羧基的排列有关；凝胶质地方 两华大学硕士学位论文 面，柑橘果胶形成的凝胶更有弹性且坚硬，但更易发生脱水收缩现象。而苹果 果胶形成的凝胶更柔软，更粘但发生脱水收缩的趋势更小 破碎强度方面，酯 化度相同的条件下，柑橘果胶比苹果果胶的抗破碎压力大，即凝胶破碎强度较 大：口感方面，苹果果胶易延展，口感较好，丽柑橘果胶口感相对较硬；相同 的酯化度与酰胺化度下，苹果酰胺化低酯果胶形成粘弹性的凝胶质地，易于延 展，口感好，不易脱水收缩；柑橘酰胺化低酯果胶成胶温度较高，且形成弹性 易脆的质地【6 j 。 但是，相比苹果果胶而言，柑橘中所含的果胶含量几乎是苹果的两倍，并 且，由于我国的柑橘加工市场远远大于苹果加工市场【”，更有利于提高工业化 生产的产量和经济效益，因此柑橘类是大多厂家的首选。 1 2 果胶的分类 商品果胶大多分为两种，即高酯果胶( h i g h e s t e r p e c t i n s o r h i 【g h m e t h o x y l p e c t i n s ，h e p ) 和低酯果胶( l o we s t e rp e c t i n so rl o wm e t h o x y lp e c t i n s 。l e p ) ， 后者包括普通低酯果胶和酰胺化低酯果胶( a m i d a t e dl o we s t e rp e c t i n s ， a l e p ) 。它们三者的区别在于其分子结构以及果胶甲酯化程度( d e g r e eo f e s t e r i f i c a t i o n ，d e ) 的不同。甲酯化的半乳糖醛酸残基占总的半乳糖醛酸残基 的百分比值，即果胶中平均每1 0 0 个半乳糖醛酸残基c 6 位上的以甲酯化形式 ( 即c o o c h 3 ) 存在的个数称为果胶的酯化度，即d e 值 8 】。通常来说，高酯 果胶的d e 值大于5 0 ，而低酯果胶的d e 值小于5 0 。两者的分子结构示意 图1 1 及图1 2 ； f i g 1 - 1 t h es t r u c t u r a ls k e t c hm a po f t h eh i g l le s t e rp e c t i n 圈1 1高酯果胶结构示意图 2 零一 纛 管一 露 擎 西华大学硕士学位论文 节争节参， f i l l - 2 t h es t r u c t u r a ls k e t c hm ? o f t h ec o n v e n t i o n a ll o we s t e rp e c t i n 图1 2 普通低酯果胶结构示意图 而酰胺化低酯果胶中除了含有低酯果胶中以游离酸形式存在的羧酸基团 和被甲酯化的羧基基团之外，还含有酰胺基团，这是氨的氨基取代了甲氧基的 缘故。酰胺化低酯果胶的主要分子结构如图1 3 ： 0 0 洲 c o o h 一卜掺噙一舅卜p f i g 1 - 3 t h es l r u c t u r a ls k e t c hm a po f t h e a m i d a t e dl o we s t e rp e c t i n 图l - 3 酰胺化低酯果胶结构示意图 酰胺化低酯果胶中每1 0 0 个半乳糖醛酸残基的c 6 位上以酰胺化形式( 即 c o n h 2 ) 存在的个数则称之为酰胺化度，即d a 值( d e g r e eo f a m i d a t i o n ) 。 1 2 1 高酯果胶的制备与性质1 2 一 目前，高酯果胶的生产大多都是由苹果、柑橘皮等植物提取得到的。果胶 的提取方法大致有3 种：酸法、离子交换法和微生物法【9 1 。 酸提取法是一种最古老的工业果胶生产方法，而且有较全面的评述。其基 本原理是利用果胶在酸性溶液中的可溶性，将果胶从植物组织中萃取出来，经 酸萃取后得到很稀的果胶水溶液，将果胶分离出来的方法是沉淀法、盐析法、 电解沉淀法和胶体沉淀法，但在工业生产中常采用醇沉淀法和盐析法；离子交 换法的一般程序是将橘皮先与3 0 - 6 0 倍水混合，加入一定量的离子交换剂，调 节淤浆的p h 值到1 3 1 6 ，在搅拌下加热2 h ，过滤淤浆，分理出不溶性的离子 3 西华大学硕士学位论文 交换剂和废橘皮，含有溶解了果胶的滤液，然后用醇沉的方法沉淀果胶：微生 物法的一般工序是将柑橘皮经切碎后，引入菌种发酵、培养，一定时间后，过 滤培养液，加入3 倍体积的乙醇洗涤沉淀，再减压干燥，分离得到产品。在这 几种提取方法中，酸提取法与离子交换法如果采用醇沉的方法沉淀果胶，将使 用大量的醇，造成回收工序耗能大，且生产成本过高；盐析法虽然改进了醇沉 淀所耗用的大量酒精的工艺，但是这个流程中引进了另外的杂质盐，脱盐工作 烦琐，难以彻底完成，容易生成低酯果胶，对产品影响很大，而且溶解性不好； 果胶的微生物提取法受反应时的固液比、微生物的生长时间、大小、保温时间 以及p h 值的影响比较大【9 】。 高酯果胶形成凝胶的主要作用是氢键以及部分甲酯基团间的疏水作用。p h 越高，酯化度越低，电荷密度越高而排斥作用越强。这种排斥作用会阻碍离子 化的果胶链间的氢键的形成，因此高酯果胶通常要在低p h 下才能形成凝胶。 在p h 小于3 6 时，果胶分子间的排斥作用非常小，使链间的距离显著降低， 氢键能够形成。为了获得足够的疏水结构必须降低体系水分活度。一般采用加 糖的方式。因此，高酯果胶的胶凝条件通常为p h 小于3 6 ，可溶性固形物含量 大于5 5 。此外，高酯果胶制成的凝胶具有典型的非热可逆和非剪切可逆性 2 】。 1 2 2 低酯果胶的制备与性质 1 2 2 1 普通低酯果胶的制备及其性质 1 2 ，1 0 , 1 1 , 1 2 】 普通低酯果胶可以通过酸法、碱法、酶法对含果胶的新鲜原料或成品高酯 果胶脱酯得到。， 酸法主要是利用酸化乙醇的方法生产低酯果胶。该法主要是通过在酸化乙 醇的条件下处理酸解预处理后的原料，从而提取得到低酯果胶。杨东辉等人以 及贺云英等人都分别通过该法从苹果渣以及土豆皮渣中提取得到了低酯果胶， 其酯化度通常在2 5 5 0 【1 0 】。该法所产生的果胶链解聚程度较小，但是消耗 时间较长，得到的低酯果胶中酯基呈随机分布，这在一定程度上与初始高酯果 胶的酯化度有判”】。 碱法是在弱碱的环境下处理新鲜原料或者高酯果胶等，经处理后获得低酯 果胶的方法【1 , 1 0 】。赵静等人以及朱文等人都进行了该项试验，分别从柠檬皮 4 西华大学硕士学位论文 和西番莲果皮中得到了低酯果胶，并确定了最佳工艺参数。碱法相对于酸法提 高了效率，但是同时果胶链也更容易发生8 消去反应而解聚，导致分子量的减 小 酶法分内源酶法和外加酶法。内源酶法就是通过加内源酶激活剂激活果胶 酯酶，再用果胶酯酶将高酯果胶转化为低酯果胶。蔡长河等人利用碳酸钠激活柑 桔皮中内源果胶酯酶，提取出低酯果胶；外加酶法是用外加酶先从植物组织或 微生物发酵液中提取果胶酯酶，再运用内源酶法，将高酯果胶转化为低酯果胶。 我国蔡长河等人【lo 】报道了利用碳酸钠激活红橘皮内源果胶脱酯酶脱酯提取低 酯果胶的方法。1 9 7 9 年日本的i s h i i0 0 】等人，从黑曲霉发酵液中分离提纯得到 果胶酯酶，并用该酶脱酯提取低酯果胶，保证产品的胶凝度；2 0 0 5 年焦云鹏i l 2 】 报道了采用明胶作载体，戊二醛作交联剂制备固定化果胶酯酶，并应用该果胶 酯酶对商品高醑果胶进行脱酯，达到一定的脱酯效果。相对酸法和碱法，酶法 工艺更易于控制，而且更能保证产品的质量，但是由于其酯基基团呈非随机分 布，导致其凝胶强度低于其他方法所得到的低酯果胶【jo 】。 、 ， f i g 1 _ 4g e 】l m g m e c h a n i s m o f c , o n v e n t i o n a l l o w r i s e r p e c t i n 图l 一4 普通低酯果胶的胶凝机理 低酯果胶的胶凝机理如图1 4 。两个果胶分子链间的羧基通过钙桥实现离子 5 西华大学硕士学位论文 连接以及氢键的共同作用从而获得凝胶的结构。最普遍认为是果胶链间通过钙 离子的作用形成了鸡蛋盒模型。酯基的存在妨碍了分子相互连接成段以形成连 接区使得分子具有更大的灵活性【2 】。 1 2 2 2 酰胺化低酯果胶的制备及其性质【2 , 6 , 8 j 3 酰胺化低酯果胶可以通过氨法脱酯的技术得到。即在氨存在的环境下，将 高酯果胶或者预处理后的原料脱酯化得到。该法是把原来多聚半乳糖醛酸中甲 酯部分的酯基团变为酰胺基团【2 。目前，该法在国内并未用于工业化生产，有 关的研究报道也不多。 成胶时，普通低酯果胶中的甲氧基很难进入凝胶结合区，其对于钙离子浓 度范围要求很严格，而酰胺化低酯果胶中的氨基基团则很容易进入这种结合 区，因此酰胺化低酯果胶形成凝胶对钙离子浓度范围要求比较宽。例如，相同 的酯化度都为2 7 的普通低酯果胶与酰胺化低酯果胶形成凝胶所需的钙离子 浓度都为3 0 m g ，但是酰胺化低酯果胶形成凝胶的钙离子浓度范围却可达到 1 0 8 0 m g 。因此选择不同的酯化度与酰胺化度的酰胺化低酯果胶可满足不同体 系中的钙离子含量要求 8 , 1 3 】。通常低酯果胶胶凝的钙离子浓度 - 1 5 m g g 果胶。 相对普通低酯果胶，由酰胺化低酯果胶形成的凝胶更坚硬，而且是热可逆 性凝胶，如果酯化度较高，加之固形物含量较高时，形成的凝胶也会有比较好 的热稳定性。除此之外，它还有高度的触变性，凝胶受剪切力作用可成为泵送 流体，特别适用于带果肉酸奶生产。在低固形物含量下( 2 0 ) ，羧甲基纤维 素或槐豆胶与低酯果胶复合可改进凝胶组织感【2 1 。由此可看出，酰胺化低酯果 胶在胶凝时有着显著的优势。 1 3 酰胺化低酯果胶制备工艺的研究进展 1 3 1 国内研究现状f 1 4 1 5 】 目前，酰胺化低酯果胶在国内并未进行工业化生产，即使有关的研究报道 也不多。陈顺伟等a t l 川于1 9 9 2 年报道了有关酰胺化法制取酰胺化低酯果胶的 研究。以豆腐柴叶为原料，采用氨法脱酯为工艺路线，确定制备酰胺化低酯果 6 西华大学硕士学位论文 胶的最佳工艺参数：酰胺化p h l l 0 、时间1 2 h 、温度3 0 、中和反应p h l 2 、 中和反应时间2 h ；徐俊等人f 1 5 】于1 9 9 9 年报道了以柑橘果皮为原料，确定酰胺 化低酯果胶制备工艺的最佳参数和条件：氨性酒精介质p h l l 5 、温度2 0 以 及反应时间5 h 。 陈顺伟等人得到了符合标准的酰胺化低酯果胶，但是没有果胶酯化度与酰 胺化度指标测定的报道，而这是研究酰胺化反应过程最重要的两项指标；徐俊等 人的报道虽然有关于酯化度与酰胺化度指标的测定，但是酰胺化反应只是其研 究的工艺流程中的一部分，因此没有对反应做深入研究。 1 3 2 国外研究现状【1 1 , 1 6 , 1 8 , 1 9 , 2 0 3 3 j 7 t 3 9 州 对于酰胺化技术生产酰胺化低酯果胶，国外特别是欧美国家在很早就开始 了研究，与国内的研究形成鲜明的对比。 早在1 9 4 4 年，m c c r e a d y 等就对该技术进行研究，得出结论为在乙醇环境 或者浓氨水的环境下进行氨法脱酯，其速度几乎为碱法脱酯速度的i 2 ，1 9 7 2 年b l a c k 和s m i t 也得出了相同的结论【16 】。有关在醇溶液体系中进行酰胺化技 术的早期研究报道还有：1 9 4 9 年j o s e p h 等，1 9 6 1 年g h a c o m o 等及1 9 8 6 年 r e i t s m a 等1 u , 1 9 1 。后期于1 9 8 9 年，r e i t s m a 等报道了以水以及水醇作为反应介 质，苹果果胶与氨水发生的氨解以及水解反应的关系1 1 9 】。另在1 9 9 5 年， s a e 1 - n a w a w i 等详细报道了利用异丙醇氨水混合液对高酯果胶进行脱酯。 研究发现，在不同温度及氨水浓度情况下，随着温度的下降以及氨水浓度的增 加，酰胺化低酯果胶的分子重量能很大程度的保留。要得到既有较低酰胺化程 度而分子量又能最大限度的保留的酰胺化低酯果胶需要经短暂的氨法脱酯后 再进行长时间的酸处理；要得到既有较高酰胺化程度又有相对较高的分子量的 酰胺化低酯果胶，条件需控制在低温且高氨水浓度的环境下【l6 】。此外，早时期 该项技术的研究还包括1 9 4 9 年j o s e p h 等和1 9 7 9 年p a d i v a l 等对在氨水溶液中 进行酰胺化反应进行了研究 1 1 , 1 9 j 。 1 9 6 7 年d a r g e l 等 1 9 1 报道含果胶物质与氨气直接作用进行酰胺化反应。 1 9 8 6 年r e f f s m a 等【1 明还报道过将高酯果胶与氨基化合物进行酰胺化反应的 研究；2 0 0 0 年，s i n i t s y a 等【1 8 】报道了通过在甲醇作为介质的条件下，由柑橘果 7 西华大学硕士学位论文 胶与主要的氨基化合物反应得到n 烷基果胶氨基化合物；k r a t c h a n o v 等 1 9 , 2 0 分别于1 9 9 8 年、1 9 9 9 年以及2 0 0 4 年分别报道果胶氨基化合物进行酰胺化反应 的相关研究。1 9 9 8 年，发现在桃和杏在微波加热的情况下，醇不溶性物质含量 增加了，这是由于果胶的酯基团与肽键的氨基基团缩合面形成了醇不溶性物质 的原因；1 9 9 9 年，报道了果胶与胍、赖氨酸以及氨基乙酸甲酯以水为反应介质 的报道。果胶在不同的氨基化合物的作用下，酯化基团发生不同程度的酰胺化： 2 0 0 4 年，报道了苹果果胶与不同的含氨基有机化合物会发生酰胺化反应、皂化 反应、脱羧反应以及b 降解反应，并且基于这些反应的反应机制，阐述了当果 胶与富含蛋白质的食物进行热加工时，这些反应是基于何种条件下发生的。 纵观国外的研究历史，酰胺化技术主要有以下三种方法：氨醇或氨水体系 中进行酰胺化反应；氨气与果胶直接进行酰胺化反应：果胶与氨基化合物进行 酰胺化反应。 国外对酰胺化技术制备低酯果胶的研究起步较早，因此国外也有一些对酰 胺化低酯果胶性质研究的相关报道。 1 9 7 2 年，r e e s 1 6 】发现酰胺化低酯果胶中胺基基团的含量在胶凝中起着重 要作用。1 9 7 8 年和1 9 8 1 年，k i m 等人和n e l s o n 硒】对酰胺化低酯果胶在凝胶质 构和强度的所起作用都做过研究；1 9 8 9 年e r a c a p e 3 9 】等人针对酰胺化果胶及 酰胺化果胶酸两种物质与钙离子之间的绑定属性及聚电鳃质行为做了研究j s a e l _ n a w a w i 3 7 1 等人在1 9 9 5 年用他们自制的酰胺化果胶的凝胶性能进行研 究，确定该酰胺化果胶的最佳胶凝条件为p h 3 0 、3 6 ，3 5 - 4 5 m g c a 2 + g 果胶， 果胶与蔗糖含量的比例为l ：3 0 ：d i d i e rl o o t e n s 5 4 等人于2 0 0 3 年研究了酰胺 化低酯果胶在胶凝时，p h 值、钙离子浓度、温度及酰胺化度对成胶的影响； 而m a r i y am a r u d o v a f 3 3 】等人于2 0 0 3 年报道酰胺化低酯果胶形成凝胶时，添加缓 冲盐与否、缓冲盐种类以及缓冲盐添加量的多少做了详细研究，并探讨了其不 同条件下形成凝胶的热可逆性质。由此可见，现阶段国外对于酰胺化低酯果胶 已经深入到对其应用性质的探讨，而并非还停留在其制备工艺的研究上了。 1 3 3 国内外酰胺化低酯果胶的产业化现状【1 0 2 1 0 2 】 由于酰胺化低酯果胶乃至整个低酯果胶的生产技术的研究在国内尚处于 8 西华大学硕士学位论文 起步阶段，工业化生产几乎更是空白。近年来，有人对以苹果皮、柑橘皮、土 豆渣、西番莲、西瓜皮等为原料制备低酯果胶的工艺进行了研究，但是进行规 模性生产的国内厂家仅有河南三门峡的富达果胶工业有限公司、银川果胶厂、 浙江衢州汇龙果胶有限公司、山东烟台安德利果胶公司和湖北宜昌金川生物科 技开发有限公司【1 0 1 。但是，这类企业生产的果胶品种单一，偏重于高酯果胶的 生产，低酯果胶产品很单一，酰胺化低酯果胶产品的生产更是处于空白。国内 低酯果胶加工规模远远不入国外水平，加之产品稳定性差，品种单一，检测手 段落后，很难适应商业化发展的需要，因此急需技术攻关，而低酯果胶的需求 也日益迫切，至今仍需进口，价格非常昂贵。有关资料表明：全世界果胶的年 需求量近2 0 0 0 0 t ，其中美国就高达4 5 0 0 t 据有关专家预计果胶的需求量在相当 长的时间内仍将以每年1 5 的速度增长。据不完全统计我国每年约捎耗1 5 0 0 t 以上，其中从国外进口约占8 0 ，同世界乎均水平相比，其需求量仍呈高速增 长趋势【2 ”。中i 虱每年