（食品科学专业论文）固定化酶法制备柑桔低甲氧基果胶及其性质、应用的研究.pdf

作者郑 工作所取得 本论文不包 学位或其他 均已在论文 若有不 学位论 日期： 本学位 攻读学位期 有关部门或 华大学可以 用影印、缩 密后遵守此 学位论 日期： 西华大学硕士学位论文 摘要 本课题采用固定化黑曲霉果胶酯酶对商品柑桔高甲氧基果胶进行脱酯制备低甲氧 基果胶，对影响脱酯的因素进行分析研究，找到最佳的脱酯条件。采用质构仪对固定化 黑曲霉果胶酯酶制备的低甲氧基果胶流体及凝胶质构性质进行研究，得到不同条件下产 品果胶粘度、凝胶性的变化规律及较合适的凝胶条件，同时对产品果胶的主要理化指标 进行了检测，并与q b 2 4 8 4 2 0 0 0 、联合国粮农组织及欧洲经济共同体标准进行对比，产 品果胶符合相应标准。并将酶法制备的低甲氧基果胶应用于草莓低糖果酱中，并得到 最佳的工艺条件。以下是本课题研究的相关内容和结果。 ( 1 ) 固定化酶制备低甲氧基果胶：首先用海藻酸钠作为载体将游离黑曲霉果胶酯 酶进行固定化，得到固定化黑曲霉果胶酯酶，然后采用固定化黑曲霉果胶酯酶对商品柑 桔高甲氧基果胶溶液进行处理，以脱酯时间、果胶溶液浓度、固定化酶加入量为分析条 件，以果胶酯化度、粘度及产品得率为标准，进行了单因素和正交试验，得到固定化酶 制备低甲氧基果胶最佳工艺条件为：底物高甲氧基果胶溶液浓度为1 5 ，脱酯时间选择 为7 1 1 ，固定化酶加入量为1 0 m l 。所得低甲氧基果胶的产品得率为9 7 7 ，酯化度为2 9 8 ， 粘度为9 1 5 2 m p a 。s 。 ( 2 ) 低甲氧基果胶溶液粘度影响因素研究：采用以上最佳脱酯方法所制备的果胶， 对影响产品果胶溶液粘度的因素如果胶浓度、温度、p h 值、蔗糖含量、钙离子浓度进 行分析比较，结果为：果胶溶液粘度指标的大小基本与其浓度成正比关系，与温度和p h 呈反比关系。随着蔗糖含量增加，低甲氧基果胶溶液的粘度指标也随之增大，同时发现 果胶溶液也愈发粘稠，流动性也逐渐下降；当添加的钙离子浓度在5 m g g - 1 0 m g g 时， 低甲氧基果胶溶液的粘度指标随之缓慢上升；当钙离子浓度在1 0 m g g 4 0 m g g 时，低甲 氧基果胶溶液的粘度指标随之显著上升，其流动性明显下降，当钙离子浓度( 钙离子 果胶) 在4 0 m g g 时果胶溶液的粘度指标达到峰值；继续添加钙离子，果胶溶液的粘度 指标没有继续上升，反而下降，果胶溶液开始有蜂窝状及分层现象产生。 ( 3 ) 低甲氧基果胶凝胶强度影响因素研究：以破碎强度为主要指标，对影响低甲 氧基果胶凝胶品质的主要因素如蔗糖含量、果胶浓度、p h 值、钙离子含量、成胶温度、 凝胶时间进行单因素试验，并分析各因素对果胶凝胶影响情况，得到低甲氧基果胶凝胶 较好的凝胶条件为：蔗糖含量为1 0 3 0 ，果胶浓度为1 o 1 3 ，p h 为3 6 4 4 ，钙 离子含量为2 0 m g g 4 5 m g g ，成胶温度为5 ，凝胶时间为2 4 h 。 ( 4 ) 低甲氧基果胶主要理化指标检测：对以上最佳脱酯方法所制备的低甲氧基果 胶进行干燥失重、灰分、酸不溶性固形物含量、酯化度、半乳糖醛酸含量的测定，结果 固定化酶法制备柑桔低甲氧基果胶及其性质、应用的研究 为：干燥损失水分6 9 ，灰分含量为1 9 6 ，酸不溶性固形物含量0 2 8 ，酯化度2 9 8 、 半乳糖醛酸含量7 2 8 ，以上结果均符合果胶相关标准指标要求。 ( 5 ) 低甲氧基果胶制备草莓低糖果酱的研究：采用单因素和正交试验设计，以草 嘻 西华大学硕士学位论文 _ _ _ - - - _ - - - _ - _ - _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ - - - _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ l _ _ - _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - - _ - - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ - - _ _ _ l - _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ - _ - _ _ _ _ - - _ _ - - _ _ _ - _ _ _ _ _ - - _ - _ - _ _ _ _ _ _ - - 一 a bs t r a c t t h em e t h o dt op r e p a r el o wm e t h o x y lp e c t i nu s i n gc o m m e r c i a lh i g hm e t h o x y lc i t r u s p e c t i nb yi m m o b i l i z e da s p e r g i l l u sn i g e rp e c t i ne s t e r a s ea n d t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so n d e - e s t e r i f i c a t i o nw e r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e rt oo b t a i nt h eo p t i m u mc o n d i t i o n st op r e p a r el o w m e t h o x y lp e c t i n n e x t ，t h et e x t u r ea n a l y z e rw e r eu s e dt ob ea n n l y z et h el i q u i da n dg e lt e x t u r e o fn a t u r eo fl o wm e t h o x y lp e c t i ni m m o b i l i z e da s p e r g i u u sn i g e rp e c t i ne s t e r a s e ，g e t t i n gt h e p e c t i n sv i s c o s i t ya n dg e l a t i o nu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n g s ，a n dm o r es u i t a b l ec o n d i t i o n sf o r t h eg e l a tt h es a m et i m et h em a i np h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r i s i t i c so f p e c t i np r o d u c t s w e r et e s t e d ，a n dw e r ec o m p a r e dw i t ht h er e l e v a n ts t a n d a r d s f i n a l l y ，t h el o w - m e t h o x y p e c t i n p r e p a r e db yi m m o b i l i z e de n z y m ew e r eu s e di ns t r a w b e r r yl o ws u g a rj a m ，a n do b t a i nt h eb e s t c o n d i t i o n s t h ef o l l o w i n gi st h er e l a t e dr e s e a r c hc o n t e n ta n dr e s u l t s ( 1 ) p r e p a r e dl o wm e t h o x y lp e c t i nb yi m m o b i l i z e de n z y m e ：f i x e dw i t hs o d i u m a l g i n a t e p e c t i ne s t e r a s ef r o ma s p e r g i l l u sn i g e rw i t hh i g h - m e t h o x yp e c t i no nt h eg o o d s p r o c e s s i n gs o l u t i o n ，e s t e r i f i c a t i o nd e g r e eo fp e c t i n ，v i s c o s i t ya n dp r o d u c ty i e l di n d e x ，t h e n m a k et h es i n g l ef a c t o ra n do r t h o g o n a lt e s t st oa f f e c tt h eq u a l i t yo ft h ef i n a lp r o d u c to f p e c t i n o nt h em a i nf a c t o r s ，a n dg e to p t i m u mc o n d i t i o n so fi m m o b i l i z e dl o wm e t h o x y lp e c t i n ： s u b s t r a t eo f h i g h m e t h o x yp e c t i nc o n c e n t r a t i o no f1 5 ，s k i mt h et i m i n gf o rt h e7 h ， i m m o b i l i z e de n z y m ed o s a g eo f10 m 1 t h ep r o d u c ty i e l do fl o we s t e rp e c t i nw a s9 7 7 ， d e g r e eo f e s t e r i f i c a t i o nw a s2 9 8 ，v i s c o s i t yw a s9 1 5 2 m p a s ( 2 ) a n a l y s i so fe f f e c t i n gf a c t o r so fl o wm e t h o x y lp e c t i n s o l t i o nv i s c o s i t y ：t h el o w m e t h o x y lp e c t i nm a d eb yt h eb e s tm e t h o do fr e m o v a le s t e rw e r eu s e dt oa n a l y z ev a r i o u s f a c t o r st oe f f e c ts o l t i o nv i s c o s i t yi nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，t h er e s u l ts h o w st h a tv i s c o s i t yo f p e c t i nf l u i dw e r ep r o p o r t i o n a lt ot h ep e c t i nc o n c e n t r a t i o nb u tr e c i p r o c a lp r o p o r t i o n a lt ot h e t e m p e r a t u r ea n dp h w i t ht h ei n c r e a s eo fs u c r o s ec o n t e n t ，l o wm e t h o x y lp e c t i ns o l u t i o n v i s c o s i t yi n d e xa l s oi n c r e a s e d ，m e a n t i m ef o u n dt h a tt h ep e c t i ns o l u t i o nh a sb e c o m e i n c r e a s i n g l yt h i c k ，g r a d u a l l yd e c r e a s e dm o b i l i t y w h e na d d i n gt h ec a l c i u mi o nc o n c e n t r a t i o n i nt h e5 - 10 m g g ，t h el o wm e t h o x y lp e c t i ns o l u t i o nv i s c o s i t yi n d e xr o s es l o w l ya l o n g ；i nt h e 10 4 0 m g g ，t h el o w m e t h o x y lp e c t i ns o l u t i o nv i s c o s i t yi n d e xi n c r e a s e dd r a m a t i c a l l y ，t h e i r m o b i l i t yd e c r e a s e d ；w h e nt h ec a l c i u mi o nc o n c e n t r a t i o ni nt h e4 0 m g | g ，t h ev i s c o s i t yo f p e c t i ns o l u t i o np e a ki n d i c a t o r s ；c o n t i n u et oa d dc a l c i u m ，p e c t i ns o l u t i o nv i s c o s i t yi n d e xd i d n o tc o n t i n u et or i s e ，b u tf e l l ，p e c t i ns o l u t i o na n dl a y e r e dh o n e y c o m bb e g a np h e n o m e n o n ( 3 ) a n a l y s i so fe f f e c t i n gf a c t o r so fl o wm e t h o x y lp e c t i ng e ls t r e n g t h ：b r e a k i n gs t r e n g t h a st h em a i ni n d e x e s ，m a k es i n g l ef a c t o rt e s t t oa f f e c tt h eq u a l i t yo ft h ef i n a lp r o d u c to f p e c t i n sg e lq u a l i t yo nt h em a i nf a c t o r s ，a n da n a l y z et h ei m p a c to fv a r i o u sf a c t o r so nt h e p e c t i ng e lc o n d i t i o n s ，t og e tt h eb e t t e rg e lc o n d i t i o n so fl o wm e t h o x y lp e c t i n ：s u c r o s ec o n t e n t i i i ( 4 ) d e t e c t i o no fl o w m e t h o x yp e c t i nm a i np h y s i c a la n dc h e m i c a li n d i c a t o r s ：t h e b r o k e ns t r e n g t ha st h em a i ni n d i c a t o r s ，d e t e r m i n a t i o no fl o w - m e t h o x y p e c t i nl o s so nd r y i n g ， a s h ，a c i di n s o l u b l es o l i d sc o n t e n t ，d e g r e eo fe s t e r i f i c a t i o n ，g a l a c t u r o n i ca c i dc o n t e n t 。t h e r e s u l t sw e r e ：d r y i n g1 0 s so fm o i s t u r ew a s6 9 ，a s hc o n t e n tw a s1 9 6 ，a c i di n s 0 1 u b l es o l i d s c o n t e n tw a s0 2 8 ，d e g r e eo fe s t e r i f i c a t i o nw a s2 9 8 ，g a l a c t u r o n i ca c i dc o n t e n tw a s7 2 8 ， t h e s er e s u l t sa r ei nl i n ew i t hs t a n d a r di n d i c a t o r so f p e c t i n r e l a t e dr e q u i r e m e n t s ( 5 ) s t u d yo f m a k i n gl o ws u g a rs t r a w b e r r y j a mb yl o w m e t h o x yp e c t i n ：a c c o r d i n gt h e s i n g l ef a c t o ra n do r t h o g o n a ld e s i g n ，t h es e n s o r ys c o r eo fl o ws u g a rs t r a w b e r r yj a ma st h e m a i ni n d e x e s ，c o m b i n e dw i t ht h et e x t u r eo ft h ea u x i l i a r ya p p a r a t u sf o r g e ls t r e n g t he v a l u a t i o n ， g e to p t i m u mc o n d i t i o n so f l o w - s u g a rs t r a w b e r r y j a mp r e p a r e db yl o wm e t h o x y lp e c t i n ： l o w - m e t h o x yp e c t i nc o n t e n tw a so 3 ，c a c l 2c o n t e n tw a s1 6 m g g ，s u g a rc o n t e n tw a s2 0 t h i sl o ws u g a r s t r a w b e r r y j a mo nt h ec o n d i t i o ns e n s e sm a r ko f 9 3 ，g e l a t i n o u so f 7 8 5 9 k e yw o r d s ：i m m o b i l i z e de n z y m e ；l o wm e t h o x y lp e c t i n ；p r o p e r t i e s ；a p p l i c a t i o n s i v 西华大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 1 引言1 1 1果胶的基本概况、存在形式、来源、分类2 1 2 果胶的制备与应用2 1 3酶法脱酯制备低甲氧基果胶国内外研究进展8 1 4 本课题研究的内容、目的、意义及创新点1 0 2 酶法脱酯制备低甲氧基果胶1 2 2 1 材料与设备1 2 2 2实验方法17 2 - 3实验结果1 9 2 4讨论3 3 2 5 结论3 4 3 酶法脱酯制备的低甲氧基果胶性质的研究3 5 3 1 材料与设备3 5 3 2 实验内容与方法3 6 3 3实验结果与分析4 0 3 4 讨论一5 3 3 5结论5 4 4 低甲氧基果胶的应用举例5 5 4 1 材料与设备5 5 4 2实验方法5 6 4 3 实验结果5 8 4 4 讨论一6 4 4 5 结论一6 5 结论6 6 参考文献6 8 攻读硕士学位期间发表学术论文情况7 2 致谢7 3 v 西华大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 果胶的基本概况、存在形式、来源、分类 1 1 1 果胶的基本概况 果胶是一种绿色天然的水溶性膳食纤维，1 9 8 1 年国际联农组织评价其为没有每日摄 入量限制( a d i v a l u e ) 的食品添加剂，可普遍应用于果冻、果酱、果汁、酸乳制品、软 糖以及保健食物中。果胶又名甲氧基半乳糖醛酸聚糖或果胶酯酸，是一种结构上呈线性 的垒趋，单个果胶分子主链一般由几百到上千个脱水半乳糖醛酸残基构成，d 半乳糖醛 酸是果胶分子的主要构成单元【l 捌。果胶作为一种高分子碳水化合物主要存在于植物细胞 壁和细胞内层，为内部细胞的支撑物质。它具有水溶性，工业上即可分离，其分子量约 5 万至3 0 万【1 】。在适宜条件下其溶液能形成凝胶和部分发生甲氧基化( 甲酯化，也就是 形成甲醇酯) ，其主要成分是部分甲酯化的a ( 1 ，4 ) d 聚半乳糖醛酸，残留的羧基单元以 游离酸的形式存在或形成铵、钾钠和钙等盐。 1 1 2 果胶的来源 果胶是植物的天然组成部分，主要以果胶质或不溶于水的原果胶形式存在。果胶质 是植物细胞壁结构的一种必需的组分，既是一种纤维素网络的凝固剂又是一种水合剂 3 j 。 果胶广泛存在于几乎所有的植物中，其中以苹果、柑橘类( 包括桔、橙、柚等) 的 含量最为丰富，此外，在仙人掌、桑椹、西番莲等各类植物中均有一定量的分布。下图 是果胶在不同植物中的含量情况【4 1 。 固定化酶法制备柑桔低甲氧基果胶及其性质、应用的研究 桑椹 西番莲 仙人掌 葡萄柚 柑橘皮 柠檬皮 苹果皮 不同植物中果胶含量 o5 1 01 52 02 5 果胶含量( ) 图1 1 果胶在不同植物中的含量情况 f i g 1 1 t h ep e c t i nc o n t e n ti nd i f f e r e n tp l a n t 因为苹果和柑橘果皮中的果胶含量较高，因而现目前市面上的商品果胶主要为苹果 果胶和柑橘果胶。其中苹果果胶的色泽为淡褐色，柑橘果胶呈米黄色，同条件下苹果果 胶凝胶比柑橘果胶更柔软。 1 1 3 果胶的分类 按照酯化度的不同将果胶分为高甲氧基果胶叫g hm e t h o x y lp e c t i n ，h m p ) 和低甲氧 基果胶( 1 0 wm e t h o x y lp e c t i n ，l m p ) ，通常把酯化度( d e g r e eo f e s t e r i f i c a t i o n ，d e ) 高于 5 0 ( 相当于甲氧基含量7 1 6 3 ) 的果胶称为高甲氧基果胶，把酯化度低于5 0 ( 相 当于甲氧基含量小于7 ) 的果胶称为低甲氧基果胶5 1 。 1 2 果胶的制备与应用 在食品工业中，现在用来提取果胶的原料主要有桔皮、苹果皮、山楂、向日葵盘、西 瓜皮、甜菜渣等。果胶的提取就是一个把不溶性果胶转化成可溶性果胶和可溶性果胶向 液相转移的过程。 典型的果胶生产流程如下【5 】： 原料_ 预处理一提取_ 分离( 离心和过滤) _ 果胶提取液一浓缩_ 冷却沉淀_ 洗 涤一干燥一粉碎 下面对高甲氧基果胶和低甲氧基果胶的制备进行分别说明。 西华大学硕士学位论文 1 2 1 高甲氧基果胶的制备 高甲氧基果胶生产工艺中最关键的是提取和沉淀两个步骤。 1 2 1 1 提取 果胶的提取方法主要有：沸水抽提法、酸法、离子交换树脂法和微生物法f 5 1 。 1 2 1 1 1 沸水抽提法 沸水抽提法是运用最早、操作最简单的方法。把选择好的用来提取果胶的植物组 织，置于水中煮沸，使果胶溶出，再将果胶提取液离心分离，过滤出不溶性残渣，得到果 胶澄清液。但是这种方法仅能提取植物组织中的水溶性果胶，得率低，生产周期长，成 品中含多种混杂物，所以在工业生产上一般不用此方法 3 ，8 9 】。 1 2 1 1 2 酸法 酸提取法是一种最古老的工业果胶生产方法，其基本原理是将植物细胞中的非水 溶性果胶在稀酸中转化成水溶性果胶，并萃取出来。常用的酸有盐酸、六偏磷酸、草酸 等。传统的酸提取法是将洗净、除杂预处理好的果皮，用无机酸( 女i j h c l 、h 2 s 0 4 、h 2 s 0 3 、 h n 0 3 、h 3 p 0 4 等) 调节一定p h 值，加热提取果胶，再将果胶提取液离心分离，过滤出不溶性 残渣，得到果胶澄清液。该法的缺点是果胶分子在提取过程中会局部水解，反应条件也复 杂，过滤时速度较慢，生产周期长，效率低。 针对这一情况，对传统方法进行改进，因为原果胶中的六偏磷酸可溶性果胶是以 果胶的c a 盐或m g 盐形态存在的水不溶性果胶，不溶于上述无机酸的热溶液中。该法的 改进之处是先用无机酸( h c l 、h 2 s 0 3 、h 2 s 0 4 等) 处理提胶原料，使六偏磷酸可溶性果胶转 化成水溶性果胶，然后再按上法提取，这样可同时提取得到水溶性和水不溶性果胶，使果胶 产率提高，一般预处理提胶原料时所用的无机酸浓度以0 0 1 o 5 m o l l 为宜。酸浓度太低， 六偏磷酸可溶性果胶不能转化成水溶性果胶；酸浓度太高，果胶酯化度会下降。 总的来说，酸法提取过程中存在一些难于避免的缺点，比如：果胶分子易发生部分水 解，使果胶分子量降低，从而影响果胶的产率和质量，同时，提取时的温度、时间、酸的类型、 水与皮的比率、溶液的p h 值在不同工艺中变化很大【3 弗，9 j 。 1 2 1 1 3 离子交换树脂提取法 为了提高得率，j m g h u a n g 等人采用离子交换树脂进行提取的方法，据称效果较 好。该法的工艺流程是：将处理过的柑桔皮脱水后粉碎，再与离子交换树脂和水( 按 1 ：0 3 ：3 0 ) 在p h l 3 1 6 制成浓浆液，在搅拌下加热提取，过滤浓浆，即可用异丙醇沉淀 果胶。在制备果皮与离子交换剂的含水浓浆时，水量太少，会延缓果胶的增溶作用；水量 太多，果胶难以沉淀，以水量为皮重的3 0 - - 6 0 倍为最佳。浓浆液在6 5 - - - 9 5 c 下加热2 一- , 3 h ， 加热时间过长，会降低果胶产率和胶凝度；温度低于6 0 c ，则果胶提取效果不好；而当温 固定化酶法制备柑桔低甲氧基果胶及其性质、应用的研究 度高于9 5 c ，果胶分子发生降解。离子交换树脂的用量为皮重的1 0 - - 5 0 ，尤以3 0 - - - 4 0 为好，所用离子交换树脂必须在1 0 0 c 不发生降解、在中等酸性条件下不发生水解。 在分离果胶之前，浓浆的p h 值必须调节在1 3 - - 1 6 之间，p h 大于1 6 则果胶得率下降，p h 小于1 3 则果胶分子会降解。该法使果胶产率比用无机酸提取法高，且产品质量高，生产 周期短，工艺简单，成本低，是一种经济上可行的制造方法。该法在国内还未有报道。另 有赵伟良等人，以柑桔皮为原料，树脂采用聚苯乙烯型磺酸基阳离子交换树脂，用阳离 子树脂交换法，进行了提取果胶的系统性实验，同时又对生产果胶的几种方法作了比较 2 2 2 o 总的来说，与酸法相比，离子交换法能提高果胶产率，增大胶凝力，改善产品的颜 色。 1 2 1 1 4 微生物法 微生物法就是引入菌种发酵，脱去果胶，再用乙醇沉淀。果胶酶在纺织工业、食品 工业及造纸工业中运用极为广泛。近些年来许多科学家试图用果胶菌处理韧皮纤维，使之 成浆用于造纸，并取得了一定的进展，这是因为在韧皮纤维中，果胶是粘结木质部的主要 成分。日本小村良生的试验表明，茵解三桠皮2 4 h 1 内可成浆。日本坂井拓夫等人经试验 发现，帚状丝孢酵母及其变异株能从植物组织中分离出果胶【3 】。 1 2 1 2 沉淀 上述提取液经过滤或离心分离后，得到的是粗果胶液，还需进一步纯化沉淀，一般 有醇沉淀法、盐析法、渗析法、离子交换树脂乙醇法等几种方法。 1 2 1 2 1 醇沉淀法 醇沉淀法使用较为普遍，也是最早工业化的方法。其基本原理是利用果胶不溶于醇 类有机溶剂的特点，将大量的醇加入果胶的水溶液中，形成醇一水混合溶剂将果胶沉淀出 来，一般将果胶提取液进行浓缩，再添加6 0 的异丙醇或乙醇，使果胶沉淀，然后离心得到 果胶沉淀物，用更高些浓度的异丙醇或乙醇洗涤沉淀数次，再进行干燥、粉碎即可。此法 工艺简单，所得果胶色泽好、灰分少，影响这一过程的主要因素是所用醇的价格以及醇的 回收问题。 在果胶沉淀过程中，酒精对果胶的絮凝作用在痕量电解质的存在下才能沉淀完全 所以现在国内许多科技人员采用改良乙醇h c l 法( 即乙醇内含0 1 5 m o l l 的h c l ) 来沉淀果 胶。经试验表明，用此法在果胶液浓度小的情况下，果胶也能沉淀下来【2 6 】。 1 2 1 2 2 盐析法 盐析法利用添加与果胶溶液带相反电荷的当量可电解无机盐类解除果胶中氢键的 动态平衡，从而使果胶转化为果胶盐沉淀下来。采用盐析法生产果胶不必做浓缩处理， 即果胶提取液经过脱色后就可进行沉淀，一般采用f e 、c u 、灿、c a 盐，从稀果胶溶液 4 西华大学硕士学位论文 ( 0 1 3 - 0 1 5 ) 中使果胶沉淀，而以采用a l 盐沉淀的方法为多，盐的用量与果胶等当量， 使果胶变成果胶盐。以a 1 盐( a 1 c 1 3 或a 1 2 ( s 0 4 ) 3 ) 为例说明原理。a 1 盐是一种胶体，带有与果 胶相反的电荷，两种相反电荷的电性中和作用产生沉淀。在果胶萃取液中边搅拌边慢慢加 入一定浓度的a 1 2 ( s 0 4 ) 3 溶液，再用n h 4 0 h 溶液边搅拌边调p h ，p h 超过3 5 时产生a i ( o h ) 3 ， 果胶一起被沉淀出来，形成黄绿色坚实的胶凝体。再用滚筒筛沥去水分，冷水洗涤除去过 多母液，压滤。如质量要求不严，可以不经脱盐处理，所得果胶含灰分1 2 左右，其中主要是 a i ( o h ) 3 ；如要得到质量较高的果胶，可以采取脱盐操作，即用酸化醇( 1 2 h c l + 6 0 z , 醇) 洗 涤，使a i ( o h ) 3 转化为a 1 c 1 3 而溶于酒精中，然后再以弱碱醇中和，经处理后得果胶灰分在 6 7 ，颜色呈黄绿色 i o 之o 盈】。 1 2 1 2 3 渗析法 采用反渗透膜浓缩果胶溶液，然后进行冷冻干燥，具有不降低果胶分子链长的特点。 1 2 1 2 4 离子交换树脂乙醇法 先采离子交换树脂处理果胶溶液，继而用乙醇沉淀，可制得纯度高的果胶。这种果 胶可用于静脉注射治疗放射性疾病。 1 2 2 低甲氧基果胶的制备 主要包括两种方法：采用高甲氧基果胶脱酯制备低甲氧基果胶；直接从植物中提取 制得低甲氧基果胶。这里我们主要对采用高甲氧基果胶脱酯制备低甲氧基果胶进行说 明，主要包括以下四种方法：酶法、酸化乙醇法、碱化法、酰胺化法等 2 7 3 0 , 4 2 】。 1 2 2 1 酶法制备低甲氧基果胶 1 2 2 1 1 果胶酯酶 果胶酶是能分解果胶的多种酶的总称，包括果胶聚半乳糖醛酸酶、聚甲基半乳糖醛 酸酶、果胶甲酯水解酶、原果胶酶【5 5 1 。 果胶酯酶又名果胶甲酯酶，属于果胶甲酯水解酶类，它对聚半乳糖醛酸甲酯具有高 度专一性，能够作用于多聚半乳糖醛酸的半乳糖醛酸残基的羧基团，去掉甲酯【3 6 1 。果胶 甲酯酶存在于高等植物组织的根、茎、叶、果中和一些降解细胞壁的微生物和昆虫体内， 可以催化高甲氧基果胶的酯键水解，在食品工业中，尤其是在果汁澄清、果粒固化、改 善果酱粘度以及酶法制备低酯果胶中应用广泛。 1 2 2 1 2 内源酶作用制备低甲氧基果胶 内源酶作用制备低甲氧基果胶就是通过加内源酶激活剂激活果胶酯酶制备低甲氧 基果胶的方法。韩国的y o o n 等【4 3 】人报道了利用碳酸钠激活红桔皮内源p e 脱酯提取低甲 氧基果胶的方法。我国蔡长河等人也采取同样的方法得到酯化度小于5 0 的低甲氧基果 胶。 固定化酶法制备柑桔低甲氧基果胶及其性质、应用的研究 1 2 2 1 3 外加酶制备低甲氧基果胶 外加酶制备低酯果胶就是从植物组织或微生物( 主要是黑曲霉) 发酵液中提取p e ，再 利用该果胶酯酶生产低甲氧基果胶。2 0 年代末期，p a u l 等人，就用果胶酯酶脱酯提取低 甲氧基果胶；m e h l i t z ( 1 9 3 2 ) ，m o t t e n ( 1 9 4 6 ) 等人，主要是利用从蕃茄中提取到的p e 进行 脱酯试验；1 9 7 9 年日本的l s h i i l 等 4 6 】人，从黑曲霉发酵液中分离提纯得到p e ，并用该酶脱 酯提取低甲氧基果胶。但是，s p i s e r 和e d d y ( 1 9 4 6 ) ，s p e i s e r ( 1 9 4 7 ) 和h i l l s ( 1 9 4 9 ) 发现由酶 法生产的低甲氧基果胶由于果胶分子中甲氧基的非随机分布的原因，它的凝胶强度低于 采用其它方法生产的凝胶强度。然而，l s h i i l 等人发现从黑曲霉中提取的p e 随机水解果胶 分子中的甲酯，生成的低甲氧基果胶胶凝性优于由其它材料来源的p e 制备的低甲氧基果 胶的胶凝性。 从以上可以看出，外加酶( 主要是黑曲霉果胶酯酶) 制备低甲氧基果胶可取得较好效 果。 1 2 2 1 4 固定化意义 固定化酶技术是2 0 世纪6 0 年代发展起来的一项生物工程技术，是使生物酶得到广泛 而有效利用的重要手段。酶的固定化( i m m o b i l i z a t i o no f e n z y m e s ) 是用固体材料将酶束缚 或限制于一定区域内，进行其特有的催化反应，并可回收及重复利用的技术【3 3 】。固定化 酶的研究不仅在化学生物学、生物工程医学及生命科学等领域异常活跃，而且因为具有 节省能源与资源减少污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求，具有极高的经 济和环保意义【j 引。 近年来，国外已有人对固定化果胶酯酶进行了研究，但国内仅对固定化果胶酶进行 研究，专一的针对果胶酯酶固定化方面的研究报道还是空白【5 5 1 。因此我们在用外加酶( 主 要是黑曲霉果胶酯酶) 制备低甲氧基果胶时，如果能将黑曲霉果胶酯酶游离酶制成固定 化酶，其固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时，又可克服了游离 酶的不足之处，呈现储存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、 工艺简便等优点。 1 2 2 1 5 酶法制备低甲氧基果胶的优点 用酸、碱、酶和酰胺化均可使高甲氧基果胶脱酯，从而转化成低甲氧基果胶。酶法 脱酯与酸法脱酯相比较，其优点是可大大简化工艺流程和设备，并能提高生产效率；与 碱脱酯法相比较，其优点是：工艺易于控制，能更好地保持产品的胶凝度。而在使用酸 和碱时，必须严格掌握条件，以防止出现消去而产生水解，减小果胶聚合物的体积，导 致果胶性能下降。酰胺化法制取低甲氧基果胶制备过程中会产生许多有害物质同时影响 了产品的运用范围和性能【4 1 1 。 1 2 2 2 其他方法制备低甲氧基果胶 西华大学硕士学位论文 酸化乙醇法处理高酯果胶所生成的低甲氧基果胶，d e ( d e g r e eo f m e t h o x y l a t i o n ) 值通 常在2 5 5 0 。 碱处理法加工果胶最初是由美国加利福尼亚水果种植交易所于1 9 4 1 年申请专利，主 要用于加工桔皮果胶。 酰胺化法制得的酰胺化果胶是一种低甲氧基胶，它是在碱性条件下用氨处理使部分 甲酯转变为伯醇胺后的产物，这种果胶国内尚未生产。其d e ( d e g r e eo f m e t h o x y l a t i o n ) 通常2 0 4 5 ，d a ( d e g r e e o fa m i d a t i o n ) 值在1 2 2 5 【4 2 | 。 1 2 3 果胶的应用 果胶主要应用于食品、医药及其他工业方面。果胶是具有优良胶凝化和乳化作用 的天然产物，自2 0 世纪4 0 年代以来便在世界上广泛研究与应用【l 捌。 在食品工业中，果胶作为食品胶凝剂、增稠剂、稳定剂和乳化剂，用来制造果酱、 果冻、果胶软糖、蜜饯、面包、奶品、罐头、果汁饮料等。例如：橙汁饮料加入果胶， 可以保持长久稳定混浊，起到防止沉淀、稳定结构作用，还能改善风味，延长贮藏期：果胶 的生化性质，具有降低血糖、血脂等作用，因此可用于制作防治糖尿病、肥胖症、高血脂 等症的保健食品。目前我国使用较多的是果酱、高级夹心糖、软糖以及浓缩果汁等。随 着我国经济的发展，果胶的应用势必越来越广泛【2 6 1 。 果胶在食品工业中的重要性在于其溶液在一定条件下具有生成凝胶的能力，所以广 泛用于果酱、果冻、软糖和饮料等制品中。高甲氧基果胶形成凝胶的条件是必须要有一 定的糖等可溶性固形物，最低含量大于5 0 才能形成凝胶；而低甲氧基果胶适用范围很宽，” 可溶性固形物含量低至1 也可形成凝胶，但需要c a 2 + 存在，酸度与糖度对此影响不大。高 甲氧基果胶可以有效地稳定酸牛奶制品并改善它的风味，特别是对人工发酵的酸乳和使 用化学方法酸化的牛奶饮料效果更好。在果汁奶生产中所遇的p h 值范围内，牛奶中酪蛋 白沉淀出来，产品分离成两相；加热杀菌时分层现象更加严重。作为一种稳定剂，高甲氧基 果胶可使牛奶和果汁结合成一种含牛奶蛋白、矿物质及果汁的重制饮料。p h 低于酪蛋白 的等电点时( p h = 4 6 ) j l j ) k 果胶，酪蛋白胶体微粒带阳电荷，而果胶带负电荷，从而产生 稳定的酪蛋白一果胶溶和物，于是果胶起着抑制酪蛋白沉淀的作用，这样可以使产品保 持良好的稳定性【”】。果胶还可用来制造果香棉花糖、水晶软糖、拌砂软糖以及无糖糖果 等。色拉酱以前多用黄原胶作粘胶剂和乳浊稳定剂。由于果胶具有良好的酸稳定性和清 爽利口的味道，它对改进色拉酱的特性所起的作用超过了黄原胶【l 2 1 。 在医药工业中，低甲氧基果胶对铅具有强大的选择性配合力，故含低甲氧基果胶的 饮料，能驱出人体内的铅、汞、砷、镉等元素离子，对降低和避免铅汞等中毒有良好作用。 在肠道中，果胶与食品成分相结合从而降低了食品的消化率，果胶是通过限制肠内酶与 固定化酶法制备柑桔低甲氧基果胶及其性质、应用的研究 食品接触而影响了食品的吸收，因此，减少了食品的利用率。果胶具有很强的吸水能力， 使人具有饱腹感，因而降低了食品的消耗。果胶的这些功能也用于治疗过食紊乳症患者。 另有报道，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。果胶单独使用或与其它胶相结合可用做包埋剂使药物持续释放。据称高甲氧基果 胶能促进阿斯匹灵持续释放，并可做为润药剂在给药过程中显著地减少胃肠刺痛【1 - 2 , 7 , 3 8 】。 在其它工业中，果胶可用作水油乳浊液的乳化稳定剂。天然果胶制成的薄膜可被生 物降解并易于回收利用，在某些体外医疗中得到了应用，从而引起了人们的极大兴趣。一 些科技人员在果胶膜制备方面做了许多工作，由于果胶具有成膜特性，可用作造纸和纺 织的施胶剂，果胶也可用于制备超速离心膜和电渗析膜。果胶可用于制备铅蓄电池中的硫 酸溶胶，1 浓度的果胶与硫酸混合可制备无气泡溶胶。用果胶制做的饮料吸管，当液体 流过吸管时，果胶层中的色素和风味物质就会释放出来。另外，近年来，对果胶和聚乙烯 醇( p v a ) 混合体系的热力学性质进行了研究。在玻璃化温度以上，增加混合体系中p v a 的含量将减少膜的储能模量和损耗模型了卜3 8 】。 目前，果胶在国内外市场上销路很好，但果胶作为一种食品添加剂在我国还处在试验 阶段，我国虽开始有些单位进行果胶的研制，但质和量都不理想，仍需进口，进口价达1 6 0 - 2 0 0 元k g 。利用我国大量的食品工业再生资源