（食品科学专业论文）柠檬果胶原料预处理方法的研究.pdf

柠檬果胶原料预处理方法的研究 食品科学专业 研究生万国福指导老师车振明 摘要 本课题主要研究了柠檬果胶提取工艺的预处理阶段，重点讨论了该阶段的 灭酶活处理，粉碎破壁处理及干燥处理等对果胶提取率的影响，寻找出最佳的 工艺操作条件和参数，为以后的果胶提取研究打下坚实的基础。 在课题实施过程中，将实验内容与生产紧密联系，从实际生产角度考虑， 将课题的进行分为两条线：一条是用于柠檬收获季节的新鲜皮质原料加工提取 果胶；另一条是实用于柠檬贮藏期的原料处理，保证了企业生产的全年性，避 免了果胶生产淡旺季影响。为实际生产赢得了保贵的时间，节约了大量的资源 和人力，降低了生产成本，使产品在市场竞争中处于有利之势。 果胶生产工艺主要包括预处理、萃取、浓缩、沉淀、干燥等五个步骤。其 中生产工艺中的预处理( 灭酶、组织细胞破壁、干燥等) 是一个重要环节。优 化的预处理方法不仅可以简化工艺、降低成本，而且还能大大提高原料利用率 和果胶提取率。 柠檬果胶原料( 柠檬皮) 灭酶活处理方法研究。新鲜的皮渣应及时加工， 否则容易发酵变质，而且其中所含有的果胶酶系也会酶解果胶，造成果胶的损 失。要想保证生产全年进行，贮存原料，应对原料作处理。原料不同的预处理 各不相同，如新鲜柠檬皮质直接破碎和果胶酶钝化即可，同时原料最好也经高 温清洗和0 6 的六偏磷酸钠的软化处理，除去原料中的苫涩物质、色素、残余 的糖酸及钙、镁离子等杂质。如果原料要进行贮减，就应将除杂后的原料压榨 脱水，在一定温度条件下干燥至含水6 以下，再进行贮存。果胶酯酶的活性 耐受温度为8 0 8 2 ，在本课题原料中的果胶酶灭活处理采用了三种灭酶活性 方法：巴氏杀菌法灭活，酸醇处理灭酶活，微波法灭酶活。通过不同的 方法比较及参数摸索来寻求最佳灭酶活方案。 原料( 柠檬皮) 粉碎及细胞破壁方法研究。果胶存在于植物的细胞壁中， 要想提高果胶提取率必须先对原料皮质组织细胞的细胞壁进行破坏处理，以便 有利于果胶的析出。另一因素原料粒度也直接影响果胶提取过程中的溶出，粒 度过大和过小都对果胶提取不利，适当的粒度可以使原料获得最大的比表面积 增大，便于果胶析出，常选用的粉碎粒度为1 - 3 m m 。要保证果胶的提取顺利进 行，必须有合适的破壁方法。组织细胞的破碎方法很多，有机械方法、物理方 法、化学方法和生物化学方法等。在本课题中对原料的细胞破壁处理采用了六 种方法：组织捣碎机、研钵、反复冻溶法、急热骤冷法、超声波处理、表面活 性剂( 复合磷酸盐法) 处理等多种方法比较选择。 原料( 柠檬皮) 干燥方法研究实际果胶生产过程中，对于柠檬丰产期， 可以直接新鲜原料进行加工提取以提高果胶得率，降低生产成本，但这段时间 较短。要想保证企业的全年生产我们必须对收获季节的大批原料进行较为简单 的加工处理以备全年所需。在实际生产中常采用的是干燥处理。本课题中所进 行的干燥方法是依据各种温度段及干燥时间的不同，找出了一种最佳的干燥处 理方法，并且采用了双温交叉干燥的方法最大限度的降低了干燥操作对原料中 果胶的影响，从而大大提高了果胶的得率。 通过本次课题实验，最终获得的最佳预处理工艺条件为：粉碎( 1 - 3 m m ) 、 微波处理( 功率7 0 0 w 、粒度1 - 3 m m 、作用时间9 m i n 、料液比1 ：3 5 ) 、9 0 x 7 0 交叉干燥( 9 0 。c6 h ，7 0 。c5 - 8 h ) 、复合磷酸盐处理( 干燥原料：9 0 ，3 倍水， n a a p 0 42 、n a h 2 p 0 40 5 、焦磷酸钠0 3 、六偏磷酸钠0 6 ，静置2 4 h ： 新鲜原料：9 0 。c ，3 倍水，n a 3 p 0 4 3 、n a i l 2 p 0 40 9 、焦磷酸钠o 5 、六偏 磷酸钠0 6 ，静置2 4 h ) 。 关键词：柠檬，果胶，灭酶活，组织破碎，干燥 a b s t r a c t r e s e a r c ho np r e t r e a t m e n tm e t h o d so fl e m o np e c t i nm a t e r i a l s m a j o r ：f o o ds c i e n c e c a n d i d a t e ：w a ng u o f ua d v i s o r ：c h ez h e n m i n g t h i ss u b j e c tw a s m a i n l ys t u d i e da b o u tt h ep r e c o n d i t i o ns t a g eo fl e m o np e c t i na n d d s c u s s e dt ok i l le n z y m e ，b r e a kc e l lw a l l ，d r y i n g f r o ma l lk i n d so fc o n d i t i o n st h e b e s tp r o c e s sc o n d i t i o na n dp a r a m e t e rw e r ef o u n do u t i ts u p p o r tas o l i df o u n d a t i o n f o rt h ep e c t i ns t u d yi nt i l ef u t u r e ，w 伍l et h es u b i e c ti si m p l e m e n t e d ，e x p e r i m e n t sa n dp r o d u c t i o nw a sl i n k e di n c l o s e l y f r o mt h ev i e wo fp r o d u c t i o nt oc o n s i d e ra c t u a l l y , w ed i v i d e dt h es u b j e c t i n t ot w os i d e s ：o n eu s e df x e s hl e m o na sr a wm a t e r i a l st op r o d u c ep e c t i nb e c a u s e l e m o nh a v eh a r v e s ts e a s o n a n o t h e l h a sd r y n e s sm a t e r i a l st op r o d u c ep e c t i n i nt h i s w a v i tm a k e st h ep r o d u c t i o no fp e c t i ni nw h o l ey e a r t h et e c h n o l o g yo fp e c t i np r o d u c t i o nm a i n l yi n c l u d ep r e c o n d i t i o n i n g ，e x t r a c t i o n ， c o n c e n t r a t i o n ，p r e c i p i t a t i o na n dd r y i n g a m o n gt h e m ，t h ep r e c o n d i t i o n i n g ( e g k i l l e n z y m e ，o r g a n i z et h ec e l lb r o k e nw a l la n dd r y ) i nt h ep r o d u c t i o nt e c h n o l o g yw a s i m p o r t a n t t h ep r e c o n d i t i o n i n gm e t h o do p t i m i z e dw a sn o to n l ys i m p l i f y t h e o p e r a t i o n ，l o w e rc o s t sb u ta l s oi m p r o v e dr a wm a t e r i a l su t i l i z a t i o nr a t i oa n d e x t r a c t i o nr a t eo fp e c t i ng r e a t l y t h er a wm a t e r i a l so fl e m o np e c t i n ( 1 e m o np e e l ) k i l i e de n z y m ew a ss t u d i e d t h e f r e s hm a t e r i a l ss h o u l db ep r o c e s s e di nt i m e ，o t h e r w i s ea p tt of e r m e n tr o t t e n l y , a n d p e c t i ne n z y m e se n z y n o l y s i sa m o n gt h e ma n dc a u s ep e c t i nl o s s e s i fy o uw a n tt o g u a r a n t e ep r o d u c t i o nk e e p i n go nt h ew h o l ey e a r , s t o r i n gr a wm a t e r i a l ss h o u l da c ta s t r e a t m e n tt or a wm a t e r i a l s d i f f e r e n tp r e c o n d i t i o n so fr a wm a t e r i a l sh a v ed i f i e r e n t t r e a t m e n t s t h ef r e s hi e m o nd i r e c t l yk i l l e de n z y m e a n dr a wm a t e r i a l sh a db e t t e rb e d r y i ti sd r yt om o i s t u r eu n d e r6 u n d e rc e r t a i nt e m p e r a t u r ec o n d i t i o n p e c t i n e n z y m ec a nt o l e r a n tt e m p e r a t u r e8 0 培2 i nt h ep a p e r , w ea d o p t3m e t h o dt ok i l l p e c t i ne n z y m eo ft h er a wm a t e r i a l s ：1 ) h e a t e r , 2 ) t r e a t m e n to fs o u ra n da l c o h o l ，3 ) m i c r o w a v e c o m p a r i n gd i f f e r e n tm e t h o d sa n dp a r a m e t e ri st r i e dt of i n dt h eb e s t m e t h o d t h e r a wm a t e r i a l s ( 1 e m o np e e l ) a r ec r u s h e da n dt h em e t h o do f b r o k e nw a l lo fc e l l w a ss t u d i e d p e c t i ne x i s ti nc e l lw a l lo fp l a n t ，i fy o uw a n tt oi m p r o v ep e c t i n e x t r a c t i o nw h om u s to r g a n i z ec e l lw a l la n dd e s t r o yi t ，i no r d e rt o h e l pp e c t i n d i s s o l v i n g t h eo t h e rf a c t o r e l e m e n tw h i c hi s g r a n u l a r i t yo f r a wm a t e r i a l s i n f l u e n c e sp e c t i nt oe x t r a c t a p p r o p r i a t eg r a n u l a r i t yc a nm a k er a wm a t e r i a l so b t a i n i n c r e a s i n gt h a nt h es u r f a c ea r e am o s th e a v y c o n v e n i e n tp e c t i na p p e a r s s ot h a ti t w a ss e l e c t e dg r a n u l a r i t yo fo n e st h a ta r eu s e da s1 - 3 m m f o rp e c t i na b s t r a c t i o ng o o ns m o o t h l y t h e r em u s tb eb r o k e nw a l lm e t h o ds u i t a b l e t h eb r o k e nm e t h o dt o o r g a n i z ec e l l w a sn u m e r o u s ，t h e r ea l em e c h a n i c a lm e t h o d ，p h y s i c a l m e t h o d ， c h e m i c a lm e t h o da n db i o c h e m i c a lm e t h o d ，e t c i nt h i sp a p e r , w ec h o s es i xk i n d so f m e t h o d st ob r e a kc e l lw a l lo fr a wm a t e r i a l s ：o r g a n i z a t i o nm a s h i n gm a c h i n e ，m o r t a l , f r e e z i n ga n dd i s s o l v i n g ，u r g e n th o ts u d d e nc o l dr e p e a t e d l y , s u p e r s o n i cw a v e ，e t c t h ed r y i n gm e t h o do fr a wm a t e r i a l s ( 1 e m o np e e l ) w a ss t u d i e d a m o n gt h er e a l p e c t i np r o d u c t i o np r o c e s s i o n ，a st ot h et h i n gt h a tl e m o ng e tb u m p e rc r o p si s s u e ， p r o d u c t i o nc a nu s ef r e s hr a wm a t e r i a l si no r d e rt oi m p r o v ep e c t i ng e tr a t ed k e c t l y a n dr e d u c et h ep r o d u c t i o nc o s t b u tt h i sp e r i o do ft i m ei sr e l a t i v e l ys h o r t i fy t m w a n tt op r o d u c ea l ly e a r ，w em u s tg oo np r o c e s s i n g ，p r e p a r i n ga g a i n s t ，a n dt a k i n g c o m p a r a t i v e l ys i m p l et ol a r g eq u a n t i t i e so fr a wm a t e r i a l si n h a r v e s ts e a s o ni n e n t e r p r i s e d r y i n gi sag o o dm e t h o di na c t u a lp r o d u c t i o n t h ed r y i n gm e t h o dt o c a r r yo ni nt h i ss u b j e c tw a sa c c o r d i n gt ov a r i o u st e m p e r a t u r ep e r i o d sa n dd i f f e r e n c e o fd r yt i m e ，i no r d e rt of i n do u tt h eb e s td r yt r e a t m e n t ，a d o p t i n gp a i rw a r mt oc r o s s d r ym e t h o dm a x i m u mr e d u c i n gd r yt os p e a k , o p p o s i n gr a wm a t e r i a l sp e c t i n i n f l u e n c e ，t h u si m p r o v e dt h ep e c t i ne x t r a c t i o nr a t eg r e a t l y t h r o u g h o u t t h i s s u b j e c t ，t h e b e s tp r e c o n d i t i o n i n gp r o c e s sc o n d i d o n sa r e c r a s h i n g ( 1 - 3m m ) ，m i c r o w a v et r e a t m e n t ( p o w e r7 0 0 w , g r a n u l a r i t y1 - 3 m m ， f u n c t i o nt i m e9m i n ，m a t e r i a ll i q u i di st h a ni n1 ：3 5 ) ，9 0 x 7 0 。c c r o s s i n g d r y ( 9 0 。c 6 h 7 0 。c ，5 - 8 h ) ，t h et r e a t m e n to fp h o s p h a t e sc o m p o u n d ( d r ym a t e r i a l s ： n a 3 p 0 42 ，n a h 2 p 0 40 5 ，p y r o p h o s p h a t es o d i u m0 3 ，s i xl e a n st o w a r d sp h o s p h o r i c a c i ds o d i u m0 6 ，p u t t i n g2 4 hq u i e t l y ；f r e s hr a wm a t e r i a l s ：n a 3 p 0 4 3 ，0 9n a h 2 p 0 4 ， p y r o p h o s p h a t es o d i u m0 5 ，s i xl e a nt o w a r d sp h o s p h o r i ca c i do 6s o d i u m ，p u t t i n g 2 4 hq u i e t l y ) k e yw o r d s ：l e m o n ，p e c t i n ，e n z y m ed e n a t u r a l i x a t i o n ，h i s t i o c y t ec a t a c l a s e ，d r y i n g 西华大学硕_ 上学位论文 1 综述 1 。1 课题来源 四川省2 0 0 4 年科技攻关项目( 0 4 n g 0 0 3 0 0 8 4 ) 1 2 课题名称 柠檬果胶原料预处理方法的研究 1 3 柠檬概述 柠檬( l e m o n ) 又称宜母果，为芸香科、柑桔属【1 1 。是一种优良的人体保 健果品，具有很高的经济价值，柠檬果实特别适宜综合加工利用，除用于榨汁 外，柠檬果实中所含的柠檬皮油、果胶等成分，有很高的开发利用价值，若采 用现代科技手段和技术提取出并加以开发利用，前景十分广阔，对提高柠檬产 业的经济效益和满足人们保健需求具有十分重要的意义【2 0 】。 四川省内江及安岳地处四川盆地中部，这里气候温和，雨量充沛，土地肥 沃，以盛产优质柠檬闻名于全国，国内9 0 的柠檬都产自这里【2 1 。四川安岳县， 早在- - - 十年代就开始种植柠檬，1 9 8 6 年国家计委和农业部批准并投资6 0 0 多万元在安岳建设柠檬生产基地，1 9 9 8 年经国家汁委又批准在威远建立了国 家级的柠檬( 商品) 生产基地【“。从此，柠檬在该地区获得了较快发展，据统 计，1 9 9 9 年仅内江市中区、威远县内种植柠檬就达1 8 0 万株，四川省安岳一内 江柠檬产业带种植面积已达1 5 7 万亩，到“十五”结束时将发展到2 7 万亩，但 我国柠檬的综合加工利用率低，加工用果量几乎为零。据统计，目前世界柠檬 加工量己约占产量的5 4 。现柠檬浓缩汁、柠檬皮油和果胶的世界年产量分别 为2 0 万吨、0 6 万吨和4 7 万吨，由于柠檬制品用途的广泛性和独特性，世界 各国对柠檬加工品的需求不断上升，其需求量每年分别递增4 5 、1 0 、3 5 。 而世界现有柠檬资源可供用于加工的数量也已经有限，导致柠檬及其加工品供 不应求 5 】。 针对国际、国内对高质量柠檬及其加工品的旺盛需求，应不失时机地在该 地区大力发展我国的柠檬产业及其深加工，一方面可以替代国内的进口产品， 第1 页共8 8 页 西华大学硕士学位论文 另一方面可进入国际市场，扩大出口外汇。 但由于我国柠檬综合加工的研究起步晚，设备落后，若干重大关键技术一 直没有突破，使一些柠檬加工项目迟迟不能上马。主要表现在【6 7 8 9 j ：适合加 工制汁的优良品种少，栽植分散，且成熟期集中，加工原料供应期短；果汁 易褐变等问题一直没解决；高附加值的果胶成分末能开发利用；果胶用果 渣的预处理技术落后；果胶的提取率低、质量得不到保证；低酯果胶的生 产技术完全是空白；沉淀果胶用酒精的回收技术落后：精品果胶的应用研 发技术刚刚开始。 随着我国迅速融入世界经济的浪潮，柠檬产业必将面临全球同业的竞争， 这迫切需要我国柠檬深加工的起点要高，发展要迅速，要与世界同行站在同一 起跑线上。因此，柠檬产业需要尽快实现标准化生产、产业化经营、市场化运 作和可持续发展，承担起促进农业产业结构调整、增强我国优势农产品的国际 竞争力、增加果农收入的重任。这就需要依靠提高我国柠檬产业的核心竞争力， 通过关键技术的研究开发，提升柠檬深加工的档次和企业的研发、创新能力， 促进我国柠檬产业向质量、效益型转变，为新阶段农业和农村发展适时提供必 要的科技支撑，发挥龙头企业的产业带动作用，为将来的柠檬加工基地建设和 进一步的柠檬精细化工打下坚实基础。 1 4 果胶的研究进展 1 4 1 果胶的结构 f i g1 - 1p e c t i n sp r e s e n ti nt h em i d d l el a m e l l aa x ec a 2 + c r o s s l i n k e dt oe a c ho t h e ri nc e l lw a l l 图1 1 在绌胞壁。p 果胶之间是通过c a 2 + 交联在一起 第2 页典8 8 页 西华大学硕士学位论文 果胶( p e k i n ) 是一种亲水性植物胶，广泛存在于高等植物的根、茎、叶、 果的细胞壁中。果胶主要成分是d 半乳糖醛酸( d g a l a c t u o n i c a c i s d ) ，其中部分 半乳糖醛酸被甲酯化，分子量在2 4 0 万之间【1 0 】。天然果胶是以原果胶、果胶和 果胶酸的形态存在的多糖类高分子化合物，是细胞壁的一种重要组成成分，伴 随纤维素而存在，构成相邻细胞中间层黏结物，把植物组织紧紧的黏结在一起， 分子式为c 1 4 n + 1 4 h 加n + 2 2 0 1 2 。+ 1 3 ( n ：3 0 - 3 0 0 ) 4 2 7 3 捌，7 8 1 ，其部分分子结构式如图1 - 2 ： f i g 1 - 2 s t r u c t u r eo fp e c t i n 图1 - 2 果胶分子式( 部分) 人们一般所说的果胶系指原果胶、果胶酯酸和果胶酸的总称，是一种高分 子聚合物【1 1 1 。其基本结构是主链以b d 一吡喃半乳糖醛酸以l ，4 一糖苷键连接 【，侧连则是在l 一鼠李糖残基的0 4 上以a 一1 , 2 一糖苷键连接b 一1 , 6 糖苷键 的d 一半乳糖【l = ，j 。 果胶为白色或淡黄色粉末，溶于水形成粘性液体，对石蕊试液显酸性。不 溶于乙醇与甘油。在适度的酸性条件下稳定，在强酸强碱下都易解聚。稀果胶 溶液几乎是牛顿流体，受盐的影响不大浓度大于1 的果胶溶液呈现假塑性 现象，受钙的影响强烈有钙存在，大多数果胶形成触变性流体，从简单像水 一样的性质开始到具有塑变值的触变性溶液再到坚韧的凝胶，在质构上是呈连 续变化的，其变化取决于果胶的类型、钙的含量及p h 值胶凝化作用是果胶 重要特性，即果胶水溶液在蔗糖存在时能形成胶冻1 1 4 】。这种作用与其酯化度 ( d e ，即每1 0 0 个半乳糖醛酸分子中甲醇的摩尔数，也就是酯化的半乳糖醛 酸基对总的半乳糖醛酸基的比值) 有关。d e 值大于等于5 0 ，甲氧基含量( d m ) 在7 及以上时，我们称之为高甲氧基果胶( h m p ) ；d e 值小丁5 0 ，d m 值 小于7 时【1 4 】，称之为低甲氧基果胶( l m p ) 。另外乙酰化度( 即被乙酰基酯化 第3 页批8 8 页 西华人学硕士学位论文 的半乳糖醛酸残基的百分数) 也可以用来描述果胶。天然果胶中乙酰化度较低 ( 3 1 5 ) ，乙酰化度与果胶的原料的、提取方法以及环境都有关系。 1 4 2 果胶的应用 目前我国使用果胶较多的是果酱、高级夹心糖、软糖以及浓缩果汁等。随 着我国食品、化妆、医药等工业的发展，功能性多糖的开发研究，果胶作为水 溶性膳食纤维，越来越受到研究与加工行业的重视。 果胶是亲水胶状物质，具有良好的胶凝性和乳化稳定作用【4 2 1 。果胶的用途 非常广泛，在食品工业中，主要有以下几个方面：利用果胶溶液在一定条件 下与水或其它溶剂调和作用后，胶体溶液弹力黏度得以调节，冷却时失去流动 性，形成凝胶的能力【7 9 】，作为食品胶凝剂、增调剂和乳化剂，用来制造果冻、 婴儿食品、冰棋淋蜜饯、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。果胶因其耐酸等特性，通常用果胶作为巧克力饮料和酸性 乳饮料的稳定剂，防止本性乳饮料中蛋白质的常常有效避免产品的两相分离现 象，近年来，用与酸性饮料的果胶用量占果胶用量的4 0 以上。利用果胶低 糖、低热量的性质，用于各种不同酯化度的低酯果胶制成一种脂肪制品( 又称 代脂剂) ，食用时完全具有稀奶油的口感、质地及高脂乳化体的稠度，适应了 当前人们对低腊、低糖、低甜度食品的需求，具有广阔市场 6 7 , 8 0 - 8 2 1 。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及清 爽利1 2 i 的口感，通常被作为改良剂来改进色拉酱的特性等【”】。由于果胶不挥 发且能与聚合物相溶，因而添加后能改善溶液浓度，增加胶体的可塑性，使产 品质感丰富，同时又以防止聚合等方式来增进制品和制剂的稳定性，使其成分 或效力保持长久不变，延长产品寿命和保质期，例如可防止糕点硬化和提高干 酪的品质【8 2 】。果胶可用来制造果否棉花糖、水晶软糖、拌砂软糖及兀糖糖 果等。 果胶是铅、汞和钴等金属中毒的良好解毒剂和预防剂，对铅具有强大的选 择性配合力，故含果胶的饮料，能驱出人体内的铅、汞、砷、铅等元素离子， 对降低和避免铅汞等中毒有良好作用。医药学研究发现，果胶和果胶的铝盐可 第4 页共8 8 页 西华大学硕士学位论文 抑制肠道对胆固醇和三酸甘油酯的吸收，具有降低血癌、血脂等作用，可用作 动脉硬化等心血管疾病的辅助治疗，并且还具有抗菌、止血、消肿、解毒、止 泻、降血脂、抗辐射等作用，还是一种优良的药物制剂基质【”】。具体的讲主要 有以下几方面功效：黏附重金属离子，清除体内毒素。促进小肠蠕动，缓 解习惯性便秘。吸收肝脏分泌的消化液，降低血清胆固醇含量。延缓胰岛 素消失，调节血液浓度。刺激内源生长因子产生，加速溃肠面的愈合。引 起胞浆内空泡样变，导致菌体破裂死亡。抑带0 癌细胞的聚集，阻止其扩散转 移等。近年来，果胶在医学领域的应用较为广泛，据国外有关资料介绍，果胶 是种非淀粉多糖类的可溶性膳食纤维，对被喻为“人类杀手”的肿瘤和冠心病 都具有良好的预防和治愈作用。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i 既“。 1 4 3 目前果胶研究现状 国外在二十世纪五十年代，就开始用现代的科学技术成功地从一些果实组 织中提取出了多种类型的果胶，并付之于商业化生产。从事果胶生产的厂家主 要集中在欧美国家。据报道，七十年代初世界果胶产量已超过1 2 0 0 0 t ，其中当 时具有大规模生产能力的美国、法国、丹麦、瑞士和以色列等到五个国家生产 的果胶总产量就占7 0 多，而且美国佛罗里达州和加利福尼亚州的果胶生产厂 还改变传统的醇沉析方法，采用盐析法从柠檬皮中提取了质量较高的果胶，并 己投入生产，大降低了生产成本。到目前为止，国外在果胶的研究方法上已有 很大进展。如：h w a n g 等( 1 9 9 6 ) 采用双螺旋挤压法提取果胶，采用不同螺旋 速度、喂料比例、水分，以水溶性多糖( w s p ) 为指标来优级化挤压条件。该 方法同热酸处理( p h l 5 ，9 0 ) 工艺相比较优，挤压法得到的水溶性多糖产 率可达1 1 9 4 1 9 7 5 ，热酸处理为1 5 4 ，两种工艺得到的w s p 的粘度分 别为1 1 0 3 8 6 m 垤和3 2 8 m l g 。当螺旋速度为2 5 0 3 5 0 r p m m i n ，喂料速率为 3 0 , - , 4 0 k g h ，水分为2 0 3 0 ，可得一较高产率的果胶，并且w s p 产率随着 机械能( s m e ) 的增加而增加，但粘度随着s m e 的增加而降低 7 9 ，8 6 盯】。 k u n z e k h 、k r u s e r 、n e u m a n n a 等( 1 9 9 6 ) 将湿苹果渣浸泡在4 0 乙醇溶液， 添加0 5 柠檬酸，贮藏一到两个月，在9 5 的水中提取，可得到具有高分子 第5 页共8 8 页 西华人学硕i 。学位论文 量、高甲氧基含量的果胶。并且有良好的胶凝性质，可作为食品增稠剂和稳定 剂【踮1 。r a m m - a ( 1 9 9 4 ) 从分离果胶后的残渣中还可以提取蜡类物质【8 9 1 。智利 的i l l t m 等( 1 9 9 2 ) 采用酒精沉淀法和氯化铝溶液溶液沉淀法两种工艺从果渣 中提取果胶，果胶产率( g 1 0 0 9 果渣) 分别为7 2 0 ( 酒精) 、1 1 1 ( 2 氯化铝 溶液) 、2 3 8 ( 3 氯化铝溶液) 和2 8 0 ( 4 氯化铝溶液) ，其中酯化度最高的 为4 氯化铝溶液沉淀的果胶，而3 氯化铝溶液的果胶，具有最好的胶凝强度， 但“残留较高。i h t m 认为采用酒精常常法提取的果胶产率高，品质好，建 议生产中采用酒精溶淀法【矧。c o n t r e a s l o p c r - a ( 1 9 9 0 ) 采用硝酸为酸解介质， 在间歇式反应器中从果渣中提取果胶，优化参数为：搅拌速度4 5 0 r p m m i n ，p h 为1 5 ，温度8 5 ，果渣与硝酸盐比例为1 ：2 0 ，物料颗粒大小为2 m m 3 m m p ”。 t h t b a n l t o - j f 等( 1 9 9 0 ) 在研究中发现，粉碎柑桔皮渣和苹果渣的粒度为l m m 左右，加入水之后，通过剪切处理，再进行挤压，可以使水溶性果胶的提取率 提高2 倍，得到果胶甲酯化程度高达7 5 以上，可添加于食品中作增稠剂和胶 凝剂【9 2 1 。 国外目前对果胶的研究己不仅仅是方法的改进，而且对果胶的功能性也作 了研究。如英国h e r c u l e s 公司生产的“s i e n d i d ”脂肪仿制品果胶，美国通用 食品公司用其制成一种无脂冰淇淋，其口感、质地及乳化体的稠度可1 0 0 的 替代脂肪。这同时也解决了人们想食用高脂食品但又怕高脂肪带来副作用的难 题。此外，丹麦哥本哈根果胶厂在1 9 9 5 年1 2 月也成功的研制了一种“钙反应 果胶( c s p ) ”，这种果胶对低p h 值的酸性蛋白饮料的稳定效果优于一般的果 胶，而且也可作为脂肪代用品用于低糖度蛋糕、蛋黄酱、调味油、低脂涂抹食 品及低热量冰淇淋中。目前正在开发的还有防腐抑菌作用的酶解果胶寡糖以 及对巧克力具有特殊增稠作用的“双重功效的高脂果胶( d u a lf u n c t i o nt y p e p e c t i n ) ，等【7 9 ，8 0 ，9 2 t 9 3 1 。 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问内仍将以每年1 5 的速度增长。 据不完全统计我国每年约消耗1 5 0 0 t 以上，其中从国外进口约占8 0 1 1 “，同世 界平均水平相比，其需求量仍呈高速增长趋势。目前世界上果胶的主要生产商 有总部在英国的c i t r u s c o l l o i d s ( 原h p b u l m e r ) 、丹麦的d a n i s c o ( 原g r i n d s t e d ) 第6 页共8 8 页 西华大学硕士学位论文 及c o p e n h a g e np e c t i n ( 属h e r c u l e s ) 、法国的s a n o f i 、，德国的h e r b s t r e i t h & f o x 及瑞士的o b i p e k i n 公司。亚洲国家果胶产量极少，而消费量却占世界产量很大 比例，只有完全依靠进口。在我国由于进口果胶价格远高于国产果胶，国产果 胶成了国内众多企业的期盼，因此大力开发我国丰富的果胶资源，生产出优质 果胶，满足国内外市场需求已显得极为迫切。 国内从上个世纪五十年代开始相继对果胶的提取开展了研究。有关从柑橘 皮、柚皮、向日葵及甜菜渣等原料中提取果胶的研究已有报道，但是对果胶的 工业化规模生产还处于起步阶段【8 ”。目前我国的果胶年产量只有2 0 0 3 0 0 t ，数 量少质量差，大部分果胶从美国、丹麦等国进口【舳1 。上海食品工业研究所果胶 课题组对向日葵海绵体、头、梗中果胶的提取做了大量工作，自行研究设计出 新的提取果胶的工艺路线。浙江工商大学从柚皮中提取果胶的试制试验也取得 了一定成果，但均没有投入大批量生产。吴惠芳等【9 3 睬用盐析法从果渣中提取 果胶，其研究结果为：萃取液p h 为2 ，提取温度9 0 。c ，萃取时间为7 0 m i n ， 以硫酸铝作沉淀剂，当浓度为6 时，果胶提取率比酒精沉淀法提高3 4 5 。 孙润仓等【9 4 j 进行了离子交换树脂法提取果胶，也取了较好的效果。八十年代以 后，山东、广东、山西等地出现了一些果胶生产企业，但规模不大，品种单一， 质量稳定性差，很难适应商业化发展要求，再加上能耗大，检测手段落后，生 产难以控制，致使果胶企业停止不前，未能实现工业化生产【7 3 , 8 3 , 9 3 】。但是截止 到目前，对果胶提取的预处理处理研究仍处于一个空白阶段。 生产果胶的原料主要有苹果渣( 含果胶1 5 ) 、柑桔皮( 含果胶3 0 ) 、柠 檬皮( 含果胶2 5 ) 、向目葵盘和甜菜废粕等【17 1 8 ，1 9 】，由于前3 种原料在来源 或储藏方面存在难以解决的问题，因此大力开发我国丰富的果胶资源，生产 出优质果胶，满足国内外市场需求已显得极为迫切，这就要求我们加大力度剥+ 果胶提取的预处理进行研究，没讨和研究出既能够益于果胶浸提又有利于原料 全年供应生产，保证果胶生产的顺利进行。四川省是生产柠檬的大省，在柠檬 皮渣中果胶的含量高达2 5 ，是优质的果胶工业生产原料，应用柠檬皮生产果 胶是对柠檬的综合利用，提高柠檬多级精深加工，能提高原料废弃物的综合利 用率，增加附加值和经济效益，降低生产成本，减少环境污染，满足现代企业 的生产要求。 第7 页共8 8 页 西华大学硕士学位论文 有经济价值的果胶的制备主要来自柑桔属类。如柠檬、酸橙、橘子的果皮， 其次是苹果渣和向日葵花托等。柑桔是我国四大水果之一，柠檬是柑桔的一种， 皮质占果实重量约1 4 ，果胶含量高达2 5 。就目前而言，我国柠檬果胶工业 还相当落后，国内只有四川绵阳、浙江褐州等为数不多的几个生产厂家，生产 规模也不大，其主要生产原料为桔皮1 1 “。国内市场所需果胶大部分从美国与丹 麦等国进口，而国内每年数以万吨计的柑桔皮原料被白白浪费掉。究其原因主 要有两条：一、由于国内主栽柑桔种类为宽皮柑桔，柠檬与甜橙栽培面积不大， 总产量较低。而宽皮柑桔的果胶含量较低，果胶分子量也较小，生产出来的果 胶得率低，级别也不易达到标准；二、国内果胶生产工艺落后，生产成本较高， 难与进口产品竞争。 要改变我国果胶生产现状【1 6 , 2 1 】，应从两方面着手：一、利用现有原料进行 果胶工艺的改进，尽可能在抽提过程中防止果胶分子量的降减，提高果胶凝胶 级别，找出一条适合于我国柑桔果胶生产的最佳工艺路线。同时，根据食品低 糖化的发展趋势，应大力发展低酯果胶的生产；二、从长远角度考虑，要从生 产果胶的原料着手，在我国东南沿海及西南一带热量较高的地区，应大力发展 柠檬与甜橙类。 1 5 果胶原料预处理工艺研究 果胶生产工艺主要包括预处理、萃取、浓缩、沉淀、干燥等五个步骤【2 “。 而生产工艺中预处理( 灭酶、组织细胞破壁、干燥等) 是一个重要环节。最佳 的预处理方法不仅可以简化工艺、降低成本，而且还能大大提高原料利用率和 果胶提取率。 柠檬果胶提取加工生产是一种季节很强生产行业，为了保证果胶生产的全 年性，必须对柠檬收获季节时的充足原料进行适当加工处理，便于原料溃乏时 的生产。本课题主要从果胶原料( 柠檬皮) 的灭酶活、皮质破碎、干燥以及微 波等辅助处理对果胶提取率的影响着手，分两条路线( 新鲜原料和干燥原料的 加工处理) 进行探索，寻找出最佳的工艺操作条件和参数，为以后的采胶提取 研究打下坚实的基础。 第8 页共8 8 页 西华大学硕士学位论文 1 5 1 果胶原料的灭酶活研究 新鲜的皮渣应及时加工，否则容易发酵变质，且其中所含有的果胶酶会破 坏果胶，造成果胶的流失。为了保存原料，应对原料作处理。原料不同的预处 理各不相同，如新鲜柠檬皮直接破碎和果胶酶钝化即可。同时原料也应经高温 清洗和0 6 的六偏磷酸钠的软化处理，除去原料中的苦涩物质、色素、残余的 糖酸及钙、镁离子等杂质。如果原料要贮存，就要将除杂后的原料压榨脱水， 在温度8 0 8 5 的条件下干燥至含水6 ，再进行原料保存。 果胶酯酶的活性耐受温度为8 0 8 2 。c ，在本课题中原料中的果胶酶灭活处 理采用了三种灭酶活性方法：巴氏杀菌法灭澍1 6 , 2 3 】，微波法灭酶活【2 4 ，2 5 ，矧， 酸醇处理灭酶活。通过不同的方法比较及参数摸索来寻求最佳灭酶方案。 1 5 2 果胶原料的粉碎及细胞破壁方法研究 原料粒度直接影响果胶的溶出，但是粒度过大和过小都对果胶提取不利， 适当的粒度可以使原料获得最大的比表面积增大，便于果胶水解。为了选择一 个最佳粉碎粒度，进行了单因素粒度实验找出影响提取率的最佳粉碎粒度范 围。 由于果胶存在于植物的细胞壁中，要想提高果胶提取率必须先对原料皮质 组织细胞的细胞壁进行破坏处理，以便有利于果胶的析出。组织细胞的破碎方 法很多，有机械方法、物理方法、化学方法和生物化学方法等。在本课题中对 原料的细胞破壁处理采用了六种方法：组织捣碎机、研钵、反复冻溶法、急热 骤冷法、超声波处理、复合磷酸盐法处理等多种方法比较选择。 1 5 3 果胶原料的干燥方法研究 果胶生产过程中，对于柠檬丰产期，可以直接新鲜原料进行加工提取以提 高果胶得率，降低生产成本，但这段时间较为短暂。要想保证企业的全年生产 我们必须对收获季节的大批原料进行较为简单的加工以备全年所需。在实际生 产中常采用的是干燥。在本课题中所进行的干燥方法依据各种温度段及干燥时 间的不同，找到了一种最佳的干燥方法，并且采用了双温交叉干燥的方法最大 限度的降低了干燥操作对原料中果胶的影响，从而大大提高了果胶的得率。 第9 页共8 8 页 i ! ! i 华大学硕二l 学位论文 1 5 4 微波对果胶原料处理的研究 在果胶提取过程中，要受到多种因素的影响。微波对柠檬皮原料处理可以 显著提高果胶得率。为了获得最佳微波处理工艺条件及参数，选用了三因素四 水平正交分析进行试验，最终获得了最佳微波处理功率、时间等参数。 1 6 课题实施的意义 果胶是植物特有的细胞壁组分，是天然物质。根据f a d w h o 规定，果胶 作为食品添加剂，其添加量不受限制，因