「柑橘类果汁脱苦技术综述」.doc

编号食品导论（综述）题目： 柑橘类果汁脱苦技术综述 食品 学院 食品科学与工程 专业学 号 1010314315 学生姓名 岳翠益 指导教师 王海鸥 教授 佟婷婷 助教 二一四年十二月柑橘类果汁脱苦技术综述摘要：果汁及果汁饮料已成为人们膳食结构中越来越重要的一个组成部分 。柚皮苷和类柠檬苦素是柑橘类果汁的主要苦味物质，其存在明显影响了柑橘类果汁的品质1。本文对柑橘类果汁致苦原因和脱苦方法进行综述。 关键词：柑橘类果汁；柚皮苷； 类柠檬苦素；脱苦1 前言柑橘类水果包括橘、柑、柚、柠檬、橙等。柑橘是世界性大宗水果，约占世界水果总产量的15。近年来，中国柑橘发展迅速种植规模不断扩大，总产量稳步提升，2008年达2331万t，首次超过巴两成为世界第一大柑橘生产国111。但是，我国柑橘加工产业还不发达，加工柑橘比例还不到总产量的5tn。大量的柑橘只能以鲜果形式消费。因而柑橘类水果鳞销压力较大。开展柑橘类水果深加工，一方面可以缓解鲜销的压力，另一方面可延长产业链增加产品的附加值。然而，许多柑橘果实及其产品的苦味、加热变味等问题严重限制着柑檑加工幢的发展。许多柑橘类果汁在长期贮藏和热处理过程中会产生令人难以接受的苦味，而鲜食或取汁后及时饮用就没有这种苦味。这种经加工后呈现强烈苦味的现象就是人们通常 所说的“后苦味”或“延迟苦味”(Delayed Bitterness)现象闭。“后苦味”大大降低了柑橘类果汁的口感，增大了加工生产的难度 1。果汁中苦味的保持是产品特有风味必不可少的，但苦味过强就会影响产品的品质和销售，因此对柑橘果汁进行脱苦是必要的，脱苦方法的研究也成为柑橘加工研究者们的重要课题2。2 果汁中的苦味物质 引起苦味的物质主要来自两大类不同的植物化学 家族：类黄酮（以柚皮苷为主）和类柠檬苦素（以柠檬苦素为主）3 。柚皮苷（结构如下图1）是一种黄酮类化合物，带有强烈的苦味，在水中的苦味阀值为20mg/kg。它的溶解度随糖含量的增加而升高，又随PH的升高而降低。柚皮苷再过是各个部分的含量是有差别的，以白皮层中的含量最高；柑橘类果汁中具有强烈苦味的类柠檬苦素（其结构如下图2）有柠碱、诺米琳、宜昌素、和诺米林酸4种，通常情况下柠檬碱是最重要的苦味源，诺米林次之，而宜昌素和诺米林酸因其含量较低而作用不明显4。柠碱在水溶液中的苦味阀值约为1mg/kg，比柚皮苷要苦20倍。虽然在柑橘果实中柠檬苦素的含量极少，但由于其中存在柠碱的前体柠檬苦素A-环内酯（简称LARL），榨汁时，LARL从果汁中溶出，在酸性条件下LARL转化为类柠檬苦素，这就是榨汁前不苦的果汁榨汁后慢慢变苦的原因，这种现象被称为“后苦味”，原理如下图32。据研究，类柠檬苦素的后苦味现象会由于柑橘中存在的柠檬苦素D-环内酯水解酶而得以加强，这一现象在冬季收获的脐橙等柑橘中尤其突出，在收获期的早期和中期收获的果实在榨汁是经常会发生后苦味现象，而在成熟果实中没有此现象4 。图1 柚皮苷结构式Fig.1 Naringin structure图2 柠碱结构简式Fig.2 Limonin structure图3 柠檬苦素类似物引起柑橘苦味的发生机理Fig.3 Bitter caused by the occurrence mechanism of Limonin3 柑橘果汁脱苦方法3.1代谢脱苦1人们很早就发现用晚期采收的柑橘榨出的果汁要比用采收早期的柑橘榨出的果汁苦味要小，受这一现象的启发，人们纷纷通过各种方法来加速柑橘苦味物质的代谢1 。在采收前，用三乙胺的衍生物处理柑橘树体或完整果实能明显降低果实及叶片中柠碱的含量。据报道，用2-(4-乙苯氧基)三乙铵和2-(3，4-二甲苯氧基)三乙铵能明显抑制幼龄柠檬叶中柠碱酸盐A一环内酯的生物合成，从而限制了柠碱的生成。实验证明，用250mg/kg的2-(4-乙苯氧基)三乙胺和250mg/kg的2-(3，4-二甲苯氧基)三乙胺喷洒脐橙树林，可使果实中柠碱酸盐A一环内酯的含量减少505。在果实采收后，采用乙烯利浸果的方法加速苦味物质代谢的方法也能减轻果汁中的苦味。早在1973年，Maier等就报告了采用乙烯利浸果至少可使原含量为243mg/kg的柠碱降低50；20mg/kg乙烯处理3h使此含量的柠碱降低57。徐仲伟等用2000mgkg乙烯利浸锦橙60min，然后置于室温下(平均温度15)用薄膜盖封，发现5d后能降低柑橘汁内44.9%的柠碱苦味，而对于柚皮苷苦味影响很小。这主要是由于乙烯利处理并未对汁内柚皮苷产生本质上的影响，而对于柠碱苦味来说，乙烯利处理能加速柑桔果实内柠碱类似物的代谢而不影响柑橘果实的风味。但是，用乙烯利浸果若浓度控制不当，会有烂果现象发生6。综上所述，利用代谢脱苦的方法可以使苦味物质的量减少一半左右，且对果汁的品质不会产生较大影响，可以较好地对果汁进行脱苦2。3.2酶法脱苦1作用于类柠檬苦素的脱苦酶主要有：柠檬苦素环氧酶、柠檬苦素脱氢酶、柠檬苦醇脱氢酶、反式消除酶（Transeliminase）、乙酰基裂解酶（Acetyl-lyase）等7，酶解作用过程如下图47，有三种作用途径。柚皮苷酶则可以减少柑橘制品中的柚皮苷含量，它由-鼠李糖苷酶和-葡萄糖苷酶组成8，作用过程如下图59。图4 柠檬苦素在酶作用下的转化途径Fig.4 Biological pathway of limonin under the action of enzymes图5 柚皮苷在柚苷酶作用下的水解示意图Fig.5 Hydrolysis of naringin by naringinase3.3基因工程脱苦在生产中所使用的柚皮苷酶是由-L-鼠李糖苷酶和-D-葡萄糖苷酶组成的混合酶制剂。这就有可能因为某一种酶活力的下降或丧失而造成整个酶制剂活力的下降或失。研究表明， -L-鼠李糖苷酶和D一葡萄糖苷酶对底物的水解速度并不相同，前者比后者具有更高的水解速度。因此，若能将两种酶加以分离分别使用。将会更经济更有效地使用酶制剂和便于工业化生产。2000年IvorIov等将-L-鼠李糖苷酶编码的基因进行克隆并导入埃希氏大肠杆菌(Escherichia coli)中，该基因在埃希氏大肠杆菌中成功进行表达10。由于柚皮苷酶能在不影响柑橘果汁品质的情况下较好地去除苦味。且酶法脱苦具有操作简单、脱苦条件温和、脱苦效率高、便于应用等优点，受到广大柑橘类果汁生产厂家的青睐。因此，基因工程脱苦的应用将是今后的发展方向1。3.4吸附脱苦吸附脱苦是采用吸附剂选择性地吸附除去果汁中的苦味成分而达到脱苦的目的2。为了充分发挥吸附功能，选择吸附剂时必须具备比表面积大，与苦味物质分子具有较强的亲和力，吸附剂表面孔径的大小必须适合其颗粒表面的多孔性结构，对苦味物质的吸附必须符合这4个特点。目前采用的吸附剂主要有活性炭、活化硅酸镁、硅胶、醋酸纤维、木质吸附剂、吸附树脂等。各种吸附剂对不同成分的吸附能力不同。在国内，利用吸附法去除柑橘汁中苦味物质进行的研究旨在挑选优良的国产树脂2。陈静等用大孔吸附树脂Y7对柠碱进行脱除，发现树脂吸附的最佳工艺条件为：流速075mL/min、洗脱温度20，洗脱液为80乙醇水溶液11。邢建荣等利用HZ树脂对胡柚汁进行脱苦，当树脂用量为果汁质量的10，40处理2.5min，能脱除646的柚皮苷和767的柠碱且营养成分的损失很小12。郑亚凤等采用LX一900树脂，在保持葡萄柚原汁pH下，树脂添加量为2，温度为lO，脱苦时间为60min时，葡萄柚果汁脱苦率达48.05，能保证良好的风味特征3。3.5固定化脱苦3.5.1 曲霉属柚苷酶固定国外许多学者对曲霉属柚苷酶的固定化进行过研究：Goldstein等将其固定在苯乙烯和马来酸苷共聚物上水解柚皮苷；Ono等将其固定在氨基单宁酸纤维素上用于柑橘汁脱苫；Olson等将酶固定于中空纤维上脱除柑橘汁中的柚皮苷；Tsen将柚苷酶用戊二醛和硼氢酸钠固定在甲壳素上对果汁进行脱苦，实验发现固定化后酶没有活性，且葡萄糖、果糖和鼠李糖对游离酶和固定化酶都有抑制作用，不同果汁和固定化系统都会影响酶制剂的稳定性；Busto等将来源于黑曲霉2088的柚苷酶固定在聚乙烯醇上，得到了具有活性的凝胶，聚乙烯醇凝胶能包埋95108的柚苷酶，在最适条件下：8(m/V) PVA，pH7，酶的承载量为1.63.7U/ml，固定化后酶活在pH 4.5以上没有变化，但是最适温度从60移到70，反应的活化能Ea从8.09kJ/mol降为6.36kJ/mol，将该固定化酶用于浓缩果汁中水解柚皮苷，连续使用6次后(20，24h)酶活降为369。3.5.2 青霉属柚苷酶固定青霉属柚苷酶具有高活性的a-L-鼠李糖苷酶和低活性的-D-葡萄糖苷酶的特征，Tsen等将青霉属柚苷酶固定在三醋酸纤维素上进行研究，发现固定化酶的Km值比游离酶高；将该固定化酶用于橙汁中柚皮苷的水解，结果显示它能同时水解柠檬苦素，且对果汁的糖含量、总有机酸和浑浊体系没有影响，而且，酶柱用温水清洗后可重新使用；Puri等将柚苷酶用海藻酸盐包埋用于果汁脱苦，经过对各种海藻酸盐载体实验表明，2海藻酸钠是最好的载体，固定化酶的pH值和热稳定性均比游离酶变宽，更适宜不同果汁的脱苦9。Puri等用戊二醛处理木屑后，通过共价交联法固定青霉属柚苷酶来提高酶的催化活性，固定化率为120，固定化酶的pH值比游离酶低，热稳定性也有很大的提高。将固定化酶储存在4条件下，在最适条件下，水解柚皮苷标准液，连续使用7次酶的活性没有降低，可脱除柑橘果汁中76的苦味9。酶用简单的吸附法固定在硅藻十上后，随着酶浓度提高到0.2mg/ml，水解度直线上升，达到82的水解率，酶活回收率为83，固定化酶连续使用5次，在使用3次后，酶活性基本不变。Russo等在醋酸盐缓冲体系(pH4.0)中，用不同浓度的戊二醛通过选择吸附和共价键结合法固定柚苷酶，在优化实验条件下，对游离酶和固定化酶的酶活、Km和Vm进行了测试9。3.5.3生物转化的类柠檬苦素的酶的细胞化固定适用于类柠檬苦素生物转化的酶在实际应用中，因果汁低pH 值而失活，以及因高成本而很大程度上受限于工业生产。利用固定化细胞脱苦技术，不仅可省去复杂的酶分离提纯步骤，保持胞内酶的稳定性，还可连续培养复壮使用7。固定化细胞常用菌有假单胞菌、束红球菌、球形节杆菌、球形节杆菌等，其固定化材料的选择也非常重要。Iborra等将束红球菌的细胞固定在-角叉藻聚糖上，可脱除大约60%的柠檬苦素；Hasegawa等还将厌氧棒状杆菌固定在丙烯酰胺上，用含有2050mg/kg的诺米林柑橘汁一次通过便可完全脱除，该系统连续使用15次后仍然有效。罗自生等将醋酸杆菌于固定化细胞生物反应器中，以流速2mL/min处理柑橘汁，柠檬苦素脱苦率达58.3%，该反应器每次处理柑橘汁120mL，可连续使用11次，脱苦率仍可达到51.08%。Vaks和Lifshitz从土壤中分离出鲍曼不动杆菌，将该菌装入渗透性囊袋，置于高柠檬苦素果汁中2h，柠檬苦素含量降低了50%，而果汁中其他营养成分没有损失7。固定化细胞利用的菌株中恶臭假单胞菌G7的柠檬苦素生物转化能力也被证实。恶臭假单胞菌菌株是公认的一种卓越的营养机会主义和范式代谢多功能的微生物，能利用柠檬苦素进行代谢。Chatterjee和Bhattacharaya也报道称，恶臭假单胞菌MTCC1072可分解代谢单萜柠檬烯为非苦衍生物紫苏醇和反式-对薄荷-6-烯-2,8-二醇7。然而，固定化细胞由于细胞膜对基质和产物的渗透性屏障会导致反应速率较低。Kondo 等人提出减少渗透性屏障以提高固定化细胞催化的有效性。已验证了可通过使用有机溶剂、清洁剂、盐、酶、化学品和电脉冲的方法来增加细胞通透性。透化作用简化了细胞的通透性屏障，使物质穿过细胞膜的自由流动过程变得更加容易。这样微生物细胞保留其内在的组织及必要的几种辅助酶的因子而发挥作用7。4展望在实际生产中，应注意2种甚至多种脱苦方法结合使用，提高脱苦效率，降低脱苦成本。相信随着各学科的发展，各种脱苦方法也会越来越完善，能逐渐解决制约柑橘类水果深加工的问题。参考文献1许少丹, 谢婧. 柑橘类果汁脱苦技术研究进展J. 饮料工业,2012,15(6): 15-19.2叶富饶，冯姣柑橘属果汁脱苦方法研究进展J饮料工业，2013,16(7): 8-12.3郑亚凤,王琦葡萄柚汁树脂脱苦工艺的研究J中国农学通报，2010,26(24): 95-98.4吴长庆. 柑橘果汁中的苦味物质及其去除方法J. 中国商办工业,2000,(2): 53-54.5HASEGAWA SAgriculture Food ChemistryJ198028(3)：922-9246徐仲伟，刘心茹三种脱苦方法脱除柑桔汁苦味的研究J食品与发酵工业，1992(4)：615.7王松林,彭荣,等.类柠檬苦素生物转化与脱苦研究进展J.食品科学，2014，10（1