果胶的制备【果胶的制备及其应用】

果胶的制备【果胶的制备及其应用】 食品工业科技 S cience and Technology of Food Industr y 综 述 果胶的制备及其应用 周 倩, 何小维, 罗志刚 (华南理工大学轻工与食品学院, 广东广州510640) 摘 要:介绍了果胶的理化性质, 并结合国内外多年的研究成果, 综述了果胶制备的各种方法以及优缺点、果胶的应用和展望。探讨开发出合理的生产工艺, 充分利用我国丰富的果胶资源, 实现其合理开发利用, 必将产生积极的经济效益。 关键词:果胶, 提取, 应用 Ab s tra c t:The p hys ic a l a nd c hem ic a l p rop e rti e s of p e c ti n w a s i n trod uc e d 1The a d va n ta g e s a nd d i s a d va n ta g e s of the va rious m e thod s fo r p rep a ra tion of p e c tin, the p e c tin ap p li c a tion a nd p rosp e c ts a re s umm a rize d b a s e d on the re s e a rc he s hom e a nd a b roa d Em p o l d e r ra ti ona l p rod uc ing te c hno l og y to m a d e us e of s uffi c i e n t p e c tin re s ou rc e re a s ona b l y, the n the re w ill b e p os iti ve e c onom ic e ffe c t 1 Ke y wo rd s:p e c ti n; p rep a ra ti on; ap p lic a tion :TSxx7 : :1002-0306(05 , 可以从苹果、柑桔和橙类的皮渣、向日葵托盘及梗、甜菜渣、西瓜皮、木瓜、南瓜和沙棘中提取, 当前在我国真正富有工业提 取价值的是柑桔类果皮。若以蔗糖或葡萄糖为标 准, 果胶稍带酸味, 其味稍甜。果胶实质上是一种每个分子含有几百到成千个结构单元的线性多糖, 其平均分子量大约在50, 000180, 000之间。果胶主要是由1, 4糖苷键联接而成的半乳糖醛酸与鼠李糖、阿拉伯糖和半乳糖等其他中性糖相联结的 2 聚合物。此外, 果胶中还含有一些非糖成分如甲 3 醇、乙酸和阿魏酸。D 半乳糖醛酸残基是果胶分子主链的结构单元, 在。少量木糖、L D 半乳糖等L 5 。按照, 通常把酯化度50%(甲氧基含量7%) 的果胶称为高酯果胶, 把酯化度 6 溶性低酯果胶向液相转移的过程。 1 1 果胶的制备 111 传统酸提取法 传统的工业果胶生产方法是酸提取法, 所用的酸可以是硫酸、盐酸、磷酸等。为了改善果胶成品的色泽, 也可以用亚硫酸。其基本原理是利用果胶在稀酸溶液中能水解, 将果皮中的原果胶质水解为水15361 27董华强, 崔志新, 王惠珍, 等1室温臭氧保鲜草菇研究J 1中国食用菌, 1998(2) :40411 28Klein JD, Lurie S 1Ti m e te mperature and calciu m interact in scald reducti on and fir mness retenti on in heated app lesJ 1Hort Science, 1994, 29(3) :1941951 29Anastasi os S, Evangel os M S, Constanti ons C D 1Modified at m os phere packaging of white as paragus s pears:positi on, col or and textural quality res ponses t o te mperature and light J 1Scientia Horticulturae, 2000, 84:l 131 30Gi m eno R M , Castillej o A M , Barco -A lcala E, et al 1Deter m inati on of packaged green as paragus shelf -life J 1Food M icr obi ol ogy, 1998, 15:1911981 1 :xx-12-29 作者简介:周倩(1982-) , 女, 硕士研究生, 研究方向:功能碳水化合物 材料理论与技术。 基金项目:广东省科技攻关计划(xxB40101013) 。 te mperature and p ressure on the lethality of ultras ound J 1App lied and Envir on mentalM icr obi ol ogy, 1998, 64:465471122徐步前, 徐小林1几种机能性薄膜包装对香蕉贮藏效果 的影响J 1园艺学报, xx, 29(2) :1681701 23肖功年1气调包装(MAP ) 对草莓保鲜的影响J 1食品工业科技, xx, 24(6) :68711 24Knofesky J R, P Si m a 1Singlet oxygen p r oducti on fr om the reacti on of ozone with bi ol ogical modeculesJ 1Boil Che m, 266:903990421 25赵钦球, 邹琦丽1空气放电保鲜对橙果皮气孔开张度的影响J 1中国柑桔, 1990, 19(3) :30311 26茅林春, 方雪花, 庞华卿11-MCP 对杨梅果实采后生理和品质的影响J 1中国农业科学, xx, 37(10) :1532 综 述 食品工业科技 V ol. 28, N o. 09, xx 溶性果胶, 从而使果胶从桔皮中转到水相中, 生成可溶于水的果胶。然后利用沉淀法或盐析法分离果胶, 工业上常用金属盐析或有机溶剂(乙醇) 沉析法提取。11111 醇沉淀法 醇沉淀法是经常使用而且最早实 1 现工业化生产的方法。其基本原理是利用果胶不溶于醇类溶剂的特点, 加入大量醇, 使果胶的水溶液中形成醇-水的混合剂以使果胶沉淀出来。将析出的果胶块经压榨、洗涤、干燥和粉碎后便得到成品。也可用异丙醇等其他溶剂代替酒精。其具体的提取 酸液萃取过滤浓缩乙醇沉淀过过程:原料预处理 滤低温干燥粉碎、标准化成品果胶。 臧玉红探讨了以苹果渣为原料提取果胶的最佳 7 工艺条件, 实验结果表明萃取液的pH 为210、料液比为113、温度为85、水解时间为115h 为提取果胶的最佳工艺条件, 产率达14104%。并通过正交实验结果分析可知, 4个因子对果胶提取率的影响强弱顺序依次是pH 提取温度提取时间料液比。11112 盐析法 多价金属盐沉淀法, 目前在生产上 8 广泛采用。具体方法是:在果胶液中加入一定量的M g Cl CuCl Cl 2、2或A l 3然后用氨等调节pH , 使之形成碱式金属盐, 此碱式金属盐与果胶形成络合物沉淀出来, 然后再经过脱盐漂洗和干燥得到果胶成品。 复水灭酶漂洗沥干具体流程是:橘皮残渣 萃取过滤加盐沉析抽滤洗涤。 最早提出的盐析法是铝盐法, 沉淀性状不好, , 铁盐法产率较高, 增加了脱色的难度, 故不甚理想淀果胶, 所得到的沉淀性状好, 易于分离, 且色泽较浅, 又有较高的产率, 是一种较好的沉淀果胶的方 9 法。臧玉红(xx) 用混合盐析法沉析果胶, 得到的较佳工艺操作条件为:温度控制在80左右, 铁盐与铝盐溶液的体积比为21, 沉析时间为115h, 沉析时pH 控制在318左右。 子降解, 果皮中多价阳离子溶出, 阳离子交换树脂通 过吸附阳离子, 从而加速原果胶的溶解, 提高果胶的质量和得率。阳离子交换树脂可以吸附分子量为500以下的低分子物质, 解除果胶的一些机械性牵 10 绊, 因而也可提高果胶的质量和得率。 近年来的研究表明, 用离子交换法从果皮中提 11 取果胶, 得率高、质量好。因此, 在用酸法提取橙 12 皮果胶的基础上, 戴玉锦等人进一步研究了用离子交换法从橙皮和柚皮中提取果胶的优化工艺条13, 14件。通过单因素实验, 对料液比、浸提酸度、浸提温度、浸提时间等影响因素作了研究。确定离子交换法从橙皮中提取果胶的优化工艺条件为:732型阳离子交换树脂用量5%、料液比120、浸提液酸度pH115、浸提温度85、浸提时间215h, 此工艺条件下果胶得率为22155%。从柚皮中提取果胶的优化工艺条件为:732阳离子交换树脂用量7%、提取液酸度pH210、提取温度85、提取时间215h 、料液比130, 此工艺条件下, 果胶得率为22%。研究结果表明, 用离酸提取法。因此, , 具有较好的113(e l ogy ) 是用天然或人工, 以外界能量或化学位差为推动, 、分级、提纯和富集的方法。可用于液相和气相, 对于液相分离, 可用于水溶液体系、水溶胶体系以及非水溶液体系等。膜技术是一种分子水平上的分离技术。 近年来, 国外已将超滤浓缩等新技术开始应用 15 于果胶生产中, 国内也已开始这方面的研究。超滤效果主要与滤膜透过分子量的选择和浓缩倍数有关。滤膜透过分子量越大, 膜通量越大, 设备效率越高, 但果胶损失越大, 浓缩倍数越高, 生产成本越低, 膜通量越小, 设备效率越低。电渗析的作用主要是脱去提取液中的酸和无机盐, 使提取液能够直接进行干燥以获得灰分合格的成品。周仲实(xx) 用超 16 滤装置对酸液提取的橘皮果胶进行初步浓缩, 并用电渗析除去盐酸等对后续处理不利的成分, 并经真空浓缩、干燥, 所得果胶的主要指标符合国家标准, 且在水中的溶解性能明显优于酒精沉淀法生产的果胶。经实验发现, 当提取液经过电渗析至比电 ?c m ) 时可以获得灰分小于1%的导小于110m /( 成品果胶。 除高聚物膜(有机膜) 外, 目前使用的分离膜还有无机膜, 与有机膜相比, 无机膜具有以下特点:热稳定性好、使用温度较高、化学稳定性好、pH 适用范围广、抗微生物能力强且不与其发生作用、机械强度大、清洁状态好、容易再生和清洗、孔径分布窄、分离 17 性能好等。 无机膜在果胶浓缩中不仅可去除果胶提取液中的大部分水分, 还可去除其中的大多数糖分和低聚 112 离子交换法 果胶类物质与细胞壁半纤维素等有共价键结 合, 并与其它细胞壁多聚体通过次级键结合。多价阳离子, 尤其是钙离子存在时, 因阳离子键合的结果, 引起低酯果胶类物质的不溶性和降低高酯果胶的浸胀性。另外, 纤维状果胶类物质大分子间以及其它多聚体之间, 存在着复杂的机械性牵绊, 也影响果胶类物质的溶解性。所以, 单用酸法不能完全解除果皮中多价阳离子及其它杂质对果胶的束缚或牵绊。同时, 由于果皮中多价金属离子、低分子物质和色素等果胶以外的种种物质经酸法处理后仍留于果胶中, 这些不纯物给果胶的品质带来不良影响, 表现在果胶的胶凝度不强、灰分含量高、果胶色泽较差。因此, 果胶提取时, 采用酸水解同时结合离子交换树脂的方法。首先, 酸可使原果胶溶解, 由于酸水解纤维素, 果胶多糖复合物, 或者由于酸使水不溶性大分 食品工业科技 S cience and Technology of Food Industr y 综 述 物等杂质, 不仅可以对提取液进行浓缩, 还可以对其 进行提纯, 从而提高成品果胶的品质。刘文等(xx) 用陶瓷膜进行苹果果胶浸提液的浓缩, 并通过比较得知, 使用陶瓷膜浓缩的果胶成品, 由于其中的大部分糖分、色素及低分子杂质已去除, 其灰分、总半乳糖醛酸、胶凝度和透光率等指标均大大优于 18 真空浓缩成品。 坂井拓夫等经实验发现:将绞碎的原料浸入杀菌的水中, 放入发酵罐中, 接种5%的种液, 30振荡培养, 利用微生物产生的酶作用可使果胶从植物组织中游离出来。这种酶能选择性分解植物组织中的复合多糖体, 从而可有效地提取出植物组织中的果胶, 其作用一定时间后, 过滤培养液, 得到果胶提取液。对培养微生物的培养基并无特别要求, 普通酵母培养基都能使用, 一般使用添加酵母抽提物、蛋白胨、葡萄糖、半乳糖的培养基及添加微量磷酸盐和镁盐即可。日本在这种方法上已申请了专利。TakuoSakai 等人研究出一种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, 避免了过滤麻烦。实际上微生物法和酶法提取果胶原理相似, 都用酶将果胶从植物组织中提取出来。从发展潜力来看, 微生物法具有广阔的前景。 114 微波法 微波是一种频率为300MHz 300G Hz 的电磁波, 其对应的波长为1mm 1m , 比可见光的波长长, 属高频波段的电磁波。它具有电磁波的反射、透射、干涉、衍射、偏振以及伴随着电磁波的能量传输等波动 19 特性, 还具有高频特性、热特性及非热特性。它主要用于通讯、广播电视等领域。20世纪60年代开始, 人们逐渐将微波加热技术应用于纸类、木材、树脂挤出等物理加工过程。近年, 在化学反应过程中导入微波加热技术, 不仅可有效提高反应转化率、选择性, 而且体现出节能、环保等诸多优点, 其作为实 20, 21 现绿色化工手段之一而受到人们的广泛重视。21世纪初, 美国发表了用微波加热技术提取果胶的专利。郑燕玉等人利用微波法从香蕉皮中提取果22胶, 得到最佳工艺条件为:辐射时间为7m in 、提取液的pH 为210、液料比为251、辐射功率为460W , 在此条件下提取果胶产率为1619%。产率的因素及强弱顺序为:辐射功率辐射时间。加水混合调节pH 酒精沉淀果胶成品。 2 各种制备方法的特点 211 酸提取果胶 优点:酸提取法是最古老的工业果胶生产方法, 1925年便有较全面的评述。, 传统性强且纯熟, , 无量少, 利率(5102%749135=131419) , 此法具有生。 缺点:酸提取法主要是提取过程中果胶分子易发生部分水解和降解。这样降低了果胶分子量, 影响果胶的收率和质量, 同时, 提取时的温度、时间、酸的类型, 水与皮的比率、溶液的pH 对果胶的提取影响也很大。并且在酸提取过程中由于加热而打碎成胶粘的糊状, 使萃取液与废皮的过滤发生困难, 同时易腐蚀设备, 使提取果胶的生产受到很大影响。目前盐析法存在的困难在于脱盐技术未能跟上, 因而造成果胶粘度下降, 猜测由于脱盐不 _亦有可能造成产量增加; 其次, 选用大量的酸、碱对人体皮肤有腐蚀作用, 又易造成环境污染。 115 酶解法 、纤维素和半纤维素等细胞壁多糖与果胶分子形成共价键、果胶分子中的羟基与细胞壁的组分形成离子键、果胶分子彼此间与其他成分间的物理缠绕等等, 而使果胶以原果胶的形式存在, 用酶适当处理后, 由于细胞壁降解, 可提高果胶得率、简化工艺。 李文德等人利用纤维素酶从甜菜中提取果23胶, 解决甜菜果胶分子量小和提取率低的问题, 以便进一步提高其品质, 促进甜菜果胶的开发利用。 24 张一青等人采用原果胶酶提取桔柚皮中果胶, 克服工业酸法生产的诸多不足并得到质量稳定的果胶产品。将A sper g illus sp X Z -131菌株振荡培养3d, 过滤得到原果胶酶粗酶液。研究结果表明:最佳工艺条件是25、pH310、料液比12和反应5h 。在此反应条件下果胶产率达3517%。酶法提取果胶基本分两个阶段, 如果用酸法提取少量果胶后, 再用酶法提取剩余的果胶将会大大缩短反应时间, 减少加酶量。因此, 充分发挥酶法和酸法各自的优点, 既可缩短反应时间, 又能获得较高分子式量的果胶。另外, 随着酶制剂工业的发展, 酶制剂成本的降低, 酶法提取果胶将是非常有发展前途的新方法。 212 离子交换法 优点:该法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。 缺点:离子交换法沉淀果胶所用的乙醇, 使用量非常大, 造成后阶段的乙醇回收工序耗能大, 致使生产成本高。这种方法需要较高的温度和长时间加热, 这样原料中含有的果胶不可避免地会产生变性和分解破坏, 且提取的果胶数量和质量也不理想。 213 膜分离技术 优点:与真空浓缩相比, 膜分离浓缩技术具有能耗低(液体无相变) , 操作工艺简单, 具有选择性; 可去除果胶提取液中的糖分和低聚物, 从而提高果胶的品质; 无需加热, 对果胶品质无损害; 设备维护方便、简单等优势 27 116 微生物法 25, 26 。 综 述 食品工业科技 V ol. 28, N o. 09, xx 缺点:膜难于清洗, 容易堵塞; 必须在适宜的条件下使用, 不能置于高温高压的条件下, 否则会失效。此外, 价格也较为昂贵。 214 微波法 优点:与传统方法相比, 微波萃取能大大加快组织的水解, 使果胶提取时间由传统方法90m in 缩短为5m in, 而且受热均匀, 不会破坏果胶长链结构, 同时降低了能耗, 工艺操作容易控制, 降低劳动强度, 所得样品质量好, 凝胶性能、色泽、溶解性等指标都有所提高, 产率比传统方法提高了2%。除此之外, 还大量节约酒精溶剂, 产品质量符合国家质量标准, 在生产应用上具有重要的现实意义。微波加热技术在化工和食品领域中的应用越来越引起人们的关注。 缺点:微波加热速度太快, 不易控制加热温度。而且该法对微波的波长和功率都有一定的要求, 否则会造成果胶产品形态有所差异。再者, 微波法操作不当容易泄漏, 对生物有害。现阶段对微波法的理论研究还不足, 有待进一步探究。 215 酶法 4 优点:酶法提取果胶的相对分子质量(51610) 和提取率(91102%) 都较酸法(相对分子质量 41310、提取率4210%) 高得多, 这为甜菜果胶产业 4 化和进一步改性提高果胶品质提供了必要条件。缺点:通过实验发现, 酶法提取果胶, 反应体系容易染霉菌, 菌。, 量大(15U /g ) , 生产成本, 到发展的原因。 216 微生物法 优点:微生物法低温发酵提取果胶, 萃取液中果皮不破碎, 也不需进行热、酸处理, 容易分离, 萃取完全, 易过滤。萃取的果胶分子量大, 果胶的胶凝度高, 质量稳定。此法还能有效地克服酸水解法生产果胶的诸多不足, 具有低消耗、低污染等特点, 具有广阔的应用前景。 缺点:微生物法提取果胶受橘皮的预处理, 反应时的固液化, 微生物的生长时间、大小、保温时间以及pH 的影响比较大 28 治高血压、肠癌、尿病、肥胖症等病症有良好的疗效。 在果酱、果汁中添加果胶, 可使其在运输过程中不变形, 且可增加香味, 还能起到减少脱水收缩的作用。在生产果汁饮料、浓汁时添加果胶, 可以稳定溶液中的悬浮油性乳酸, 使果汁具有新鲜风味。在乳类制品中添加果胶可起到稳定和保鲜的作用, 还可以防止酪蛋白凝结, 延长酸性奶制品的饮用期限。更重 4 要的是果胶还是重金属的解毒剂和预防剂等。 在我国果胶市场需求量大, 柑橘又是重要产地之一, 原料丰富, 价格较低, 果胶生产使用的工业原料仅限于酸、碱、醇等大路货, 工艺设备简单, 容易为乡镇企业所掌握。从支援农业、开发农副产品综合利用考虑, 果胶是一个发展前景广阔、又适应乡镇企业生产的产品。 有关表明:全世界果胶的年需求量近2万t, 其中美国就高达4500t, 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15%的速度增长。据不完全统计我国每年约消耗1500t 以上, 其中从国外进口约占80%, , 其需求量仍呈高速增长趋势。、英国、美国、以色列, 特别是消费, 完全依胶, 因此大力开, 生产出优质果胶, 满足国内外市场需求已显得极为迫切。 采用高新技术改造传统的果胶工艺, 将为果胶工业开辟出一条新的发展途径。高新技术在果胶工业上的应用是科学技术发展与人类社会进步的需求。相信通过科技工作人员的共同努力, 果胶加工的生产效率、工艺水平和产品质量与安全性将得到进一步提高。 _: 1胡国华1功能性食品胶M1北京:化学工业出版社, xx11151281 2Schols H A, B skx E J, Schi pper D, Voragen A G F 1Axyl ogalactur onan subunit p resent in the modified hairy regi ons of app le pectinJ 1Carbonhydrate Research, 19951 3Voragen A G J, Pilnik W , Thibault J F, Axel os M A V, Renard C M G C 1Pectins 1in: A M Dea, Y Eds 1Food Polysahardes Stephen 1London:Marcel Dekker, 1995128733914詹晓北, 王卫平, 朱莉1食用胶的生产、性能与应用M1 。 这几种方法都存在一些难以避免的缺点, 因此, 有必要对这些方法进行改进。根据国内外目前果胶的生产加工趋势, 研究重点应放在盐析法、离子交换法、膜分离法、微生物法上, 综合各种方法的优点, 研究开发出合理的生产工艺, 充分利用我国丰富的果胶资源, 实现其合理开发利用, 以求获得降低生产果胶的成本, 必将产生积极的经济效益。 3 果胶的应用与展望 果胶是一种增稠剂与稳定剂, 被广泛应用于食品工业中。果胶的食物纤维是维持人体健康的重要物质, 具有增强胃肠蠕动促进营养吸收的功能, 对防 北京:中国轻工业出版社, xx1581121 5张孟琴, 刘占朝, 张军1野果果胶提取及发展前景研究进展J 1河南林业科技, xx, 26(1) :19211 6张争光, 李于善1用柑橘皮渣提取果胶的工艺优化研究J 1吉林化工学院学报, xx, 20(1) :10121 7臧玉红1从苹果渣中提取果胶的工艺研究J 1食品科技, xx(9) :2842861 (下转第247页) 综 述 食品工业科技 V ol. 28, N o. 09, xx anchoviesJ 1J Food Sci, 1999, 64(2) :344347110 Sanceda NG, Kurata T, A raka wa N 1Aelerated fer mentati on p r ocess f or the manufacture of fish sauce using histidineJ 1J Food Sci, 1996, 61(1) :220222111Okamot o A, Hanagata H, Ka wa mura Y, yanagida F 1Anti-hypertensive substances in fer mented s oybean, natt o J 1Plant Foods Hu man Nutriti on , 1995b, 47:39471 12Kinoshita E, Ya makashi J, Kikuchi M 1Purificati on and identificati on of an angi otensin I-converting enzy me inhibit or fr om s oy sauceJ 1B i osci B i otechnol B i ochem, 1993, 57:11071110113Okamot o A, Hanagata H, Ka wa mura Y, Yanagida F 1Anti -hypertensive substances in fer mented s oybean, natt o J 1Plant Foods Hu man Nutriti on, 1995b, 47:39471 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