[原创]食品新技术在果胶制备中的应用

干煸豆角

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[watermark]食品新技术在果胶制备中的应用
Application of advanced food technology in pectin preparation
摘要: 简述了微波萃取技术、树脂吸附技术、酶技术、膜分离技术、真空冷冻干燥技术等若干食品加工新技术在果胶制备中的应用。
关键词: 食品新技术；果胶；制备
Abstract: The application of some advanced food technologies, including microwave assisted extraction technology, resin adsorption technology, enzyme technology, membrane separation technology and vacuum freeze drying technology in pectin preparation is stated in this paper.
Keywords: Advanced technology; Pectin; Preparation
自从20世纪40年代大规模商业化生产果胶[1]以来，其制备技术逐步完善发展。近年来，为了提高果胶的质量，国内外科研人员都在尝试着把新的加工技术应用到果胶制备中，并取得一些成绩，有些已应用到实际生产中。
1微波辅助萃取技术在果胶提取中的应用
微波辅助萃取技术是指利用微波能和合适的溶剂在微波反应器中进行物质萃取的一种新发展起来的技术。自从1986年Ganzler 等利用微波从土壤、种子、食品和饲料中萃取各种类型化合物[2]以来，许多国内外学者都很关注这项技术研究与进展。目前，其应用范围已从最初的环境分析样品制备迅速扩展到食品、化工等领域[3]。
Fishman M L等人对用传统法和微波辅助萃取法提取果胶后的桔皮组织纤维结构进行比较，证实微波对桔皮中的细胞有膨爆作用。微波条件下桔皮果胶的提取是一快速的组织崩解过程，这一过程使提取时间由传统的1 h以上缩短为5 min[4,6～8]。肖凯军等人证实，在微波的高频电磁场作用下，桔皮细胞内的果胶等物质基本提取完全，纤维素等成分排列呈层状并收缩成为紧密的团状结构[5]。用微波辅助法萃取果胶，工时缩短，能耗降低，工艺操作容易控制，劳动强度减小，果胶得率提高，质量有保证，在色泽、溶解性、粘度等方面更佳。
2树脂吸附技术在果胶制备中的应用
2.1树脂在果胶提取中的应用
据美国专利报道，用离子交换树脂法提取果胶，果胶得率及胶凝度比酸法提取高的多。J. M. G. Huang,肖红等在制备果胶时，在酸提取液中添加离子交换树脂来改进传统提取果胶的方法，取得了较理想的效果[9，10] 。果胶类物质与细胞壁半纤维素等有共价健结合，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绊，因而也可提高果胶的质量和得率[10]。
2.2树脂在果胶脱色中的应用
吸附树脂是一种多孔性交联聚合物，具有较高的比表面积，因而具有优良的吸附能力。吸附树脂属于两相结构：聚合物相和孔。聚合物相是由众多的纳米级聚合物微粒堆积而成的，微粒之间是孔。通过调整合成的方法可以调节微粒大小，以及孔径和比表面积等，从而使树脂具有不同的吸附性能。此外，吸附树脂按表面性质又可分为非极性、中极性、极性和强极性四种。不同的表面性质使吸附树脂具备不同的吸附机理和吸附性能，因此使树脂获得多方面的用途。
何立芳在果胶提取中用交换树脂代替常用的活性炭进行脱色，不但可加快过滤速度，而且脱色效果也好，同时还达到去杂的目的，从而提高果胶产品的质量[11]。他所用的通用树脂除脱色外，同时具有离子交换树脂的多功能作用，能与溶液中的离子起离子交换反应，加上通用树脂还有较强的配位体基团（-OH，-NH3），能对金属离子起络合作用。从而除去溶液中的金属离子，起着去杂的作用。
3 酶技术在果胶制备中的应用
3.1酶技术在果胶提取中的应用
由于果胶分子与钙镁及铁离子结合、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。
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，在本质上也是借助于酶的作用。其原理是把帚状丝孢酵母接种到植物组织中，经过静止搅拌振荡培养或者在酵母培养基中培养后，用所得的培养液或该培养液的提取物作用于植物组织，随着微生物的生产，产生了能使果胶从植物组织中游离出来的酶，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。据称，用微生物发酵法萃取的果胶分子量大，胶凝度提高，质量稳定，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[12]，实际上，微生物法提取果胶也是借助于微生物分泌的酶将果胶提取出来的，日本在这种方法上已申请专利。
3.2 酶技术在低甲氧基果胶制备中的应用
果胶酯酶属于皂化酶，能从果胶中脱去甲氧基，据报道，1979年，日本Ishil.S等成功地在完全没有果胶解聚酶的黑曲霉培养基上提取果胶酯酶，并用它将高甲氧基果胶转换为低甲氧基果胶[13]。舒肇等利用新鲜柑桔类果皮内未经提取的天然果胶酯酶制备低酯果胶，省去传统技术先提取果胶酯酶后再用其脱除高酯果胶的甲氧基的工艺过程，简化工艺，降低成本，节约时间。同时，与酸、碱或氨处理的方法比较，避免了由于高温、强酸、强碱所引起的果胶中多聚半乳糖醛酸链过多破裂，而造成品质下降的缺点。
对于柑桔皮内的果胶酯酶脱酯作用，处理新鲜柑桔类果皮优于处理成品果胶，初步推断为新鲜柑桔类果皮中含有激活果胶酯酶的成分，即在较高的温度下，柑桔类果皮内细胞丧失完整性，从而释放能活化果胶酯酶的一些金属离子，果胶酯酶的增加使细胞壁果胶游离羧基量也有所增加。有人认为，大多数果胶酯酶作用于果胶时，先从相邻于游离羧基的位置开始除去甲氧基，而新鲜柑桔类果皮利于反应，成品高酯果胶接近完全甲酯化的聚半乳糖醛酸，游离羧基量少，不利于反应[14]。
4膜分离技术在果胶浸提液浓缩中的应用
近年来，国外已将超滤浓缩等新技术开始应用于果胶生产中[15]，国内也已开始这方面的研究[15～19]。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[21]。
周仲实用超滤装置对酸液提取的桔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，所得的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[22]。
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值适用范围宽；抗微生物能力强，不与微生物发生作用；机械强度大；清洁状态好，容易再生和清洗；孔径分布窄，分离性能好等[23]。
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。刘文等用陶瓷膜进行苹果果胶浸提液的浓缩，并通过比较得出结论：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真空浓缩成品[24]。
5真空冷冻干燥技术在果胶干燥中的应用
真空冷冻干燥就是把含有大量水分的物料预先冷冻，使物料中的游离水结晶，冻结成固体，然后在高真空条件下使物料中的冰晶升华，待冰晶升华后除去物料中部分吸附水，最终得到残留水分为1%～4%左右的干制品。用真空冷冻干燥技术生产的产品能够最大限度保持色、香、味、形不变，营养物质分布均匀，复水性好[25]。
果胶是多糖类胶体化合物，既具有胶体的性质，又具有糖的诸多性质。在干燥过程中，温度高低对果胶的干燥速度有重要影响。如在较高温度下因残留的色素发生褐变而使果胶变黑；此外，由于果胶中可能还存在过氧化酶、多酚氧化酶等，容易引起酶促褐变，也会造成果胶颜色加深。若采用常规方法干燥，如干燥箱干燥，即使温度低于40 ℃，也很难避免褐变，甚至发生焦化，而且这种方法耗时，所得产品溶解性差。而采用真空冷冻干燥技术，具有不降低果胶分子链长的特点[12]，所得果胶成品色泽呈淡黄色，溶解性好，果胶性质也没有发生改变，效果较好[26]。
6 展望
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途径。高新技术在果胶工业上的应用是科学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。
参考文献
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