果胶的制备实验报告 [果胶的制备与应用] .docx

果胶的制备实验报告 果胶的制备与应用 摘要：对果胶的制备及其在食品、医药、动物养分调控、水处理等方面应用的探讨进展作一综述。 关键词：果胶；生物学功能；养分调控；应用 中图分类号：TS202.3文献标识码：A文章编号：1672-979X(2007)06-0050-06 Preparation and Application of Pectin TU Guo-yun1 ，WANG Zheng-wu 2 ，WANG Zhong-ni3 (1. School of Chemical and Material Engineering, Southern Yangtze University, Wuxi 214122, China; 2. Department of Food Science and Technology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai201101, China; 3. Department of Chemistry, Shandong Normal University, Jinan 250014, China) Abstract：To review the preparation technology and research progress of pectin in the fields of food, chemical engineering, medicine, nutrient regulation, water treatment. Key words：pectin; biological function; nutrient regulation; application 果胶（pectin）是以原果胶、果胶、果胶酸的形态广泛分布于植物的果实、根、茎、叶中的多糖类高分子化合物，是一种亲水性植物胶。果胶是胞壁的组成成分，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。果胶主要是由-1,4糖苷键联接的半乳糖醛酸与鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖等中性糖形成的聚合物1，以及一些非糖成分如甲醇、乙酸和阿魏酸2,3。果胶结构由主链和侧链两部分组成，-1,4糖苷键连接的D-半乳糖醛酸单元直链形成高聚半乳糖醛酸主链，侧链由短的呈毛发状的鼠李糖半乳糖醛酸聚糖构成。困难的中性糖侧链连在鼠李糖半乳糖醛酸聚糖上4。果胶的相对分子质量在1万40万之间5。 我国自20世纪50年头起就开展了果胶提取的探讨，有从苹果渣6、柑橘、橙类皮、柚皮、向日葵托盘7、马铃薯渣等原料中提取果胶的报道，其中最有提取价值的首推柑橘类果皮，不同原料中果胶的含量如表1所示。 由表1可见，甘薯渣果胶含量最高，其次为柠檬皮、柑橘皮、向日葵托盘、马铃薯渣、苹果渣。国外多以柑橘皮、柠檬皮渣、苹果皮渣等为原料生产果胶10。目前我国食品德业主要从柑橘皮渣、苹果渣中提取生产果胶，尚无从甘薯渣中提取生产的报道。用甘薯制造淀粉产生大量废渣，一般作为饲料或废弃。甘薯及薯渣中不仅富含果胶，而且其果胶凝胶特性与苹果果胶相像。假如将甘薯渣开发为生产果胶的新原料，不仅能丰富原料来源，而且有利于爱护生态环境。 1果胶的制备 1.1果胶的提取 自然果胶中的原果胶不溶于水，但可在酸、碱、盐等化学试剂作用下水解成水溶性果胶。果胶分为水溶性和非水溶性 2 种，非水溶性果胶可溶于六偏磷酸钠溶液或无机酸溶液。目前，国内外常用的提取方法有如下几种。 1.1.1酸提取法传统的酸提取法是最常用的方法，其原理是利用稀酸将果皮细胞中的非水溶性原果胶转化成水溶性果胶，然后在果胶液中加入乙醇或多价金属盐类，使果胶沉淀析出，洗滤、干燥、粉碎即成固体粉末果胶产品。传统酸提法的缺点是，提取过程中果胶分子易发生局部水解，降低了果胶的相对分子质量，影响果胶收率和质量；其提取条件对提取效果影响也较大；由于提取液黏度大，过滤较慢，生产周期长，效率低。目前酸提取法正向混合酸提取方向发展。 1.1.2离子交换树脂法果胶类物质与细胞壁半纤维素等共价键结合，通过次级键与细胞壁其他多聚体通过次级键结合。多价阳离子特殊是钙离子存在时，阳离子键合引起低酯果胶类物质的不溶性，降低了高酯果胶的浸胀性。此外，纤维状果胶类物质大分子之间及其他多聚体之间存在着困难的机械性牵绊，也影响着果胶类物质的溶解性。所以单纯酸法提取不能完全解除果皮中多价阳离子及其他杂质对果胶的束缚。而且果皮中多价金属离子、低分子物质和色素等经酸法处理后仍残留于果胶，影响果胶的品质。为解决这些问题，采纳了酸水解结合离子交换的方法。首先，酸可以使原果胶溶解生成纤维素-果胶多糖复合物，然后酸使非水溶性大分子降解，果皮中多价阳离子溶出。阳离子交换树脂通过吸附阳离子加速了原果胶的溶解，提高了果胶的质量和提取率。与单纯酸提取法相比，此法提取率高，产品质量好，生产周期短，工艺简洁，成本低，是经济上可行的提取方法11。 1.1.3微生物提取法TaKuo12等探讨发觉，帚状丝孢酵母及其变异株能从植物组织中分别出果胶。将帚状丝孢酵母接种到植物组织，经静止、搅拌、振荡培育或在酵母培育基中培育。微生物发酵产生使果胶从植物组织中游离出来的酶，它能选择性地分解植物组织中的复合多糖体，从而有效地提取出植物组织中的果胶。肯定时间后过滤培育液，得到果胶提取液。采纳微生物发酵法提取的果胶相对分子质量大，果胶的胶凝度高，质量稳定，很有发展潜力。 1.1.4草酸铵提取法果皮洗净，用0.25 %草酸铵溶液在90 条件下处理24 h，过滤后得果胶提取液。此法可使非水溶性果胶酸钙变成可溶性铵盐，钙以草酸钙沉淀的形式除去。亦可用螯合剂六偏磷酸钠，增加非水溶性果胶的溶解性。陈改荣13利用草酸铵从胡萝卜渣中提取果胶，比用盐酸、硫酸提取产量更高，且质量达到国家标准。 1.1.5微波提取法微波提取法即微波协助提取，是用微波加热与样品相接触的溶剂，将所需化合物从样品基体中分别进入溶剂。Kratchanova等14利用微波协助提取柑橘果胶，电子显微镜视察发觉，微波加热会破坏原料的薄壁组织细胞。经微波处理过的原料多孔渗透性和吸水实力都有提高，加热处理还可灭活果胶酶。试验表明，经微波处理后果胶的提取率提高，质量也较好，酯化度高，相对分子质量大，胶凝强度大。贾艳萍等15以橘皮为原料在微波条件下提取果胶，最佳工艺条件为盐析pH 5.0，微波加热5 min，硫酸铝用量2.5 g，液料比16 mL/g，盐析温度60 ，盐析时间60 min，果胶平均得率25 %。微波法提取果胶选择性强，操作时间短，溶剂用量小，受热匀称，目标组分得率高，而且不会破坏果胶的长链结构，收率和质量都有提高，是一种可行的方法 16。 1.1.6酶提取法其一般步骤是，在磨成粉的原料中加入含有酶的缓冲液，于恒温水浴振荡器内提取。反应结束后抽滤，乙醇沉淀，过滤分别，干燥，粉碎得果胶成品。Olga等17分别用0.1 mol/L盐酸 （酸法）、纤维素酶、半纤维素酶和糖苷酶（酶法）从南瓜提取果胶，结果表明，酶法提取果胶的产量高于酸法，其中纤维素酶的产量最高，是酸法的2倍多；酶法提取的果胶，多聚半乳糖醛酸的含量低于酸法提取的。由于酶法提取果胶反应时间较长，酶制剂用量大，阻碍了其在国内的应用。但将酸法与酶法结合，先用酸法提取少量果胶，再用酶法提取剩余的果胶，将大大缩短反应时间，削减酶的用量。今后随着酶制剂成本的不断降低，酶法提取果胶将有很好的发展前景。 1.1.7 超声波提取法超声波频率一般在20 kHz 以上，在水中传播可产生释放巨大能量的激化和突发，即“空化效应”，可产生高达数百个大气压的局部瞬间压力，形成冲击波，使固体表面及液体介质受到极大冲击，细胞破裂，溶出植物有效成分。与传统提取法方法相比，超声波提取法提取时间短、产率高、无需加热。万国福等18用超声波提取簇新柠檬皮中的果胶，确定最佳工艺条件为超声波输出功率500 W，料液比13，超声处理过程中的温度50 ，超声时间4 s，间歇时间3 s，总工作时间42 min。 1.2果胶液浓缩 果胶提取液中果胶含量一般为 0.51%，如干脆沉淀、干燥则量太大，故多用浓缩处理。浓缩是果胶生产的重要工序，传统的方法一般采纳真空浓缩。真空浓缩温度在60 左右，浓缩果胶时杂质含量也相应提高，不仅果胶有降解，而且杂质之间相互反应易致果胶溶液褐变，影响品质。食品工业目前起先采纳膜分别法19浓缩。20世纪80年头国外就有用超滤法生产果胶的报道，效果很好。超滤法可将果胶液浓缩至4.21 %，且生产用地面积小，生产费用低。 1.3果胶的沉淀 提取后的果胶溶液需纯化沉淀，这关系到果胶的品质和色泽，目前国内外主要用醇沉淀19和盐析。醇沉淀法是工业上最早运用的方法，国外大多用此法，国内探讨较多的是盐析法，采纳铝盐、铅盐、铁盐、钙盐等，电荷间相互作用引起共同沉淀。盐析法可以不用浓缩果胶液而干脆沉淀，能耗低，但工艺条件较难限制，产品灰分高，溶解性差。 1.4果胶的干燥 干燥技术对果胶的品质有重要影响。常用的有低温干燥、真空干燥、冷冻干燥、喷雾干燥。常压干燥即低于60 干燥，设备简洁，但干燥后的产品溶解性差，色泽较深。真空干燥和冷冻干燥后所得果胶色泽较浅，溶解性也好，果胶性质变更较小，但技术设备费用大，生产成本高。目前国外多用喷雾干燥，干脆将浓缩液喷雾得到粉末状果胶，省去了沉淀，但对前处理要求严格，果胶浓度要高且除杂彻底。 2果胶在医药工业的应用 果胶是一种亲水性乳化剂、胶凝剂和增稠剂，可单独或与其他赋形剂合用配制软膏、膜剂、栓剂、微囊等药物制剂20。因它有抗菌、止血、降血脂等药理作用，可单独或与其他药物配伍用于治疗某些疾病。近10年来国内外关于食用植物纤维治疗糖尿病的报道日渐增多，植物纤维对很多养分物质的消化、汲取和代谢起着重要作用。试验表明，果胶治疗可使血糖明显下降，可作为治疗糖尿病的简洁易行的协助措施。 车前子是一种轻泻剂，果胶则有抗腹泻作用，按适当比例配伍可抑制胃溃疡21，该药长期服用无任何副作用；果胶有降血脂作用，制成颗粒剂可治疗动脉硬化；果胶可减低抗癌药物对胃肠黏膜的损害，服用果胶可减轻某些非甾体抗炎药引起的腹部不适；果胶与奎宁、磺胺嘧啶等制成长效口服制剂，具有延效作用，提高药物的生物有效度。 李春明等22探讨不同剂量的果胶对高脂血症大鼠的血脂及抗氧化功能的影响，发觉各种剂量水平的果胶均可显著降低大鼠摄食量。与高脂比照组相比，中剂量和高剂量组大鼠血清总胆固醇（TC）、甘油三脂 （TG）水平显著降低，中剂量组血清高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平提高，各剂量组血清丙二醛（MDA）水平均降低，低剂量组和中剂量组的血清超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH -Px）水平无显著改变。表明果胶对高脂血症大鼠的血脂有调整作用，并降低了其体内的脂质过氧化水平，高剂量果胶对大鼠机体产生副作用。 果胶可与高价态重金属离子、放射性金属离子络合，是重金属中毒的解毒剂；也可与甲醇形成甲酯，治疗甲醇中毒。果胶与多种抗菌药物配伍有抗菌增效作用。此外，果胶还可用作某些药物引起的贫血症的抑制剂。 3果胶在食品工业的应用20 果胶作为凝胶剂广泛用于生产果酱、果冻、果脯、蜜饯、软糖、焙烤食品与饮料，还可作为增稠剂和稳定剂添加于果汁、乳制品。低甲氧基果胶可生产以果胶为主的低糖产品，适于身体肥胖、高血压、冠心病患者；高甲氧基果胶可有效地稳定酸牛奶制品并改善其风味，还可作为稳定剂使牛奶和果汁结合成含牛奶蛋白质、矿物质及果汁的重制饮料；传统用黄原胶作色拉酱的黏胶剂和乳浊稳定剂，果胶以良好的稳定性和清爽利口的味道赛过了黄原胶；果胶可用作果汁含量较少的饮料或无糖软饮料的口感增稠剂；在果汁饮料中加入适量的果胶溶液可使果肉悬浮不分层，并改善口感。 高甲氧基果胶具有热稳定性，可以用于制备焙烤食品运用的果冻。在配方中增加纤维素含量可使凝胶结构更稳定。在较高的固溶物含量和较宽的酸度范围内，可以运用低甲氧基果胶生产焙烤食品用的果酱或果冻。配方中低甲氧基果胶的添加量要高于高甲氧基果胶的添加量才能达到与其相同的凝胶强度。 果胶能减缓冷冻食品时晶体的生长速度，通过限制冰晶的大小改善冻藏食品的质构，削减溶化时糖浆的损失。果胶能阻挡冰袋和雪糕中风味物质和色素逸出。用Ca2+和果胶处理冻融水果后，片状水果比完整水果更稳定。低甲氧基果胶能改善冰淇淋制品中水果的品质。 4果胶在动物养分中的作用 4.1单胃动物 果胶作为非淀粉多糖的一种，是单胃动物养分中的抗养分因子23，它在细胞壁中的结构和黏性影响了本身和其他养分物质的消化和汲取。探讨表明，添加柑橘类果胶显著降低了肉鸡的生产性能和饲料中干物质、有机物、粗脂肪、淀粉及氨基酸的消化率，同时降低了氮的存留率和能量的代谢率，肉鸡的饮水量增加，后肠道的食糜黏性提高导致养分物质的汲取削减。 4.2反刍动物 与单胃动物相反，果胶除了作为反刍动物饲料的养分成格外，还对其瘤胃内环境的稳定有极强的调控作用24。果胶可在瘤胃内很快降解，产生半乳糖醛酸，抑制酸性乳酸菌发酵，提高瘤胃液pH；果胶含量丰富的饲料与Ca2，Na ，K 和Mg2等金属离子有较强的亲和力和离子交换力，当瘤胃液pH下降时，这类饲料中的纤维可将带电阳离子释放到瘤胃液，起到缓冲作用；果胶在瘤胃中的发酵产物以乙酸较多，丙酸较少，使乙、丙酸比例提高25；果胶使纤维物质、有机物质的降解率和短链脂肪酸的生成量提高，同时增大了从瘤胃流向十二指肠的氮流量和小肠中氮的汲取率。郭明丽等26探讨了不同果胶含量的饲粮对羔羊瘤胃内环境的影响，结果表明，果胶对饲喂高淀粉饲粮动物的瘤胃液pH值的调控作用与果胶、淀粉的比例有关。 5果胶在水处理中的应用 5.1重金属吸附剂 果胶能与水溶液中的某些高价态重金属离子或放射性金属离子络合。已发觉低酯果胶对某些重金属离子具有较强的选择性协作作用，能驱除铅、汞、镉等离子，因此，医药工业将果胶用作解毒剂27-29。这主要是它组成中半乳糖醛酸上的羧基官能团起了作用，但目前尚无公认的理论说明其吸附机理。 5.1.1原果胶的吸附性能在乌克兰，果胶作为一种无害的食品添加剂和吸附性解毒药物成分而受到关注。但果胶的吸附作用尚无定量探讨，因此，在防护和医药方面果胶的合适剂量和正确的运用方法不易驾驭，而且不能保证果胶在多组分水溶液中仍有解毒作用。针对这种状况，Mykola等30探讨了3种工业果胶产品对几种有害重金属离子的吸附实力。在模拟水溶液中测定了二价阳离子的吸附等温线，并计算了相应的安排系数，得出以下选择性依次：Pb2+>>Cu2+>> Co2+>>Ni2+>>Zn2+>>Cd2+。甜菜果胶对Pb2+和Cu2+有很强的亲和力，苹果果胶对Co2+、柑橘果胶对Ni2+有强亲和力。各种果胶对Zn2+和Cd2+的结合作用很弱。探讨认为，果胶对重金属离子的显著亲和力与果胶酸盐（或酯）的形成有关，离子与果胶聚合体骨架通过多糖羟基和半乳糖醛酸的羰基结合形成果胶酸盐（或酯），可代替离子交换和络合机制，并且取决于原果胶（原材料，生产工艺）、离子和试验条件（浓度，pH值以及是否存在竞争性离子和其它螯合剂等）。 Claire 等31探讨了甜菜渣对Cu2+，Ni2 +和Pb2+的固定作用。甜菜渣是糖提取后留下的残渣，是果胶的重要来源，含有肯定的纤维素成分。吸附试验表明，不同金属离子的固定模式不同。固定模式的关键在于离子交换，同时还可能发生不行忽视的吸附作用。就Pb2 +而言，在pH=4时，其固定容量的25 %取决于吸附机制；pH=6时，固定容量达到最大，即Pb2+60 mg/g，Cu2+ 30 mg/g，Ni2+ 12 mg/g，这几乎全部是通过离子交换去除的；去除实力随pH值的上升而提高。在pH=4时检测了3种不同粒径甜菜渣对Cu2+的吸附，粒径最小的甜菜渣初始吸附速度最快，20 min即可达到吸附平衡，但粒径大小对Cu2+的吸附容量无明显影响，吸附等温线证明了金属离子向甜菜渣内部的定点扩散。 5.1.2改性果胶的吸附性能果胶类物质作为一种自然吸附剂，可用以去除废水中的有毒金属。虽然甜菜渣中干物质（以果胶类物质为主要成分，通常含有20 左右的纤维素）的电荷参数与一些合成树脂或其它自然吸附剂相像，但果胶的剧烈水合作用却阻碍其干脆应用。以单位水合体积的meq表示时，合成树脂具有更高的离子保持实力。采纳交联作用或皂化作用对果胶改性，可以改善其重金属吸附性能32,33。探讨表明，交联作用可减弱水合特性，而不受pH值、离子强度等外部物化参数的影响。最常运用的交联剂是甲醛、二乙烯砜、戊二醛、三氯氧化磷等。其他方法可增加机械性能而减弱水合实力，如接枝到合成聚合物，或者引入有机或无机基团。 5.2絮凝剂 20世纪80年头有文献将果胶列为自然有机高分子絮凝剂，但未详细说明其絮凝性质。近年有探讨者依据果胶的结构特点，在蔗糖厂蔗汁的絮凝沉降过程中加入少量混合汁（含有0.10 %0.13 %的果胶）代替聚丙烯酰胺，沉降和过滤速度均加快，且随着混合汁量的增大，清汁纯度有上升趋势，这表明混合汁中的果胶的确起到了絮凝作用。当果胶量过大时，絮状物疏松，体积浩大，沉降颗粒密度减小，且果胶分子呈链状，具有黏性，这些特性也与有机合成高分子絮凝剂相像。赵艳等34探讨了不同酯化度（DE）的柑橘果胶对高岭土悬浊液和城市污水的絮凝效果，试验表明果胶有肯定的絮凝作用。对高浓度高岭土悬浊液，超低酯果胶的絮凝效果最好，其次为低酯果胶；而对低浓度高岭土悬浊液和城市污水，仅超低酯果胶有絮凝效果。 6结论 果胶是一种完全无毒的自然食品添加剂，是FAO/WHO食品添加剂联合委员会举荐的公认平安的食品添加剂。果胶以卓越的凝胶性和乳化稳定性而成为食品工业的重要添加剂，应用范围不断扩大。此外，果胶也是一些药物、保健品以及化妆品不行缺少的协助原料。资料表明，我国每年消耗约l 500 t 以上果胶，80 依靠进口，需求量与世界平均水平相比呈高速增长趋势。因此，大力开展果胶的探讨与开发，探究提高果胶产量和质量的新方法和新资源，不仅能为我国食品加工领域广泛地应用优质果胶供应理论依据，而且将推动国产果胶生产的发展。 参考文献 1Schols H A, Bakx E J, Schipper D, et al. 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