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果胶

线形多糖聚合物

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果胶是什么

果胶

果胶(Pectin)是一种广泛存在于植物中的多糖类高分子化合物,主要是从柑橘、柠檬、苹果、柚子、甜菜、无花果、?#21462;?#39532;铃薯、花生、葵盘等植物的叶、皮、茎、果实中提取加工后的粉末状物或是液体物,其中市面上大部分是果胶粉,果胶液较少。植物中柑橘皮果胶含量最多,是制取果胶的理想原料,柑橘皮中含有30%的果胶、柠檬皮中含有25%的果胶、苹果皮中含有15%的果胶、柚皮含有6%的果胶。

果胶是人类7大营养素中可溶性膳食纤维的主要成分,具有良好的抗腹、抗癌、治疗糖尿病和减肥等多种作用。同因果胶具有良好的稳定性、增稠性和凝性,在食品工业中应用广泛,是医药和化妆品工业中不可缺少的辅料。

果胶基本?#38382;?/span>

?#24418;?#21517;称果胶英文名称pectin
外观白色或带黄色或浅灰色、浅棕色的粗粉?#26009;?#31881;分子式C5H10O5
分子量150.1299CAS9000-69-5
EINECS232-553-0质量规格标准GB25533-2010食品安全国家标准 食品添加剂果胶

果胶的来源

果胶的主要来源为柑橘、柠檬、苹果、柚子、甜菜、无花果、?#21462;?#39532;铃薯、花生、葵盘等植物的叶、皮、茎、果实之中。果胶物质是植物细胞壁成?#31181;?#19968;,存在于相邻细胞壁间的胞间层中,起着将细胞粘在?#40644;?#30340;作用。不同的蔬菜、水果口感有区别,主要是由它们含有的果胶含量以及果胶分子的差异决定的。

目前国内以柑桔皮为主要原料,国外也主要以柑桔皮为原料,同时也有以柠檬皮渣、苹果皮渣等果实皮渣为原料生产果胶。我国果胶资源丰富,柑桔皮、甜菜压粕、苹果皮渣、柠檬皮渣、向日葵盘等均含有大量果胶,已成为具有工业化生产价值的主要原料。

果胶的物理性质

果胶为非淀粉多糖,属于膳食纤维,呈白色至黄褐色粉末,几乎无臭,在20倍水中溶解成黏稠液体,不溶于乙醇和其他有机溶剂。

天然果胶类物质,一般以原果胶、果胶及果胶酸三种形态存在。

原果胶(Propectin),?#39135;?#38142;形式存在,是与纤维素等细胞壁结合在?#40644;?#30340;多聚半乳糖醛酸,少部分发生甲酯化,不溶于水,但可以在酸、碱、盐等化学试剂及酶的作用下,加水分解成水溶性果胶,该组?#31181;?#23384;在于细胞壁中。

果胶(Pectin),亦?#39135;?#38142;存在,是羧基已发生不同程度甲酯化的多聚半乳糖醛酸,溶于水,存在于细胞汁液中。

果胶酸(Pecticacid),是羧基完全游离的多聚半乳糖醛酸长链,微溶于水,在细胞壁与细胞液中均含有。

按果胶的组成可有同质多糖和杂多糖两种类型?#21644;?#36136;多糖型果胶如D-半乳聚糖、L-阿拉伯聚糖和D-半乳糖醛酸聚糖等;杂多糖果胶最常见是由半乳糖醛酸聚糖、半乳聚糖和阿拉伯聚糖以不同比例组成,通常称为果胶酸。不同来源的果胶,其比例也各有差异。部分甲酯化的果胶酸称为果胶酯酸。天然果胶?#24615;?0%~60%的羧基被酯化,分子量为2万~4万。果胶的?#21046;?#20026;略带黄色的白色粉状物,溶于20份水中,形成粘稠的无味溶液,带负电。果胶广泛用于食品工业,适量的果胶能使冰淇淋、果酱和果汁凝胶化。

果胶的理化性质

1、果胶的溶解性

果胶溶于水后为粘稠溶液,不溶于乙醇和其它有机溶剂。果胶在水中的溶解度与其聚合度和甲酯基团的数量及?#26893;加?#20851;。除此之外,溶液的pH值、温度和离子强度对果胶的溶解速度有重要作用。

果胶与其它亲水溶胶一样,果胶颗粒是先溶胀再溶解。如果果胶颗粒分散于水中时没有很好地分离,溶胀的颗粒就会相互聚合形成大块,反而更难溶解。工业应用上难溶解的另一个重要因素是溶解果胶用水中钙含量,高硬度水可导致果胶溶解不完全。

因此果胶在溶解前必须充分分散,具体方法有:与4~5份白糖干混;使用高速剪切的溶解设备;使用有机溶剂如乙醇、植物油、甘油或固形物含量较高的葡萄糖浆将果胶湿润后再溶于水。

总之,溶液pH值越低,温度越高,溶解用水中的钙含量越低,果胶的溶解越容易,果胶就越能充分发挥其功能特性。

2、果胶的稳定性

由于果胶在水溶液中呈弱酸的化学性质,其分子结构对热和酸都相当稳定。

果胶的不稳定因素主要是因为聚半乳糖醛酸聚糖链会由于β键消除的作用而解聚。β键消除作用发生在C-6羧基被甲酯化的无水半乳糖醛酸的C-4位置上的糖苷键上。

果胶在各种酶的作用下会?#21040;猓?#20854;中某些酶是植物本身产生的。通常用微生物酶来?#21040;?#26524;蔬原料,这种酶是通过微生物的发酵来进行商业化生产的。在水果加工中应?#27308;保?#26524;胶应用的失败有时与酶的存在有关。例如,将经过果胶分解酶处理过的果蔬原料与未经适当的酶变性热处理的果胶?#40644;?#20351;用,果胶的凝胶特性与稳定性则会表现得?#27973;?#24046;。

3、果胶的粘性

果胶作为胶凝作?#27308;?#30340;凝胶温度与表观分子量成正比关系,而分子量是从特性粘度推断而来的。

高酯果胶低酯果胶的胶凝温度和胶冻的硬度与pH值成反比关系。酯化度较低的果胶在低于2.5的pH下凝胶。食品物料中适量浓度的碱性金属盐通常会使果胶的粘度下降,而高浓度的碱性金属盐会抑制其溶解性并且果胶酸盐会与钾离子凝胶。二价或三价金属盐的存在可抑制果胶的溶解性,而?#19968;?#26681;据使用条件的不同,既可降低粘?#28982;?#21487;提高粘度,甚至使溶液凝胶。在食品应用中除氢离子外,钙离子对果胶性能的影响是最大的。低酯果胶的凝胶需要适量的钙离子,而且凝胶温度和胶冻的硬度?#21152;?#38041;离子的浓度成正?#21462;?#21547;钙离子的果胶水溶液的粘度在2.5

果胶的功能特性

果胶作为一种可溶性膳食纤维,具有不可替代的功能特性。目前仍大部分应用于食品工业,在果酱、糖果工业中,果胶的主要功能还是其胶凝性。果胶作为胶凝剂所形成的凝胶在结构、外观、色、香、味等方面均优于其它食品胶制作的凝胶。在低pH值下,多数胶的凝胶性能较差,而果胶则具有最大的稳定性;其次,高酯果胶的粘度特性使其作为增稠剂用于果汁和乳制品工业中,可赋予产品以天然、爽口的口感。近年来,随着人们对果胶分子结构研究的逐步深入,果胶的蛋白质稳定性、乳化特性越来越受到人们的青睐,酸化乳饮料、植物蛋白饮料在全球迅速发展,在低pH值下?#27973;?#26377;效的稳定剂———果胶的需求量也日益增长;果胶在食品工业中主要作为胶凝剂使用,但它作为乳化和乳化稳定剂在大多数领域中还不为人所知。近年来的国外研究结果表明,果胶具有乳化和乳化稳定作用的特性,其乳化稳定特性主要建立在乳浊液水相的黏度提高上。果胶作为乳化稳定剂主要用于蛋黄酱、调味品等产?#20998;小?

果胶的化学结构

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,其平均相对分子质量为50000~180000。其结构上是以α-(1,4)-D-半乳糖醛酸连接而成并在C6上有或元甲酯化的酸性多糖,同时在C2或口的起基存在乙酰化或其他糖基。

果胶性状

果胶为白色或带黄色或浅灰色、浅棕色的粗粉?#26009;?#31881;,几无臭,口感黏滑。溶于20倍水,形成乳白色粘稠状胶态溶液,带负电,呈弱酸性。耐热性强,几乎不溶于乙醇及其他有机溶剂。用乙醇、甘油、砂糖糖浆湿润,或与3倍以上的砂糖混合可提高溶解性。在酸性溶液中比在碱性溶液?#24418;?#23450;。

果胶的粉末特性

果胶为白色至黄褐色粉末,醇析商业果胶的颜色较浅,经铝盐沉淀的果胶有时是黄绿色的。苹果果胶的颜色通常都比柑橘果胶的颜色稍深。由乙醇沉析、经过特殊标准化的HM果胶产品的粉末密度为0.70。商业化果胶的目数规定为:90%通过60?#21487;福ā?.25mm)

果胶的结构示意图

果胶的结构示意图

D-半乳糖醛酸残基是果胶分子主链的结构单元,但在果胶中也有中性糖残基存在。少量D-木糖、L-阿拉伯糖和D-半乳糖等残基可能存在于侧链或作为伴随共存的中性多糖的结构单元。

衡量食用果胶质量关键指标

衡量食用果胶质量的三个关键指标为相对分子质量、?#35813;?#24230;及与?#21697;从?#30340;活性。但果胶的相对分子质量、颜色、甲氧基含量都会因提取原料及提取工艺的不同而有所差异。

果胶的鉴别方法

果胶在使?#27308;?#19968;般先用3倍以上的白砂糖或适量糖浆混合均匀,然后再进行搅拌或剪切溶解,但应注意溶解时必须缓慢加入水中,以避免果胶结块,否则极难溶解完全。

1、取果胶1g加水40mL,不断搅拌,呈黏稠状液体。

2、取果胶0.1g加水50mL,再加乙醇20mL,不断搅拌,出?#20013;?#28014;絮状沉淀。

3、取果胶0.4g加水30mL,加热并不断搅拌,使其完全溶解,加蔗糖35.6g,加热浓缩至54.7g,倒入含有0.8mL12.5%柠檬酸溶液的烧杯中,冷却后即呈柔软而有弹性的胶冻。

果胶与棚的交联图

果胶和棚会发生交联作用,也可尝试?#26586;?#27492;?#20174;?#29305;性,用于果胶的检验与鉴别。

果胶与棚的交联图

果胶政策法规

1、国内

食品安全国家标准《GB25533-2010食品添加剂果胶》

2、国际

世界上所有国?#21494;莢市?#20351;用果胶为食品添加剂。FAO、WHO、食品添加剂联合会推荐果胶(pectin)为不受添加量限制的安全食品添加剂,具有?#27973;?#24191;阔的市场前景。

国家GB果胶标准,美国FCC(V)国际果胶标准,欧盟JECFA(2007)果胶标准。果胶作为食品添加剂的欧盟代码是E440,美国FDA认定果胶为安全食品(GRAS)。

果胶?#38469;?#26631;准

GB25533—2010食品安全国家标准适用于以柚子、柠檬、柑橘、苹果等水果的果皮或果渣以及其他适当的可食用的植物为原料,经提取、精制而得的食品添加剂果胶。商品化的果胶产品可含有用于标准化目的的糖类和用于控制pH值的缓冲盐类。

果胶质量指标(?#38469;?#25351;标)

a、感官要求:应符合表1的规定。

b、理化指标:应符合表2的规定。

表1感官要求

项目 要求 检验方法
色泽 白色、淡黄色、浅灰色或浅棕色 取适量样?#20998;?#20110;清洁、干燥的白瓷盘中,在自然光线下,观察其色泽和外观
组织状态 粉末

表2理化指标

项目 指标 检验方法
干燥减量,w/%≤ 12 GB 5009.3 直接干燥法a
二氧化硫/(mg/kg) ≤ 50 GB/T 5009.34
酸不溶灰分,w/%≤ 1 附录A中A.3
总半乳糖醛酸,w/%≥ 65 附录A中A.4
酰胺化度(仅限酰胺化果胶),w/%≤ 25 附录A中A.4
铅(Pb)/(mg/kg) ≤ 5 GB 5009.12
(?#29366;?乙醇+异丙醇)b,w/%≤ 1 附录;B
a:干燥温度和时间分别为;105℃和;2h。b仅限于非乙醇加工的产品

果胶的用途价值

果胶在人体?#20302;?#20869;吸收水膨胀后,变成黏稠的液体,延缓碳水化合物的吸收,可以有效维?#26893;?#21518;血糖?#33014;狻?#32463;联合国粮农组织与世界卫生组织共同确认,没有任?#21619;?#21103;作用,无每日添加量限制。果胶作为一种新型、天然、功能型食品添加剂,广泛用于果酱、果冻、食品包装膜以及生物培养基等领域。

1、在食品方面可用作胶凝剂、增稠剂、稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增香增效剂。

2、用于化妆品行业,对保护皮肤、防止紫外线辐射、治疗创口、美容美颜都存在一定的作用。

3、果胶还是人体七大营养素中一种优良的水溶性膳食纤维的主要成分,是维持身体健康的重要物质,具有增强?#36171;?#34837;动,促进营养吸收的功能,对防治高血压、腹泻、肠癌、糖尿病、肥?#31181;?#31561;病症有较好的疗效,是一种优良的药物制剂基质。

4、果胶具有成膜的特性,因此可用于造?#33014;?#32442;织的施胶剂,如用于尿不湿,可保护婴幼儿皮肤。随着近年来研究工作的深入,果胶的用途不断被开发出来,其发展潜力巨大,具有广阔的市场前景。

果胶产品分类

1、按溶解度

果胶按溶解度的不同,可分为水溶性果胶与水不溶性果胶两类,而水不溶性果胶中可分为六偏磷酸可溶性果胶和盐酸可溶性果胶。

2、按产品性状

液体果胶和果胶粉

3、按来源

柑橘果胶

柑橘果胶(简称CP)是从柑橘、柠檬、橙子、柚子的果皮、果肉中提取的一种多糖复合物,其分子是以一种长链碳水化合物结构存在,分子量为5-30万Da,酯化度为20-75%。

葵盘果胶

葵盘果胶是从向日葵托盘中提取出来的一组聚半乳糖醛酸,其总半乳糖醛酸含量在80%左右。此外,还含有少量的D-木糖、L-阿拉伯糖、D-半乳糖、L-鼠李糖。葵盘果胶的相对分子质量在100000~200000之间。

苹果果胶

苹果果胶是以苹果果皮、果肉为原料提取的粉末状物,颜色呈白色至淡黄色,稍带酸味,溶于水。可作为胶凝剂、增稠剂、稳定剂和乳化剂等在食品工业中广泛应用。

马铃薯果胶

马铃薯果胶属于原果胶,是不溶于水的化合物,在马铃薯块茎中,原果胶与组织细胞相缔结的。大量的果胶物质含在表皮内,果胶的平均含量为马铃薯重量的0.7克左右,在淀粉生产中,这些物质能积蓄在淀粉的下脚料(渣滓)中。

甜菜果胶

甜菜果胶产主要是以甜菜渣为原料提取的果胶。甜菜废粕是甜菜制糖的副产物,每1t甜菜制糖后可得到大约0.15t干粕,其主要成分为纤维素、半纤维素和果胶,这些成分?#20960;?#22522;的85%,其?#24615;?8%为果胶。甜菜果胶除了具有胶凝、乳化、增稠、稳定等功能特性外,同时还具有一定的生理活性,对高血压、高血脂等慢性病也有一定疗效,还具有防癌和抗癌的保健作用。

不同来源果胶的差异

果胶的分子量、颜色、甲氧基含量都因提取原料及提取工艺条件的不同而异(见表3)。各种果蔬植物组织中的果胶含量相异(见表4)。

表3不同原料来源果胶的特性

来源 分子量(万)  颜色 甲氧基含量(高低)
柑桔 2.3-7.1 灰白
苹果 20-36  淡褐色
向日葵 12  淡褐色

国内从五十年代开始相继开展了研究,可以从苹果(皮、渣)、柑桔和橙类(皮、渣)、柚皮、向日葵托盘及梗、甜菜渣、西瓜皮、木瓜、南瓜和沙棘等提取果胶。

表4不同植物组织中的果胶含量

品名 含量% 品名 含量% 品名 含量%
向日葵 25 山楂 6.4 香蕉 0.7-1.2
胡萝卜 8.1 苹果 0.5-1.8 葡萄柚 1.6-2.5
柑桔皮 20 柠檬 3-4 0.3-1.2
桔汁液 16 南瓜 7-17 0.5-0.8
桔?#20057;? 29 0.7-1.3 西红柿 0.2 -0.5

当前国内真正富有工业提取价值的是柑桔类(包括葡萄柚、?#21462;?#28201;州蜜柑、柠檬等)果皮、苹果渣和糖用甜菜渣这几种,其中最富提取价值的首推柑桔类果皮。

4、按酯化度(DM)划分

果胶可分为高甲氧基果胶(HM)、低甲氧基果胶(LM、LMC)和酰胺化果胶(LMA、ALMP)三大类型。

果胶的酯化度:指果胶分子中酯化的半乳糖醛酸单体占全体半乳糖醛酸单体的百分比称之为果胶的酯化度,即DE值。

高甲氧基果胶(高脂果胶)

高甲氧基果胶是甲氧基的质量?#36136;?#22823;于7%或酯化度(DE值)大于50%的果胶,也被称为高酯果胶(HMP)。

高酯果胶的基本性质

果胶类型 典型分类 典型胶凝温度范围/℃ 典型甲氧基化度(DE) 一般应用
等级(USA-SAG) 胶凝时间/s pH(4%溶液)
超快凝HMP 80-85 家用果胶粉末或液态果胶
快凝HMP 150°±5° <70 3.4-4.2 85-95 72-75 高温(80℃以上)瓶装果胶
中凝HMP 150°±5° 100-135 3.4-4.2 75-80 67-70 60-80℃瓶装果胶
慢凝HMP 150°±5° 150-200 3.4-4.2 60-70 64-66 <60℃装大容器的果酱和果子冻
极慢凝HMP 150°±5° >200 3.4-4.2 60或更低 60-64 含76%-80%可溶物的果子冻

高脂果胶结构示意图

高脂果胶结构示意图

低甲氧基果胶(低酯果胶)

低甲氧基果胶是指甲氧基的质量?#36136;?#23567;于7%或酯化度(DE值)小于50%的果胶,也被称为低酯果胶(LMP)。

低酯果胶的基本性质

果胶类型 甲氧基化度(DE) 酰胺化度(DA) 自由酸度(DFA) 典型分类 一般应用
等级(凝胶强度) pH(1%溶液)
酸性去酯LMP 35-40 55-60 3.5 加钙盐,低固体果酱
酰胺化LMP 30-35 18-22 45-50 100°±5° 4.1 低固体果酱和凝胶
酰胺化LMP 30-35 10月15日 50-60 100°±5° 4.5 凝胶水果/牛奶点心

低酯果胶结构示意图

低酯果胶结构示意图

酰胺化果胶

酰胺化果胶是指分子链中部分半乳糖醛酸被酰胺化的果胶。商品LMC果胶一般是从高甲氧基果胶采用温和的酸或碱处理而得到的(一般是在碱脱酯过程使用氨水或液氨处理)。

酰胺化果胶结构示意图

酰胺化果胶结构示意图

5、按产品型号

NH果胶

NH果胶(PectineNH),从天然的水果中提取而来的碳水化合物胶质(主要以苹果渣或柑橘类果皮为主),使用于有水或水果的情况下酸和甜的环境中起作用,坚?#31958;?#23500;有光泽的啫喱?#23454;兀?#20855;有可逆性及稳定水果的作用,NH果胶可用于水果果馅、软糖、淋面等食品生产。

黄色果胶

黄色果胶(PectineJaune)呈乳白色细粉状,无味道气味,具有在高糖环境下发生缓慢的胶化?#20174;Γ?#24418;成的胶化物加热后不可逆、?#28784;?#34701;化等特性,黄果胶在食品工业中是理想的增稠剂、乳化剂和成型剂,可用于面包、水果软糖、果酱、糕点、饼干、冰淇淋、果冻、起酥油、饮料、乳制品和肉制品等。

325NH95果胶

325NH95果胶(Pectine325NH95)从天然的水果(主要以苹果渣或柑橘类果皮为主)中提取而来的碳水化合物胶质,?#23376;?#28342;解于水中,经适当的糖与酸的比例调整后,可凝固成胶体,325NH95果胶可用于淋面、?#24471;?#26524;胶、软糖、果酱等。

X58果胶

X58果胶(PectineX58)的原料来源于天然的果物,X58果胶制成的凝胶在结冻和解冻的情况下十分稳定,适用于饼干、?#26696;狻?#34507;挞、馅饼的淋面、或者软糖的制作。

6、其他

小分子果胶

小分子果胶(Low-molecular-weightCitrusPectin简称LCP简称“LCP?#20445;?#23567;分子果胶又称低分子柑橘果胶,是?#26377;?#40092;柑橘橘络中提取得到的一种以半乳糖为主要成份的多糖,其是天然柑橘果胶CP水解后的产物,水解后分子量为5000-35000Da,酯化度2-30%。水解的作用一是将果胶直链切断以降低分子量;二是降低酯化?#21462;?

果胶的生产流程及?#38469;?#26041;向

由于果胶来源于植物提取物,安全无毒,具有良好的乳化、增稠、稳定和胶凝作用,作为粘稠剂、乳化剂、稳定剂等,广泛用于食品、医药、化妆品、纺织、印染、冶金、烟草等行业中。特别是二十世?#36884;?#21313;年代以来,随着人们对绿色食品理念的加深,果胶受到科研人员更多的关注。因此,果胶的生产开发研究日益受到重?#21360;?

一、果胶的生产流程

果胶生产流程图

果胶生产工艺中关键是提取和沉淀两个步骤。

1、酸提取沉淀法

酸提取沉淀法的原理是利用果胶在酸性溶液中的可溶性,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,再加入乙醇或多价金属盐类,使果胶淀析出。其中的沉淀法分为乙醇沉淀法和盐析法。

用乙醇沉淀法从提取淀粉后的蕉藕残渣中提取果胶,最佳工艺为:提取温度80C、提取时间1.5h、料浆pH4.0、料液比1:20(g/ml),果胶产率可达7.72%乙醇沉淀法生产成本虽大,但产出果胶色泽浅,灰分含量较少,胶凝度高,质量较好。因此若能对废乙醇进行回收或循?#32933;?#29992;,在降低生产成本的同时,也可减少环境污染。

盐析法一般多采用无机盐,不同的盐对果胶的提取率和产品质量有较大影响。用酸提取法从红江橙皮渣中提取果胶,酸提过程中,每100g果胶粗提取液中用5ml的饱和Al2(SQ)3盐析,果胶产率为6.70%;用MgCl盐析沉淀,果胶提取率为1.7%;相比加入Al2(SQ)3盐提取率要高。盐析法生产成本低,但产品灰分含量较高,色泽较深,质量不高。

近年来,不少研究者采用混合酸提取果胶,效果较单一酸提要好,这也是果胶提取今后的发展方向。如采用混合酸提取豆腐柴叶中果胶,结果表明:磷酸:亚硫酸1:2(v:v)、料液比1:35(W:v)、pH1.5、提取时间1.5h、提取温度90℃,在此条件下豆腐柴叶中果胶的提取率为18.53%,?#33145;?#29575;为92.60%。

酸提取沉淀法生产成本低,是目前工业上广泛采用的提取方法。但也存在不少缺点,如提取过程一般采用较高的温度和长时间加热,使原料中含有的果胶不可避免地产生变性和分解?#33529;擔?#36136;量较差;此外,由于提取液粘度大、过滤慢,因而生产周期长、效?#23454;汀?#37319;用混合酸提取可一定程度上解决这个问题,但目前尚处于研究阶段,工业化生产还需进行更深入的研究。

2、?#26577;?#21462;法

?#26577;?#21462;法生产步骤是在磨成粉末的原料中加入含有酶的缓冲液,然后置于恒温水浴振荡器内提取,?#20174;?#32467;束后抽滤,再乙醇沉淀,过滤分离,最后干燥,粉碎得果胶成品。由于酶的加入,可显著降低提取温度,缩短提取时间,因而具有提取条件温和,操作安全,无污染等优点。

高活性酶的价格高,而且不同的原料对酶的要求也不-样,因此选取一种价格低廉,适合不同原料提取的果胶酶是这方面近年来的研究热点。如用酶法提取橙皮中的果胶,通过对酶的筛选,对果胶提取的纤维素酶进行研究,结果表明,果胶产率为14.79%,大大提高了纤维索?#26577;?#21462;果胶的得率。

酶的活性随温度的变化显著,因此实验过程要控制提取温?#21462;?#27492;外,采用复合?#26577;?#21462;较单一?#26577;?#21462;优势明?#28020;?#22914;采用0.4%淀粉酶和0.4%胰蛋白酶溶液有效去除猕猴桃皮、渣中的可溶性淀粉和蛋白质。结果表明,0.4%淀粉酶在酶解温度为50C时从猕猴桃皮制备果胶得?#39318;?#39640;,为3.10%而0.4%胰?#30333;?#37238;在酶解温度为60C时从猕猴?#20197;?#20013;提取的果胶得?#39318;?#39640;,达1.39%。

?#26577;?#21462;法是近年来天然提取领域发展迅速的提取方法,与传统碱法和酸法相比,具有提取时间短、产品质量高和节省能耗等优点,但由于不同原料对酶的要求?#28784;唬?#22240;此增加了实验的难?#21462;?#37238;的活性受温度的影响较大,提取时需要?#32454;?#25511;制好温度;另外酶不菲的价格也一定程度上限制了其规模化的工业生产。今后的研究应注重寻找性能优异、价格低廉的酶。此外,可用酶初?#37233;?#29702;后再采用其他方法提取果胶,将酶法提取与其他提取方法的优点结合,但目前这方面的研究报道的尚不是很多,应引起研究人员的注意。

3、微波辅助提取法

微波是一?#25351;?#39057;电磁波,具有很强的热效应和化学效应。微波辅助提取是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离进入溶剂,然后再进行精制与分离等步骤。这种方法具有选择性强、操作时间短、溶剂用量小、受热均?#21462;?#30446;标组分得率高等特点。

微波的辐射功率和辐射时间对提取果胶有?#28784;?#23450;的影响,微波功率升高可促进不溶性果胶的水解,但过高?#21482;?#20351;果胶分解;同样,辐射时间过长加上酸的作用I会使果胶分解。如采用微波辅助提取马铃薯粉渣果胶,发现辐射功率为630W和辐射时间为4min时,果胶提取率可达1.8537%。

与传统方法相比,微波法提取能大大加快组织的水解,使果胶提取时间由传统方法的1~2h缩短为几十?#31181;印?#22914;以苹果渣为原料,用微波辅助提取果胶,通过实验得到微波辐射功率250W时使果胶的提取率达10.61%,提取由传统的2h缩短到35min,大大缩短了工艺时间。

微波提取法极大限度地保留了原料天然活性,?#40644;苹?#26524;胶组分结构,同时降低了能耗。此外提取溶剂用?#21487;伲?#21463;热均匀,工艺操作也容易控制,降低了劳动强度,产品凝胶性能、色泽、溶解性也都较高。但微波提取过程?#24418;?#24230;升高很快,?#28784;?#25511;制,如何控制好微波提取温度是目前科研人?#24517;酱?#35299;决的问题。微波辅提取用于提取植物中果胶是近十几年来发展迅速的一-种?#24405;际酰?#20855;有重要的现实意义。

4、超声波提取法

超声波提取法又称超声波辅助提取法。超声波频率-般在20KHz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?#20445;?#21487;产生高达数百个大气压的?#26893;克?#38388;压力,形成冲击波,?#26500;?#20307;表面及液体介?#36866;?#21040;极大冲击,将细胞破碎,溶出植物中的有效成分。

超声波提取时间对果胶得率有一定的影响。时间过长会使果胶过度水解,产物较多;过短,一方面水解不完全,另-一方面果胶物?#20160;灰?#23450;能进入水相。黄黎慧等用超声波辅助酸法提取彬柑皮果胶,超声波时间由20min延长至30min时,果胶得率增幅较大;至40min时,果胶得?#39318;?#39640;达17.02%,再继续延长果胶得率反而下降。故此,对超声波提取时间要?#32454;?#25511;制。

超声波还可辅助其他方法来提取果胶,对其他方法进行优化。如利用超声波来辅助草酸铵从豆腐柴中提取果胶。超声辅助后使提取时间从传统草酸铵法的3h缩短到1h,且提取率也有所提高。因此,超声对提取果胶有-一定的辅助作用。

超声波提取法是一种比较成熟且有广泛应用前景的?#38469;酰?#20855;有提取时间短、产率高、无需加?#21462;?#29615;境污染小和安全无毒等特点,还可辅助其他方法来提高产率。但在提取过程中若操作不当,会使原料过度破碎使得副产物增多,给后续的分离与精制带来困难。但由于其容易工业化,且提取成本低,因此在工业提取果胶中获得了广泛应用。

5、其他提取法

随着研究工作的不断深入,近年不少新的果胶提取工艺不断被开发出来。如离子子交换法用于果胶的提取。其方法是在提取的过程中加入一定量的离子交换树脂,解除Ca2+Mg2的封锁作用。如用离子交换法在苹果渣中提取果胶。新工艺克服了传统工艺使?#20040;?#37327;乙醇的弊端,提取的果胶纯度高,溶解性好,整个工艺简洁,生产成本相对较低。

利用一些微生物如真菌、细菌等产生的果胶酶,可将不溶性原果胶分解为溶性果胶。由于微生物的生长时间、大小、保温时间以及pH影响比较大,这种方法有必要进行改进,以求获得降低生产果胶的成本。

四、果胶?#38469;?#21457;展方向

综上,酸提取沉淀法是目前果胶提取中比较成熟的工艺,缺点是产品质量较差,有逐渐被淘汰的趋势。采用混合酸不失为一种解决方法,但仍有待进一步的研究。?#26577;?#21462;法、微波辅助提取法和超声波提取法是目前研究最多的果胶提取工艺,也是目前这方面的研究热点。?#26577;?#21462;法与其他方法结合将是今后的研究重点,微波辅功提取法和超声波提取法的研究重点应放在工艺条件优化与控制上,并注重产品的开发推广,以实现规模化的工业生产。离子交换法、微生物法等新型果胶提取工艺目前仍以实验研究为主,尚不具备工业生产的可能性。需要注意的是,不同的原料,采用同样的提取工艺提取时,其工艺条件?#19981;?#26377;所不同,要根据具体要求和实?#26159;?#20917;选用合适的果胶提取工艺。

随着研究工作的深入,果胶更多的用途不断被开发出来,同时,人们对绿色食品理念的倡导,使得有关果胶的研究成为天然产物提取领域的研究热点之一。

果胶的作用

1、凝胶

果胶具有凝胶作用,果胶能形成具有弹性的凝胶,不同酯化度的果胶形成凝胶的机制是有差别的,高甲氧基果胶必须在低pH值和高糖浓度中才能形成凝胶,一般要求果胶含量<1%、蔗糖浓度58%~75%、pH2.8~3.5。因为在pH2.0~3.5时可?#26586;?#32679;基离解,使高度水合作用和带电的羧基转变为不带电荷的分子,从而使分子间的斥力减小,分子的水合作用降低,结果有利于分子间的结合和三维网络结构的形成。蔗糖浓度达到58%~75%后,由于糖争夺水分子,致使中性果胶分子溶剂化程度大大降低,有利于形成分子氢键和凝胶。

2、增稠

果胶的黏度和使新鲜果汁具有口感的特性可应用于某些复合果汁产品以保?#20013;?#21387;榨果汁的口惑。

3、稳定

如果加工过程的某一阶段可以达到凝胶状态,果胶的胶凝作用可以被应用作稳定多相体系的手段。胶凝提供的塑变值是获得乳液、悬浮液和泡沫永久稳定性所必不可少的。果胶在浓缩果汁饮料和多孔糖食产?#20998;?#20316;为稳定剂。果胶可用于制备可溶性固体约70%的轻质(相对密度约为0.2)棉花糖。

果胶可应用于稳定直接酸化或发酵制成的酸奶制品。当pH降低到低于?#19994;?#30333;等电点的pH(约4.6)时,果胶同?#19994;?#30333;?#20174;?#38450;止凝聚。果胶体的保护作用可使消毒过的酸奶制品延长贮存期。

果胶与其他胶体的复配性能

果胶与PGA、CMC、黄原胶、海藻酸铀、变性淀粉等均有良好的复配性。但不同类型或不同状态的产品,应选用不同型号或不同特性的果胶。低酯果胶由于其钙敏性,主要用于凝固性半固体状态的食?#20998;校?#22914;凝固搅拌型酸乳、沙拉酱、果酱等产品,可以和黄原胶、变性淀粉等复配,效果良好。高酯果胶由于其高固形物状态下方可凝胶,所以可以利用对蛋白的保护作用广泛用于饮料中,以改善口感、增加蛋白饮料的稳定性等,此时可与CMC、黄原胶等复配,以保护蛋白质,减少沉淀和水析状态,增加酸性乳饮料的稳定性,而且可以明显改善口感。

此外,有研究发现,海藻酸纳和高酯果胶具有良好的协同作用,在不需要钙离子和庶糖条件下,两种胶复配后只需要满足一定的pH即可形成热可逆凝胶。

果胶应用标准

根据我国《食品添加剂食用卫生标准》(GB2760-1996)中规定:果胶可按生产需要适量用于各类食品。果胶可用于果酱、果冻的制造;防止糕点硬化;改进干酪质量;制造果汁粉等。高脂果胶主要用于酸性的果酱、果冻、凝胶软糖、糖果馅心以及乳酸菌饮料等。低脂果胶主要用于一般的或低酸味的果酱、果冻、凝胶软糖以及冷冻甜点,色拉调味酱,冰淇淋、酸奶等。

果胶应用范围

食品

在食品工业上,果胶可作为胶凝剂、增稠剂、稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增香效剂,广泛应用于果酱、果冻、果胶软糖、果汁、乳制品等的生产。

果胶在食品工业中主要作为胶凝剂使用,但它作为乳化和乳化稳定剂在大多数领域中还不为人所知。近年来的国外研究结果表明,果胶具有乳化和乳化稳定作用的特性,其乳化稳定特性主要建立在乳浊液水相的黏度提高上。果胶作为乳化稳定剂主要用于蛋黄酱、调味品等产?#20998;小?

果胶在食品上的典型应用

主要食品领域 功能 参考用量
棒冰、冰棋淋 乳化稳定作用,增加浆料黏度,促进脂肪乳化,保持乳状液的均匀稳定,口感细腻,滑爽 0.05%~0.2%
果酱、果子冻 改善果酱细腻度,使其具有良好的流动性,易灌注,适合各种风味果酱的生产 0.2%~0.3%
果汁 增稠作用,改?#21697;?#21619;,使其口感天然,水果味逼真 0.05%~0.2%
果肉型饮料(粒粒橙) 可增强果肉的悬浮作用,防止?#26893;悖?#32473;?#26586;?#21697;纯正的口感 0.1%~0.2%
软糖 增加软糖的?#35813;?#24230;,赋予弹性口感,改善粘牙问题,提高产品品质 -

医药

在医药工业上,果胶有较高的药用价值,具有抗菌、止血、消肿、止痛、解毒、止泻、降血脂、抑制癌细胞扩散等功能,可作为药物制剂;最新的研究表明,果胶是非淀粉多糖类的可溶性膳食纤维具有预防和治愈肿瘤和冠心病的功效,其应用范围在不断扩大。此外,由于果胶分子存在极性区和非极性区这也使得果胶具有多种功能性质,在药物保健中有显著效果。

工业

在其它工业中,果胶也应用广泛。由于果胶具有成膜特性,可用作造?#33014;?#32442;织的施胶剂,果胶也可用于制备超速离心膜和电渗析膜。用果胶制做的饮料吸管,当液体流过吸管时,果胶层中的色素和风味物质就会释放出来。

在木材加工业中,果胶可用作胶粘剂;在纺织工业中,果胶可替代淀粉而无需其他得辅助助剂;在轻工业生产中,果胶可以用来制造化妆品及油和水之问的乳化剂。

果胶国内外市场需求

有资料表明,全世界果胶的年需求量约4万吨,其中美国6500吨,俄罗斯2700吨,日本2300吨,有关专?#20197;?#27979;果胶的需求量仍将以每年5%-10%的速度增长。据不完全统计我国每年约消耗3000吨,,预计三年后达5000吨,其中从外国进口约占80%同世界平均水平相比仍呈高速增长趋势。果胶主要生产国有丹麦、英国、美国、以色?#23567;?#27861;国等,亚洲国家产量极少,特别是消费量约?#38469;?#30028;产量10%的日本因无生产厂家,完全依靠进口。在我国由于进口果胶的价格高于国产果胶,国产果胶成了国内众多企业的期盼,因此大力开发果胶生产新工艺,利用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。

果胶行业发展状况

当今果胶的总产量仍以高酯果胶为主,大约?#30002;?#37327;的75%,但因为低含糖果酱越来越受消?#39068;?#27426;迎,低酯果胶的产量将会有很大的增加。由于低酯果胶不像高酯果胶那样,必须要有60%的糖才能凝结,而只需要二价金属离子,因此在低糖、低热量食品需要量大幅度增加的趋势下,近年来的年增长率高达7%-8%而高酯果胶则变动不大。

长期以来,果胶生产?#38469;?#19968;直被少数发达国家所掌握,果胶产?#24403;?#27431;美企业把持多年,亚洲没有-一家专业的果胶生产企业,而且国外企业一直对中国企业实行?#38469;?#23553;锁。2001年之前,世界上仅有五家能生产果胶的企业,垄断着世界100%的果胶市场,年产量仅在35000吨左右,价格达到每吨13000美元。

目前世界上果胶的主要生产商有总部在英国的CitrusColloids(原H.PBulmer)丹麦的Danisco原Grindsted)及CopenhagenPectin(属Hercules)法国的Sanof.德国的Herbstreith&Fox及瑞土的Obipekin公司。国内规模较大的果胶生产厂家有以苹果废渣为原料的烟台安德利果胶有限公司(AndrePectin),以柑橘为原料的衢州果胶有限公司和上饶高达果胶有限公司等。

从20世纪90年代初开始,果胶价格不断下降,最近几年,果胶价格波动不大,全球果胶的供求状况基本?#33014;狻?#30446;前,果胶在国内外市场上销路很好,20世纪末每年果胶的世界贸易量约为30000吨,?#30002;?#39135;品胶贸易量30万吨的10%左右,年增长?#35797;?#20026;4%-5%国内目前每年所生产的果胶约2000-3000吨,质量比丹麦哥本哈根的差-一些,数量也较少,因此仍有部分需要进口。总体来说,果胶作为一种食品添加剂在我国还处在起步阶段,我国有些单位?#28103;?#22987;进行果胶的研制生产,但质量和数量方面都不理想,仍需进口。所以利用我国大量的食品工业再生资源(如柑橘皮、苹果渣)规模生产高质量的果胶,对于发展我国食品和食品添加剂工业具有重要意义。

进口果胶价格人民币12-16万元/吨,国产10-12万元/吨。

果胶行业发展前景

经联合国粮农组织与世界卫生组织共同确认,没有任?#21619;?#21103;作用,无每日添加量限制的绿色、天然、营养健康的食品配料。

果胶乳制品前景

由于目前,一些低端产品仍然在使用CMC,绝大部分酸乳制品所使用的增稠稳定剂多以CMC与其复配物为主,与国外乳品质量及营养水平相比差距甚大,因此增加果胶在乳?#20998;?#30340;应用,提高乳品档次,开发更好更富营养的乳品新品成为当前的主要趋势。

果胶医药前景

果胶还含有丰富的膳食纤维,对防治高血压、腹泻、肠癌、糖尿病、肥?#31181;?#31561;病症有较好的疗效,是一种优良的药物制剂基质,在医疗保健?#20998;校?#24212;用前景?#40644;?#20809;明。

果胶应用前景好的原因

1、果胶作为生产果酱、果冻之类产品的胶凝剂,有其无可取代的优良口感。各种低酯果胶和酰胺化果胶等系列化果胶,在满足人们对低糖、低热量、低甜度食品的要求方面相当出色。

2、果胶因其耐酸性等特性,使其主要用途发生了变化,改为主要供作巧克力饮料和酸性乳饮料的稳定剂,如日本1984年用作酸性饮料的果胶量约?#30002;?#37327;的30%至1994年增至约60%到20世纪90年代末,所占比例更高。随着?#21697;从?#26524;胶(CSP)的开发,果胶在酸性蛋白类饮料中的耗用量必将大幅度增加。

3、脂肪替代品在西方社会是?#28784;?#20010;巨大的潜在市场,正以年递增率25%的速度增长。可以用作代脂的产品虽然不少,由果胶所制得的脂肪仿制品也因其独特口感而受到重视,如美国tenlcules公司生产的“sLENDI脂肪仿制品果胶,可100%代替脂肪,如用于冷饮中具有稀奶油的口感、?#23454;?#21644;高脂乳化体的稠度,成品表面呈脂肪?#20174;?#36136;感。

4、用于化妆品行业,其对保护皮肤、防止紫外线辐射、治疗创口、美容美颜都存在一定的作用。

5、果胶还是人体七大营养素中膳食纤维的主要成分,是维持身体健康的重要物质,具有增强?#36171;?#34837;动,促进营养吸收的功能,对防治高血压、腹泻、肠癌、糖尿病、肥?#31181;?#31561;病症有较好的疗效,是一种优良的药物制剂基质。

6、苹果果胶的保健、药用特性越来越受到人们的重?#21360;?

果胶行业的产业链分析

果胶行业是果品加工之废料处理的下游?#26041;凇?

例如,果汁公司加工浓缩果汁产生的苹果皮渣每年?#21152;?#21313;几万吨,过去是直接废弃,既造成环境污染,也使大量的可利用资源白白浪?#36873;?#26524;胶生产可谓变废为宝。

果胶产业链上游行业分析

许多植物都含有足够量的果胶物质,如作为果胶的资源是有吸引力的。然而,到目前为止,主要是以苹果渣和柑桔类果皮作为提取果胶原料。另外也有向日葵托盘、杆等为原料的,其中苹果渣和柑桔类果皮以干重计,它们的果胶含量分别为10-15%和20-30%它们之所以被选作原料,就是因为它们的果胶含量高,又容易转化为具有所希望的胶凝特性的果胶。另外,苹果渣和柑桔皮在产地作为-?#25351;?#20135;品是容易获得的,再有就是苹果渣和柑桔皮的果胶在加工过程中容?#23376;?#21407;料中的色素和纤维素、淀粉分离。

目前生产果胶以柑桔皮为主要原料,同时也有以柠檬皮渣、苹果皮渣等果实皮渣为原料生产果胶。我国果胶资源丰富,柑桔皮、甜菜压粕、苹果皮渣、柠檬皮渣、向日葵盘等均含有大量果胶,已成为具有工业化生产价值的主要原料。2000年我国出口水果汁164989万吨(其中绝大多数为苹果汁),仅以这部分按榨汁后皮渣占果实的45%计算,果渣?#21152;?2-13万吨,如果能利用其中1万吨,以得率12%计,产果胶1200吨,足以满足国内市场,按?#36136;?#22330;最低价格10万元/吨计,可为国?#21307;?#30465;外汇至少1.2亿元。

果胶产业链下游需求分析

果胶目前主要用作增稠剂、胶凝剂、稳定剂、乳化剂。果胶绝大部分用于食品,并已广泛地应用于营养保健、医药、化妆品等领域。果胶作为-种无毒无害的纯天然食品添加剂,具有优良的凝胶、稳定、增稠、乳化等功能。目前流行的果胶食?#20998;?#35201;有果酱和果子?#24120;?#33192;体糖食(充气糖食、如棉花糖),冷凝固果酱饼果子冻、浓缩桔汁饮料、酸牛奶饮料,冷凝固牛奶点心等。

1、保健品

果胶是世界首推的品质优良的水溶性膳食纤维。膳食纤维在保持消化?#20302;?#20581;康中扮演着重要的角色,同时摄取足够的纤维可以预防心血管疾病、癌症、糖尿病、肥?#31181;?#20197;及其它疾病。世界粮农组织建议正常人群每日摄入量应为27克,我国营养学会提出成年人每日适宜摄人量为30克,而目前我国?#29992;?#20174;日常食物中摄取的膳食纤维每日只能达到8-12克。果胶含有90%人上的水溶性膳食纤维,是一种绿色天然的膳食纤维补充剂。果胶制品可解酒,明?#36234;?#20302;血糖、血脂、胆固醇和血压,疏通血管,是糖尿病人的首选保健品。果胶制品可调节人体肠胃,健胃并增加食量,对治疗腹泻和便秘有速效。果胶对于延缓餐后碳水化合物吸收,具有明显效果;同时,果胶还有吸附铅、砷、?#21360;?#27742;等重金属特性,相关研究表明,改性果胶在重金属解毒方面效果尤为突出。

2、制药

以果胶为原料制成的果胶铋等胃药可有效治疗十二指溃疡、胃溃疡等疾病。制成的儿童保健食品,可家畜人体铅中毒。在药物上的应用,高酯果胶有增加稠度,稳定乳化和悬浮之能力,广泛应用于各种液态药剂之制作。果胶同时拥有很多生物效应一最为大家熟悉的是抗腹泻作用。果胶与皮肤接触时不产生?#30899;?#20316;用,他对伤口治疗有良好效果,可用于创可贴中。并有降低血糖、血酯,减少胆固醇,解除铅中毒,防癌,抗癌等作用。

3、化妆品

以果胶制成的化妆品,可防紫外线辐射,减少紫外线照射对人体的危害。,防?#26775;?#24182;可消除面部褐斑和雀斑。

果胶产品规格与质量(国内)

我国果胶产品种类少,仅有柑桔果胶、甜菜果胶、向日葵果胶,规格单一,只有以各种原料生产的果胶?#21046;貳?#22269;产市销果胶绝大多数胶凝度低,色泽差,杂质含量高。

果胶仓储情况

在普通条件下,商业化果胶会吸?#20445;?#22240;此果胶通常使用气密性包?#23433;?#26009;包装,?#26586;?#23384;于阴凉干燥处。

参考资料
1.食品增稠剂第二版 黄来发[12127108]
2.功能性食品胶第2版 [胡国华主编][ 2014年版]
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