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果膠是什么

果膠

果膠(Pectin)是一種廣泛存在于植物中的多糖類高分子化合物,主要是從柑橘、檸檬、蘋果、柚子、甜菜、無花果、橙、馬鈴薯、花生、葵盤等植物的葉、皮、莖、果實中提取加工后的粉末狀物或是液體物,其中市面上大部分是果膠粉,果膠液較少。植物中柑橘皮果膠含量最多,是制取果膠的理想原料,柑橘皮中含有30%的果膠、檸檬皮中含有25%的果膠、蘋果皮中含有15%的果膠、柚皮含有6%的果膠。

果膠是人類7大營養素中可溶性膳食纖維的主要成分,具有良好的抗腹、抗癌、治療糖尿病和減肥等多種作用。同因果膠具有良好的穩定性、增稠性和凝性,在食品工業中應用廣泛,是醫藥和化妝品工業中不可缺少的輔料。

果膠基本參數

產品名稱果膠產品別名果膠酯酸、水溶性果膠酸
英文名稱pectin原料柑橘、檸檬、蘋果、柚子、甜菜、馬鈴薯、葵盤等植物
性狀白色至黃色粉狀分子量50000~180000
提取方法酸解法、酶解法和離子交換法理化性質溶解性、穩定性、膠凝性
應用食品、醫藥、工業等質量規格標準GB6783-2013食品安全國家標準 食品添加劑果膠

果膠的來源

果膠的主要來源為柑橘、檸檬、蘋果、柚子、甜菜、無花果、橙、馬鈴薯、花生、葵盤等植物的葉、皮、莖、果實之中。果膠物質是植物細胞壁成分之一,存在于相鄰細胞壁間的胞間層中,起著將細胞粘在一起的作用。不同的蔬菜、水果口感有區別,主要是由它們含有的果膠含量以及果膠分子的差異決定的。

目前國內以柑桔皮為主要原料,國外也主要以柑桔皮為原料,同時也有以檸檬皮渣、蘋果皮渣等果實皮渣為原料生產果膠。我國果膠資源豐富,柑桔皮、甜菜壓粕、蘋果皮渣、檸檬皮渣、向日葵盤等均含有大量果膠,已成為具有工業化生產價值的主要原料。

果膠的物理性質

果膠為非淀粉多糖,屬于膳食纖維,呈白色至黃褐色粉末,幾乎無臭,在20倍水中溶解成黏稠液體,不溶于乙醇和其他有機溶劑。

天然果膠類物質,一般以原果膠、果膠及果膠酸三種形態存在。

原果膠(Propectin),呈長鏈形式存在,是與纖維素等細胞壁結合在一起的多聚半乳糖醛酸,少部分發生甲酯化,不溶于水,但可以在酸、堿、鹽等化學試劑及酶的作用下,加水分解成水溶性果膠,該組分只存在于細胞壁中。

果膠(Pectin),亦呈長鏈存在,是羧基已發生不同程度甲酯化的多聚半乳糖醛酸,溶于水,存在于細胞汁液中。

果膠酸(Pecticacid),是羧基完全游離的多聚半乳糖醛酸長鏈,微溶于水,在細胞壁與細胞液中均含有。

果膠的理化性質

1、果膠的溶解性

果膠溶于水后為粘稠溶液,不溶于乙醇和其它有機溶劑。果膠在水中的溶解度與其聚合度和甲酯基團的數量及分布有關。除此之外,溶液的pH值、溫度和離子強度對果膠的溶解速度有重要作用。

果膠與其它親水溶膠一樣,果膠顆粒是先溶脹再溶解。如果果膠顆粒分散于水中時沒有很好地分離,溶脹的顆粒就會相互聚合形成大塊,反而更難溶解。工業應用上難溶解的另一個重要因素是溶解果膠用水中鈣含量,高硬度水可導致果膠溶解不完全。

因此果膠在溶解前必須充分分散,具體方法有:與4~5份白糖干混;使用高速剪切的溶解設備;使用有機溶劑如乙醇、植物油、甘油或固形物含量較高的葡萄糖漿將果膠濕潤后再溶于水。

總之,溶液pH值越低,溫度越高,溶解用水中的鈣含量越低,果膠的溶解越容易,果膠就越能充分發揮其功能特性。

2、果膠的穩定性

由于果膠在水溶液中呈弱酸的化學性質,其分子結構對熱和酸都相當穩定。

果膠的不穩定因素主要是因為聚半乳糖醛酸聚糖鏈會由于β鍵消除的作用而解聚。β鍵消除作用發生在C-6羧基被甲酯化的無水半乳糖醛酸的C-4位置上的糖苷鍵上。

果膠在各種酶的作用下會降解,其中某些酶是植物本身產生的。通常用微生物酶來降解果蔬原料,這種酶是通過微生物的發酵來進行商業化生產的。在水果加工中應用時,果膠應用的失敗有時與酶的存在有關。例如,將經過果膠分解酶處理過的果蔬原料與未經適當的酶變性熱處理的果膠一起使用,果膠的凝膠特性與穩定性則會表現得非常差。

3、果膠的粘性

果膠作為膠凝作用時的凝膠溫度與表觀分子量成正比關系,而分子量是從特性粘度推斷而來的。

高酯果膠低酯果膠的膠凝溫度和膠凍的硬度與pH值成反比關系。酯化度較低的果膠在低于2.5的pH下凝膠。食品物料中適量濃度的堿性金屬鹽通常會使果膠的粘度下降,而高濃度的堿性金屬鹽會抑制其溶解性并且果膠酸鹽會與鉀離子凝膠。二價或三價金屬鹽的存在可抑制果膠的溶解性,而且還根據使用條件的不同,既可降低粘度還可提高粘度,甚至使溶液凝膠。在食品應用中除氫離子外,鈣離子對果膠性能的影響是最大的。低酯果膠的凝膠需要適量的鈣離子,而且凝膠溫度和膠凍的硬度都與鈣離子的濃度成正比。含鈣離子的果膠水溶液的粘度在2.5

果膠的功能特性

果膠作為一種可溶性膳食纖維,具有不可替代的功能特性。目前仍大部分應用于食品工業,在果醬、糖果工業中,果膠的主要功能還是其膠凝性。果膠作為膠凝劑所形成的凝膠在結構、外觀、色、香、味等方面均優于其它食品膠制作的凝膠。在低pH值下,多數膠的凝膠性能較差,而果膠則具有最大的穩定性;其次,高酯果膠的粘度特性使其作為增稠劑用于果汁和乳制品工業中,可賦予產品以天然、爽口的口感。近年來,隨著人們對果膠分子結構研究的逐步深入,果膠的蛋白質穩定性、乳化特性越來越受到人們的青睞,酸化乳飲料、植物蛋白飲料在全球迅速發展,在低pH值下非常有效的穩定劑———果膠的需求量也日益增長;果膠在食品工業中主要作為膠凝劑使用,但它作為乳化和乳化穩定劑在大多數領域中還不為人所知。近年來的國外研究結果表明,果膠具有乳化和乳化穩定作用的特性,其乳化穩定特性主要建立在乳濁液水相的黏度提高上。果膠作為乳化穩定劑主要用于蛋黃醬、調味品等產品中。

果膠的化學結構

果膠實質上是一種每個分子含有幾百到成千個結構單元的線性多糖,其平均相對分子質量為50000~180000。其結構上是以α-(1,4)-D-半乳糖醛酸連接而成并在C6上有或元甲酯化的酸性多糖,同時在C2或口的起基存在乙酰化或其他糖基。

果膠性狀

果膠為白色或帶黃色或淺灰色、淺棕色的粗粉至細粉,幾無臭,口感黏滑。溶于20倍水,形成乳白色粘稠狀膠態溶液,帶負電,呈弱酸性。耐熱性強,幾乎不溶于乙醇及其他有機溶劑。用乙醇、甘油、砂糖糖漿濕潤,或與3倍以上的砂糖混合可提高溶解性。在酸性溶液中比在堿性溶液中穩定。

果膠的粉末特性

果膠為白色至黃褐色粉末,醇析商業果膠的顏色較淺,經鋁鹽沉淀的果膠有時是黃綠色的。蘋果果膠的顏色通常都比柑橘果膠的顏色稍深。由乙醇沉析、經過特殊標準化的HM果膠產品的粉末密度為0.70。商業化果膠的目數規定為:90%通過60目篩(”0.25mm)

果膠的結構示意圖

果膠的結構示意圖

D-半乳糖醛酸殘基是果膠分子主鏈的結構單元,但在果膠中也有中性糖殘基存在。少量D-木糖、L-阿拉伯糖和D-半乳糖等殘基可能存在于側鏈或作為伴隨共存的中性多糖的結構單元。

衡量食用果膠質量關鍵指標

衡量食用果膠質量的三個關鍵指標為相對分子質量、透明度及與鈣反應的活性。但果膠的相對分子質量、顏色、甲氧基含量都會因提取原料及提取工藝的不同而有所差異。

果膠的鑒別方法

果膠在使用時一般先用3倍以上的白砂糖或適量糖漿混合均勻,然后再進行攪拌或剪切溶解,但應注意溶解時必須緩慢加入水中,以避免果膠結塊,否則極難溶解完全。

1、取果膠1g加水40mL,不斷攪拌,呈黏稠狀液體。

2、取果膠0.1g加水50mL,再加乙醇20mL,不斷攪拌,出現懸浮絮狀沉淀。

3、取果膠0.4g加水30mL,加熱并不斷攪拌,使其完全溶解,加蔗糖35.6g,加熱濃縮至54.7g,倒入含有0.8mL12.5%檸檬酸溶液的燒杯中,冷卻后即呈柔軟而有彈性的膠凍。

果膠與棚的交聯圖

果膠和棚會發生交聯作用,也可嘗試借助此反應特性,用于果膠的檢驗與鑒別。

果膠與棚的交聯圖

果膠政策法規

1、國內

食品安全國家標準《GB25533-2010食品添加劑果膠》

2、國際

世界上所有國家都允許使用果膠為食品添加劑。FAO、WHO、食品添加劑聯合會推薦果膠(pectin)為不受添加量限制的安全食品添加劑,具有非常廣闊的市場前景。

國家GB果膠標準,美國FCC(V)國際果膠標準,歐盟JECFA(2007)果膠標準。果膠作為食品添加劑的歐盟代碼是E440,美國FDA認定果膠為安全食品(GRAS)。

果膠技術標準

GB25533—2010食品安全國家標準適用于以柚子、檸檬、柑橘、蘋果等水果的果皮或果渣以及其他適當的可食用的植物為原料,經提取、精制而得的食品添加劑果膠。商品化的果膠產品可含有用于標準化目的的糖類和用于控制pH值的緩沖鹽類。

果膠質量指標(技術指標)

a、感官要求:應符合表1的規定。

b、理化指標:應符合表2的規定。

表1感官要求

項目 要求 檢驗方法
色澤 白色、淡黃色、淺灰色或淺棕色 取適量樣品置于清潔、干燥的白瓷盤中,在自然光線下,觀察其色澤和外觀
組織狀態 粉末

表2理化指標

項目 指標 檢驗方法
干燥減量,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 附錄A中A.3
總半乳糖醛酸,w/%≥ 65 附錄A中A.4
酰胺化度(僅限酰胺化果膠),w/%≤ 25 附錄A中A.4
鉛(Pb)/(mg/kg) ≤ 5 GB 5009.12
(甲醇+乙醇+異丙醇)b,w/%≤ 1 附錄;B
a:干燥溫度和時間分別為;105℃和;2h。b僅限于非乙醇加工的產品

果膠的用途價值

果膠在人體系統內吸收水膨脹后,變成黏稠的液體,延緩碳水化合物的吸收,可以有效維持餐后血糖平衡。經聯合國糧農組織與世界衛生組織共同確認,沒有任何毒副作用,無每日添加量限制。果膠作為一種新型、天然、功能型食品添加劑,廣泛用于果醬、果凍、食品包裝膜以及生物培養基等領域。

1、在食品方面可用作膠凝劑、增稠劑、穩定劑、懸浮劑、乳化劑、增香增效劑。

2、用于化妝品行業,對保護皮膚、防止紫外線輻射、治療創口、美容美顏都存在一定的作用。

3、果膠還是人體七大營養素中一種優良的水溶性膳食纖維的主要成分,是維持身體健康的重要物質,具有增強胃腸蠕動,促進營養吸收的功能,對防治高血壓、腹瀉、腸癌、糖尿病、肥胖癥等病癥有較好的療效,是一種優良的藥物制劑基質。

4、果膠具有成膜的特性,因此可用于造紙和紡織的施膠劑,如用于尿不濕,可保護嬰幼兒皮膚。隨著近年來研究工作的深入,果膠的用途不斷被開發出來,其發展潛力巨大,具有廣闊的市場前景。

果膠產品分類

1、按溶解度

果膠按溶解度的不同,可分為水溶性果膠與水不溶性果膠兩類,而水不溶性果膠中可分為六偏磷酸可溶性果膠和鹽酸可溶性果膠。

2、按產品性狀

液體果膠和果膠粉

3、按來源

柑橘果膠

柑橘果膠(簡稱CP)是從柑橘、檸檬、橙子、柚子的果皮、果肉中提取的一種多糖復合物,其分子是以一種長鏈碳水化合物結構存在,分子量為5-30萬Da,酯化度為20-75%。

葵盤果膠

葵盤果膠是從向日葵托盤中提取出來的一組聚半乳糖醛酸,其總半乳糖醛酸含量在80%左右。此外,還含有少量的D-木糖、L-阿拉伯糖、D-半乳糖、L-鼠李糖。葵盤果膠的相對分子質量在100000~200000之間。

蘋果果膠

蘋果果膠是以蘋果果皮、果肉為原料提取的粉末狀物,顏色呈白色至淡黃色,稍帶酸味,溶于水。可作為膠凝劑、增稠劑、穩定劑和乳化劑等在食品工業中廣泛應用。

馬鈴薯果膠

馬鈴薯果膠屬于原果膠,是不溶于水的化合物,在馬鈴薯塊莖中,原果膠與組織細胞相締結的。大量的果膠物質含在表皮內,果膠的平均含量為馬鈴薯重量的0.7克左右,在淀粉生產中,這些物質能積蓄在淀粉的下腳料(渣滓)中。

甜菜果膠

甜菜果膠產主要是以甜菜渣為原料提取的果膠。甜菜廢粕是甜菜制糖的副產物,每1t甜菜制糖后可得到大約0.15t干粕,其主要成分為纖維素、半纖維素和果膠,這些成分占干基的85%,其中約28%為果膠。甜菜果膠除了具有膠凝、乳化、增稠、穩定等功能特性外,同時還具有一定的生理活性,對高血壓、高血脂等慢性病也有一定療效,還具有防癌和抗癌的保健作用。

不同來源果膠的差異

果膠的分子量、顏色、甲氧基含量都因提取原料及提取工藝條件的不同而異(見表3)。各種果蔬植物組織中的果膠含量相異(見表4)。

表3不同原料來源果膠的特性

來源 分子量(萬)  顏色 甲氧基含量(高低)
柑桔 2.3-7.1 灰白
蘋果 20-36  淡褐色
向日葵 12  淡褐色

國內從五十年代開始相繼開展了研究,可以從蘋果(皮、渣)、柑桔和橙類(皮、渣)、柚皮、向日葵托盤及梗、甜菜渣、西瓜皮、木瓜、南瓜和沙棘等提取果膠。

表4不同植物組織中的果膠含量

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
胡蘿卜 8.1 蘋果 0.5-1.8 葡萄柚 1.6-2.5
柑桔皮 20 檸檬 3-4 0.3-1.2
桔汁液 16 南瓜 7-17 0.5-0.8
桔囊衣 29 0.7-1.3 西紅柿 0.2 -0.5

當前國內真正富有工業提取價值的是柑桔類(包括葡萄柚、橙、溫州蜜柑、檸檬等)果皮、蘋果渣和糖用甜菜渣這幾種,其中最富提取價值的首推柑桔類果皮。

4、按酯化度(DM)劃分

果膠可分為高甲氧基果膠(HM)、低甲氧基果膠(LM、LMC)和酰胺化果膠(LMA、ALMP)三大類型。

果膠的酯化度:指果膠分子中酯化的半乳糖醛酸單體占全體半乳糖醛酸單體的百分比稱之為果膠的酯化度,即DE值。

高甲氧基果膠(高脂果膠)

高甲氧基果膠是甲氧基的質量分數大于7%或酯化度(DE值)大于50%的果膠,也被稱為高酯果膠(HMP)。

高酯果膠的基本性質

果膠類型 典型分類 典型膠凝溫度范圍/℃ 典型甲氧基化度(DE) 一般應用
等級(USA-SAG) 膠凝時間/s pH(4%溶液)
超快凝HMP 80-85 家用果膠粉末或液態果膠
快凝HMP 150°±5° <70 3.4-4.2 85-95 72-75 高溫(80℃以上)瓶裝果膠
中凝HMP 150°±5° 100-135 3.4-4.2 75-80 67-70 60-80℃瓶裝果膠
慢凝HMP 150°±5° 150-200 3.4-4.2 60-70 64-66 <60℃裝大容器的果醬和果子凍
極慢凝HMP 150°±5° >200 3.4-4.2 60或更低 60-64 含76%-80%可溶物的果子凍

高脂果膠結構示意圖

高脂果膠結構示意圖

低甲氧基果膠(低酯果膠)

低甲氧基果膠是指甲氧基的質量分數小于7%或酯化度(DE值)小于50%的果膠,也被稱為低酯果膠(LMP)。

低酯果膠的基本性質

果膠類型 甲氧基化度(DE) 酰胺化度(DA) 自由酸度(DFA) 典型分類 一般應用
等級(凝膠強度) pH(1%溶液)
酸性去酯LMP 35-40 55-60 3.5 加鈣鹽,低固體果醬
酰胺化LMP 30-35 18-22 45-50 100°±5° 4.1 低固體果醬和凝膠
酰胺化LMP 30-35 10月15日 50-60 100°±5° 4.5 凝膠水果/牛奶點心

低酯果膠結構示意圖

低酯果膠結構示意圖

酰胺化果膠

酰胺化果膠是指分子鏈中部分半乳糖醛酸被酰胺化的果膠。商品LMC果膠一般是從高甲氧基果膠采用溫和的酸或堿處理而得到的(一般是在堿脫酯過程使用氨水或液氨處理)。

酰胺化果膠結構示意圖

酰胺化果膠結構示意圖

5、按產品型號

NH果膠

NH果膠(PectineNH),從天然的水果中提取而來的碳水化合物膠質(主要以蘋果渣或柑橘類果皮為主),使用于有水或水果的情況下酸和甜的環境中起作用,堅固且富有光澤的啫喱質地,具有可逆性及穩定水果的作用,NH果膠可用于水果果餡、軟糖、淋面等食品生產。

黃色果膠

黃色果膠(PectineJaune)呈乳白色細粉狀,無味道氣味,具有在高糖環境下發生緩慢的膠化反應,形成的膠化物加熱后不可逆、不易融化等特性,黃果膠在食品工業中是理想的增稠劑、乳化劑和成型劑,可用于面包、水果軟糖、果醬、糕點、餅干、冰淇淋、果凍、起酥油、飲料、乳制品和肉制品等。

325NH95果膠

325NH95果膠(Pectine325NH95)從天然的水果(主要以蘋果渣或柑橘類果皮為主)中提取而來的碳水化合物膠質,易于溶解于水中,經適當的糖與酸的比例調整后,可凝固成膠體,325NH95果膠可用于淋面、鏡面果膠、軟糖、果醬等。

X58果膠

X58果膠(PectineX58)的原料來源于天然的果物,X58果膠制成的凝膠在結凍和解凍的情況下十分穩定,適用于餅干、蛋糕、蛋撻、餡餅的淋面、或者軟糖的制作。

6、其他

小分子果膠

小分子果膠(Low-molecular-weightCitrusPectin簡稱LCP簡稱“LCP”)。小分子果膠又稱低分子柑橘果膠,是從新鮮柑橘橘絡中提取得到的一種以半乳糖為主要成份的多糖,其是天然柑橘果膠CP水解后的產物,水解后分子量為5000-35000Da,酯化度2-30%。水解的作用一是將果膠直鏈切斷以降低分子量;二是降低酯化度。

果膠的生產流程及技術方向

由于果膠來源于植物提取物,安全無毒,具有良好的乳化、增稠、穩定和膠凝作用,作為粘稠劑、乳化劑、穩定劑等,廣泛用于食品、醫藥、化妝品、紡織、印染、冶金、煙草等行業中。特別是二十世紀九十年代以來,隨著人們對綠色食品理念的加深,果膠受到科研人員更多的關注。因此,果膠的生產開發研究日益受到重視。

一、果膠的生產流程

果膠生產流程圖

果膠生產工藝中關鍵是提取和沉淀兩個步驟。

1、酸提取沉淀法

酸提取沉淀法的原理是利用果膠在酸性溶液中的可溶性,用稀酸將果皮細胞中的非水溶性原果膠轉化成水溶性果膠,再加入乙醇或多價金屬鹽類,使果膠淀析出。其中的沉淀法分為乙醇沉淀法和鹽析法。

用乙醇沉淀法從提取淀粉后的蕉藕殘渣中提取果膠,最佳工藝為:提取溫度80C、提取時間1.5h、料漿pH4.0、料液比1:20(g/ml),果膠產率可達7.72%乙醇沉淀法生產成本雖大,但產出果膠色澤淺,灰分含量較少,膠凝度高,質量較好。因此若能對廢乙醇進行回收或循環使用,在降低生產成本的同時,也可減少環境污染。

鹽析法一般多采用無機鹽,不同的鹽對果膠的提取率和產品質量有較大影響。用酸提取法從紅江橙皮渣中提取果膠,酸提過程中,每100g果膠粗提取液中用5ml的飽和Al2(SQ)3鹽析,果膠產率為6.70%;用MgCl鹽析沉淀,果膠提取率為1.7%;相比加入Al2(SQ)3鹽提取率要高。鹽析法生產成本低,但產品灰分含量較高,色澤較深,質量不高。

近年來,不少研究者采用混合酸提取果膠,效果較單一酸提要好,這也是果膠提取今后的發展方向。如采用混合酸提取豆腐柴葉中果膠,結果表明:磷酸:亞硫酸1:2(v:v)、料液比1:35(W:v)、pH1.5、提取時間1.5h、提取溫度90℃,在此條件下豆腐柴葉中果膠的提取率為18.53%,透光率為92.60%。

酸提取沉淀法生產成本低,是目前工業上廣泛采用的提取方法。但也存在不少缺點,如提取過程一般采用較高的溫度和長時間加熱,使原料中含有的果膠不可避免地產生變性和分解破壞,質量較差;此外,由于提取液粘度大、過濾慢,因而生產周期長、效率低。采用混合酸提取可一定程度上解決這個問題,但目前尚處于研究階段,工業化生產還需進行更深入的研究。

2、酶提取法

酶提取法生產步驟是在磨成粉末的原料中加入含有酶的緩沖液,然后置于恒溫水浴振蕩器內提取,反應結束后抽濾,再乙醇沉淀,過濾分離,最后干燥,粉碎得果膠成品。由于酶的加入,可顯著降低提取溫度,縮短提取時間,因而具有提取條件溫和,操作安全,無污染等優點。

高活性酶的價格高,而且不同的原料對酶的要求也不-樣,因此選取一種價格低廉,適合不同原料提取的果膠酶是這方面近年來的研究熱點。如用酶法提取橙皮中的果膠,通過對酶的篩選,對果膠提取的纖維素酶進行研究,結果表明,果膠產率為14.79%,大大提高了纖維索酶提取果膠的得率。

酶的活性隨溫度的變化顯著,因此實驗過程要控制提取溫度。此外,采用復合酶提取較單一酶提取優勢明顯。如采用0.4%淀粉酶和0.4%胰蛋白酶溶液有效去除獼猴桃皮、渣中的可溶性淀粉和蛋白質。結果表明,0.4%淀粉酶在酶解溫度為50C時從獼猴桃皮制備果膠得率最高,為3.10%而0.4%胰蛋自酶在酶解溫度為60C時從獼猴桃渣中提取的果膠得率最高,達1.39%。

酶提取法是近年來天然提取領域發展迅速的提取方法,與傳統堿法和酸法相比,具有提取時間短、產品質量高和節省能耗等優點,但由于不同原料對酶的要求不一,因此增加了實驗的難度。酶的活性受溫度的影響較大,提取時需要嚴格控制好溫度;另外酶不菲的價格也一定程度上限制了其規模化的工業生產。今后的研究應注重尋找性能優異、價格低廉的酶。此外,可用酶初步處理后再采用其他方法提取果膠,將酶法提取與其他提取方法的優點結合,但目前這方面的研究報道的尚不是很多,應引起研究人員的注意。

3、微波輔助提取法

微波是一種高頻電磁波,具有很強的熱效應和化學效應。微波輔助提取是微波加熱與樣品相接觸的溶劑,將所需化合物從樣品基體中分離進入溶劑,然后再進行精制與分離等步驟。這種方法具有選擇性強、操作時間短、溶劑用量小、受熱均勻、目標組分得率高等特點。

微波的輻射功率和輻射時間對提取果膠有一一定的影響,微波功率升高可促進不溶性果膠的水解,但過高又會使果膠分解;同樣,輻射時間過長加上酸的作用I會使果膠分解。如采用微波輔助提取馬鈴薯粉渣果膠,發現輻射功率為630W和輻射時間為4min時,果膠提取率可達1.8537%。

與傳統方法相比,微波法提取能大大加快組織的水解,使果膠提取時間由傳統方法的1~2h縮短為幾十分鐘。如以蘋果渣為原料,用微波輔助提取果膠,通過實驗得到微波輻射功率250W時使果膠的提取率達10.61%,提取由傳統的2h縮短到35min,大大縮短了工藝時間。

微波提取法極大限度地保留了原料天然活性,不破壞果膠組分結構,同時降低了能耗。此外提取溶劑用量少,受熱均勻,工藝操作也容易控制,降低了勞動強度,產品凝膠性能、色澤、溶解性也都較高。但微波提取過程中溫度升高很快,不易控制,如何控制好微波提取溫度是目前科研人員亟待解決的問題。微波輔提取用于提取植物中果膠是近十幾年來發展迅速的一-種新技術,具有重要的現實意義。

4、超聲波提取法

超聲波提取法又稱超聲波輔助提取法。超聲波頻率-般在20KHz以上,在水中傳播可產生釋放巨大能量的激化和突發,即“空化效應”,可產生高達數百個大氣壓的局部瞬間壓力,形成沖擊波,使固體表面及液體介質受到極大沖擊,將細胞破碎,溶出植物中的有效成分。

超聲波提取時間對果膠得率有一定的影響。時間過長會使果膠過度水解,產物較多;過短,一方面水解不完全,另-一方面果膠物質不一定能進入水相。黃黎慧等用超聲波輔助酸法提取彬柑皮果膠,超聲波時間由20min延長至30min時,果膠得率增幅較大;至40min時,果膠得率最高達17.02%,再繼續延長果膠得率反而下降。故此,對超聲波提取時間要嚴格控制。

超聲波還可輔助其他方法來提取果膠,對其他方法進行優化。如利用超聲波來輔助草酸銨從豆腐柴中提取果膠。超聲輔助后使提取時間從傳統草酸銨法的3h縮短到1h,且提取率也有所提高。因此,超聲對提取果膠有-一定的輔助作用。

超聲波提取法是一種比較成熟且有廣泛應用前景的技術,具有提取時間短、產率高、無需加熱、環境污染小和安全無毒等特點,還可輔助其他方法來提高產率。但在提取過程中若操作不當,會使原料過度破碎使得副產物增多,給后續的分離與精制帶來困難。但由于其容易工業化,且提取成本低,因此在工業提取果膠中獲得了廣泛應用。

5、其他提取法

隨著研究工作的不斷深入,近年不少新的果膠提取工藝不斷被開發出來。如離子子交換法用于果膠的提取。其方法是在提取的過程中加入一定量的離子交換樹脂,解除Ca2+Mg2的封鎖作用。如用離子交換法在蘋果渣中提取果膠。新工藝克服了傳統工藝使用大量乙醇的弊端,提取的果膠純度高,溶解性好,整個工藝簡潔,生產成本相對較低。

利用一些微生物如真菌、細菌等產生的果膠酶,可將不溶性原果膠分解為溶性果膠。由于微生物的生長時間、大小、保溫時間以及pH影響比較大,這種方法有必要進行改進,以求獲得降低生產果膠的成本。

四、果膠技術發展方向

綜上,酸提取沉淀法是目前果膠提取中比較成熟的工藝,缺點是產品質量較差,有逐漸被淘汰的趨勢。采用混合酸不失為一種解決方法,但仍有待進一步的研究。酶提取法、微波輔助提取法和超聲波提取法是目前研究最多的果膠提取工藝,也是目前這方面的研究熱點。酶提取法與其他方法結合將是今后的研究重點,微波輔功提取法和超聲波提取法的研究重點應放在工藝條件優化與控制上,并注重產品的開發推廣,以實現規模化的工業生產。離子交換法、微生物法等新型果膠提取工藝目前仍以實驗研究為主,尚不具備工業生產的可能性。需要注意的是,不同的原料,采用同樣的提取工藝提取時,其工藝條件也會有所不同,要根據具體要求和實際情況選用合適的果膠提取工藝。

隨著研究工作的深入,果膠更多的用途不斷被開發出來,同時,人們對綠色食品理念的倡導,使得有關果膠的研究成為天然產物提取領域的研究熱點之一。

果膠的作用

1、凝膠

果膠具有凝膠作用,果膠能形成具有彈性的凝膠,不同酯化度的果膠形成凝膠的機制是有差別的,高甲氧基果膠必須在低pH值和高糖濃度中才能形成凝膠,一般要求果膠含量<1%、蔗糖濃度58%~75%、pH2.8~3.5。因為在pH2.0~3.5時可阻止羧基離解,使高度水合作用和帶電的羧基轉變為不帶電荷的分子,從而使分子間的斥力減小,分子的水合作用降低,結果有利于分子間的結合和三維網絡結構的形成。蔗糖濃度達到58%~75%后,由于糖爭奪水分子,致使中性果膠分子溶劑化程度大大降低,有利于形成分子氫鍵和凝膠。

2、增稠

果膠的黏度和使新鮮果汁具有口感的特性可應用于某些復合果汁產品以保持新壓榨果汁的口惑。

3、穩定

如果加工過程的某一階段可以達到凝膠狀態,果膠的膠凝作用可以被應用作穩定多相體系的手段。膠凝提供的塑變值是獲得乳液、懸浮液和泡沫永久穩定性所必不可少的。果膠在濃縮果汁飲料和多孔糖食產品中作為穩定劑。果膠可用于制備可溶性固體約70%的輕質(相對密度約為0.2)棉花糖。

果膠可應用于穩定直接酸化或發酵制成的酸奶制品。當pH降低到低于酪蛋白等電點的pH(約4.6)時,果膠同酪蛋白反應防止凝聚。果膠體的保護作用可使消毒過的酸奶制品延長貯存期。

果膠與其他膠體的復配性能

果膠與PGA、CMC、黃原膠、海藻酸鈾、變性淀粉等均有良好的復配性。但不同類型或不同狀態的產品,應選用不同型號或不同特性的果膠。低酯果膠由于其鈣敏性,主要用于凝固性半固體狀態的食品中,如凝固攪拌型酸乳、沙拉醬、果醬等產品,可以和黃原膠、變性淀粉等復配,效果良好。高酯果膠由于其高固形物狀態下方可凝膠,所以可以利用對蛋白的保護作用廣泛用于飲料中,以改善口感、增加蛋白飲料的穩定性等,此時可與CMC、黃原膠等復配,以保護蛋白質,減少沉淀和水析狀態,增加酸性乳飲料的穩定性,而且可以明顯改善口感。

此外,有研究發現,海藻酸納和高酯果膠具有良好的協同作用,在不需要鈣離子和庶糖條件下,兩種膠復配后只需要滿足一定的pH即可形成熱可逆凝膠。

果膠應用標準

根據我國《食品添加劑食用衛生標準》(GB2760-1996)中規定:果膠可按生產需要適量用于各類食品。果膠可用于果醬、果凍的制造;防止糕點硬化;改進干酪質量;制造果汁粉等。高脂果膠主要用于酸性的果醬、果凍、凝膠軟糖、糖果餡心以及乳酸菌飲料等。低脂果膠主要用于一般的或低酸味的果醬、果凍、凝膠軟糖以及冷凍甜點,色拉調味醬,冰淇淋、酸奶等。

果膠應用范圍

食品

在食品工業上,果膠可作為膠凝劑、增稠劑、穩定劑、懸浮劑、乳化劑、增香效劑,廣泛應用于果醬、果凍、果膠軟糖、果汁、乳制品等的生產。

果膠在食品工業中主要作為膠凝劑使用,但它作為乳化和乳化穩定劑在大多數領域中還不為人所知。近年來的國外研究結果表明,果膠具有乳化和乳化穩定作用的特性,其乳化穩定特性主要建立在乳濁液水相的黏度提高上。果膠作為乳化穩定劑主要用于蛋黃醬、調味品等產品中。

果膠在食品上的典型應用

主要食品領域 功能 參考用量
棒冰、冰棋淋 乳化穩定作用,增加漿料黏度,促進脂肪乳化,保持乳狀液的均勻穩定,口感細膩,滑爽 0.05%~0.2%
果醬、果子凍 改善果醬細膩度,使其具有良好的流動性,易灌注,適合各種風味果醬的生產 0.2%~0.3%
果汁 增稠作用,改善風味,使其口感天然,水果味逼真 0.05%~0.2%
果肉型飲料(粒粒橙) 可增強果肉的懸浮作用,防止分層,給予制品純正的口感 0.1%~0.2%
軟糖 增加軟糖的透明度,賦予彈性口感,改善粘牙問題,提高產品品質 -

醫藥

在醫藥工業上,果膠有較高的藥用價值,具有抗菌、止血、消腫、止痛、解毒、止瀉、降血脂、抑制癌細胞擴散等功能,可作為藥物制劑;最新的研究表明,果膠是非淀粉多糖類的可溶性膳食纖維具有預防和治愈腫瘤和冠心病的功效,其應用范圍在不斷擴大。此外,由于果膠分子存在極性區和非極性區這也使得果膠具有多種功能性質,在藥物保健中有顯著效果。

工業

在其它工業中,果膠也應用廣泛。由于果膠具有成膜特性,可用作造紙和紡織的施膠劑,果膠也可用于制備超速離心膜和電滲析膜。用果膠制做的飲料吸管,當液體流過吸管時,果膠層中的色素和風味物質就會釋放出來。

在木材加工業中,果膠可用作膠粘劑;在紡織工業中,果膠可替代淀粉而無需其他得輔助助劑;在輕工業生產中,果膠可以用來制造化妝品及油和水之間的乳化劑。

果膠國內外市場需求

有資料表明,全世界果膠的年需求量約4萬噸,其中美國6500噸,俄羅斯2700噸,日本2300噸,有關專家預測果膠的需求量仍將以每年5%-10%的速度增長。據不完全統計我國每年約消耗3000噸,,預計三年后達5000噸,其中從外國進口約占80%同世界平均水平相比仍呈高速增長趨勢。果膠主要生產國有丹麥、英國、美國、以色列、法國等,亞洲國家產量極少,特別是消費量約占世界產量10%的日本因無生產廠家,完全依靠進口。在我國由于進口果膠的價格高于國產果膠,國產果膠成了國內眾多企業的期盼,因此大力開發果膠生產新工藝,利用我國豐富的果膠資源,生產出優質果膠,滿足國內外市場需求已顯得極為迫切。

果膠行業發展狀況

當今果膠的總產量仍以高酯果膠為主,大約占總量的75%,但因為低含糖果醬越來越受消費者歡迎,低酯果膠的產量將會有很大的增加。由于低酯果膠不像高酯果膠那樣,必須要有60%的糖才能凝結,而只需要二價金屬離子,因此在低糖、低熱量食品需要量大幅度增加的趨勢下,近年來的年增長率高達7%-8%而高酯果膠則變動不大。

長期以來,果膠生產技術一直被少數發達國家所掌握,果膠產業被歐美企業把持多年,亞洲沒有-一家專業的果膠生產企業,而且國外企業一直對中國企業實行技術封鎖。2001年之前,世界上僅有五家能生產果膠的企業,壟斷著世界100%的果膠市場,年產量僅在35000噸左右,價格達到每噸13000美元。

目前世界上果膠的主要生產商有總部在英國的CitrusColloids(原H.PBulmer)丹麥的Danisco原Grindsted)及CopenhagenPectin(屬Hercules)法國的Sanof.德國的Herbstreith&Fox及瑞土的Obipekin公司。國內規模較大的果膠生產廠家有以蘋果廢渣為原料的煙臺安德利果膠有限公司(AndrePectin),以柑橘為原料的衢州果膠有限公司和上饒高達果膠有限公司等。

從20世紀90年代初開始,果膠價格不斷下降,最近幾年,果膠價格波動不大,全球果膠的供求狀況基本平衡。目前,果膠在國內外市場上銷路很好,20世紀末每年果膠的世界貿易量約為30000噸,占總食品膠貿易量30萬噸的10%左右,年增長率約為4%-5%國內目前每年所生產的果膠約2000-3000噸,質量比丹麥哥本哈根的差-一些,數量也較少,因此仍有部分需要進口。總體來說,果膠作為一種食品添加劑在我國還處在起步階段,我國有些單位雖開始進行果膠的研制生產,但質量和數量方面都不理想,仍需進口。所以利用我國大量的食品工業再生資源(如柑橘皮、蘋果渣)規模生產高質量的果膠,對于發展我國食品和食品添加劑工業具有重要意義。

進口果膠價格人民幣12-16萬元/噸,國產10-12萬元/噸。

果膠行業發展前景

經聯合國糧農組織與世界衛生組織共同確認,沒有任何毒副作用,無每日添加量限制的綠色、天然、營養健康的食品配料。

果膠乳制品前景

由于目前,一些低端產品仍然在使用CMC,絕大部分酸乳制品所使用的增稠穩定劑多以CMC與其復配物為主,與國外乳品質量及營養水平相比差距甚大,因此增加果膠在乳品中的應用,提高乳品檔次,開發更好更富營養的乳品新品成為當前的主要趨勢。

果膠醫藥前景

果膠還含有豐富的膳食纖維,對防治高血壓、腹瀉、腸癌、糖尿病、肥胖癥等病癥有較好的療效,是一種優良的藥物制劑基質,在醫療保健品中,應用前景一片光明。

果膠應用前景好的原因

1、果膠作為生產果醬、果凍之類產品的膠凝劑,有其無可取代的優良口感。各種低酯果膠和酰胺化果膠等系列化果膠,在滿足人們對低糖、低熱量、低甜度食品的要求方面相當出色。

2、果膠因其耐酸性等特性,使其主要用途發生了變化,改為主要供作巧克力飲料和酸性乳飲料的穩定劑,如日本1984年用作酸性飲料的果膠量約占總量的30%至1994年增至約60%到20世紀90年代末,所占比例更高。隨著鈣反應果膠(CSP)的開發,果膠在酸性蛋白類飲料中的耗用量必將大幅度增加。

3、脂肪替代品在西方社會是一一個巨大的潛在市場,正以年遞增率25%的速度增長。可以用作代脂的產品雖然不少,由果膠所制得的脂肪仿制品也因其獨特口感而受到重視,如美國tenlcules公司生產的“sLENDI脂肪仿制品果膠,可100%代替脂肪,如用于冷飲中具有稀奶油的口感、質地和高脂乳化體的稠度,成品表面呈脂肪狀釉質感。

4、用于化妝品行業,其對保護皮膚、防止紫外線輻射、治療創口、美容美顏都存在一定的作用。

5、果膠還是人體七大營養素中膳食纖維的主要成分,是維持身體健康的重要物質,具有增強胃腸蠕動,促進營養吸收的功能,對防治高血壓、腹瀉、腸癌、糖尿病、肥胖癥等病癥有較好的療效,是一種優良的藥物制劑基質。

6、蘋果果膠的保健、藥用特性越來越受到人們的重視。

果膠行業的產業鏈分析

果膠行業是果品加工之廢料處理的下游環節。

例如,果汁公司加工濃縮果汁產生的蘋果皮渣每年約有十幾萬噸,過去是直接廢棄,既造成環境污染,也使大量的可利用資源白白浪費。果膠生產可謂變廢為寶。

果膠產業鏈上游行業分析

許多植物都含有足夠量的果膠物質,如作為果膠的資源是有吸引力的。然而,到目前為止,主要是以蘋果渣和柑桔類果皮作為提取果膠原料。另外也有向日葵托盤、桿等為原料的,其中蘋果渣和柑桔類果皮以干重計,它們的果膠含量分別為10-15%和20-30%它們之所以被選作原料,就是因為它們的果膠含量高,又容易轉化為具有所希望的膠凝特性的果膠。另外,蘋果渣和柑桔皮在產地作為-種副產品是容易獲得的,再有就是蘋果渣和柑桔皮的果膠在加工過程中容易與原料中的色素和纖維素、淀粉分離。

目前生產果膠以柑桔皮為主要原料,同時也有以檸檬皮渣、蘋果皮渣等果實皮渣為原料生產果膠。我國果膠資源豐富,柑桔皮、甜菜壓粕、蘋果皮渣、檸檬皮渣、向日葵盤等均含有大量果膠,已成為具有工業化生產價值的主要原料。2000年我國出口水果汁164989萬噸(其中絕大多數為蘋果汁),僅以這部分按榨汁后皮渣占果實的45%計算,果渣約有12-13萬噸,如果能利用其中1萬噸,以得率12%計,產果膠1200噸,足以滿足國內市場,按現市場最低價格10萬元/噸計,可為國家節省外匯至少1.2億元。

果膠產業鏈下游需求分析

果膠目前主要用作增稠劑、膠凝劑、穩定劑、乳化劑。果膠絕大部分用于食品,并已廣泛地應用于營養保健、醫藥、化妝品等領域。果膠作為-種無毒無害的純天然食品添加劑,具有優良的凝膠、穩定、增稠、乳化等功能。目前流行的果膠食品主要有果醬和果子凍,膨體糖食(充氣糖食、如棉花糖),冷凝固果醬餅果子凍、濃縮桔汁飲料、酸牛奶飲料,冷凝固牛奶點心等。

1、保健品

果膠是世界首推的品質優良的水溶性膳食纖維。膳食纖維在保持消化系統健康中扮演著重要的角色,同時攝取足夠的纖維可以預防心血管疾病、癌癥、糖尿病、肥胖癥以及其它疾病。世界糧農組織建議正常人群每日攝入量應為27克,我國營養學會提出成年人每日適宜攝人量為30克,而目前我國居民從日常食物中攝取的膳食纖維每日只能達到8-12克。果膠含有90%人上的水溶性膳食纖維,是一種綠色天然的膳食纖維補充劑。果膠制品可解酒,明顯降低血糖、血脂、膽固醇和血壓,疏通血管,是糖尿病人的首選保健品。果膠制品可調節人體腸胃,健胃并增加食量,對治療腹瀉和便秘有速效。果膠對于延緩餐后碳水化合物吸收,具有明顯效果;同時,果膠還有吸附鉛、砷、鎘、汞等重金屬特性,相關研究表明,改性果膠在重金屬解毒方面效果尤為突出。

2、制藥

以果膠為原料制成的果膠鉍等胃藥可有效治療十二指潰瘍、胃潰瘍等疾病。制成的兒童保健食品,可家畜人體鉛中毒。在藥物上的應用,高酯果膠有增加稠度,穩定乳化和懸浮之能力,廣泛應用于各種液態藥劑之制作。果膠同時擁有很多生物效應一最為大家熟悉的是抗腹瀉作用。果膠與皮膚接觸時不產生刺激作用,他對傷口治療有良好效果,可用于創可貼中。并有降低血糖、血酯,減少膽固醇,解除鉛中毒,防癌,抗癌等作用。

3、化妝品

以果膠制成的化妝品,可防紫外線輻射,減少紫外線照射對人體的危害。,防曬,并可消除面部褐斑和雀斑。

果膠產品規格與質量(國內)

我國果膠產品種類少,僅有柑桔果膠、甜菜果膠、向日葵果膠,規格單一,只有以各種原料生產的果膠粗品。國產市銷果膠絕大多數膠凝度低,色澤差,雜質含量高。

果膠倉儲情況

在普通條件下,商業化果膠會吸潮,因此果膠通常使用氣密性包裝材料包裝,需貯存于陰涼干燥處。

參考資料
1.食品增稠劑第二版 黃來發[12127108]
2.功能性食品膠第2版 [胡國華主編][ 2014年版]
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