基本信息
- 項目名稱：
- 酶法從柚皮中制取低甲氧基果膠的研究
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本研究以富含果膠物質的柚皮為材料，在傳統(tǒng)的加酸水解步驟之前，添加碳酸鈉作為內源酶激活劑，激活植物原料中的果膠酯酶（PE）活性使HMP脫酯生成LMP，從而改進堿法脫酯生產LMP的生產工藝，簡化工藝流程，為進一步的工業(yè)化生產打下基礎。
- 詳細介紹：
- 果膠是一種天然的多糖類高分子物質，其分子中甲氧基含量高于7%的為高甲氧基果膠（HMP），低于7%的為低甲氧基果膠（LMP）。HMP只能在可溶性固形物高于55%條件下才能形成膠凝，而LMP在鈣離子等二價陽離子存在條件下，即使糖濃度低至1%，也能形成性質優(yōu)良的凝膠，因此廣泛用于低糖制品生產，適于肥胖、糖尿病等人群，有較高的保健作用；與HMP相比，LMP的膠凝能力更強，因此用量省、更經濟。但目前國內LMP的研究和生產尚處于起步階段，產量低，需大量進口，價格昂貴。目前采用的傳統(tǒng)堿法脫酯制取LMP的方法存在產品膠凝度不穩(wěn)定，工藝不易控制等問題。針對這一問題，本研究以富含果膠物質的柚皮為材料，在傳統(tǒng)的加酸水解步驟之前，添加碳酸鈉作為內源酶激活劑，激活植物原料中的果膠酯酶（PE）活性使HMP脫酯生成LMP。實驗結果表明，加入占原料漿液0.15%的碳酸鈉作為酶激活劑，于45℃，pH7.5脫酯50min，然后于85℃，pH3.5水解60min；按上述工藝提取的果膠甲氧基含量低于7%，符合低甲氧基果膠標準，且果膠得率較高，色澤好。本研究結果改進了傳統(tǒng)LMP制取工藝，并為富含果膠物質的果皮等廢料的利用、減少浪費和污染提供了解決路徑。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- LMP能形成良好的凝膠；與HMP相比，LMP的膠凝能力更強，用量省、更經濟。目前采用的傳統(tǒng)堿法脫酯制取LMP的方法存在產品膠凝度不穩(wěn)定，工藝不易控制等問題。針對這一問題，本研究以富含果膠物質的柚皮為材料，在傳統(tǒng)的加酸水解步驟之前，添加碳酸鈉作為內源酶激活劑，激活原料中的果膠酯酶（PE）活性使HMP脫酯生成LMP，從而改進堿法脫酯生產LMP的生產工藝，簡化工藝流程，為進一步的工業(yè)化生產打下基礎。
科學性、先進性及獨特之處
- 1、采用內源酶激活法進行脫酯結合酸水解提取柚皮中的低甲氧基果膠，與常規(guī)的堿法脫酯方法相比工藝相對易于控制，工藝流程簡化，能量消耗降低； 2、本研究結果為富含果膠物質的植物材料，特別是那些食品加工的廢料及食用廢棄物，如柑橘、薯類、蘋果等果皮、果渣的綜合利用提供了技術支撐，對減少浪費以及廢棄物引起的環(huán)境污染具有重要意義。
應用價值和現實意義
- 本研究通過添加內源酶激活劑，激活原料的PE酶活性進行脫酯，催化HMP脫酯生成LMP，操作易控制，簡化了工藝流程，改進了傳統(tǒng)堿法脫酯等制取LMP的生產工藝，節(jié)約了能源，有很大的推廣應用前景；同時，本研究結果還為柑橘果皮等加工廢棄物及其它富含果膠物質的植物的開發(fā)利用、減少廢棄物的環(huán)境污染等問題提供了技術支撐，具有較高的生產開發(fā)價值。
學術論文摘要
- LMP能在糖含量很低的條件下形成性質優(yōu)良的凝膠，因而被廣泛用于低糖食品的生產，適于肥胖、高血壓及糖尿病等人群，有良好的保健作用。但目前國內LMP的研究和生產尚處于起步階段，產量低，需大量進口，且目前采用的傳統(tǒng)堿法脫酯存在產品膠凝度不穩(wěn)定，工藝不易控制等問題。 針對這一問題，本研究以柚皮為材料，添加碳酸鈉作為內源酶激活劑，激活果皮中的果膠甲酯酶活性進行酶法脫酯，取代工藝不易掌控的堿法脫酯。 酶法制備LMP工藝為：原料預處理→添加碳酸鈉作為內源酶激活劑激活果膠酯酶進行脫酯→酸水解→過濾、濃縮→沉淀→過濾→干燥、粉碎→低甲氧基果膠成品。 以果膠成品的甲氧基含量和得率為指標，通過正交試驗優(yōu)化酶法脫酯及酸水解提取果膠的工藝條件。 實驗結果表明，加入占原料漿液0.15%的碳酸鈉作為酶激活劑，于45℃，pH7.5脫酯50min，然后于85℃，pH3.5水解60min；按上述工藝提取的果膠甲氧基含量低于7%，符合低甲氧基果膠標準，且果膠得率較高，色澤好。本研究結果改進了傳統(tǒng)LMP制取工藝，并為富含果膠物質的果皮等廢料的利用、減少浪費和污染提供了解決路徑。
獲獎情況
- 酶法脫酯從柚皮中制取低甲氧基果膠. 北方園藝，已接收，2011年第九期發(fā)表
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1] Nasséra Aouali, Philippe Laporte, Christophe Clément. Pectin secretion and distribution in the anther during pollen development in Lilium[J]. Planta, 2001, 213:71-79. [2] Maxim Khotimchenko, Irina Sergushchenko, Yuri Khotimchen-ko, The effects of low-esterified pectin on lead- induced thy-roid injury in rats [J]. Environmental Toxicology and Pharma-cology. 2004 (17): 6771. [3] 徐澤敏, 殷涌光. 柚皮的綜合利用[J].食品研究與開發(fā)，2007，（1）：176-178. [4] 雷激, 馬力. 酶法制備低甲氧基果膠的工藝研究[J].食品添加劑, 2007, 28(2):211-213. [5] 徐偉, 馬力. 低甲氧基果膠的膠凝機理及防止預凝膠形成的措施[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2004, 30（3）：90-93 [6] 凌關庭, 徐良棟. 從向日葵盤和桿中提取食用低酯果膠的方法[P]. 中國專利: 85106947, 1986-07-02 [7] Fang J M, Fowler P A. The preparation and characterization of a series of chemically modified potato starches [J]. Carbohydr Polymers, 2002, 47:245-252. [8]李琳. 柑桔汁中的果膠酯酶及其純化特性[J]. 飲料工業(yè), 1993, 2(3):20-22 [9] Ishii, S. Low-methoxyl pectin prepared by pectinesterase from Aspergillus japonicus[J]. J Food Sci, 1979, 44(2):611-614.
同類課題研究水平概述
- 果膠是一種多糖類高分子物質，基本組成是部分甲酯化的半乳糖醛酸，按甲氧基含量分為高甲氧基果膠（HMP）和低甲氧基果膠（LMP）.存在于自然界的果膠一般是HMP（甲氧基含量大于7%）,天然LMP（甲氧基含量低于7%）很少，一般通過HMP脫酯制取。HMP只能在可溶性固形物高于55%才能膠凝,而LMP在鈣離子或其它二價陽離子存在條件下，即使糖濃度低至1%，也能形成性質優(yōu)良的凝膠。因此，LMP廣泛用于低糖制品的生產，適于肥胖、高血壓、冠心病患者食用，受到人們青睞。此外，LMP的膠凝能力更強，因此用量低、更經濟。 近年來，隨著人們保健意識的增強，部分消費者（如肥胖、患有高血壓和冠心病的人）需求低熱量食品，糖尿病患者需求無糖食品。低脂肪和低熱量保健食品受到消費者的歡迎，而LMP在降血脂、減肥、糖尿病患者低糖食品中的突出作用，逐漸受到人們的青睞。因此對LMP的需求日益增加。 目前LMP的制取方法一般為酸法、堿法、酶法等，酶法脫酯與酸法相比，可簡化工藝流程和設備，提高生產效率；與堿法相比，脫酯工藝易于控制，能較好的保持產品的膠凝度。果膠酯酶（PE）能使果膠脫去甲氧基，使HMP脫酯生成LMP。根據PE的來源可將果膠的酶法脫酯分為內源酶法和外源酶法。內源酶法就是利用內源酶激活劑激活原料中固有的PE，本項目就是開展利用碳酸鈉激活柚皮中內源PE脫酯制備LMP的方法探索。外源酶法是從植物或微生物（如黑曲霉）發(fā)酵液中提取PE，再利用該酶生產LMP?，F已有國外公司的商品果膠酯酶出售，但價格昂貴（如Sigma公司的產品1000U售價約470美元）。 目前國內LMP加工技術尚不成熟,只有少數企業(yè)生產,年產量不到100t,每年需大量從國外進口, 價格昂貴,可達40美元/kg。LMP的生產技術被美國、德國、瑞士等壟斷, 對其生產技術嚴格保密。針對我國LMP的生產和市場現狀,很有必要對它的生產技術進行系統(tǒng)化研究，而探討如何利用內源果膠酯酶的活性進行脫酯以制備LMP是一條值得研究且可行的路徑。
