基本信息
- 项目名称：
- 酶法从柚皮中制取低甲氧基果胶的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究以富含果胶物质的柚皮为材料，在传统的加酸水解步骤之前，添加碳酸钠作为内源酶激活剂，激活植物原料中的果胶酯酶（PE）活性使HMP脱酯生成LMP，从而改进碱法脱酯生产LMP的生产工艺，简化工艺流程，为进一步的工业化生产打下基础。
- 详细介绍：
- 果胶是一种天然的多糖类高分子物质，其分子中甲氧基含量高于7%的为高甲氧基果胶（HMP），低于7%的为低甲氧基果胶（LMP）。HMP只能在可溶性固形物高于55%条件下才能形成胶凝，而LMP在钙离子等二价阳离子存在条件下，即使糖浓度低至1%，也能形成性质优良的凝胶，因此广泛用于低糖制品生产，适于肥胖、糖尿病等人群，有较高的保健作用；与HMP相比，LMP的胶凝能力更强，因此用量省、更经济。但目前国内LMP的研究和生产尚处于起步阶段，产量低，需大量进口，价格昂贵。目前采用的传统碱法脱酯制取LMP的方法存在产品胶凝度不稳定，工艺不易控制等问题。针对这一问题，本研究以富含果胶物质的柚皮为材料，在传统的加酸水解步骤之前，添加碳酸钠作为内源酶激活剂，激活植物原料中的果胶酯酶（PE）活性使HMP脱酯生成LMP。实验结果表明，加入占原料浆液0.15%的碳酸钠作为酶激活剂，于45℃，pH7.5脱酯50min，然后于85℃，pH3.5水解60min；按上述工艺提取的果胶甲氧基含量低于7%，符合低甲氧基果胶标准，且果胶得率较高，色泽好。本研究结果改进了传统LMP制取工艺，并为富含果胶物质的果皮等废料的利用、减少浪费和污染提供了解决路径。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- LMP能形成良好的凝胶；与HMP相比，LMP的胶凝能力更强，用量省、更经济。目前采用的传统碱法脱酯制取LMP的方法存在产品胶凝度不稳定，工艺不易控制等问题。针对这一问题，本研究以富含果胶物质的柚皮为材料，在传统的加酸水解步骤之前，添加碳酸钠作为内源酶激活剂，激活原料中的果胶酯酶（PE）活性使HMP脱酯生成LMP，从而改进碱法脱酯生产LMP的生产工艺，简化工艺流程，为进一步的工业化生产打下基础。
科学性、先进性及独特之处
- 1、采用内源酶激活法进行脱酯结合酸水解提取柚皮中的低甲氧基果胶，与常规的碱法脱酯方法相比工艺相对易于控制，工艺流程简化，能量消耗降低； 2、本研究结果为富含果胶物质的植物材料，特别是那些食品加工的废料及食用废弃物，如柑橘、薯类、苹果等果皮、果渣的综合利用提供了技术支撑，对减少浪费以及废弃物引起的环境污染具有重要意义。
应用价值和现实意义
- 本研究通过添加内源酶激活剂，激活原料的PE酶活性进行脱酯，催化HMP脱酯生成LMP，操作易控制，简化了工艺流程，改进了传统碱法脱酯等制取LMP的生产工艺，节约了能源，有很大的推广应用前景；同时，本研究结果还为柑橘果皮等加工废弃物及其它富含果胶物质的植物的开发利用、减少废弃物的环境污染等问题提供了技术支撑，具有较高的生产开发价值。
学术论文摘要
- LMP能在糖含量很低的条件下形成性质优良的凝胶，因而被广泛用于低糖食品的生产，适于肥胖、高血压及糖尿病等人群，有良好的保健作用。但目前国内LMP的研究和生产尚处于起步阶段，产量低，需大量进口，且目前采用的传统碱法脱酯存在产品胶凝度不稳定，工艺不易控制等问题。 针对这一问题，本研究以柚皮为材料，添加碳酸钠作为内源酶激活剂，激活果皮中的果胶甲酯酶活性进行酶法脱酯，取代工艺不易掌控的碱法脱酯。 酶法制备LMP工艺为：原料预处理→添加碳酸钠作为内源酶激活剂激活果胶酯酶进行脱酯→酸水解→过滤、浓缩→沉淀→过滤→干燥、粉碎→低甲氧基果胶成品。 以果胶成品的甲氧基含量和得率为指标，通过正交试验优化酶法脱酯及酸水解提取果胶的工艺条件。 实验结果表明，加入占原料浆液0.15%的碳酸钠作为酶激活剂，于45℃，pH7.5脱酯50min，然后于85℃，pH3.5水解60min；按上述工艺提取的果胶甲氧基含量低于7%，符合低甲氧基果胶标准，且果胶得率较高，色泽好。本研究结果改进了传统LMP制取工艺，并为富含果胶物质的果皮等废料的利用、减少浪费和污染提供了解决路径。
获奖情况
- 酶法脱酯从柚皮中制取低甲氧基果胶. 北方园艺，已接收，2011年第九期发表
鉴定结果
- 无
参考文献
- [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] 徐泽敏, 殷涌光. 柚皮的综合利用[J].食品研究与开发，2007，（1）：176-178. [4] 雷激, 马力. 酶法制备低甲氧基果胶的工艺研究[J].食品添加剂, 2007, 28(2):211-213. [5] 徐伟, 马力. 低甲氧基果胶的胶凝机理及防止预凝胶形成的措施[J]. 食品与发酵工业, 2004, 30（3）：90-93 [6] 凌关庭, 徐良栋. 从向日葵盘和杆中提取食用低酯果胶的方法[P]. 中国专利: 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. 柑桔汁中的果胶酯酶及其纯化特性[J]. 饮料工业, 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.
同类课题研究水平概述
- 果胶是一种多糖类高分子物质，基本组成是部分甲酯化的半乳糖醛酸，按甲氧基含量分为高甲氧基果胶（HMP）和低甲氧基果胶（LMP）.存在于自然界的果胶一般是HMP（甲氧基含量大于7%）,天然LMP（甲氧基含量低于7%）很少，一般通过HMP脱酯制取。HMP只能在可溶性固形物高于55%才能胶凝,而LMP在钙离子或其它二价阳离子存在条件下，即使糖浓度低至1%，也能形成性质优良的凝胶。因此，LMP广泛用于低糖制品的生产，适于肥胖、高血压、冠心病患者食用，受到人们青睐。此外，LMP的胶凝能力更强，因此用量低、更经济。 近年来，随着人们保健意识的增强，部分消费者（如肥胖、患有高血压和冠心病的人）需求低热量食品，糖尿病患者需求无糖食品。低脂肪和低热量保健食品受到消费者的欢迎，而LMP在降血脂、减肥、糖尿病患者低糖食品中的突出作用，逐渐受到人们的青睐。因此对LMP的需求日益增加。 目前LMP的制取方法一般为酸法、碱法、酶法等，酶法脱酯与酸法相比，可简化工艺流程和设备，提高生产效率；与碱法相比，脱酯工艺易于控制，能较好的保持产品的胶凝度。果胶酯酶（PE）能使果胶脱去甲氧基，使HMP脱酯生成LMP。根据PE的来源可将果胶的酶法脱酯分为内源酶法和外源酶法。内源酶法就是利用内源酶激活剂激活原料中固有的PE，本项目就是开展利用碳酸钠激活柚皮中内源PE脱酯制备LMP的方法探索。外源酶法是从植物或微生物（如黑曲霉）发酵液中提取PE，再利用该酶生产LMP。现已有国外公司的商品果胶酯酶出售，但价格昂贵（如Sigma公司的产品1000U售价约470美元）。 目前国内LMP加工技术尚不成熟,只有少数企业生产,年产量不到100t,每年需大量从国外进口, 价格昂贵,可达40美元/kg。LMP的生产技术被美国、德国、瑞士等垄断, 对其生产技术严格保密。针对我国LMP的生产和市场现状,很有必要对它的生产技术进行系统化研究，而探讨如何利用内源果胶酯酶的活性进行脱酯以制备LMP是一条值得研究且可行的路径。
