不同分子量壳聚糖对草莓果汁的澄清作用

3 酶法降解的壳聚糖产物 ,其他为过氧化氢法降解 的壳聚糖产物
2. 2 不同分子量壳聚糖对澄清效果的影响 将果汁原汁在自然 pH 值 (3. 61) 、室温 (20 ℃
左右) 条件下加入壳聚糖溶液 。充分混匀 2 h 后 , 4000r/ min 离心 5min , 取上清液测定果汁的澄清 度 。不同壳聚糖在不同剂量下 ,对草莓果汁的澄 清效果如图 2 所示 。
目前 ,在果汁的澄清工艺中 ,主要使用的有明 胶 、果胶酶 、聚丙烯酰胺等 。其中明胶处理的果汁 耐贮效果不太好 ,已较少采用 。而聚丙烯酰胺作 为有机合成产物 ,人们对其食用安全性缺乏信任 。 目前比较常用的方法是 ,使用果胶酶和其他助酶 , 结合彭润土 、硅胶等处理 。但酶制剂价格昂贵 ,操 作也比较复杂 。当壳聚糖溶于稀酸溶液时 ,H+ 和 氨基结合 ,形成带正电荷的分子 。该聚阳离子和 溶液中带负电荷的微粒作用 ,使引起果汁和酒液 浑浊的蛋白质 、果胶 、单宁等胶态颗粒被絮凝沉淀 下来而达到澄清的目的 。壳聚糖应用到果汁澄 清 ,操作方便 ,成本较低 。并且 ,壳聚糖可食用 ,处 理过后的果胶果肉沉淀可加工成食品 。用壳聚糖 作为果汁的澄清剂已有一些研究 ,但对壳聚糖的 分子量在其中的影响鲜见提及 。实际上分子量不 同的壳聚糖性质差异很大 ,壳聚糖的许多独特功
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不同分子量壳聚糖对草莓果汁的澄清作用
粉 - KI 试纸变色为止 。固体产物用去离子水洗 涤 ,抽干 ,经 50 ℃真空干燥 ,得水不溶性产品 。 1. 3 酶催化降解壳聚糖
将壳聚糖粉末分散到 1 %的醋酸溶液中 ,壳 聚糖的用量约为 5 % (W/ V) ,在 50 ℃的水浴中保 温 ,加酶液降解 。到预定时间后 ,将反应液过滤得 到清液 ,煮沸十分钟杀酶 ,然后过滤 ,滤液减压浓 缩至原体积 1/ 5 ,调 pH 9 ,加 80 %乙醇沉淀 ,抽干 , 沉淀用乙醇洗涤 3 次 ,抽干后放在盛有 P2O5 的干 燥器内真空干燥 。 1. 4 壳聚糖分子量的测定
2 结果与讨论
2. 1 壳聚糖的降解 过氧化氢/ 醋酸体系降解 壳聚糖 ,在预定的时间里取出反应混合物处理后 , 使用 GPC 分析 ,如图 1 所示 ,可以明显的看出 ,随 着降解时间的增加 ,溶质峰随时间的增加朝着洗 脱体积增大的方向移动 。说明延长反应时间 ,产 物分子量下降 ,即所得产物的分子量减小 。表 1 是脱乙酰度 90. 2 %的壳聚糖经过氧化氢或酶降解 的产物 。
不同分子量壳聚糖对草莓果汁的澄清作用
水平
1 2 3 4 5
表 2 正交实验因素水平
分子量 用量 (g/ L) pH 值 温度 ( ℃)
A
B
C
D
CTS02
0. 3
2. 0
15
CTS08
0. 6
3. 5
25
CTS10
0. 9
5. 0
35
CTS15
1. 2
6. 5
45
CTS20
1. 5
8. 0
55
温度下的经壳聚糖澄清处理的草莓汁离心分离 , 取上清液测定果汁的澄清度都在 95 %左右 。 2. 6 壳聚糖澄清草莓果汁正交实验结果
能只有分子量降低到一定程度时才表现出来 。 草莓极易腐烂 ,至今尚无好的保鲜措施 。目
前 ,许多草莓汁产品颜色呈褐色 ,沉淀多 ,维生素 损失严重 ,缺乏香气[2] 。本文制备不同分子量的 壳聚糖 ,作为草莓汁的澄清剂 ,探讨壳聚糖分子量 的作用 ,为壳聚糖的实际应用奠定一定的基础 。
1 实验部分
1. 1 主要实验仪器与试剂 TSP P1000 高效液相色谱仪 ,7230G 分光光度
计 (上海精密科学仪器有限公司) ,WZS - 1 型手持 折光仪 (0 - 45 %) , PHS - 3C 精密 pH 计 。半纤维 素酶和壳聚糖原料由湖北裕峰生物工程有限公司 提供 ,草莓由孝感学院实验基地生产 。 1. 2 过氧化氢/ 醋酸体系降解壳聚糖
分子量的测定以凝胶渗透色谱 ( GPC) , TSKG - 5000 和 TSKG - 3000 联柱 RI - 101 示差检测器 , 在 TSP P1000 高效液相色谱仪上测定 。标准样品 为已知分子量的 TOSOH Pulluan ,流动相 0. 2 mol· L - 1HAc/ 0. 1 mol ·L - 1NaAc 缓 冲 液 , 流 速 为 1. 0 mL/ min ,数据由 JS - 3050 江申色谱工作站处理 。 1. 5 壳聚糖澄清草莓果汁实验
选取果实新鲜 、成熟 、无腐烂的草莓 ,去花萼 、 花梗清洗 ,然后将草莓冷冻 ,榨汁时取出解冻用榨 汁机榨汁 ,将榨出的汁液在离心机中 4200r/ min 处 理 15 min ,取清液 ,即为草莓原汁 。取 50mL 的草 莓原汁 ,加入一定量的壳聚糖充分混匀 , 静置 ,2 h 后取处理过的果汁 4000r/ min 离心 5min 。测定技 术指标时 ,取上清液 。
图 3 不同脱乙酰度的壳聚糖处理 对草莓果汁的透光率的影响
将果汁原汁在自然 pH 值 (3. 61) 、室温 (20 ℃ 左右) 条件下加入不同脱乙酰度的壳聚糖溶液 (Mw 约 1. 5 ×105) 。充分混匀 2h 后 ,4000r/ min 离 心 5min ,取上清液测定果汁的澄清度 。不同脱乙 酰度壳聚糖对草莓果汁的澄清效果如图 3 所示 。
CTS11 CTS12 CTS13 CTS14 CTS15 CTS16 CTS17 CTS18 CTS19 CTS20
1. 0 ×105 8. 8 ×104 7. 4 ×104 6. 8 ×104 6. 7 ×104 6. 3 ×104 2. 9 ×104 1. 8 ×104 3 9. 3 ×103 3 3. 0 ×103 3
关键词 :壳聚糖 ;分子量 ;草莓果汁 ;澄清剂 中图分类号 :O636. 1 文献标识码 :A 文章编号 :1671 - 2544 (2004) 06 - 0010 - 05
壳聚糖是自然界中存在的唯一丰富的碱性多 糖 ,其分子链上具有氨基 、羟基官能团 ,比其他高 分子更适合在食品工业中应用 ,美国食品与医药 卫生管理局 ( FDA) 已批准其作为食品添加剂[1] 。
果汁澄清度的测定 :采用分光光度法 ,测定草 莓果汁的透光率的最适宜波长为 660nm。
果汁中维生素 C 含量的测定 :采用钼蓝比色 法[3] 。果汁中还原糖含量的测定 : 采用斐林试剂 比色法[4 ] 。
果汁中可溶性固型物的测定 : 用 WZS - 1 手 持折光仪测定[5 ] 。
图 1 壳聚糖过氧化氢/ 醋酸降解 GPC 图
因素水平
A B C D
1 1 1 1 1 2 2 2 1 3 3 3 1 4 4 4 1 5 5 5 2 1 2 3 2 2 3 4 2 3 4 5 2 4 5 1 2 5 1 2 3 1 3 5 3 2 4 1 3 3 5 2 3 4 1 3 3 5 2 4 4 1 4 2 4 2 5 3 4 3 1 4 4 4 2 5 4 5 3 1 5 1 5 4 5 2 1 5 5 3 2 1 5 4 3 2 5 5 4 3
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张文俊 ,匡银近 ,秦 伶 ,叶耀东 ,徐东生 ,覃彩芹 3
结果说明所采用的三种脱乙酰度为 73. 1 %～92. 8 %的壳聚糖的澄清效果并无明显不同 。 2. 4 不同 pH 值对壳聚糖澄清草莓果汁作用的影 响
以 CTS10 为澄清剂 ,在室温下 (20 ℃左右) ,以 0. 1mol/ L 的 HCl 调节草莓果汁原汁的 pH 值后 ,按 1. 0g/ L 的投加量加入壳聚糖充分混匀后 2h 后 , 4000r/ min 离心 5min ,取上清液 ,再将果汁的 pH 值 调至 3. 5 ,测定果汁的澄清度 。澄清效果如图 4 所 示。
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图 5 不同温度对草莓果汁透光率的影响 使用 CTS10 、自然 pH 值 (3. 61 左右) 以恒温箱 控制温度 ,待温度稳定后按 1. 0g/ L 的投加量加入 壳聚糖充分混匀后 2 h 后 ,4000r/ min 离心 5min ,取 上清液测定果汁 的 澄 清 度 。由 图 5 看 出 , 温 度 对 壳 聚 糖 澄 清 草 莓 果 汁 的 影 响 不 大 。将 不 同
使用机械搅拌将壳聚糖粉末分散到 1 %的醋 酸溶液中 ,壳聚糖的用量约为 5 % (W/ V) ,在 70 ℃ 的水浴中保温 2 h 后加入过氧化氢 ,在预定的时 间内取出一定量的反应混合物 ,用 NaOH 溶液调 节 pH 9. 0 ,加入 Na2SO3 溶液 ,至体系不能再使淀
收稿日期 :2004 - 06 - 28 基金项目 :湖北省教育厅优秀中青年科技创新团队计划 (鄂教科[2003 ]7 号) 。 作者简介 :覃彩芹 (1965 - ) ,男 ,湖北赤壁人 ,孝感学院天然多糖研究室教授 ,博士 。
表 1 凝胶渗透色谱 ( GPC) 测得的壳聚糖分子量
编号
分子量 (Mw)
编号 分子量 (Mw)
CTS01 CTS02 CTS03 CTS04 CTS05 CTS06 CTS07 CTS08 CTS09 CTS10
68. 0 ×105 3. 0 ×105 2. 3 ×105 2. 2 ×105 1. 8 ×105 1. 5 ×105 1. 4 ×105 1. 3 ×105 1. 2 ×105 1. 1 ×105
VOL. 24 NO. 6 NOV. 2004
不同分子量壳聚糖对草莓果汁的澄清作用
张文俊 ,匡银近 ,秦 伶 ,叶耀东 ,徐东生 ,覃彩芹 3
(孝感学院 天然多糖研究室 , 湖北 孝感 432100)
摘 要 :用过氧化氢法或酶法降解壳聚糖制备了不同分子量的壳聚糖 ,并用凝胶渗透色谱测定了降解产物 的分子量 。该系列壳聚糖样品被用于对草莓果汁进行澄清 。实验结果表明 :壳聚糖对草莓果汁具有澄清效果 , 在 0. 2 %浓度 ,随着壳聚糖分子量的增大 ,澄清效果增强 ;分子量 Mw 1. 3 ×105 以上壳聚糖剂量达到最佳后 ,增 加壳聚糖 ,澄清效果反而下降 ;分子量 Mw 6. 3 ×104 以下的壳聚糖 ,在实验浓度条件下 ,澄清效果均不理想 ;中 间分子量的壳聚糖剂量达到最佳后 ,再增加壳聚糖的剂量 ,澄清效果基本不变 。脱乙酰度在 73. 1 %～92. 8 %范 围内的壳聚糖的澄清效果并无明显差异 ;果汁在 pH3～5 范围内 ,对澄清效果的影响不大 ;15～60 ℃温度范围内 对壳聚糖澄清草莓果汁的影响不大 ;使用壳聚糖作为草莓果汁的澄清剂对原汁主要营养成分无明显影响 。
这可以解释本实验中分子量大的壳聚糖可以在低剂量下有良好的絮凝效果当絮凝剂的浓度过高胶体颗粒表面吸附了大量的高分子就好像有一层高分子絮凝剂裹住了胶体颗粒形成了空间保护层阻止了桥架结构的形成反而比较稳定使得絮凝不易发生这可能就是空间稳定7
第 24 卷第 6 期 2004 年 11 月
孝感学院学报 JOURNAL OF XIAOGAN UNIVERSITY
图 4 不同 pH 值对对壳聚糖澄清 草莓果汁的透光率的影响
由图 4 可以看出 ,在 pH 2～3 的范围内 ,随 pH 值的增大 ,果汁的透光率 T 增大 ,在 pH 3～5 的范 围内 ,果汁的澄清度都很高 ,壳聚糖的澄清效果都 很好 ( T≈95 %) ,超过这个范围 ,壳聚糖的澄清效 果下降 ,而草莓汁的 pH 值一般在这一范围内 。壳 聚糖作为草莓果汁的澄清剂 ,且不需要调节果汁 的 pH值。 2. 5 不同温度对草莓果汁澄清效果的影响
根据以上壳聚糖对草莓果汁澄清的单因素实 验结果 ,正交实验设计成 4 因素 5 水平进行实验 。 实验各个因素及水平安排见表 2 和表 3 。
表 3 L25 2 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 021 022 023 024 025
图 2 不同分子量壳聚糖对草莓果汁的 透光率的影响
由图 2 分析得知 ,随着壳聚糖剂量的增加 ,开 始草莓果汁的澄清度逐渐提高 ,即透光率 T 增大 。 图 2 A 显示 ,分子量 Mw 1. 3 ×105 以上壳聚糖剂量 达到最佳后 ,增加壳聚糖 ,澄清效果反而下降 ;分 子量 Mw 6. 3 ×104 以下的壳聚糖 ,在实验浓度条 件下 ,澄清效果均不理想 ,见图 2 D ;中间分子量的 壳聚糖剂量达到最佳后 ,再增加壳聚糖的剂量 ,澄 清效果基本不变 ,见图 2 B 、2C、2 D 。 2. 3 不同脱乙酰度壳聚糖对澄清效果的影响