利用生產檸檬酸的黑曲黴菌絲體生產果膠酶:1)實訓目標:①掌握利用生產檸檬酸的黑曲黴菌絲體生產果膠酶的工藝流程:②掌握培養基的配製技術:③掌握利用生產檸檬酸的黑曲黴菌絲體生產果膠酶的提取方法。
2)實訓原理和工藝流程:在以發酵法生產檸檬酸時,一般都采用黑曲黴進行液態深層培養或表麵培養,其發酵的副產物——黑曲黴菌絲體中含有果膠酶、少量的纖維素酶、蛋白酶和澱粉酶,所以從菌絲體中提取果膠酶是變廢為寶,極為經濟的方法。
從生產檸檬酸的黑曲黴菌絲體中抽提果膠酶的方法有多種。最常用的方法包括以下步驟:(1)漂洗和菌絲體自溶:45℃下漂洗菌絲體1h,除去殘留於菌絲體中的檸檬酸,並使菌絲體自溶。
(2)抽提:用水從自溶的菌絲體中抽提果膠酶。
(3)沉澱:向抽提液中加入乙醇,使其最終濃度為70%~80%,使果膠酶沉澱。
(4)成品:將獲得的沉澱進行離心、烘幹、粉碎即得成品果膠酶。
此外,也可在生產檸檬酸的過程中利用樹脂交換法,從培養基中提取果膠酶,也可將抽提液經噴霧幹燥法製成粉末酶製劑,或用硫酸銨沉澱和透析後,再加入乙醇沉澱,得到純度較高的酶製劑。另外也可直接用菌體殘渣烘幹(不超過40℃),磨成粉末作為粗酶。
果膠酶活力的測定:1)實訓目標:①掌握果膠酶活力測定的原理和方法:②能應用分光光度法測定果膠酶活力。
2)實訓原理:果膠酶中的PE,PG和PMG分別對果膠質起解酯作用產生甲醇和果膠酸;水解作用產生半乳糖醛酸和寡聚半乳糖醛酸;裂解作用產生不飽和醛酸和寡聚半乳糖醛酸,此外還有上述的酯類。這些產物的醛基在堿性溶液中與二價銅離子共熱,使其還原成氧化亞銅沉澱。氧化亞銅與砷鉬酸反應生成藍色物質。根據已知半乳糖醛酸顯色反應確定產物量,表示酶活力。
3)實訓材料與用品:(1)材料:商品果膠酶。
(2)器具:分析天平,變溫電爐,恒溫水浴鍋,分光光度計,秒表等。
(3)試劑:①甲試劑。稱取純酒石酸鉀鈉12g,無水碳酸鈉24g,加水250mL,攪勻,向此液中緩慢加入10%硫酸銅溶液40mL,碳酸氫鈉16g。另取500mL熱水,加入無水硫酸銅180g,煮沸驅逐溶存氣體,冷卻後,注入1L容量瓶中,兩液混合定容至1L。長期存放後,如有少量紅色氧化亞銅沉澱,應予以過濾,濾液可在室溫下長期保存。
②乙試劑。稱取鉬酸銨(NH4)MO7O24·4H2O25g溶於450mL水中,再緩慢加入濃硫酸21mL。另取25mL水,溶解純結晶砷酸二鈉(Na2HAsO4·7H2O)3g(可用H4As2O7128g,以1mol/LNaOH19.24mL溶解,再加水4.75mL代替此液)。然後慢慢加入上述溶液中,充分混合,在37℃放置24~48h,溶液逐漸變為黃色,移至棕色細口瓶中保存。
③酶液。將酶粉適當稀釋、過濾備用。果實均質後,離心取上清液。稀釋備用。
4)操作步驟及要領:(1)標準曲線的繪製:取100μg/mL半乳糖醛酸鈉溶液0.2,0.4,0.6,0.8,1.0mL,再分別加水補足1mL,向各管加甲試劑1mL,置沸水浴煮沸10min,冷至不燙手時加入乙試劑1mL,稀釋至12.5mL。
標準曲線繪製各試管所含物質的體積管號空白12345半乳糖醛酸鈉溶液/mL00.20.40.60.81.0甲試劑/mL111111乙試劑/mL111111半乳糖醛酸鈉含量/μg020406080100:(2)酶樣的測定:取果膠溶液0.5mL,在50℃水浴中保溫3min平衡後,加稀釋酶液0.5mL。保溫3min後立即加入甲試劑1mL,沸水浴煮沸10min,冷卻,加乙試劑1mL,加水定容至12.5mL。在波長620nm處比色。查標準曲線確定0.5mL稀釋液作用後生成的產物微克數。
5)結果計算:果膠酶的比活力定義為:在一定條件下,每小時由底物產生1mg半乳糖醛酸的酶量定為一個酶活力單位,即:D=S0.5×30×60×n×11000式中D——酶的比活力,U/g:30——反應30min:0.5——0.5mL酶液:S——A620相當的半乳糖醛酸微克數:60——換算為1h:n——酶稀釋倍數:1/1000——由微克數換算為mg。
6)思考與分析:加入乙試劑的作用是什麼?7)實訓應注意事項:①每種酶樣需重複做兩次以上。
②平行試驗的偏差不能超過3%,否則需重新測定。
知識拓展:果膠酶是四大酶製劑之一,據統計,其銷售額占全世界食品酶銷售額的25%。目前,果膠酶廣泛應用於食品、紡織、造紙、環保、醫藥等行業。
1)果膠酶在食品工業中的應用:(1)用於果蔬汁的生產:果蔬的細胞壁中含有大量果膠、纖維素、蛋白質等物質,在果蔬汁生產中,廣泛的用到果膠酶以降解果膠,可起以下作用:①提高出汁率。盡管不同果蔬中果膠含量和壓榨方式有所不同,但采用果膠酶降解果膠,可使出汁率普遍提高10%~35%。具體使用中,可將果膠酶與纖維素酶等其他酶製劑配合使用。
②澄清。果汁中的很多物質,如纖維素、蛋白質、澱粉、果膠等會影響果汁的澄清度,其中果膠是引起果汁渾濁的主要因素。添加果膠酶降解果膠物質,可有效促進絮凝的發生,有利於果蔬汁澄清。
③提高果蔬汁穩定性。經果膠酶處理的果蔬汁穩定性好,可防止存放過程中產生渾濁。
④提高果蔬汁的過濾效率。由於果蔬粉碎後的果蔬汁中含有果膠等物質,造成果蔬汁黏度較大,過濾效率低下。添加果膠酶後,果蔬汁黏度降低,有利於壓榨過濾。
⑤改善果蔬汁營養成分。添加果膠酶,可明顯提高果蔬汁中可溶性蛋白質和多糖類等可溶性固形物的含量,胡蘿卜素的保存率也明顯提高,葡萄糖、山梨糖、果糖、芳香物質含量也顯著提高;同時,也有利於酯類、萜類、醇類、揮發性酚類、礦質元素含量的增加;此外,類胡蘿卜素、花色苷等色素的溶出,有利於提高果蔬汁的外觀品質。
⑥簡化果蔬汁生產工藝。由於果膠酶具有上述多種作用,因此在實際生產中可有效地簡化生產工藝。
此外,在柑橘類濃縮果汁的生產方麵,經果膠酶處理的濃縮果汁有較好的流動性,重新稀釋後仍是穩定的。
(2)用於食品發酵:在咖啡發酵過程中利用產堿性果膠酶微生物除去咖啡豆的黏表皮。有時添加堿性果膠酶來去除含大量果膠質的果肉狀表層。纖維素酶和半纖維素酶的協同作用可促進咖啡豆黏表皮的降解。堿性果膠酶也可用於茶葉加工,促進茶葉發酵,不過要仔細調節用酶劑量以免破壞茶葉。堿性果膠酶還可通過破壞茶葉中的果膠物質來改善速溶茶粉在衝泡過程中形成泡沫的性能。
(3)用於油脂提取:在油料萃取方麵,按照傳統的生產工藝,菜籽油、棕桐油、葵花籽油、橄欖油等一般是由正己烷等脂溶性溶劑萃取製得,但正己烷卻是一種致癌物質。將果膠酶和纖維素酶、半纖維素酶結合使用,可破壞油料作物的細胞壁,便於油料的釋放,從而提高萃取率,而且,酶法提取條件溫和,油料中多酚物質等有所增加,從而提高油料的穩定性。
2)果膠酶在紡織行業中的應用:(1)棉纖維的生物精練:棉以其特有的吸濕、透氣、保暖等特點而擁有眾多消費者。原棉纖維由以纖維素為主要成分的次生膜和覆蓋在其上的初生膜和表皮組成,其雜質主要存在於初生膜和表皮中。存在於原棉中的雜質,因棉花的種類、產地的不同而異,一般為棉纖維組成的4%~5%。棉精練工序在織物漂白、染色等加工過程之前,是以去除這些雜質,提高織物的濕潤性為目的的加工過程。傳統精練加工過程通常使用大量的堿、螯合劑和表麵活性劑進行高溫處理,使棉的雜質分解、乳化而去除,以增強棉纖維的濕潤性。為此,必須用酸中和,並用大量的水衝洗,因此需要排放大量廢水,汙染環境,同時還會對棉纖維造成一定的損傷,使纖維失重、強度下降,影響棉織物的品質。采用堿性果膠酶,可有效用於棉纖維的精練,可使棉纖維上的果膠物質水解,而非纖維素類的雜質則被釋放出來,分散或乳化於煮練浴中,從而增強其潤濕性而不會像纖維素酶那樣攻擊棉纖維素而降低棉纖維的強度。同傳統精練技術相比,采用堿性果膠酶對棉纖維進行精練至少可使棉纖維獲得相同的濕潤性,而且其成本要比傳統精練技術低。在染色和移染性方麵也無明顯的差別,而織物的手感卻比傳統處理的柔軟。由於采用堿性果膠酶對棉纖維進行精練對環境友好,作業環境安全,能耗、失重率低,棉織物手感柔軟,棉纖維的濕潤性較好、強度幾乎不降低,且沒有成本較高的障礙,因此其應用前景十分廣闊,並將很快達到世界規模。
(2)植物韌皮纖維脫膠:目前堿性果膠酶在苧麻、亞麻、黃麻和大麻等麻類植物的脫膠工藝中得到有效應用並越來越受到重視。堿性果膠酶脫膠有許多優點:不破壞植物纖維,不汙染環境,節約能源。麻類纖維是非常優良的紡織品原料,但是這些纖維中除了含有纖維素外還含有20%~30%的果膠質。脫膠就是從植物纖維中除去有黏性的非纖維物質。傳統的脫膠工藝是把麻浸泡在強堿溶液中24h並在沸水中煮1~4h,經漂洗、中和、清洗、烘幹後再用柔軟劑處理以防止纖維脆弱。這種方法能耗高,會排放大量有毒物質嚴重汙染環境,且損害部分纖維,對其質量造成一定影響。而用堿性果膠酶在比較緩和的pH值和溫度條件下即可有效快速除去與纖維黏著的膠類物質,不損害麻類纖維。
3)果膠酶在造紙行業中的應用:隨著生物技術的發展和人們對環境的重視,酶在造紙行業的應用越來越受到重視。許多國家已把甘露聚糖酶、堿性果膠酶和漆酶用於造紙業中。在熱磨機械紙漿過程中,溶解性的膠體物會從真葉木原料中釋放出來。這些膠體物質主要是溶解性陰離子多糖(果膠或聚半乳糖醛酸),在造紙過程中嚴重影響過濾,需要添加大量的陽離子聚合物來消除其危害。紙漿中的聚半乳糖醛酸和陽離子聚合物的結合能力與其聚合度有關,聚合度小於3時消耗陽離子不明顯,聚合度大於6時則會大量消耗陽離子。采用堿性果膠酶可以將果膠或聚半乳糖醛酸降解,減少陽離子聚合物的消耗量,提高紙漿的質量。
4)果膠酶在環境領域中的應用:在柑橘加工和蔬菜加工過程中會產生大量含果膠的皮渣廢棄物和廢水,傳統的處理方法包括以下步驟:物理脫水、噴淋衝洗、化學絮凝、活性淤泥處理、化學水解、甲烷發酵等。其缺點是成本高、處理時間長、產生二次汙染。但如果采用這些廢棄物作為果膠酶生產的原料,不僅有利於保護環境,而且可降低果膠酶的生產成本,反過來,采用果膠酶對這些皮渣廢棄物進行處理,將其中的果膠分解為單糖,為其他微生物所利用,進而可生產乙醇和其他發酵產品。對於富含果膠的廢水,加入果膠酶或產果膠酶的微生物,可以分解廢水中的果膠,再用活性淤泥處理可以克服上述傳統處理方法的缺點,成本低,效果好,且不會產生二次汙染。
5)果膠酶在其他領域的應用:(1)飼料添加劑:目前動物飼料中主要含有大量非澱粉多糖、戊聚糖、果膠、丹寧等,這些物質不但不會被動物消耗吸收,而且會溶於水成膠體狀態,還會增大腸道內容物的黏度,阻礙營養物質的擴散,影響其吸收,起到了所謂的“抗營養因子”的作用。近年來用酶抑製“抗營養因子”受到了飼料行業的重視。果膠酶與纖維素酶、半纖維素酶等配合,可降解植物細胞壁中果膠和纖維,促使澱粉、脂類、維生素和蛋白質等釋放出來,從而提高了飼料的營養價值,堿性果膠酶添加到飼料中可降低飼料的黏度,促進飼料在動物消化道內的消化吸收。
(2)洗滌劑:食品汙垢往往難於從被汙染的底物上有效地去除。由水果和(或)蔬菜汁形成的“幹涸”汙漬特別難於除去。而加入含果膠酶的洗滌劑則對這些汙漬具有良好的去汙性能。
(3)生產果膠低聚糖:①生產低聚果膠。果膠酶可水解細胞壁中的果膠成分產生聚合度為10左右的寡聚半乳糖醛酸,後者是植物防禦反應的誘導因子,防禦作用包括產生有抗真菌活性的抗毒素,抑製蛋白合成的抑製劑等,而且當果膠酶與其抑製蛋白結合以後可進一步激活此防禦反應,所以果膠酶在植物致病、抗病中具有雙重作用。某些中草藥中的藥用成分也與果膠成分有關,如艾草葉中的果膠成分是一種生物活性成分,柴胡根中的抗潰瘍糖類與果膠分子中的RGⅡ有關,而人參葉中的RGⅡ也具有抗潰瘍作用,柴胡根中的RGⅠ能夠促進鼠B細胞產生IL6,增進機體免疫力,蒼術根中的果膠片段具有腸道免疫活性。此外,果膠酶解產物還具有抑菌活性,可顯著抑製乳酸菌的生長,還可作為功能性食品的配料。
②生產低分子寡糖。果膠酶可水解幾丁質、幾丁聚糖的β1,4糖苷鍵,得到水溶性寡糖。這類低分子寡糖具有多方麵的生理功能,如抗腫瘤、抗菌、增強免疫機能,改善腸道微生物區係的分布,刺激有益菌的生長等。另外,幾丁寡糖可作為保水劑、抗菌劑和植物生長調節劑等應用於農業、食品和化妝品業。
(4)天然產物的提取:果膠物質不同程度地影響或阻礙著天然產物的釋放,在適宜條件下,植物細胞會發生自溶,也可產生包括果膠酶在內的分解酶類,但這會使待分離產物發生結構改變,甚至產生一些大多數情況下不利於分離的小分子副產物。因此,靠植物細胞的自身酶係並不利於天然產物的提取,一般先熱失活鈍化胞內酶係,再有選擇地進行酶處理。天然色素如葡萄紫、番茄紅、紫蘇紫和蘿卜紅等均可使用酶法提取。但所用果膠酶不得含有花青素酶等雜酶以免影響某些產品色澤。其次,天然生物活性物質提取物是目前中藥進入國際市場的一種理想方式,出口比例已超過中藥,並呈上升趨勢。可利用果膠酶生產的提取物有:銀杏葉提取物、大蒜油濃縮液、蘑菇濃縮液、人參漿、當歸浸膏、甘草液等。另外,在金耳多糖、香菇多糖、金針菇多糖、山楂葉總黃酮等的提取中也使用了果膠酶。利用酶類提取,不僅可提高萃取率,還可提高純度。
(5)單細胞產品的生產:所謂單細胞產品,是指將生物組織進行轉化而形成的完整的單細胞懸浮液。這種單細胞內各種營養成分保存完好,表麵及內部的張力較小,易穩定存在,而且易被酶類消化,它最初應用於細胞融合技術,隨著製備技術的不斷完善,這種單細胞產品可用於嬰兒、老人及病人的食品中,還可作為美容品中的活性成分,用於保濕、抗氧化、抑製黑色素生成等。酶法降解植物細胞間質中的果膠物質產生完整的單細胞懸液的過程稱為浸解作用。在浸解過程中,一方麵設法使內源性果膠酯酶滅活,避免細胞軟化,另一方麵,用外源果膠酶適度降解胞外果膠及其它成分,避免胞內物質泄漏,降低品質。該工藝常用於生產帶肉果蔬汁飲料、乳製品的配料、即食的幹燥土豆泥、胡蘿卜泥、蘆薈、人參、越橘葉和紅花等美容保健品的配料。此外,一般常規加工所得到的果肉在必要的高溫處理或機械泵出後,成型顆粒量明顯減少,硬度降低,直接影響了產品品質。果膠質在果膠酶作用下脫去甲氧基,在鈣離子存在下形成凝膠,從而保持了果肉原有的形狀和硬度。以此為基料的產品有果汁、果凍、果肉酸奶及果肉冰淇淋等。
(6)生物燃料乙醇的生產:稻草、麥稈等農產品廢棄物是生產生物燃料乙醇的重要原料來源,但這些廢棄物很難被微生物直接且有效地利用。利用果膠酶、纖維素酶等酶製劑處理,將這些廢棄物中的果膠、纖維素等物質分解為微生物易於利用的小分子糖類物質,進而生產生物燃料乙醇的方法被認為是可行的。
果膠酶是能夠分解果膠物質的一類酶的總稱,目前廣泛用於食品加工、紡織、造紙、環境保護等領域,是世界四大酶製劑之一。果膠酶是一類複合酶,可分為果膠質解聚酶、果膠酯酶、原果膠酶,其中果膠質解聚酶包括果膠水解酶和果膠裂解酶兩類,兩者又有內切和外切之分。
盡管果膠酶分布廣泛,但目前果膠酶主要采用微生物液體深層培養發酵法和固態發酵法進行生產,如固體培養臭曲黴或白腐盾殼黴生產果膠酶、液體深層培養黑曲黴CP85211生產果膠酶、利用生產檸檬酸的黑曲黴菌絲體生產果膠酶。果膠酶分離純化過程中常采用的分離純化方法有超濾、硫酸銨沉澱、有機溶劑沉澱、離子交換層析、親和層析、聚丙烯酰胺凝膠電泳、等電聚焦等。
測定果膠酶的活力,測定值通常是這一類複合酶各組分協同作用的綜合結果,但也可根據需要,對各組分進行分離純化,分別測定其酶活力。測定果膠酶活力的方法有很多,概括起來主要有分光光度法、滴定法、黏度降低法和還原法,此外,還有透明圈法、電泳轉移膠膜法、AJDA法等。
1.試述果膠酶的分類。
2.目前果膠酶的工業發酵生產多采用哪些菌種?3.目前果膠酶的工業發酵生產有哪些方法?各有何不同?4.采用檸檬酸發酵液生產果膠酶有何優點?5.簡述采用檸檬酸發酵液生產果膠酶的工藝流程。
6.果膠酶活性測定的原理是什麼?7.果膠酶有哪些主要的應用?8.目前果膠酶的工業化生產有哪些不足之處?知識目標:了解果葡糖漿的生產概況:掌握酶法生產果葡糖漿的原理:掌握果葡糖漿酶法生產工藝:了解果葡糖漿的用途和發展前景。
技能目標:能用酶法生產果葡糖漿:能用分光光度計測定果葡糖漿的糖含量:能進行酶解過程的工藝控製:能進行果葡糖漿酶法生產產品的提取分離與純度檢測。
酶法生產果葡糖漿項目簡介:果葡糖漿,也稱異構糖,在國外又稱為高果糖,是一種主含果糖和葡萄糖,兼含少量麥芽糖和低聚糖的液體甜味料,1965年首先在日本研製成功,後來由美國引進並於1969年實現工業化生產,以後的20多年生產發展很快。目前,已有美國、日本、加拿大等20多個國家和地區建立了果葡糖漿工業。1975—1985年的10年間,世界果葡糖漿產量從0.58Mt猛增至5.6Mt,1992年已達9Mt(以幹培養基計算),一種新糖品種的發展速度如此之快是在製糖史上前所未有的。果葡糖漿以其純正的甜味,極高的營養性和保健性在世界範圍內日益受到人們的歡迎和重視。在我國,其應用價值也逐漸被人們認識,並且逐步被開發成甘蔗糖和甜菜糖之外的第三糖,發展前景十分廣闊。
果葡糖漿是以澱粉為原料,利用α澱粉酶和葡萄糖澱粉酶水解成葡萄糖後,通過葡萄糖異構酶的異構化反應,製成一種含有果糖與葡萄糖的混合糖漿。本項目主要介紹酶法生產果葡糖漿的工藝流程和生產方法。
重點作業:(1)觀看果葡糖漿生產影像資料或參觀果葡糖漿生產企業,了解生產工藝及生產程序:(2)查閱相關資料和進行企業、市場調研,就果葡糖漿生產前景及效益問題形成一份調研報告,製作PPT課件,分組進行專題研討。
工作任務:任務果葡糖漿的酶法生產:應知詞彙:果葡糖漿:是由植物澱粉水解和異構化製成的澱粉糖晶,具有獨特風味,是一種重要的甜味劑。因為它的組成主要是果糖和葡萄糖,故稱為“果葡糖漿”。
異構化:改變化合物的結構而不改變其組成和分子量的過程。一般指有機化合物分子中原子或基團位置的改變。
澱粉液化:澱粉在α澱粉酶的作用下,由高分子狀態(澱粉顆粒)轉變為較低分子狀態(糊精),同時澱粉的黏度降低,表現為由半固態變為溶液態。
糖化:澱粉加水分解成甜味產物的過程,是澱粉糖品製造過程的主要過程。
相關知識:9.1.1果葡糖漿的質量指標:.1果葡糖漿的感官指標:色澤無色或淡黃色形態透明液體,無可見雜質風味純正,具果糖香味:果葡糖漿的理化指標固形物含量≥71%果糖含量≥42.0%DE值≥95.0%色度≤0.025透光度≥99%硫酸灰分≤0.05%:果葡糖漿的衛生指標砷(以AS計),mg/kg≤0.5鉛(以Pb計),mg/kg≤0.5氰化物(以木薯為原料),mg/kg≤0.02細菌總數,個/100g≤1500大腸菌群,個/100g≤30致病菌不得檢出:9.1.2果葡糖漿的性質:果葡糖漿為澄清透明的黏稠狀糖漿、幹物含量為71%,其中果糖約占42%、葡萄糖占53%~55%,餘者為低聚糖類。因此,果葡糖漿的性質主要取決於果糖和葡萄糖。
1)甜味:甜味包括甜度和風味兩個方麵,前者是甜味強度的高低,後者是指甜味的可口性。
果糖與幾種糖類的比較:糖品相對甜度糖品相對甜度果糖1.5~1.7麥芽糖醇0.9三代果葡糖1.4葡萄糖0.75二代果葡糖1.1麥芽糖0.6一代果葡糖1.0DE42澱粉糖0.5蔗糖1.0乳糖0.4:在食品加工中,果葡糖漿可以單獨使用,也可以與蔗糖、葡萄糖混合使用。在日本出售的果葡糖中,有把果葡糖漿和蔗糖混合好的品種。
果葡糖漿的甜味接近天然果汁,因為水果汁中的糖分主要是果糖和葡萄糖,如溶液濃度為19.13%的葡萄汁中幹物的96.86%是糖分,其中果糖為40.98%,葡萄糖為35.86%。另外還有蔗糖和麥芽糖。果葡糖漿具有蜂蜜風味,且甜度純正,這是因為蜂蜜的主要成分也是果糖和葡萄糖。
2)甜度與溫度的關係:與蔗糖不同的是,果葡糖漿中的果糖甜度與溫度有很大關係,40℃以下時,溫度越低果糖甜度越高,最高可達蔗糖的1.7倍;40℃以上時,其甜度反而低於蔗糖。
果糖異構體平衡表單位:%溫度/℃αD五環果糖βD五環果糖βD六環果糖20724694073162609335880113851:由於這一特性的影響,使果葡糖漿最適用於清涼飲料和其他冷飲食品。
3)溶解度高:果糖是糖類中溶解度最高者,當溫度為20,30,40,50℃時,其溶解度分別為蔗糖的1.88,2.00,2.31和2.58倍。葡萄糖的溶解度也隨溫度增高而上升,所以果葡糖漿的溶解速度比蔗糖快。
4)吸潮性:因果糖在糖類中的吸潮性最強,很容易從空氣中吸取水分,帶有半分子或一分子的結晶水,葡萄糖的吸潮性也高於蔗糖。這一特性使果葡糖漿在某些應用中具有一個優點,比如能使麵包、蛋糕一類軟糕點較長時間保持新鮮和疏鬆,延長貨架期。
5)滲透壓大:物質的濃度差形成滲透壓,分子量小的物質滲透壓大於分子量大的物質,葡萄糖和果糖的平均相對分子量(180)小於蔗糖的平均相對分子量(342),更小於不同DE值的澱粉糖漿,所以果葡糖漿有較高的滲透壓。而較高的滲透壓可以奪走微生物體內的水分、抑製微生物的生長。因此,果葡糖漿用於蜜餞(果脯)、果醬及藥用糖漿等,保藏效果優於蔗糖。
6)發酵性能好:因果葡糖漿中的果糖、葡萄糖均為單糖,能被酵母菌直接利用且發酵速度快,所以在麵包和利用酵母的糕點生產中,生氣多,產品疏鬆。
7)化學穩定性:因果糖和葡萄糖都具有還原性,化學穩定性較蔗糖差,果糖比葡萄糖更易受熱分解,反應較複雜,產生有色物質,這在工業上稱為“焦化”。焦化反應產生的有色物質具有特殊風味,生產麵包等烘烤食品時,使用果葡糖漿可獲得美觀的焦黃色表層和焦糖風味。
8)易為人體所吸收:糖類物質被人體吸收的形式是葡萄糖,而蔗糖為雙糖,食用後需經轉化成果糖和葡萄糖方能被吸收。果葡糖漿中的果糖和葡萄糖則可被直接吸收。故以果葡糖漿來加工營養性和保健性食品比蔗糖更為適宜。
9)代謝上的特性:糖類對人體的重要性不隻是甜味的享受,更重要的是供給人體熱能和參與人體的生物合成。澱粉、蔗糖、麥芽糖等先在人體內變成葡萄糖,然後被吸收進入血液成為血糖。血糖在胰島素的幫助下,送至人體各器官,一部分產生熱能,大部分血糖則在胰島素促進下轉為肝糖原,在肝髒內儲存起來。當人的胰髒其胰島素不正常時,糖便從尿中排出,這就是糖尿病。果糖則不然,它一經吸收即可被肝髒迅速代謝為能量(變成肝糖原),所以果糖是糖尿病人可以利用的甜味劑。此外,果糖還是一種解毒劑,對肝髒有保護作用;能促進乙醇分解,有防醉作用;能抑製體蛋白消耗,利於運動員和體力勞動者作營養補給。
9.1.3果葡糖漿的生產工藝:目前市場上的果葡糖漿主要有F42和F55兩個品種,而根據目前國內的具體生產、技術條件和成本要求,絕大部分生產企業主要生產F42產品。F42糖漿和F55糖漿的主要區別在於:①F42糖漿在儲存過程中,為了防止色素的生成,成品通常需要保持在28℃以下,而在此條件下,F42糖漿將有葡萄糖晶體析出。因此,F42糖漿不能在低溫下儲存,而F55糖漿則可以在26~30℃的範圍內儲存:②由於色譜分離係統的原因,F55糖漿生產係統的一次性投資將遠遠大於前者。
1)以葡萄糖為原料生產果葡糖漿:葡萄糖與果糖都是單糖,它們是同分異構體,分子式為C6H12O6,其結構分別如下:CHCHOOHCHOHCHOHCHOHCH2OHD葡萄糖CCH2OHOCHOHCHOHCHOHCH2OHD果糖葡萄糖為醛已糖,果糖為酮已糖,而且通過異構化作用,它們可以相互轉化。
由葡萄糖轉化為果糖為了使這個酶成為一個有經濟價值的商品,科研人員在增加葡萄糖異構酶的產量上做了很大努力。目前有工業生產價值的菌種很多,如凝結芽苞杆菌、米蘇裏遊動放線菌、樹枝狀黃杆菌等。但是用遊離酶生產果葡糖漿仍然有很多缺點,20世紀70年代初期又研究發展了固定化葡萄糖異構酶,而且很快商品化。固定化葡萄糖異構酶實現了果葡糖漿的連續化生產,提高了生產效率和產品質量,從而大大地推動了果葡糖漿工業的發展。
2)以澱粉為原料生產果葡糖漿:(1)生產工藝:從化學反應條件及現有酶製劑的特性來看,酶法異構的最大限度可以達到約55%的果糖含量,但是從經濟角度考慮,在此階段42%的果糖含量才更加切實可行。
果葡糖漿生產工藝流程圖首先,澱粉乳在α澱粉酶的作用下被液化成DE值為15%~20%的液化液,液化液經調整pH和溫度,並加入糖化酶進行糖化,糖化完成後DE值是96%~98%,然後把一些不溶物,如脂類、蛋白質等濾除,最後再用活性炭和離子交換樹脂處理,成為淨化的葡萄糖液。被淨化後的葡萄糖液通過裝有固定化異構酶反應器即可被異構化,得到果糖含量在42%左右的果葡糖漿。將此糖漿再經過活性炭過濾離子交換處理,最後調整pH並濃縮至71%的濃度,即得到42%果葡糖漿。
(2)生產42果葡糖漿的工藝要點及控製標準:①原輔材料的質量。
原輔材料控製及檢驗方法:原輔材料名稱檢驗項目標準要求檢驗方法玉米澱粉/%≥68GB5514發芽率/%≥40—雜質/%≤1—不完善粒≤10(其中黴變粒≤1)GB5494鹽酸鹽酸含量/%≥31GB1897碳酸鈉碳酸鈉含量/%≥90GB1886亞硫酸亞硫酸鈉含量/%≥96GB5009燒堿40%工業用GB5157離了交換樹脂根據需要—續表原輔材料名稱檢驗項目標準要求檢驗方法酶製劑異構化酶/(m/g-1)≥2000GB8274α澱粉酶/(m/g-1)8000GB8275糖化酶/(m/g-1)100000GB8276包裝材料液體食品包裝用原輔材料ZBY39002:②液化。
液化工藝參數澱粉乳濃度/%32~36Ca2+濃度/(mg·kg-1)5α澱粉酶/(U·g-1)8~10絕幹澱粉pH值6.2~6.5溫度/℃88~90液化液DE值/%15~20:③糖化。
糖化工藝參數:糖化酶/(U·g-1)80~100絕幹物Ca2+濃度/(mg·kg-1)5時間/h36~40pH值5.5溫度/℃60液化液DE值/%96~98:④脫色。
脫色工藝參數:活性炭用量/%1.0~1.5DS加熱溫度/℃75~80pH值4.1~4.4攪拌時間/min30色澤≤0.5:⑤離子交換。
離子交換工藝參數:糖液溫度/℃≤50陽離子樹脂再生點pH值≤2.2陰離子樹脂再生點pH值≥4.5衝洗水溫度/℃48再生酸濃度/%10再生堿濃度/%15出口糖液電阻率/(Ω·cm-2)≥5×104:⑥異構化。
異構化工藝參數:葡萄糖濃度/%42~44MgSO4·7H2O/(mol·L-1)0.0025Na2SO4/(mol·L-1)0.025pH值7.0~7.5溫度/℃60~63轉化率/%≥42:⑦蒸發濃縮(雙效降膜式蒸發器)。