我國疆域遼闊,地跨寒、溫、熱帶,自然條件優越,各地區的氣候、土壤和地形差異很大,果品、蔬菜、花卉資源極其豐富。另外,在園藝產品生產過程中有15%~20%的殘次、落果以及加工過程中剔出的副產品和下腳料,如皮、渣、種子、殼、葉、莖、根、花等都可加以利用,變廢為寶,充分提高經濟效益。利用上述豐富的資源和不同於前述章節的加工工藝,可以生產許多製品,有些還是醫藥、日用化工等行業的重要產品。這些製品的生產工藝繁雜,難以歸類,一並在本章予以闡述。
第一節多糖類物質的製取
一、澱粉(starch)的製取
馬鈴薯、甘薯、木薯、魔芋等根莖中,含有豐富的澱粉。常用這些原料提取澱粉並生產酒精、飴糖、葡萄糖、澱粉糖漿及改性澱粉等,作為食品、醫藥及其他工業的原料或輔料。還用澱粉生產粉皮、粉絲等副食品滿足社會需要。
澱粉是以澱粉粒形態存在於各種植物根、莖、種子的薄壁細胞的細胞液中。澱粉粒不溶於水,相對密度1.4~1.5,易於沉澱,因而可利用該特性達到分離澱粉的目的。先將原料磨碎,使組織遭到破壞,用水將其中的澱粉粒洗出,經精製除雜,即得精製澱粉。
馬鈴薯澱粉含量為15%~20%,製取澱粉的出粉率為11%~13%。其製取方法主要有兩種,即沉澱法和流槽法。
1.沉澱法
這是我國傳統方法,也稱自然沉澱法。欲分離的澱粉乳在沉澱槽(缸或池)中靜置沉澱。其工藝操作要點如下:
(1)選料原料宜選高產抗病、薯大、澱粉含量高、皮薄、蛋白質和纖維少的品種,如東北男爵、山西黃山藥、山東城陽紅皮、四川紅窩眠以及西北白發財等。
(2)清洗用手動或電動的轉筒式洗滌機(鼓式或籠式均可)清洗,除盡泥砂和雜質。
(3)磨砂及篩濾磨碎機械有磨盤、磨輥或齒輪式磨碎機(也稱破碎機)。為盡可能磨碎,提高出粉率,需磨2~3次,每磨一次用篩子篩濾一次,除去纖維、雜質和磨碎組織。磨碎和篩濾時,需噴水淋洗,用水量為原料的2倍,篩濾時用水為原料的4倍,所得篩下物即澱粉乳。篩下物入下一道磨碎機,篩濾的篩子有筒篩和振動平篩兩種。第一道用筒篩和平篩,篩麵積為50~60W號鋼絲布,第二、第三道為平篩,篩麵為70~100W號鋼絲布或43~55W號絹布。
(4)沉澱與分離過篩分離出來的澱粉乳含有澱粉粒、粗纖維、蛋白質以及糖酸等物質。當澱粉乳入槽靜置8~12h,澱粉粒便沉澱下來,在澱粉層之上積存的黃褐色黏稠液(漿水),可用槽側的出料管或槽內的浮管吸出。然後將中層的粗澱粉挖出,加水攪拌後移入沉澱槽中,放置30~50h,使之沉澱。將形成的濕澱粉(一級粉)層,切塊取出。漿水和下層的垢澱粉(含泥砂)經多次沉澱回收,即得二級濕澱粉。
(5)脫水幹燥上述所得的濕澱粉(生澱粉)含水量約45%。將濕澱粉分割成小塊進行幹燥脫水。自然幹燥(日曬)需4~6d,人工幹燥的溫度不宜超過60℃。幹燥後的澱粉含水量為18%~20%。
(6)粉碎與包裝幹燥後取出攤晾,用粉碎機粉碎,再通過孔徑為0.11mm的絹篩過篩。除去小粉塊,再進行包裝。
2.流槽法
近年來(特別是日本)流槽法被廣泛采用。該法是令澱粉乳以一定流速流入傾斜槽中,由於澱粉粒大小,相對密度不同,粒子流動的速度有異,從而達到澱粉粒與雜質分離的目的。
斜槽是木製並塗上水泥而成,其寬度0.6~0.5m,長度30~60m,傾斜度為(1/200)~(1/500)。當澱粉乳流經斜槽時,相對密度最大的泥砂、碎石及大澱粉首先沉積於斜槽前段,其次在中段沉積的中等大小的澱粉粒,是最優質的澱粉,最後沉積下來是細小的澱粉粒和纖維、蛋白質等混合物即垢澱粉,相對密度最小的纖維、糊精等微粒則隨漿流出斜槽而入漿液池中。
澱粉經斜槽沉澱後,定時刮取澱粉和垢澱粉,分別送往洗滌工段,加水攪拌、沉澱、分離出濕澱粉。由斜槽流出的漿水(相對密度不超過1),可用來提取其他產品。
流槽法的最大優點是縮短沉澱時間,並可連續地除去廢液,提高勞動生產率,降低成本。
有些國家已采用效率高的機械來生產澱粉。如用離心力代替振動篩;用離心分離機代替靜置沉澱和流槽分離澱粉;而且用高效率的熱風幹燥機進行幹燥,使生產連續化。
二、果膠(pectin)的製取
果膠是食品工業的重要添加劑,又是製藥、紡織等工業中被廣泛應用的輔料。果膠是無色、無味、不溶於水的白色膠體。溶液狀態時遇酒精或某些金屬鹽類(鈣、鋁鹽類),則生成凝膠體沉澱,使之從溶液中分離出來,這就是果膠提取的基本原理。
(1)原料處理柑橘類果實的果膠含量為1.5%~3%,其中以柚皮含量最高(6%左右),其次為檸檬(4%~5%)和橙(3%~4%),用壓榨法提取過香精油的果皮,在罐頭與果汁加工中清除出來的果皮和殘渣,果園裏的落果和殘、次果等,都是良好的原料。有些柑橘種子(如柚子)的外種皮中也含有果膠,隻要用溫水浸漬一定時間即可析出。蘋果果皮的果膠含量為1.24%~2%,果心則為0.43%,榨汁後的蘋果渣果膠含量是1.5%~2.5%,梨為0.5%~1.4%,李為0.2%~1.5%,杏為0.5%~1.2%,桃為0.25%,山楂則高達6%左右,都可以作原料。
提取果膠的原料要新鮮,積存時間過長會使果膠分解而導致損失。因此,如果不能及時進入浸提工序,原料應迅速進行熱處理,目的是鈍化果膠酶以免果膠分解,通常是將原料加熱至95℃以上,保持5~7min可達到要求,還可以將原料幹製後保存。在幹製前也應及時進行熱處理,幹製保存的原料,其果膠提取率一般會低些。
在浸提果膠前,要將原料洗滌,目的是除去其中的糖類及雜質,以提高果膠的質量,通常是將原料破碎成0.3~0.5cm的小塊,然後加入水進行熱處理(條件同上),接著用清水洗幾次,為了提高淘洗效率,可以用50~60℃的溫水進行,最後壓幹備用。上述洗滌方法會造成原料中有的可溶性果膠流失,因而也有用酒精來洗滌的。
(2)浸提按原料的重量,加入4~5倍的0.15%鹽酸溶液,以原料全被浸漬為度,並將酸堿值調至pH2~3,加熱至85~95℃,保持1~1.5h。隨時攪拌,後期溫度宜降低。在保溫浸提的過程中,控製好浸提的條件,即酸度、溫度和時間。
幼果及未成熟的果實,其原果膠含量較多,可適當增加鹽酸用量,延長浸提時間,但以增加浸提次數為宜,並應分次及時將浸提液加以處理。
(3)過濾和脫色以上所得的浸提液約含果膠1%,先用壓濾機過濾,除去其中的雜質碎屑。再加入活性炭1.5%~2%,80℃保溫約20min,然後壓濾,目的是脫色,改善果膠的商品外觀。
(4)濃縮將浸提液濃縮至3%~4%,濃縮的溫度宜低,時間宜短,以免果膠分解。最好減壓真空濃縮,以45~50℃進行,將濃度提高至6%以上,這種果膠濃縮液可以在食品工業上直接應用。但應注意果膠濃縮液的含水量大,容易變質,不宜長期貯存,如需保存,可用氨或碳酸鈉將其酸堿值調整至pH3.5,然後裝瓶、密封、殺菌(70℃,保持30min)。
濃縮或殺菌後的果膠液要注意迅速冷卻,以免果膠分解。如用噴霧幹燥裝置,可將7%~9%濃度的果膠濃縮液噴霧幹燥成粉狀,果膠粉可以長期保存。
沒有噴霧幹燥設備的可用沉澱法。沉澱法的優點是除果膠物質外,其他水溶性及醇溶性的雜質可分離出來,所得的果膠製品較純潔,缺點是須用沉澱劑,成本較高。
(5)沉澱和洗滌沉澱法最簡易的做法是以95%的酒精加入抽提液中,使液內的酒精含量達到60%以上,即見果膠浸提液中成團的絮狀凝結析出,過濾得團塊狀的濕果膠,然後將其中的溶液壓出。再用60%的酒精洗滌1~3次,並用清水洗滌幾次,最後經壓榨除去過多的水分。
酒精可以重新蒸餾回收,提高濃度後再行應用。沉析的方法耗費酒精很多,應該和上述濃縮措施結合,用較濃的果膠液進行沉澱,則可節省酒精用量,降低成本。
或者應用明礬〔KAl(SO4)2·12H2O〕與酒精結合的沉澱法,先用氨水將浸提液的酸堿值調整至pH4~5,隨即加入適量飽和明礬溶液,然後重新用氨水調整酸堿值,保持pH4~5,即見果膠沉澱析出,可以加熱至70℃,以促使其沉澱。此時可取少量上層清液,以少量明礬液檢驗果膠是否已完全沉澱。沉澱完全後即濾出果膠,用清水衝洗數次以除去其中的明礬。壓幹後用少量稀鹽酸(約0.1%~0.3%的濃度)將果膠溶解,再按上述步驟用酒精重新將果膠沉析出來,並再加以洗滌。這樣,酒精的用量可以減少很多。
(6)成品壓榨除去水分的果膠,在60℃以下的溫度(最好用真空幹燥)烘幹,要求含水量在16%以下,然後用球磨機將其粉碎,過篩(40~120目)即為果膠粗製成品。果膠幹粉的貯存,要注意密封防潮。
第二節蛋白質與酶類的提取
一、菠蘿蛋白酶(proteinase)的提取
提取方法分為吸附法和單寧法兩種。
(一)吸附法操作要點
(1)壓榨把加工後的菠蘿皮洗淨,用壓榨機壓出汁液,然後按汁液體積加入0.05%的苯甲酸鈉(防腐劑),置4℃冰箱或冷庫中保存備用。
(2)吸附將汁液移入搪瓷缸中,攪拌下加入4%的白陶土(又稱高嶺土),在10℃左右吸附30min,然後靜置過夜。次日吸去上層清液,收集下層白陶土吸附物。
(3)洗脫在上述白陶土吸附物中加入7%氫氧化鈉溶液,調節pH至7.0左右,再加入吸附物重50%的硫酸銨粉末,攪拌40min進行洗脫,然後壓濾,棄去雜物,收集濾液。
(4)鹽析將壓濾液收集到搪瓷桶中,用1∶3的鹽酸(即1份濃鹽酸加3份水),調節pH至5.0左右,攪拌下加入壓濾液重25%的硫酸銨粉末,待硫酸銨完全溶解後,置4℃過夜,於離心機上分出上層清液,收集下層鹽析物,得粗品。
(5)溶解將粗品放入另一搪瓷桶中,加入10倍量的自來水,用16%的氫氧化鈉溶液調節pH至7.0~7.5,攪拌使其溶解,然後過濾,除去雜質,收集濾液。
(6)沉澱、幹燥在攪拌下用1∶3的鹽酸調節上述濾液的pH至4.0,然後靜置使酶析出,於離心機上分出沉澱物,棄去離心液,沉澱冷凍幹燥即得菠蘿蛋白酶精品。
(二)單寧(tannide)法操作要點
(1)壓榨取菠蘿去皮,收集菠蘿莖,切成小塊用壓榨機壓出汁液。
(2)去雜質將汁液移入搪瓷缸中,攪拌下加入汁液重10%的固體氯化鈉,然後於10℃放置13h左右,過濾分出濾液。殘渣加入等量水後,用檸檬酸調節pH至4.5左右(先加10%固體氯化鈉),攪拌均勻,浸泡40min,過濾分離出濾液(合並兩次濾液)。
(3)沉澱將澄清液移入搪瓷桶中,在攪拌條件下,按澄清液體積加入0.05%EDTA-2Na、0.06%的二氧化硫、0.02%的維生素C(作穩定劑)及0.6%左右的鞣酸,放置於4℃條件下靜置,於離心機上分出沉澱物,棄去上清液。
(4)洗脫、幹燥將沉澱物放入搪瓷桶中,加入2~3倍量的pH4.5的抗壞血酸溶液,攪拌洗脫40min,然後過濾,收集濾液,減壓幹燥,即得菠蘿蛋白酶精品。
二、辣根過氧化物酶的提取
(1)處理選取洗幹淨的鮮辣根或辣根皮,用刀切成小塊,在粉碎機中粉碎成渣漿,將渣漿移入搪瓷缸中。
(2)浸提在搪瓷缸中,加入1倍於渣漿體積的清水,在10℃左右攪拌提取8~10h,然後以3000r/min的速度離心20min,棄去殘渣,收集上清液備用。
(3)鹽析將離心後的上清液移入另一搪瓷桶中,在攪拌條件下,緩慢加入硫酸銨粉(按每1L離心液加226g硫酸銨計算),然後置室溫下過夜,次日吸取上清液,再按每1L上清液加258g硫酸銨粉末,隨加隨攪拌,待硫酸銨完全溶解後,置10℃處過夜,次日吸取上清液,收集沉澱在冷凍離心機中(13000r/min)離心30min(也可吊濾至幹),棄去上清液,收集鹽析物。
(4)透析把鹽析物先用少量去離子水溶解,裝入透析袋中,在流動的水中透析2d左右,直至透出的水中加入氯化鋇溶液無白色沉澱為止。然後再用無離子水透析10h,收集透析液,在4000r/min下離心20min,除去雜質,收集上清液。
(5)丙酮分級分離將以上離心清液移入搪瓷桶中並置於冷處或冰浴中,在攪拌下,用滴管沿桶壁加入等體積-15℃的丙酮,在4000r/min下離心20min,收集上清液。在上清液中再加原上清液體積0.8倍的-15℃丙酮,按同樣條件離心,棄去上清液,收集沉澱。將沉澱用蒸餾水溶解,裝入透析袋中對蒸餾水透析除去丙酮,收集透析液即為粗HRP。
(6)精製、透析、幹燥將透析液倒入玻璃燒杯中,加入1mol/L的硫酸鋅溶液(每1L透析液加1mL),攪拌均勻,以6000r/min離心20min,棄去雜物,收集上清液分裝於透析袋中,於流水中透析24h左右,最後在蒸餾水中透析8~9h。將冷凍液幹燥即得精製辣根過氧化物酶。
第三節風味物質的提取及香料製造
風味是一種感覺,包括味感、嗅感等。風味物質的種類及比例決定原料的風味品質。風味物質成分種類繁多、結構複雜,其化學成分有些已被研究清楚,有些正在探索和研究之中,有些則完全不了解。如生薑中僅香味物質成分已檢測出240餘種,但研究清楚的卻極少。但這並不影響人們提取及利用它們。
根據風味物質提取方法的不同,一般將其分為精油(又稱揮發油、芳香油、香精油等)、油樹脂等。精油是指采用蒸餾方法所獲得的揮發性芳香物質,而精油樹脂除含有揮發油外,還含有一些非揮發性的風味物質。
一、風味物質的提取
(一)蒸餾法(distillation)
精油係由多種有機物質構成的混合物,在常壓下,沸點一般在150~300℃之間,它存在於果蔬的果、莖、葉等不同組織器官中,因為具有揮發性和不溶於水的特性,經適當破碎之後,一般可采用水蒸氣蒸餾法提出。該法設備和操作比較簡單,投資少,產品基本符合天然香料的提取要求。
(1)蒸餾原理將原料切碎放在水中進行水蒸氣蒸餾,實質上等於不相混溶的兩相混合液,即水和精油的兩相混合液的水蒸氣蒸餾。兩相液體是處於不斷攪拌混合之中,在液麵的任何地方,精油的分散是完全均等的,精油和水分子受熱後都會不斷汽化產生蒸汽,汽化產生的蒸汽和單獨受熱時情況一樣,彼此各不妨礙。但在某一溫度下,受熱汽化達到液氣平衡時混合液的蒸汽總壓力與兩者各自蒸汽壓力的總和相等。這與混合液中它們彼此數量的多少並無關係。一般的蒸餾是在常壓下進行的,蒸餾與大氣相通。如果水和精油的混合物繼續進行加熱,當混合液的蒸汽壓力等於外界的大氣壓時,整個混合液就開始沸騰,此時的溫度就是該混合液的沸點。因此,混合液的沸點比精油和水原有各自的沸點均低。即在低於100℃的溫度下,精油就能與水蒸氣一起被蒸餾出來,這就是蒸餾法提製精油的基本原理,也是蒸餾法能在比較低的溫度下提製精油的優點。