酶法制取南瓜汁饮料的工艺研112docWord文档格式.docx
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GST可以帮助植物分解代谢以及抵抗杀虫剂。
南瓜的色素主要是类胡萝卜素,其中以β-胡萝卜素居多。
据报道,南瓜的类胡萝卜素含量为70-110mg/kg果肉,其中β-胡萝卜素的含量为22-80mg/kg果肉。
作为维生素A的前体,β-胡萝卜素的生理功能是近年来生化、医学等领域的研究热点。
β-胡萝卜素具有抗氧化性,可以抑制单线态氧及淬灭自由基;
它有抗致突变性和抗癌性,可显著抑制细胞中由于活性氧所产生的有害物质,抑制细胞恶性转化,减轻基因毒物对细胞的有害性;
β-胡萝卜素还具有免疫修饰性,可促进细胞免疫系统中的T细胞和B细胞的增殖而修饰免疫作用[6]。
1.4国内南瓜产品的开发现状
目前,南瓜产品的开发主要以食品为主,其中有南瓜粉、南瓜酱、南瓜罐头、南瓜果脯、南瓜蜜饯、南瓜片等干制品或半干制品。
从其发展趋势看,南瓜粉的市场需求量大,发展前途十分广阔。
其它如南瓜汁饮料、南瓜特效药品、南瓜饲料等也将逐步进入市场。
1.5南瓜汁开发的意义及存在的问题
1.5.1果蔬汁饮料的发展意义和现状
进入20世纪,随着生产技术的提高,人们的饮食结构发生了显著变化。
高能量、高脂、高蛋白占据了主导地位。
虽然在一定程度上改善了过去营养摄取不足的问题,但是长期食用高脂、高蛋白、高能量的食物导致了营养过剩,引起了其他疾病的大量衍生,如高血脂、心脏病、糖尿病等。
由此,在20世纪中后期,在世界范围内引起了人们对饮食的广泛关注,特别是1990年的健康主题为“食与健康相关”,人们开始树立起改变饮食习惯以及改善健康的观点。
由此,天然营养并具有“药食兼用”的动、植物起源的功能食品开始成为人们研究的热点。
研究者发现,蔬菜和水果中具有不为人知的功能性成分。
据研究,黄绿色蔬菜、淡色蔬菜的某些抽提物质具有活化白血球,改善疾病的功能。
由200宗医学研究结果表明,大量摄食水果和蔬菜的人的癌症发病率是不吃果蔬的人的50%。
这主要是因为果蔬中含有一些功能性成分。
因此,日本厚生省倡导“1天食用300克蔬菜,其中100克以上为绿黄色蔬菜。
”
随着人们生活水平的提高,对健康越来越关注,因此食品消费更趋于天然、保健、方便以及美味、营养平衡等。
果蔬汁作为一种健康饮品,它的需求量在全世界范围内逐年增加。
随着特殊人群的增加,对特定保健食品的需求也不断发展。
1980年以来,我国饮料工业以每年23%的递增率快速发展。
其中,碳酸饮料、瓶装饮用水和果蔬汁饮料已成为软饮料中三个最大的门类。
果蔬汁软饮料的全国产量也从1990年的80万吨增至1997年的119.35万吨。
然而近几年我国果蔬汁饮料的产量一直维持在100万吨左右,这主要是因为我国虽然拥有丰富的水果和蔬菜资源,很适宜发展果蔬型饮料,但果蔬型饮料生产企业的原料供应基地却还未得到稳定保障。
另外,果蔬型饮料加工保藏技术的不成熟也导致了果蔬汁产量及销量的不稳定。
进入21世纪,世界饮料市场前景看好,软饮料需求量将不断增长,特别是发达国家将逐步减少酒精摄入量,而追求天然的含糖量少并有益于健康的饮料,因此果蔬饮料将有广阔的市场前景。
1.5.2南瓜汁饮料开发的意义
预计,至2010年,全世界糖尿病人将达到2亿3930万人,由于南瓜对糖尿病患者有一定的效果,因而是糖尿病患者首选食品之一。
南瓜经加工提取南瓜汁后,提高了南瓜原料中不溶于水成分的溶解度,尽可能多的保持了南瓜原料的色、香、味及营养价值。
每100ml南瓜汁约含有蛋白质0.4g,碳水化合物4.35g,β-胡萝卜素2.2mg。
比起干制品,流质状态的南瓜汁更有利于肠胃的吸收,适合于中老年消费者和肠胃功能障碍者。
因此,开发南瓜汁饮料具有一定的市场前景。
我国有丰富的南瓜资源,然而,目前我国市场上南瓜汁饮料的生产和销售还属于起步阶段,消费量也不大,这主要与南瓜汁饮料的加工工艺以及产品的品质有关。
1.5.3酶法加工南瓜汁的优点
近年来,随着人们对南瓜保健功能不断认识,南瓜产品的需求量不断增加。
因此,在加工中引入高新技术,提高南瓜汁产率,降低成本以及提高品质是十分重要的。
一般来说,果蔬汁的制取方法有煮沸抽提法、溶剂抽提法、水蒸气提取法、压榨提汁法和酶解提汁等。
就南瓜汁生产而言,传统的榨汁工艺中,机械磨不能很好地磨碎细胞,存在出汁率低、色泽差、混浊、稳定性差、β-胡萝卜素保留率低等一系列问题。
随着生物技术的不断发展,酶在果汁工业中不仅仅是澄清果汁的作用,它能增加果汁生产的经济效益即提高出汁率、降低能耗、而且越来越专一和有效,同时也更具灵活性。
同时,酶能影响果汁的色泽和风味,例如适当添加果胶酶和纤维素酶能提高胡萝卜汁的色泽。
现在的果蔬汁加工中,酶法提汁已经开始渐渐取代其他的提汁方法。
1.5.4南瓜汁在加工贮存中存在的问题
由于天然果蔬提取的果蔬汁饮料与兑制的果味饮料不同[7]。
天然的南瓜汁饮料为混浊汁,在贮存过程中,由于外界环境以及饮料中各组分间的相互作用,很容易出现色泽变化、分层、絮凝等现象。
总的来说,影响南瓜汁饮料品质的主要指标为:
色泽和悬浮稳定性。
1.5.4.1色泽稳定性
食品加工中果汁的色泽是主要的质量指标之一。
南瓜汁饮料在加工和贮存中颜色会变浅,其中主要是β-胡萝卜素。
但产生南瓜汁饮料色泽变化的因素除色素外,还包括褐变。
褐变有两类:
酶促褐变及非酶褐变。
据报道,南瓜中缺少诱变褐变作用的酶,故加工中酶促褐变问题较少。
因此,南瓜汁饮料在贮存过程中发生的褐变主要是非酶褐变。
由于南瓜饮料中存在的蛋白质和碳水化合物占有一定比例(分别约为0.4%和4%),估计羰氨反应(即Maillard反应)是南瓜汁饮料贮存过程中色泽变化的主要原因。
而羰氨反应属于非酶褐变。
目前防止非酶褐变的主要方法有:
(1)低温(4℃)贮存果汁。
(2)添加硫醇类物质(如:
谷胱甘肽、L-半胱氨酸、SO2等)。
(3)通过改进加工工艺,改善果汁的组成配比,适当降低还原糖和游离基在果汁中的比例。
(4)提高果汁体系的玻璃化转变温度或增加果汁体系的黏度,降低体系中分子的流动性。
1.5.4.2悬浮稳定性
南瓜饮料是一种复杂的多相体系,它是一种不透明的悬浮体系。
其中除了水相、小分子的糖、氨基酸外,酶法工后还含有未降解完全的果胶、纤维素等大分子物质。
南瓜汁饮料在贮存中出现最显著的现象是沉淀。
引起沉淀的原因是多方面的。
一般有生物原因、化学原因和物理原因。
生物原因是指饮料在贮存中,由于微生物存在引起的沉淀与败坏。
这种沉淀90%以上是由酵母菌引起的,其它是霉菌[8]。
化学原因主要是指饮料中分子间相互作用,产生聚集、絮凝和沉淀。
由于南瓜原料中的果胶、蛋白质、淀粉等大分子物质在加工过程中没有完全降解,残留在南瓜汁成品中,形成浑浊的胶体体系。
果胶是一种高分子聚合物,果胶分子之间可通过氢键形成结合区,从而聚集成网络结构来包裹微小的果蔬组织碎屑与带正电荷的蛋白质或蛋白质-单宁复合物形成负电荷的胶体微粒,受温度、颗粒大小和表面电荷的影响,随时间推移,胶体微粒渐渐结合在一起而变大,从而聚沉下来。
另外果胶经酶降解后生成的长链果胶酸与Ca2+等二价阳离子形成不溶性果胶酸盐。
这些化学变化都会引起沉淀产生。
由悬浮颗粒自身的重力沉降引起的沉淀称为物理原因。
南瓜制饮料加工中,经过离心、均质等工序,大颗粒基本上被除去,但并不排除其中仍混有悬浮颗粒,如纤维素、蛋白质、果胶等。
根据理论,可以通过:
1)除去粗大悬浮颗粒,降低固体颗粒含量;
2)降低果汁中的颗粒粒径;
3)提高果汁的液相黏度;
4)降低悬浮颗粒的密度;
5)提高果汁的液相密度等方法来减慢饮料体系中颗粒的沉降速度,从而改善产品的悬浮稳定性。
2材料和方法
2.1实验材料
新鲜南瓜市售,充分成熟,无病虫害,无霉烂。
纤维素酶无锡市酶制剂厂
果胶酶河南仰韶
中性蛋白酶无锡市酶制剂厂
羧甲基纤维素钠(CMC-Na)广州市化学试剂玻璃仪器批发部进口分装
海藻酸钠上海化学试剂公司生产
黄原胶江苏金湖黄原胶长生产
果胶三泰食品工业有限公司
IMO900低聚异麦芽糖山东保龄宝生物技术有限公司
柠檬酸国产
LJ3192草莓香精杭州绿晶香料有限公司
TN382蛋黄江苏天宁香精香料有限公司
2.2实验仪器与设备
HRT638破碎机珠海市飞力浦家庭电器有限公司
HWS20恒温水浴锅余姚市金电仪表有限公司
H001-02立式胶体磨温州市一洲机械有限公司
高压均质机上海申鹿均质机有限公司
WZS-I84173阿贝折射仪上海
微电脑电磁炉广东容声电器股份有限公司
自动电位滴定仪进口
YX280B手提式不锈钢蒸汽消毒器上海三申医疗器械有限公司
WMK-08电热恒温鼓风干燥箱山东潍坊医疗器械厂
AR2130精密电子天平奥豪斯(上海)公司
TDL-60B台式低速大容量离心机上海安亭科学仪器厂
2.3实验方法
2.3.1工艺流程
鲜南瓜→清洗→去皮去籽→切片→热烫→打浆→胶体磨→酶解→灭酶→调pH值至6.5-7→离心→添加添加剂→均质→脱气→罐装→杀菌→冷却
2.3.2工艺要点
2.3.2.1原料选择:
选择瓜肉厚、色泽橙黄,无病虫害,充分成熟的南瓜。
2.3.2.2原料预处理:
南瓜经清洗、去皮、分切去瓤后,切成2cm*2cm小块。
2.3.2.3预煮、打浆:
预煮温度100℃,时间50min,随后用HRT638破碎机打制成浆。
2.3.2.4酶处理:
将用胶体磨均质的南瓜浆液pH值调到6.2,加入0.4%的复合酶(果胶酶、纤维素酶、中性蛋白酶),在50℃条件下处理5小时,然后离心除渣。
2.3.2.5配料:
南瓜汁、低聚异麦芽糖、蛋黄、草莓香精、复合稳定剂等以一定的比例配合而成。
2.3.2.6均质:
高压均质采用25Mpa,时间15min。
2.3.2.7罐装:
每瓶装250-300ml液体,将玻璃瓶口拧紧。
2.3.2.8杀菌:
高温杀菌。
用手提式不锈钢蒸汽消毒器灭菌,压力在0.1Mpa左右,温度115-121℃之间,灭菌15min。
2.4测定方法
2.4.1可溶性固形物含量:
用阿贝折射仪测定(%)
2.4.2pH值的测定:
用自动电位滴定仪测定
3结果与分析
3.1比较南瓜在先热烫后打浆和先打浆后热烫两种情况下酶解的不同结果。
3.1.1果胶酶在两种情况下酶解
由于果胶酶的最适作用温度为40-50℃,最适pH值为3.5-4.0。
所以取0.2%的果胶酶量在50℃,pH值为3.8的条件下酶解南瓜浆,5小时后得到结果如下表:
表3.1果胶酶在两种条件下作用结果
可溶性固形物含量(%)
离心后残渣(g)
先打浆后热烫
3.89
3.847
先热烫后打浆
4.49
3.194
3.1.2纤维素酶在两种情况下的酶解
纤维素酶的最适作用温度为50-60℃,最适pH值作用范围是4.5-5.5。
用0.2%的酶量,在50℃,pH值为5的条件下酶解南瓜浆5h后得到的结果如下表:
表3.2纤维素酶(0.2%)在两种条件下的酶解结果
残渣(g)
4.03
3.578
4.69
2.740
3.1.3中性蛋白酶在两种条件下的酶解
中性蛋白酶的适宜作用温度为65℃,适宜pH值为6.2左右。
用0.2%的酶量酶解南瓜浆5h后得到的结果如下表:
表3.3中性蛋白酶(0.2%)在两种条件下的酶解结果
4.63
5.135
4.718
3.1.4结论
先打浆后热烫的南瓜浆颗粒较大,黏度低,颜色较浅;
而先热烫后打浆的南瓜浆颗粒小,较稠,浆的颜色较深。
通过三种酶的酶解结果可得:
先热烫后打浆的南瓜浆酶解的效果好,而且经过三天后观察果胶酶、纤维素酶两种酶酶解得到的饮料中只有少量絮状物,中性蛋白酶酶解的饮料透明无沉淀。
说明酶解时加入中性蛋白酶有利于饮料的稳定性。
而后种条件下各种酶得到的饮料都有较多沉淀。
3.2不同酶量的酶解
通过各种酶的不同加酶量得到的结果比较,得到复合酶的最佳比例。
3.2.1不同果胶酶量作用结果的比较
由于南瓜浆的黏度大,果胶含量较高,用酶时果胶酶是必不可少的。
所以取果胶酶量为0.2%、0.3%、0.4%,在pH值为3.8酶解先热烫后打浆的南瓜浆5h后比较结果如表3.4。
表3.4不同果胶酶量酶解结果
酶量
0.2%
0.3%
3.021
0.4%
4.51
2.909
由上表可知,加0.3%与0.4%的酶量酶解得到的结果相差不大,故再添加纤维素酶比较结果。
3.2.2不同果胶酶量与纤维素酶量共同作用结果比较
以0.3%与0.4%的果胶酶分别与0.2%,0.3%,0.4%的纤维素酶在pH值为5,温度为50℃下共同酶解南瓜浆5h后,结果如表3.5。
表3.5不同果胶酶与纤维素酶量共同作用结果
0.3%果胶酶+0.2%纤维素酶
5.29
3.411
0.3%果胶酶+0.3%纤维素酶
5.09
3.343
0.3%果胶酶+0.4%纤维素酶
5.0
3.408
0.4%果胶酶+0.2%纤维素酶
4.16
2.724
0.4%果胶酶+0.3%纤维素酶
4.83
3.337
0.4%果胶酶+0.4%纤维素酶
4.96
2.681
通过上表结果比较可得:
果胶酶与纤维素酶复合酶的比例为1:
1,而0.4%的酶量效果比较好。
3.2.30.4%的复合酶与不同中性蛋白酶量共同作用结果比较
由于中性蛋白酶的加入有利于饮料的稳定性,所以加入一定量的中性蛋白酶是必要的。
用0.4%的复合酶(果胶酶:
纤维素酶=1:
1)与0.2%,0.3%,0.4%的中性蛋白酶量在温度为50℃,pH值为6.2的条件下;
共同作用5h后,比较结果如表3.6。
表3.60.4%的复合酶和不同中性蛋白酶量作用结果
0.4%复合酶+0.2%中性蛋白酶
4.14
2.375
0.4%复合酶+0.3%中性蛋白酶
4.34
2.210
0.4%复合酶+0.4%中性蛋白酶
5.07
2.148
由上表可知,复合酶的最适比例为1:
1:
1。
3.3最适工艺条件确定
在南瓜浆的整个酶解过程中,不仅仅有加酶量一个因素影响实验的结果,还有如pH值、温度、酶解时间也影响实验结果。
用50g南瓜原料,与水比例为1:
3,作正交试验。
试验的因素水平表如表3.7。
表3.7正交试验的因素水平表
水平
因素
1
2
3
A酶量(*10-4)
30
40
50
BpH值
6.2
5.7
6.7
C温度(℃)
60
D时间(h)
4
5
实验的方案和结果如表3.8。
表3.8正交试验方案和结果
编号
A
B
C
D
可溶性固形物(%)
综合评分
3.53
0.65
176.7
3.73
0.854
179.12
1.345
169.75
4.2
0.935
188.79
3.6
1.287
171.89
6
0.648
181.18
7
3.87
1.583
174.95
8
4.26
1.244
187.04
9
3.93
1.114
180.98
K1
525.57
540.44
544.92
529.57
K2
541.86
538.05
548.89
535.25
K3
542.97
531.91
516.59
545.58
k1
175.19
180.15
181.64
176.52
k2
180.62
179.35
182.96
178.42
k3
180.99
177.3
172.2
181.86
R
17.4
8.53
32.3
16.01
因素主次
C›A›D›B
由结果知;
第四组实验得分最高,是最好的工艺条件:
复合酶的加入量为0.4%,在50℃,pH值为6.2的条件下酶解5h。
3.4稳定剂的选择
为维持浑浊南瓜汁饮料的体系稳定性,本试验选择了几种饮料生产中常用的增稠剂(果胶,CMC-Na、黄原胶、海藻酸钠),添加到南瓜汁中,观察乳化效果及沉降情况(见表3.9)。
表3.9增稠剂的使用情况
增稠剂
添加量(g/Kg)
黏度(MP*S)
观察结果
果胶
1.5
43.0
分层
CMC-Na
1.2
8.15
分层明显
黄原胶
65.7
体系较均匀,少量沉淀
海藻酸钠
10.0
体系均匀,少量沉淀
果胶+黄原胶
0.8+0.8
89.0
体系均匀,不分层
果胶+海藻酸钠
33.7
瓶底有沉淀
黄原胶+海藻酸钠
46.0
果胶+黄原胶+海藻酸钠
0.5+0.5+0.5
50.2
g(Pg-Pf)*dP2
cm*S-1
根据斯托克斯定理[9]:
18Vf
V0=
果肉颗粒沉降速度(V0)与果粒直径(dp)的平方及颗粒密度和流体密度之差(Pg-Pf)成正比,而与流体的黏度成反比。
因此欲使果肉颗粒沉降速度趋近于零,首先在非自然成型时,果肉有足够的细度;
其次要减小果粒与流体的密度差;
第三;
要增大流体的黏度[9,10,11]。
在不影响饮料风味色泽的前提下,加入增稠剂可以改善饮料的物理性质,增加其黏度和稳定性,并赋予饮料粘滑适宜的口感。
本实验结果表明,四种增稠剂不宜单一使用,而采用果胶和黄原胶复配有协同增效作用,南瓜汁黏度较大,放置三个月无明显分层现象,增稠效果最佳。
3.5南瓜汁饮料口味调节
本实验调制的是低聚糖南瓜饮料,是以低聚异麦芽糖替代原有果肉型南瓜汁中的白砂糖,是一种新型低热有活化肠道内双歧杆菌并促进其生长繁殖等。
具有南瓜的药理特性和低热值双重功效的保健饮料。
南瓜饮料中加6%、8%、10%的低聚异麦芽糖,加8%、10%的饮料甜度太大。
添加0.08%、0.16%、0.24%的柠檬酸,加0.16%的饮料酸度适合。
最后添加0.5%的草莓香精和蛋黄,使口味香甜。
4南瓜饮料的产品检测指标
4.1感官指标
呈橙黄色,具有南瓜特有风味,细腻、流动性好、不分层、酸甜适口。
4.2理化指标
可溶性固形物含量8.0%,总酸(以柠檬酸计)1.6g/L,pH值3.8。
4.3卫生指标
大肠杆菌和致病菌不得检出。
5结论
5.1南瓜原料在先热烫后打浆的条件下的出汁率高,效果好。
5.2复合酶的最适比例为:
果胶酶:
纤维素酶:
中性蛋白酶=1:
1,加入量为0.4%,反应条件:
50,pH值为6.2,酶解5h。
影响反应的因素主次为:
温度›酶量›时间›pH值
5.3稳定剂选果胶和黄原胶复合使用,用量为1.6g/Kg,比例为1:
5.4南瓜汁饮料中调味剂:
0.6%的低聚异麦芽糖,柠檬酸1.6g/L,0.05%的草莓香精和蛋黄。
PH值为3.8。
5.5南瓜汁饮料中用低聚异麦芽糖代替白砂糖,生产低糖型南瓜果肉汁饮料,利用南瓜及低聚异麦芽糖的双重功效,使其具有极高的营养保健功能,热量低符合当今健康的生活标准,对当前饮料市场具有广阔的发展前景。
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