柑橘類果汁脫苦技術(shù)綜述

食品導(dǎo)論（綜述）題目柑橘類果汁脫苦技術(shù)綜述1010314315學(xué)號(hào)學(xué)生姓名1010314315學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師岳翠益王海鷗教授佟婷婷助教二0一四年十二月柑橘類果汁脫苦技術(shù)綜述摘要：果汁及果汁飲料已成為人們膳食結(jié)構(gòu)中越來越重要的一個(gè)組成部分。柚皮苷和類檸檬苦素是柑橘類果汁的主要苦味物質(zhì)，其存在明顯影響了柑橘類果汁的品質(zhì)⑴。本文對(duì)柑橘類果汁致苦原因和脫苦方法進(jìn)行綜述。關(guān)鍵詞：柑橘類果汁；柚皮苷；類檸檬苦素；脫苦1刖言柑橘類水果包括橘、柑、柚、檸檬、橙等。柑橘是世界性大宗水果，約占世界水果總產(chǎn)量的15%。近年來，中國柑橘發(fā)展迅速.種植規(guī)模不斷擴(kuò)大，總產(chǎn)量穩(wěn)步提升，2008年達(dá)2331萬t，首次超過巴兩成為世界第一大柑橘生產(chǎn)國111。但是，我國柑橘加工產(chǎn)業(yè)還不發(fā)達(dá)，加工柑橘比例還不到總產(chǎn)量的5%tn。大量的柑橘只能以鮮果形式消費(fèi)。因而柑橘類水果鱗銷壓力較大。開展柑橘類水果深加工，一方面可以緩解鮮銷的壓力，另一方面可延長產(chǎn)業(yè)鏈.增加產(chǎn)品的附加值。然而，許多柑橘果實(shí)及其產(chǎn)品的苦味、加熱變味等問題嚴(yán)重限制著柑檑加工幢的發(fā)展。許多柑橘類果汁在長期貯藏和熱處理過程中會(huì)產(chǎn)生令人難以接受的苦味，而鮮食或取汁后及時(shí)飲用就沒有這種苦味。這種經(jīng)加工后呈現(xiàn)強(qiáng)烈苦味的現(xiàn)象就是人們通常所說的“后苦味”或“延遲苦味”（DelayedBitterness）現(xiàn)象閉?！昂罂辔丁贝蟠蠼档土烁涕兕惞目诟?，增大了加工生產(chǎn)的難度［1］。果汁中苦味的保持是產(chǎn)品特有風(fēng)味必不可少的，但苦味過強(qiáng)就會(huì)影響產(chǎn)品的品質(zhì)和銷售，因此對(duì)柑橘果汁進(jìn)行脫苦是必要的，脫苦方法的研究也成為柑橘加工研究者們的重要課題⑵。2果汁中的苦味物質(zhì)引起苦味的物質(zhì)主要來自兩大類不同的植物化學(xué)家族：類黃酮（以柚皮苷為主）和類檸檬苦素（以檸檬苦素為主）［3］。柚皮苷（結(jié)構(gòu)如下圖1）是一種黃酮類化合物，帶有強(qiáng)烈的苦味，在水中的苦味閥值為20mg/kg。它的溶解度隨糖含量的增加而升高，又隨PH的升高而降低。柚皮苷再過是各個(gè)部分的含量是有差別的，以白皮層中的含量最高；柑橘類果汁中具有強(qiáng)烈苦味的類檸檬苦素（其結(jié)構(gòu)如下圖2）有檸堿、諾米琳、宜昌素、和諾米林酸4種，通常情況下檸檬堿是最重要的苦味源，諾米林次之，而宜昌素和諾米林酸因其含量較低而作用不明顯⑷。檸堿在水溶液中的苦味閥值約為1mg/kg，比柚皮苷要苦20倍。雖然在柑橘果實(shí)中檸檬苦素的含量極少，但由于其中存在檸堿的前體檸檬苦素A-環(huán)內(nèi)酯（簡稱LARL），榨汁時(shí)，LARL從果汁中溶出，在酸性條件下LARL轉(zhuǎn)化為類檸檬苦素，這就是榨汁前不苦的果汁榨汁后慢慢變苦的原因，這種現(xiàn)象被稱為“后苦味”，原理如下圖3［2］。據(jù)研究，類檸檬苦素的后苦味現(xiàn)象會(huì)由于柑橘中存在的檸檬苦素D-環(huán)內(nèi)酯水解酶而得以加強(qiáng)，這一現(xiàn)象在冬季收獲的臍橙等柑橘中尤其突出，在收獲期的早期和中期收獲的果實(shí)在榨汁是經(jīng)常會(huì)發(fā)生后苦味現(xiàn)象，而在成熟果實(shí)中沒有此現(xiàn)象⑷。

圖1柚皮昔結(jié)構(gòu)式Fig.1Naringinstructure圖2檸堿結(jié)構(gòu)簡式Fig.2Limoninstructure檸禳苦素A-環(huán)內(nèi)酯（無味） 檸檬苦素（苦味）圖3 檸檬苦素類似物引起柑橘苦味的發(fā)生機(jī)理Fig.3BittercausedbytheoccurrencemechanismofLimonin3柑橘果汁脫苦方法

3.1代謝脫苦［1］人們很早就發(fā)現(xiàn)用晚期采收的柑橘榨出的果汁要比用采收早期的柑橘榨出的果汁苦味要小，受這一現(xiàn)象的啟發(fā)，人們紛紛通過各種方法來加速柑橘苦味物質(zhì)的代謝［1］。在采收前，用三乙胺的衍生物處理柑橘樹體或完整果實(shí)能明顯降低果實(shí)及葉片中檸堿的含量。據(jù)報(bào)道，用2-(4-乙苯氧基)三乙銨和2-(3,4-二甲苯氧基)三乙銨能明顯抑制幼齡檸檬葉中檸堿酸鹽A一環(huán)內(nèi)酯的生物合成，從而限制了檸堿的生成。實(shí)驗(yàn)證明，用250mg/kg的2-(4-乙苯氧基)三乙胺和250mg/kg的2-(3,4-二甲苯氧基)三乙胺噴灑臍橙樹林，可使果實(shí)中檸堿酸鹽A一環(huán)內(nèi)酯的含量減少50%［5］。在果實(shí)采收后，采用乙烯利浸果的方法加速苦味物質(zhì)代謝的方法也能減輕果汁中的苦味。早在1973年，Maier等就報(bào)告了采用乙烯利浸果至少可使原含量為24.3mg/kg的檸堿降低50%；20mg/kg乙烯處理3h使此含量的檸堿降低57%。徐仲偉等用2000mg/kg乙烯利浸錦橙60min，然后置于室溫下(平均溫度15°C)用薄膜蓋封，發(fā)現(xiàn)5d后能降低柑橘汁內(nèi)44.9%的檸堿苦味，而對(duì)于柚皮苷苦味影響很小。這主要是由于乙烯利處理并未對(duì)汁內(nèi)柚皮苷產(chǎn)生本質(zhì)上的影響，而對(duì)于檸堿苦味來說，乙烯利處理能加速柑桔果實(shí)內(nèi)檸堿類似物的代謝而不影響柑橘果實(shí)的風(fēng)味。但是，用乙烯利浸果若濃度控制不當(dāng)，會(huì)有爛果現(xiàn)象發(fā)生⑹。綜上所述，利用代謝脫苦的方法可以使苦味物質(zhì)的量減少一半左右，且對(duì)果汁的品質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生較大影響，可以較好地對(duì)果汁進(jìn)行脫苦⑵。3.2酶法脫苦［1］作用于類檸檬苦素的脫苦酶主要有：檸檬苦素環(huán)氧酶、檸檬苦素脫氫酶、檸檬苦醇脫氫酶、反式消除酶(Transeliminase)、乙酰基裂解酶(Acetyl-lyase)等［7］，酶解作用過程如下圖4［7］，有三種作用途徑。柚皮苷酶則可以減少柑橘制品中的柚皮苷含量，它由a-鼠李糖苷酶和B-葡萄糖苷酶組成⑻，作用過程如下圖5［9］。脫富檸株苦酸.4環(huán)內(nèi)能(1脫富檸株苦酸.4環(huán)內(nèi)能(17-dehydro-JiTnonoate-A-ringlactone)檸株莒醇(］】竺頑ckhydm簧naw)擰檬苦素(dehydrogenase)(limonol) (Limonin) —擰檬苦素環(huán)氧酶 v(limoninepoxidase)I脫氧檸檬苦素(DecxyliiTiimin)脫氧檸檬苫素水解酶(Deoxyiimoninhydi'olase)I脫氧檸檬苦酸(Deoxyhmunoale)脫軾A環(huán)檸檬苦酸，(Deoxylimonuate-A-ring)I療檬￡酸(Limonoale)圖4檸檬苦素在酶作用下的轉(zhuǎn)化途徑Fig.4Biologicalpathwayoflimoninundertheactionofenzymes

OHNarin^iH胃3七rhaiMpgi如cOHNarin^iH7 .^^-D-^Incasidasc圖5柚皮昔在柚昔酶作用下的水解示意圖

Fig.5Hydrolysisofnaringinbynaringinase3.3基因工程脫苦在生產(chǎn)中所使用的柚皮昔酶是由a-L-鼠李糖昔酶和B-D-葡萄糖昔酶組成的混合酶制劑。這就有可能因?yàn)槟骋环N酶活力的下降或喪失而造成整個(gè)酶制劑活力的下降或失。研究表明，a-L-鼠李糖昔酶和B—D—葡萄糖昔酶對(duì)底物的水解速度并不相同，前者比后者具有更高的水解速度。因此，若能將兩種酶加以分離分別使用。將會(huì)更經(jīng)濟(jì)更有效地使用酶制劑和便于工業(yè)化生產(chǎn)。2000年Ivorlov等將a-L-鼠李糖昔酶編碼的基因進(jìn)行克隆并導(dǎo)入埃希氏大腸桿菌(Escherichiacoli)中，該基因在埃希氏大腸桿菌中成功進(jìn)行表達(dá)［1。］。由于柚皮昔酶能在不影響柑橘果汁品質(zhì)的情況下較好地去除苦味。且酶法脫苦具有操作簡單、脫苦條件溫和、脫苦效率高、便于應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，受到廣大柑橘類果汁生產(chǎn)廠家的青睞。因此，基因工程脫苦的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向［1］。3.4吸附脫苦吸附脫苦是采用吸附劑選擇性地吸附除去果汁中的苦味成分而達(dá)到脫苦的目的⑵。為了充分發(fā)揮吸附功能，選擇吸附劑時(shí)必須具備比表面積大，與苦味物質(zhì)分子具有較強(qiáng)的親和力，吸附劑表面孔徑的大小必須適合其顆粒表面的多孔性結(jié)構(gòu)，對(duì)苦味物質(zhì)的吸附必須符合這4個(gè)特點(diǎn)。目前采用的吸附劑主要有活性炭、活化硅酸鎂、硅膠、醋酸纖維、木質(zhì)吸附劑、吸附樹脂等。各種吸附劑對(duì)不同成分的吸附能力不同。在國內(nèi)，利用吸附法去除柑橘汁中苦味物質(zhì)進(jìn)行的研究旨在挑選優(yōu)良的國產(chǎn)樹脂［2］。陳靜等用大孔吸附樹脂Y7對(duì)檸堿進(jìn)行脫除，發(fā)現(xiàn)樹脂吸附的最佳工藝條件為：流速0.75mL/min、洗脫溫度20°C，洗脫液為80%乙醇水溶液uh。邢建榮等利用HZ樹脂對(duì)胡柚汁進(jìn)行脫苦，當(dāng)樹脂用量為果汁質(zhì)量的10%，40C處理2.5min，能脫除64.6%的柚皮昔和76.7%的檸堿且營養(yǎng)成分的損失很?。?2］。鄭亞鳳等采用LX一900樹脂，在保持葡萄柚原汁pH下，樹脂添加量為2%，溫度為1O°C,脫苦時(shí)間為60min時(shí)，葡萄柚果汁脫苦率達(dá)48.05%，能保證良好的風(fēng)味特征［3］。3.5固定化脫苦3.5.1曲霉屬柚昔酶固定國外許多學(xué)者對(duì)曲霉屬柚昔酶的固定化進(jìn)行過研究：Goldstein等將其固定在苯乙烯和馬來酸昔共聚物上水解柚皮首；Ono等將其固定在氨基單寧酸纖維素上用于柑橘汁脫苫；Olson等將酶固定于中空纖維上脫除柑橘汁中的柚皮首；Tsen將柚昔酶用戊二醛和硼氫酸鈉固定在甲殼素上對(duì)果汁進(jìn)行脫苦，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)固定化后酶沒有活性，且葡萄糖、果糖和鼠李糖對(duì)游離酶和固定化酶都有抑制作用，不同果汁和固定化系統(tǒng)都會(huì)影響酶制劑的穩(wěn)定性；Busto等將來源于黑曲霉2088的柚昔酶固定在聚乙烯醇上，得到了具有活性的凝膠，聚乙烯醇凝膠能包埋95%?108%的柚昔酶，在最適條件下：8%(m/V)PVA，pH7，酶的承載量為1.6?3.7U/m1，固定化后酶活在pH4.5以上沒有變化，但是最適溫度從60C移到70C，反應(yīng)的活化能％從8.09kJ/mo1降為6.36kJ/mo1，將該固定化酶用于濃縮果汁中水解柚皮昔，連續(xù)使用三次后(20C，24h)酶活降為36%［叭3.5.2青霉屬柚昔酶固定青霉屬柚昔酶具有高活性的a-L-鼠李糖昔酶和低活性的B-D-葡萄糖昔酶的特征，Tsen等將青霉屬柚昔酶固定在三醋酸纖維素上進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)固定化酶的％值比游離酶高；將該固定化酶用于橙汁中柚皮昔的水解，結(jié)果顯示它能同時(shí)水解檸檬苦素，且對(duì)果汁的糖含量、總有機(jī)酸和渾濁體系沒有影響，而且，酶柱用溫水清洗后可重新使用；Puri等將柚昔酶用海藻酸鹽包埋用于果汁脫苦，經(jīng)過對(duì)各種海藻酸鹽載體實(shí)驗(yàn)表明，2%海藻酸鈉是最好的載體，固定化酶的pH值和熱穩(wěn)定性均比游離酶變寬，更適宜不同果汁的脫苦［9］。Puri等用戊二醛處理木屑后，通過共價(jià)交聯(lián)法固定青霉屬柚昔酶來提高酶的催化活性，固定化率為120%，固定化酶的pH值比游離酶低，熱穩(wěn)定性也有很大的提高。將固定化酶儲(chǔ)存在4C條件下，在最適條件下，水解柚皮昔標(biāo)準(zhǔn)液，連續(xù)使用7次酶的活性沒有降低，可脫除柑橘果汁中76%的苦味⑼。酶用簡單的吸附法固定在硅藻十上后，隨著酶濃度提高到0.2mg/m1，水解度直線上升，達(dá)到82%的水解率，酶活回收率為83%，固定化酶連續(xù)使用5次，在使用3次后，酶活性基本不變。Russ。等在醋酸鹽緩沖體系(pH4.0)中，用不同濃度的戊二醛通過選擇吸附和共價(jià)鍵結(jié)合法固定柚昔酶，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)游離酶和固定化酶的酶活、Km和七進(jìn)行了測試［9］。3.5.3生物轉(zhuǎn)化的類檸檬苦素的酶的細(xì)胞化固定適用于類檸檬苦素生物轉(zhuǎn)化的酶在實(shí)際應(yīng)用中，因果汁低pH值而失活，以及因高成本而很大程度上受限于工業(yè)生產(chǎn)。利用固定化細(xì)胞脫苦技術(shù)，不僅可省去復(fù)雜的酶分離提純步驟，保持胞內(nèi)酶的穩(wěn)定性，還可連續(xù)培養(yǎng)復(fù)壯使用［7］。固定化細(xì)胞常用菌有假單胞菌、束紅球菌、球形節(jié)桿菌、球形節(jié)桿菌11等，其固定化5 柑桔精深加工及綜合利用技術(shù)可行性研究報(bào)告 材料的選擇也非常重要。Iborra等將束紅球菌的細(xì)胞固定在k-角叉藻聚糖上，可脫除大約60%的檸檬苦素；Hasegawa等還將厭氧棒狀桿菌固定在丙烯酰胺上，用含有20~50mg/kg的諾米林柑橘汁一次通過便可完全脫除，該系統(tǒng)連續(xù)使用15次后仍然有效。羅自生等將醋酸桿菌于固定化細(xì)胞生物反應(yīng)器中，以流速2mL/min處理柑橘汁，檸檬苦素脫苦率達(dá)58.3%，該反應(yīng)器每次處理柑橘汁120mL，可連續(xù)使用11次，脫苦率仍可達(dá)到51.08%°Vaks和Lifshitz從土壤中分離出鮑曼不動(dòng)桿菌，將該菌裝入滲透性囊袋，置于高檸檬苦素果汁中2h，檸檬苦素含量降低了50%，而果汁中其他營養(yǎng)成分沒有損失⑺。固定化細(xì)胞利用的菌株中惡臭假單胞菌仔7的檸檬苦素生物轉(zhuǎn)化能力也被證實(shí)。惡臭假單胞菌菌株是公認(rèn)的一種卓越的營養(yǎng)機(jī)會(huì)主義和范式代謝多功能的微生物，能利用檸檬苦素進(jìn)行代謝。Chatterjee和Bhattacharaya也報(bào)道稱，惡臭假單胞菌MTCC1072可分解代謝單萜檸檬烯為非苦衍生物紫蘇醇和反式-對(duì)薄荷-6-烯-2,8-二醇⑺。然而，固定化細(xì)胞由于細(xì)胞膜對(duì)基質(zhì)和產(chǎn)物的滲透性屏障會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率較低°Kondo等人提出減少滲透性屏障以提高固定化細(xì)胞催化的有效性。已驗(yàn)證了可通過使用有機(jī)溶劑、清潔劑、鹽、酶、化學(xué)品和電脈沖的方法來增加細(xì)胞通透性。透化作用簡化了細(xì)胞的通透性屏障，使物質(zhì)穿過細(xì)胞膜的自由流動(dòng)過程變得更加容易。這樣微生物細(xì)胞保留其內(nèi)在的組織及必要的幾種輔助酶的因子而發(fā)揮作用［7］。4展望在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)注意2種甚至多種脫苦方法結(jié)合使用，提高脫苦效率，降低脫苦成本。相信隨著各學(xué)科的發(fā)展，各種脫苦方法也會(huì)越來越完善，能逐漸解決制約柑橘類水果深加工的問題。參考文獻(xiàn)［1］ 許少丹，謝靖.柑橘類果汁脫苦技術(shù)研究進(jìn)展