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国内江蓠提取琼胶加工工艺的研究进展



全 文 :广西轻工业
GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY
2010年 9月
第 9期(总第 142期) 食品与生物
【作者简介】吴湛霞(1967- ),女,广西防城人,化学实验师。
江蓠是大型底栖海藻,江蓠属隶属于红藻门(Rhodophy-
ta)、真红藻纲(Florideae)、杉藻目(Gigartinales)、江蓠科
(Gracilariac- eae)。全世界江蓠约 100多种,根据鉴定目前在
我国有自然分布的约 30种,遍及从北到南的广阔海域[1]。常见
的种类有真江蓠、龙须菜、细基江蓠、粗江蓠、扁江蓠、脆江蓠和
凤尾菜等。
琼胶是一种从红藻类海藻中提取的天然多糖胶体,结构上
是由(1- 3)-β- D- 半乳糖和(1- 4)- 3、6- 内醚 -α- L- 半乳
糖等组成的链状聚合物。琼胶、卡拉胶和褐藻胶是目前世界上
用途最广泛的三大海藻胶,琼胶具有优良的凝胶、增稠和稳定
性能,可用作增稠剂、凝固剂、悬浮剂、乳化剂、稳定剂、保鲜剂、
粘合剂、生物培养基和微生物载体,广泛应用于食品、日用化
工、轻工、医药等领域中。琼胶本身属于海洋天然多糖物质,含
有人体必需的十多种有益的矿物质元素、多糖和膳食纤维,低
热量,具有排毒养颜和降血糖等许多保健效果,是很好的保健
食品原料。此外,琼胶还可以进一步制成琼胶糖,它是很好的免
疫扩散的介质,在临床诊断、生物化学、微生物学、免疫学的分
析和研究上应用很广。
目前世界上琼胶生产的主要原料是石花菜属(Gelidium)、
江蓠属(Gracilaria)等红藻。由于江蓠具有藻体大、适应性强、
生长快等优点,我国近年来加大了江蓠养殖业发展,使江蓠产
量大大提高,如今在我国江蓠成为了提取琼胶的主要原料。
随着科技的发展,琼胶及其衍生物在食品、医学、生物工程
等研究领域的应用不断扩大,高品质琼胶的需求量大大提高。
如何提高琼胶质量、降低生产成本、提高企业经济效益成了许
多科研工作者研究的课题,他们在探索江蓠的碱处理、漂白和
提胶的新工艺条件方面做了大量研究。本文仅就国内江蓠提取
琼胶的有关工艺技术研究做简要综述。
1 江蓠提取琼胶的加工工艺
采用江蓠为原料提取琼胶,由于江蓠琼胶分子中硫酸基、
丙酮酸等基团含量高,天然江蓠琼胶凝胶性能差,必须通过化
学改性去除半脂式硫酸基、丙酮酸等,即要通过碱处理;此外江
蓠藻体较硬,且藻体颜色深,必须通过酸化漂白处理才易提胶。
碱处理虽然可去除硫酸基等阻碍凝胶形成的因素,提高凝胶性
能,但控制不好易造成琼胶分子降解,使琼胶强度降低。此外,
江蓠藻的种类,生长环境、季节、产地和养殖方法都会影响到藻
体琼胶的含量,琼胶的结构及性能。因此,江蓠琼胶生产工艺复
杂,影响琼胶质量和出胶率的因素多,工艺条件控制不当,就生
产不出优质的琼胶产品[2]。
国内通用的江蓠提取琼胶工艺流程是:江蓠藻预处理→碱
处理→酸化→漂白→清洗→浸泡→加热提胶→过滤→冷凝→
产品。
2 碱法提胶工艺
赵谋明[2- 9]在九十年代对传统的江蓠提取琼胶工艺中所涉
及的反应机理,流程中各工艺对江蓠琼胶的化学成分、出胶率、
产品质量等方面的影响,流程中各工艺的最佳工艺条件等方面
做了大量的研究工作。在研究过程中,对江蓠提取琼胶的工艺
做了许多改进。
2.1 碱处理
赵谋明[3- 5]等总结出了高温稀碱的碱处理法,明确指出相对
较高的碱处理温度和较低的碱浓度适合于“硬质型”含胶量较
低的江篱原料,而相对较低的碱处理温度和较高的碱浓度则适
合于“软质型”含胶量较高的江蓠原料。具体工艺是:对于“硬质
型”江蓠,在 85℃下用 8%的 Na0H溶液处理 2h;而对于“软质
型”江蓠,在 80℃下用 10%的 NaOH溶液处理 2h。只要严格控
制好碱处理条件,高温稀碱法的出胶率、凝胶强度均可达到或
超过浓碱法处理的水平,而且具有碱耗量低、水用量少、环境污
染少的优点,在江蓠琼胶加工业中是一种很有推广应用价值的
技术。
2.2 漂白
赵谋明[6]等对江蓠藻的 NaClO和 H2O2的漂白工艺和机理
进行了深入的研究,发现 NaClO漂白法和 H2O2漂白法均应在
弱碱性条件下进行,然后再酸化,既可达到好的漂白效果和容
易出胶的目的,又能避免琼胶分子在漂白过程中分子结构的破
坏,得到高强度的琼胶,这样可以协调解决琼胶白度与凝胶强
度之间的矛盾。
2.3 提胶
赵谋明[7]等针对当时常压提胶工艺对设备要求简单,但存
国内江蓠提取琼胶加工工艺的研究进展
吴湛霞,董静静,李思东,张 琳
(广东海洋大学理学院,广东 湛江 524088)
【摘 要】 目前,我国的琼胶生产主要是采用江蓠为原料提取的。对近十几年来国内江蓠提取琼胶的有关工艺技术研究
做了比较全面系统的综述。
【关键词】 江蓠;琼胶;出胶率;凝胶强度
【中图分类号】TS201.2 【文献标识码】 A 【文章编号】 1003- 2673(2010)09-19-02
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(下转第 22页)
在能耗高、耗时长、过滤困难、出胶率低等缺点;而蒸汽压力提
胶工艺出胶率高,对藻体破坏少,易过滤,但对琼胶凝胶强度破
坏大,能耗高的问题,1996年提出了空气压力提胶法。空气压
力提胶法兼备常压提胶法、蒸汽压力提胶法的优点,克服了两
种老工艺的缺点。以广东阳江细基江蓠为原料,采用空气压力
0.80MPa,提胶温度 100℃,加水量为藻体重的 40 倍,时间为
45min的最佳工艺条件。实验结果表明,出胶率为 32.1%,与蒸
汽压力提胶法的出胶率(32.0%)相近,比常压提胶法提高
21.6%,凝胶强度达到 860g/cm2,和常压提胶法(850g/cm2)的
相近,比蒸汽压力提胶法所得琼胶凝胶强度高 19.4%。
3 加助剂的碱法提胶工艺
李来好[10]等尝试了在江蓠提取琼胶的各种工艺中,适当加
入一些添加剂,以减少江蓠琼胶有效成分在生产中受到的破
坏,使产率和产品质量得以提高。他们研究发现,对江蓠进行高
温稀碱处理时,在碱液中添加蒽衍生物,能克服“高温稀碱法”
中胶液流失严重的缺点,使琼脂的产率进一步提高;在对江篱
进行酸化漂白时,采用次氯酸钠及高锰酸钾进行两次漂白,同
时在次氯酸钠漂白时添加氨基磺酸盐,能够得到色白而强度高
的产品。
他们采用“三合一”法,把碱处理、漂白和提胶三大步骤集
中在同一容器中进行操作,完成三大步骤所需时间约 10h。降
低了劳动强度,提高了生产效率。
3.1 碱处理
以广东陆丰细基江蓠为原料,在容器中加入约为江蓠重量
12倍、碱浓度为 3%的碱液,然后加热至所需温度 90士 2℃,加
入蒽衍生物(蒽衍生物添加量以 0.05%为佳),搅拌均匀,再加
入已除杂预处理后的江蓠,恒温处理 120min后,回收碱液,并
将江蓠充分水洗接近中性。
3.2 漂白
用次氯酸钠和盐酸对碱处理后的江蓠藻体进行第 1次漂
白(选择次氯酸钠浓度为 0.1%、漂白液 pH值为 4- 6),在漂白
液中添加氨基磺酸盐(氨基磺酸盐添加量为 0.05%为佳),漂白
液用量为江蓠重的 10倍,漂白时间 15min,排去漂白液,水洗,
再用高锰酸钾和草酸进行第 2次漂白,漂白后将藻体充分水洗
至中性。
3.3 提胶
把已漂洗至中性的江蓠藻体在 0.30MPa 压力下提胶
30min,用水量为江蓠重的 15倍,趁热过滤,滤渣再加水进行
第 2次提胶,时间和用水量均减半,将两次提取的胶液混合,自
然冷却凝固。
4 酶法提胶工艺
邱慧霞[11]等对酶法提胶工艺做了研究,认为江蓠藻的酶处
理最佳提胶工艺条件为:加酶量 140U/g,酶处理时间 1h,提胶
40min。具体操作是:江蓠藻在碱处理后,加入 140U/g纤维素
酶,在温度 48℃和 pH4.5的条件下酶处理 1.5h,然后常温提胶
40min,用活性炭漂白。此方法省去了常用的氧化漂白,改用活
性炭漂白,可大大缩短生产周期和减少环境污染。
5 微波超声波提胶工艺
薛志欣[12]等在 2006年首次采用微波和超声波法对江蓠琼
胶进行了提取,通过与传统方法的比较, 发现用微波和超声波
辅助法可明显提高多糖的提取率和多糖质量分数,降低硫酸基
质量分数,从而提高琼胶产率和琼胶的凝胶强度。
以龙须菜为原料,采用高压锅提取法,在用高压锅提取前,
先用微波炉或超声波清洗器进行微波或超声波处理 15min,比
单纯使用高压锅法可以显著提高龙须菜琼胶的产率(产率增加
1%~6%)。另外,活性实验还表明,微波与超声波辅助法提取的
琼胶具有活性,而其它琼胶样品均不表现活性。
6 其他工艺改进
6.1 降低氯气浓度技术
蔡鹰[13,14]等在研究次氯酸钠漂白江蓠藻工艺中如何解决氯
气浓度偏高问题时,发现在次氯酸钠漂白江蓠藻后再用稀草酸
进行二次酸化处理,可得到高强度的琼胶,同时产品白度和出
胶率也较理想。此方法在保证江蓠漂白效果的前提下,还解决
了企业生产上江蓠漂白中氯气污染的问题,达到了清洁生产的
效果。
以广东湛江细江蓠为原料,其工艺流程为:将碱处理后的
江蓠藻水洗至中性,置于 0.3%HCl溶液中酸化处理 5min,滤去
酸化液,水洗一次,置于含 0.10%有效氯的次氯酸钠溶液中漂
白 10min;滤去 NaClO溶液,用 0.14%草酸溶液处理 5min;再
用 0.08%草酸溶液处理 5min;滤去草酸溶液,水洗至中性后加
热提胶。此方法适宜于高强度琼胶的生产,是一种易于操作,产
品质量相对稳定的漂白方法。
6.2 清洗、浸泡技术
清洗、浸泡是清除漂白后江蓠藻的残留酸化液、漂白液的
工艺。黄家康[15]等针对大部分生产企业所用漂白池及其供排水
达不到快速均匀清洗的要求,根据江蓠漂白的特点和工艺要
求,在 2009年设计了反冲喷淋清洗方法。反冲清洗与直接清洗
方法不同,其冲洗方法如下:池面通过喷淋装置,向整个池面的
江蓠均匀喷水,池底部及四周布满孔径的隔板与池底保持
10cm的距离,反冲清洗水从底部压入,经池四周布满孔径的隔
板排出,通过这样的设计,可以达到加水均匀和排水迅速的效
果,解决了漂白池底部江蓠清洗不及时和排水后仍然受到酸、
漂白液浸泡而受到伤害的问题。设计总加水速度为 10升 /秒,
其中上层喷淋速度 3升 /秒,反冲速度 7升 /秒左右。
6.3 海水替代淡水技术
在江蓠提取琼胶的整个工艺流程中要用到大量的水来进
行江蓠藻的冲洗、浸泡,消耗大量的淡水。蔡鹰[16]等用海水替代
淡水进行江蓠加工生产的研究,实验结果表明,通过 pH控制,
使海水的 pH=6.0~6.5,海水完全可以用于江蓠的加工生产。在
生产过程中,只有在江蓠漂白后使用淡水浸泡,以免将海水富
含的钠、钙、镁等各种杂质带入提胶环节,影响产品质量之外,
其他环节都可以用海水代替淡水,替代率高达 73 %。
7 小结
在国内众多的江蓠提取琼胶的工艺改进和新工艺条件的
20
(上接第 20页)
研究中,除了赵谋明对江蓠提取琼胶工艺各工序做了较为全面
的研究外,其他研究人员都是在个别工艺上做一些小改变,这
些研究没能使江蓠琼胶在品质上有很大的飞跃性突破。
另外,由于影响江蓠琼胶产量、质量的因素很多,不同品种
的江蓠藻、不同海域的江蓠藻、不同季节采摘的江蓠藻,其提取
琼胶的工艺有所不同;不同的江蓠藻采用同一种工艺提取出来
的琼胶,产量和质量会差别很大,甚至琼胶的结构组成都不同。
因此现在研究人员研究出来的某一种工艺也仅限于某种类的
江蓠藻,而不能广泛运用于所有品种的江蓠藻。能否有一种新
的江蓠提取琼胶工艺,对所有江蓠藻都适用,而且能有效地提
高琼胶产率,并能在提高江蓠琼胶品质上有大的突破,这还有
待广大研究人员进一步探索研究。
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全,必须在进行风险评估后规定营养成分的最高量、最低量等
要求,使婴幼儿在保证食用安全的同时又满足营养需求。同样,
其他一些特定人群对主辅食品的营养成分也有特殊要求,需要
制定标准。
(4)对与食品安全、营养有关的标签、标识、说明书的要求
食品的标签、标识、说明书中的许多内容都直接或间接地
关系到消费者食用时的安全,如名称、规格、净含量、生产日期;
成分或者配料表;生产者的名称、地址、联系方式;保质期;产品
标准代号;贮存条件;所使用的食品添加剂;生产许可证编号。
这些内容的标示都应当真实准确、通俗易懂、科学合法,需要制
定标准规定统一的要求。
(5)食品生产经营过程中的卫生要求
食品生产经营过程是保证食品安全的重要环节,其中的每
个流程都有一定的卫生要求。例如,餐具、饮具和盛放直接入口
食品的容器,使用前应当洗净、消毒;贮存、运输和装卸食品的
容器、工具和设备应当安全、无害;直接入口的食品应当有小包
装或者使用无毒、清洁的包装材料、餐具;用水应当符合国家规
定的生活饮用水卫生标准;使用的洗涤剂、消毒剂应当对体安
全、无害。这些都需要制定标准统一要求。
(6)与食品安全有关的质量要求
质量要求涉及食品安全的,也属于制定食品安全标准的内
容。
(7)食品检验方法与规程
食品检验方法与规程包括检测或试验的原理、类别、抽样、
取样、操作、精度要求、仪器、设备、检测或试验条件、方法、步骤、
数据计算、结果分析、合格标准及复验规则等方面的统一规定。
(8)其它需要制定为食品安全标准的内容
包括其他没有明确列举,但是涉及食品安全,需要制定标
准的内容。
4 结论
以上各项都是需要制定食品安全标准的内容。尽管我国已
初步建立了相对完备的食品安全标准体系,但是我国的食品安
全标准仍存在着标准总体指标水平偏低,部分标准之间不协
调,重要标准短缺等问题。为适应社会不断提高的食品安全要
求,食品安全标准的制定应当坚持保障公众身份健康的宗旨,
不断提高科学性和安全性。负责食品安全标准制定的部门应当
积极主动地研究制定相关食品安全标准,确保食品安全科学合
理、安全可靠,以保障公众身体健康和生命安全。
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