殼聚糖和甲殼素在食品中的應用進展

1、殼聚糖和甲殼素在食品中的應用進展 (2014-02-21 21:21:54標簽： 殼聚糖 甲殼素 食品應用 膠體 食品添加劑                          華東理工大學生物工程學院食品科學與工程系  胡國華   

2、;  甲殼素是自然界第二種最豐富的天然聚合物（第一是纖維素），其原料來源十分豐富，且制備簡單，估計自然界每年生物合成的甲殼將近100億噸，甲殼素也是地球上除蛋白質外數(shù)量最大的含氮天然有機化合物，這都可以說明甲殼素在天然工業(yè)原料中的重要地位。根據(jù)結構相似性，不但可找到類似纖維素的用途，而且從氨基多糖的特點出發(fā)，具有比纖維素更為廣泛的用途。因此自20世紀60年代以來，對甲殼素的研究十分活躍，近20年來的研究更為廣泛和深入，在食品、醫(yī)藥等諸多方面展示了其廣闊的應用前景，正在引起許多國家的重視。殼聚糖學名聚氨基葡萄糖，又名可溶性甲殼質，在許多方面同樣有著廣泛的用途。很早以前國外就開

3、始殼聚糖的開發(fā)及應用研究，日本對其研究較早。我國此研究始于80年代，90年代開始活躍起來，現(xiàn)又成為熱門課題之一。殼聚糖的目前世界年產量在10002000t，主要用于：在農業(yè)上用作種子覆膜劑以提高產量，水質處理及酒類澄清，許多治療傷口藥品的載體，固定化細胞及酶技術，化妝品等。在日本，殼聚糖用于面制品中作用為粘著劑及膳食纖維。   目前，在食品工業(yè)中使用甲殼素或殼聚糖的數(shù)量，僅次于環(huán)境保護方面用作混凝劑和污泥脫水劑的數(shù)量。由于甲殼素或殼聚糖是無毒和安全的天然高分子化合物，而且是一種功能高分子，分子鏈上具有特殊的功能團，因此比起許多合成高分子化合物來，更適合于食品工業(yè)使

4、用。近30年來，已開發(fā)了許多應用方法和產品。歸納起來，甲殼素和殼聚糖在食品工業(yè)中的應用有三個方面：第一：液體的處理劑，如降低液體中總固形物含量，從廢水中回收蛋白質，飲用水的凈化，飲料及酒類的澄清等。第二：食品添加劑，如食品結構形狀的控制，改善食品的風味，改善食品的流動性，控制粘度，增加纖維含量等。第三：功能材料，如作為抑菌劑、減肥食品、包裝材料或截留材料，作為緩釋材料等。 一、功能性食品甲殼素和殼聚糖作為天然高分子多糖，其本身就可以作為功能性保健食品，滿足人們的需要。 1.抗癌食品   人體內淋巴細胞對內環(huán)境的PH變化非常敏感，當pH下降，其活

5、性也隨之下降，從而使人體免疫功能遭到破壞，由于甲殼素能使體液的PH傾向弱堿性，從而提高了淋巴細胞的活性，使淋巴細胞破壞癌細胞的活性增強，起到了肪癌抗癌的作用。有研究者研制了一種殼聚糖抗癌保健食品，其基本配方為玉米纖維1份，殼聚糖0.11.0份，海藻酸0.11.0份，制成小甜餅。2. 減肥食品   研究發(fā)現(xiàn)，甲殼素及其脂肪酸絡合物是一種理想的減肥食品。前面提到，殼聚糖及其脂肪酸絡合鹽在體內可與相當于它們重量許多倍的脂類物質如脂肪酸、膽固醇、甘油三脂等生成絡合物，由于這些絡合物不能被消化系統(tǒng)所吸收，從而促使它們從體內排出，減少人體獲取的熱量，達到瘦身的目的.

6、    因此殼聚糖或殼聚糖的脂肪酸絡合鹽可以作為脂肪清除劑添加到食品中去，一方面減少人體對脂類物質的吸收，促使脂類物質排出體外，另一方面因結合食品中的脂肪而降低了食品的熱量，同時又能滿足人們對脂肪的口感要求，這種食品就成了減肥食品。3.胃腸道保健食品甲殼素與胃酸作用可形成一種膠狀液，粘附在胃壁上形成一層保護膜，防止胃酸對胃部損傷面的刺激，因而起到輔助治療胃潰瘍的作用。同時甲殼素可提高腸道內雙歧桿菌的生長速度雙歧桿菌在體內可抑制其它微生物的生長，并且產生消化乳糖所需要的乳糖酶，提高人體對乳制品的吸收能力。 4.人造肉類食品  

7、  殼聚糖與羧甲基纖維素等聚陰離子作用能形成肉狀纖維組織絡鹽，這類鹽呈肉狀纖維組織，可作為組織形成劑與豬肉、牛肉等混合，制成人造肉，由于前者不被消化系統(tǒng)吸收，所以，制造的人造肉為低熱量填充食物。人將該絡合鹽用絞肉機絞碎，然后與相同重量的絞碎牛肉混合，制成肉丸這種牛肉丸無論在組織結構還是在風味方面與普通牛肉丸都沒有差別，但前者的熱量卻只是后者的一半。 5.口腔保健食品   幾丁質和殼聚糖具備預防齲齒和牙周病、愈合傷口以及消除口臭等口腔保健作用?？梢詫ぞ厶菗饺肟谙闾浅煞种校@樣既能起到口腔保健的作用又具有良好的口味。6.微量元素調節(jié)食品

8、   水溶性殼聚糖可作為在食品中引進人體所需微量元素如鈣、鐵、鋅等微量元素的載體。對于甲殼素和殼聚糖這方面的功能性在后面章節(jié)中還將談到。二、食品添加劑1.果汁和果酒澄清劑   要得到澄清的果汁，除了需除去懸浮物和沉淀外，還要除掉易致渾濁的果膠、蛋白質等膠體物質。殼聚糖分子帶正電荷，與果汁或果酒中帶負電荷的陰離子電解質相互作用，從而破壞起穩(wěn)定作用的膠體結構，經過濾使果汁或果酒澄清。對每一種果汁或果酒，因原料及加工條件的不同，均需通過小試確定殼聚糖的最佳用量。如采用殼聚糖澄清獼猴桃果汁，殼聚糖使用的最佳劑量為0.5gL，最適pH為33.5

9、，最適溫度為4060度在該條件下獼猴桃果汁的澄清率在95以上、且不損失營養(yǎng)成分.   殼聚糖絮凝籍作用發(fā)生較快。在1小時內可反應完畢，因此投加殼聚糖的工藝成為十分重要的一環(huán)。為了使殼聚糖與果汁或酒體充分作用，加殼聚糖前，原酒（或果汁）需達到15以上，低于15則效果不好。 2.果汁、蔬菜汁脫酸劑許多果蔬汁是有酸味的，含有較多的有機酸，殼聚糖能與有機酸結合生成鹽。因此將殼聚糖加入果蔬汁液中混合攪拌，經過濾即可脫酸，研究者將殼聚糖用于羅漢果汁的脫酸：采用靜態(tài)法每1.4g殼聚糖可使100m1可溶性固形物含量為10g的羅漢果汁由pH4.1升至pH6.0以上，獲得接

10、近中性的果汁，有效去除了果汁中讓人產生不愉快的酸味，同時不影響羅漢果汁的甜昧與香味均衡，口感也得到明顯改善。還有研究者研究了殼聚糖對葡萄果汁的脫酸效果、當果汁中殼聚糖濃度為0.015g100g 時、果汁的總酸濃度降低了52.6，其中檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、草酸和抗壞血酸的濃度分別降低了56.6、41.2%、38.8、36.8和6.5。 3.食品增稠劑   當使用甲殼素和CaCO3作為面條的增稠劑時（其用量為O.40.8），能有效提高面條的稠度；采用不溶或微溶性的殼聚糖粉末加入到雞蛋清制得的食品凝膠中，也可以提高其硬度和彈性。 

11、0; 微晶甲殼素粉碎后懸浮在水中，劇烈攪拌560分鐘，隨著剪切作用的進行，分散體的粘度不斷增加，最后形成均勻的凝膠狀觸變分散體，可作為食品的增稠劑，用于蛋黃醬、花生醬、芝麻醬、玉米糊罐頭、含沙司罐裝食品、奶油代用品、酸性奶油等食品。 4.食品乳化劑    微晶甲殼素可用作冰淇淋乳化劑。配方(：稀奶油21.25，鮮牛奶50.13，脫脂淡煉乳13.12，蔗糖15，穩(wěn)定劑0.2微晶甲殼素(乳化劑0.3，所制得的冰淇淋組織細膩，泡沫感豐富，風味獨特。 5.食品穩(wěn)定劑   將殼聚糖或它的有機酸溶液作為蛋黃

12、醬、調味醬、奶油或人造黃油的穩(wěn)定劑例如將10g醋、0.1g殼聚糖、3g調味品、15g蛋黃和65g色拉油混合制成蛋黃醬其中殼聚糖就是作為其中的穩(wěn)定劑。 6. 食品抗氧化劑   由于肉類食品中含有高度不飽和脂肪酸其很容易氧化而導致食品變昧、腐敗因此常常需要在這類食品中加入抗氧化劑以便保存。甲殼素作為新型的抗氧化劑近年來取得了不少進展。有人研究了經殼聚糖處理的牛肉的抗氧化性，試驗結果表明經1殼聚糖處理后牛肉在4保存3d，牛肉中TBA值減少了70；還有人報道了羧甲基殼聚糖鹽對肉類熟食的抗氧化性及風味的保持結果顯示，經羧甲基殼聚糖鹽處理后，其平均氧化抑制

13、率可達66.3。關于抗氧化的機理，目前主要認為甲殼素及其衍生物能與肉類食品在加熱時釋放的游離鐵離子形成螯合物，從而抑制鐵離子的催化活性，起到抗氧化的作用： 7.食品風味改進劑   在生產面包時，加入經酸水解而得到的微晶甲殼素，然后焙烤以達到使面包體積增加，內部蜂窩狀結構均勻，色、香、味俱佳的效果。三、食品保鮮劑   甲殼素及其衍生物作為一種天然的抗菌劑近年來倍受矚目，其在抗細菌、抗真菌方面效果非常明顯。研究人員報道了殼聚糖對不同細菌培養(yǎng)基的抗菌性能，以及不同殼聚糖濃度對抗菌性能的影響結果表明：0.02的殼聚糖濃度足以抑制芽孢

14、桿菌的生長，而對大腸桿菌和沙門氏菌，0.005濃度的殼聚糖抑菌效果可達90，而當殼聚糖濃度達到0.075時，可完全抑制細菌生長。通過對水溶性殼聚糖乳酸液、乙二醇殼聚糖的抗菌性能進行研究，結果發(fā)現(xiàn)：兩者對格蘭氏陽性菌和格蘭氏陰性菌都具有較好的抑制作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)，乙二醇殼聚糖的抑菌性能較殼聚糖乳酸液更為明顯。鄭連英等考察了不同分子量殼聚糖對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌性能，發(fā)現(xiàn)分子量在30萬以下時，殼聚糖對金黃色葡萄球菌的抗菌作用隨著分子量的增大而逐漸減弱，而對大腸桿菌的抑菌效果隨著分子量的增大而逐漸增強   1. 果蔬保鮮  &

15、#160;罩志英等用自制殼聚糖保鮮劑對芒果進行浸泡成膜保鮮試驗，結果表明，該膜能有效地抑制微生物的生長，延長芒果的貯存期并保持原有香甜可口的風味尹蓮等人用含金屬離子的殼聚糖涂膜劑對葡萄進行涂膜保鮮試驗，結果表明，Co離子的效果最好采用該涂膜劑成本低操作簡單方便，無毒安全。沈東風等研究了不同分子量及不同濃度的殼聚糖對草霉防腐效果的影響，用t檢驗法對防腐效果進行差異性比較分子量110萬的殼聚糖在2%濃度時對草霉防腐效果最為顯著。   2. 肉、蛋類保鮮   吉偉之等以殼聚糖為保鮮材料，對豬肉進行涂膜處理，結果表明，2的殼聚糖溶液

16、對豬肉的保鮮效果明顯，在20貯藏條件下，豬肉的一級鮮度貨架期延長2d。齊欣等人采用殼聚糖溶于1冰醋酸制成涂膜液對雞蛋進行二次涂膜結果表明，采用該法能有效地延長雞蛋的貨架期。  3. 食品包裝保鮮材料   Ossmu等將殼聚糖的乳酸溶液滲入由再生纖維素纖維制得的無紡布中而形成保鮮材料，由它盛裝魚、肉等食品時，可吸收滲液并阻止葡萄球菌、大腸桿菌等微生物的生長。  四、食品廢水處理及純水制備  1.食品工業(yè)廢水處理    隨著食品丁業(yè)的迅猛發(fā)展隨之而來產生大量的

17、廢物和廢水例如蛋白質、淀粉、味精、釀酒等生產部門每年排放的廢水就達百億噸以上這些廢水如不經處理直接排放會嚴重污染環(huán)境，危害人體健康。另一方面，這些廢水中又含有大量蛋白質、脂肪酸等有用物質因此在進行廢水處理時，如何將這些廢水廢棄物加以利用，成為當前研究的熱點。殼聚糖是自然界中一種帶正電荷的高分子聚合物，其在廢水處理中是一種優(yōu)良的絮凝劑，它能把廢水中的有效成分絮凝沉淀下來然后將沉淀物加以回收提純可重新作為原料或作為飼料用而絮凝劑經再生后可重復使用。下表列出了殼聚糖對不同食品廢水中懸浮物的處理效果對比情況。     表  殼聚糖對

18、不同食品廢水中懸浮物的處理效果-廢水類型  殼聚糖用量(mg/L  懸浮固體物去除率(-肉類廢水      30                  89小蝦類廢水    10         

19、;         98龍蝦廢水    150                 97乳酪廢水  2.515             8297家禽類廢水

20、    30                  88蛋類廢水    100200             7090谷物類廢水    20   

21、;              70蔬菜類廢水    10                 8490蛋糕類廢水    2       

22、0;           94豆類廢水   16                   76-   2.純凈水制備    甲殼素及其衍生物作為一種優(yōu)良的吸附劑，在純水的制造及飲用水中對重金屬離子、苯類有

23、害廢物去除方面都有很好的效果。采用殼聚糖作為罐裝飲用水純化的吸附劑，早在1984年就已獲得美國環(huán)保局(USEPA的通過并規(guī)定吸附劑的最大用量為10mgL。有人采用殼聚糖通過吸附作用從飲用水中有效地去除了Pb離子和Ca離子。五、固定化酶載體    近年來甲殼素和殼聚糖作為酶固定化的載體引起了很多學者的興趣，甲殼素和殼聚糖分子中都含有相當數(shù)量的氨基，這些氨基可以和雙功能試劑(如戊二醛等發(fā)生Schiff反應再與酶發(fā)生Schiff反應制得固定化酶采用這種載體制得的固定化酶，機械性能良好，化學穩(wěn)定性高，價格便宜，且不受金屬離子抑制，是一種優(yōu)良的裁體。陳慶森等人采用

24、殼聚糖為載體戊二醛為交聯(lián)劑，固定堿性蛋白酶2709，確定固定最適溫度為45最適PH為8.0最適底物濃度為4固定化酶活力回收超過66，利用固定化酶水解蛋白40min，CPP產率達7.54。湯亞杰等人以殼聚糖為載體，戊二醛為交聯(lián)劑，將胰蛋白酶固定化以5戊二醛處理載體，酶活力回收達6775固定化酶的最適溫度為8，最適PH為80固定化酶重復數(shù)個月，酶活力未見明顯下降，表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。采用大孔珠狀交聯(lián)幾丁質，對鏈酶菌屬菌株產殼聚糖酶進行了固定化的研究，確定了固定化的最佳條件，并采用固定化反應器用兩步降解法制備了分子量為29KD的水溶性殼低聚糖，并將此固定化酶反應器連續(xù)運行80次發(fā)現(xiàn)酶活損失率為1%。

25、賈英明等人以幾丁質為載體，戊二醛為交聯(lián)劑對菊粉酶進行了固定化研究，在最適條件下，菊粉酶活力最大收率為32，固定化酶的熱穩(wěn)定性和酸堿穩(wěn)定性都有較大改善。并將固定化酶對菊芋汁進行連續(xù)水解試驗，得到該固定化酶的操作半衰期為22d。 六、甲殼素和殼聚糖的應用舉例 正如上面所述，殼聚糖在食品方面的應用主要有：作為功能膳食纖維產生生理學方面的作用；作為添加劑改良食品的物化性質；具有抗菌作用，能延長食品的貨架期。甲殼素和殼聚糖可添加到面條、面包、糕點、肉制品、乳制品和湯料等食品中獲得很好的應用。（一）蛋糕   面粉1.8kg,殼聚糖0.45kg,起酥油1.5

26、9kg,鹽57g,脫脂奶粉142g,高果糖漿177g,蔗糖2.724kg,水1kg,雞蛋1.59kg,香料28g。（二）擠壓食品   含殼聚糖的配料經擠壓機在140，1666kPa的條件下擠壓干燥后，可得到質構很酥且富含膳食纖維的膨化食品。具體配方為：2.5kg殼聚糖溶脹在水中，與1.25kg乳酸溶液混合，玉米麩0.105kg,玉米粉0.135kg，小麥粉0.175kg,脫脂牛乳50g，糖22.5g,食鹽5g,棕櫚油75g。（三）碳酸飲料    濃縮（1：5）橘汁20g,蔗糖240g,檸檬酸3.5g，檸檬酸鈉0.2g,維生素E0.15g,橘子精油2.5mL,羧甲基殼聚糖鈉鹽2g,胡蘿卜基料2g，上述配料加水至1000ml后，再加入碳酸水1000mL。（四）營養(yǎng)素飲料