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甲壳素及衍生物在食品工业中应用

时间:2022-12-01 16:21:01 | 作者:小编
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摘要:综述了甲壳素及其衍生物在食品工业各领域的应用新进展,包括功能性食品、食品添加剂、食品保鲜剂、水处理剂、固定化酶载体和霉菌污染检测。


关键词:甲壳素;壳聚糖;衍生物


作为从低等植物菌类、虾、蟹、昆虫等甲壳动物的外壳、真菌的细胞壁中提取的一种线型高分子多糖即天然的中性黏多糖,甲壳素(chitin)在自然界中的生物合成量是地球上仅次于纤维素的第二大类可再生有机资源。甲壳素化学性质不活泼,经过一系列磺化、羧甲基化、酰化等化学反应,可以获得具有特定用途的甲壳素系列衍生物。甲壳素及其衍生物应用范围相当广泛,经过脱乙酰后的产物壳聚糖无毒无味,具有很好的吸附性和相容性,在食品、医药、化妆品、农业、环保等方面的应用较为多见。本文就近年来甲壳素及其衍生物在食品工业中的应用新进展作一综述[1]。


1甲壳素及其衍生物在功能性食品中的应用


甲壳素和壳聚糖作为天然高分子多糖,在多年前就被誉为是除了糖、蛋白质、脂肪、维生素和矿物质以外,人体所需的第六大生命要素,其本身就可以作为功能性保健食品,满足人们的需要,被称作是继维他命丸、卵磷脂以及螺旋藻之后的第三代保健食品[2]。


1.1减肥降脂食品壳聚糖的阳性氨基


基团能捕捉人体中带负电的脂肪和Cl-,也能通过静电作用结合胆汁酸,低分子质量壳聚糖甚至可渗透并修复胰岛细胞,在降血脂、降血糖、降胆固醇、稳定血压等方面发挥着巨大作用[3]。


1.2抗癌食品


人体内淋巴细胞对内环境的pH变化非常敏感,当pH下降,其活性也随之下降,从而使人体免疫功能遭到破坏,由于甲壳素能使体液的pH倾向弱碱性,从而提高淋巴细胞的活性,使淋细胞破坏癌细胞的活性增强,起到防癌抗癌的作用[1]。


1.3胃肠道保健食品甲壳素和壳聚糖及其衍生物


在消化系统内停留的时间相对较短,高分子量的壳聚糖及其衍生物与胃酸作用可形成一种胶状液,粘附在胃壁上形成一层保护膜,防止胃酸对胃部损伤面的刺激,因而起到辅助治疗胃溃疡的作用。同时甲壳素可促进肠道内双歧杆菌的生长速度,双歧杆菌在体内可抑制其它微生物的生长,并且产生消化乳糖所需要的乳糖酶,提高人体对乳制品的吸收能力[1]。


2甲壳素及其衍生物在食品添加剂中的应用


2.1食品增稠剂和稳定剂


甲壳素和壳聚糖具有一定的乳化、增稠、稳定的性能,特别是当甲壳素和壳聚糖被制成显微晶质甲壳素或分散体时,其性能将得到进一步改善。在生产焙烤类食品时,如果将壳聚糖加入面团中,就能形成稳定的蛋白质乳状液,生产的产品适口性好,柔软湿润。在生产果酱、花生酱、奶油替代品等食品时加入壳聚糖时能起到增稠、稳定的作用[4]。


2.2食品抗氧化剂


肉类中脂肪以及脂肪酸的含量较高,容易氧化,导致食品变质,缩短了肉制品的货架期,这类食品为了保存,往往需要添加抗氧化剂。甲壳素和壳聚糖抗氧化的机理目前主要被认为是其能与肉类食品在加热时释放的游离铁离子形成螯合物,从而抑制铁离子的催化活性,起到抗氧化的作用[1]。


2.3食品絮凝剂


壳聚糖可作为果汁、糖蜜、醋、酒等的澄清剂,要获得澄清的果汁,不仅要去除悬浮物和沉淀物,还要去除容易引起浑浊的果胶、蛋白质等胶体物质。壳聚糖分子上存在游离的带正电氨基,与果汁中带负电荷的阴离子电解质相互作用,并且它的长链线状结构可在同一分子上吸附多微粒杂质并形成絮团,从而破坏起稳定作用的胶体结构,经过滤使果汁澄清,不会影响食品原有的营养成分和风味,操作方便成本低[5-6]。


3甲壳素及其衍生物在食品保鲜剂中的应用


3.1果蔬保鲜剂


甲壳素和壳聚糖是一种天然的保鲜剂,易形成膜,无毒性,将壳聚糖涂抹于果蔬表面可减少果蔬蒸腾作用,壳聚糖形成的膜对O2,CO2,C2H4具有选择渗透作用,达到果蔬保鲜的效果。同时,由于壳聚糖是真菌细胞壁的重要组成部分,它对于革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、酵母、霉菌、大肠杆菌、葡萄球菌等起抑制作用,因此壳聚糖可以对食品起防腐的作用[7]。


3.2食品包装保鲜材料


甲壳素和壳聚糖可以作为一种无毒、可食用、可降解的新型绿色包装膜,它的氨基基团可以络合微生物细胞中的金属离子,也可与微生物细胞膜表面的负电荷物质结合,制成薄膜后可吸收渗液并阻止葡萄球菌、大肠杆菌等微生物的生长,对多种有毒细菌有良好的抗菌活性[8-9]。


4甲壳素及其衍生物在食品废水处理及纯水制备中的应用


甲壳素及其衍生物作为一种优良的吸附剂,其分子结构中含有大量氨基N原子上的孤对电子,壳聚糖可进入到重金属离子的空轨道中,通过配位键结合,形成很好的螯合物,吸附重金属离子后形成稳定的螯合物,使直链的壳聚糖形成交链的高聚物,在纯水的制造及饮用水中对重金属离子、苯类有害废物去除有很好的效果,净化废水[10]。


5甲壳素及其衍生物在固定化酶载体中的应用


近年来甲壳素/壳聚糖作为酶固定化的载体,其分子中含有相当数量的氨基,这些游离氨基可以和双功能试剂发生交联作用,再与酶发生交联反应制得固定化酶,这种载体制得的固定化酶机械性能良好、化学稳定性高、价格便宜,且甲壳素/壳聚糖有与其它离子整合的能力,使酶不会受金属离子抑制,是一种优良的载体[11],酸性磷酸酯酶、D-葡萄糖氧化酶、β-半乳糖苷酶、胰蛋白酶等都是通过甲壳素/壳聚糖作为固定载体的酶。


6甲壳素及其衍生物在霉菌污染检测中的应用


食品加工原料(植物等)或农产品表面的霉菌的检测是食品质量跟踪管理的重要组成部分。现有的定量检测方法无法检测出已死霉菌的菌体量,只能给出活霉菌的菌体量。甲壳素是真菌细胞壁的主要成分,通过对加工原料或农产品表面霉菌中甲壳素含量的定量检测,可以反映霉菌的菌体量,所以食品表面霉菌的污染情况可以通过检测甲壳素含量来完成[4]。


7甲壳素和壳聚糖的应用展望


甲壳素/壳聚糖由于其天然无毒的特性,以及在化妆品、食品、环保等领域的广泛应用,现已成为一个研究热点。但是目前市场上甲壳素处于求大于供的状态,甲壳素的产量无法满足市场的需求,当前制备甲壳素的主要原料就是虾壳和蟹壳,除了受到地域和季节的限制外,生产成本高也是一大问题,开发出新的稳定的甲壳素资源是深化甲壳素及其衍生物应用的第一步。作为深化甲壳素及其衍生物应用的第二步就是进一步探索其不同衍生物的生物活性,通过不同物理和化学方法的改性,制备出拥有不同基团的多功能壳聚糖衍生物,进一步探索不同衍生物的生物活性,增加高附加值产品的产出,实现其更广泛的应用[12]。


作者:彭文怡 张进萍 单位:上海良友(集团)有限公司技术中心


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