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枸杞的综合利用

时间:2022-11-15 百科知识 版权反馈
【摘要】:枸杞的综合利用,就是指通过一条龙的加工、物流体系,对枸杞的果、皮、汁、肉、种、根颈、叶、花及加工后的残渣和落地果、野生果等的有效成分进行综合利用。因此,枸杞的综合利用不仅可以防止和减轻环境污染,还可一变多用、小变大用、无变有用、变废为宝,从而能够促进整个枸杞产业的发展。在枸杞干制过程中,主要应考虑的是其化学变化。

第二节 枸杞的综合利用

枸杞的综合利用,就是指通过一条龙的加工、物流体系,对枸杞的果、皮、汁、肉、种、根颈、叶、花及加工后的残渣和落地果、野生果等的有效成分进行综合利用。随着人类对自身保健的日益重视和科学技术的发展,枸杞作为药食同源的植物,其药理作用与保健需求日渐突显。全国枸杞种植区域已由最初的宁夏、河北、内蒙古逐步延伸至青海、新疆、西藏等西部大部分省(区)。枸杞种植面逐年扩大,产量增加,每年大量枸杞以干制形式进行流通,少部分贮藏加工成为较高附加值的产品,且从栽培至收获的过程中,还会有大量的落花、落果及残次果实,而这些原料中又含有很多有用的成分,可以加工或提取有相当高价值的产品。因此,枸杞的综合利用不仅可以防止和减轻环境污染,还可一变多用、小变大用、无变有用、变废为宝,从而能够促进整个枸杞产业的发展。

从枸杞中提取有效功能成分,生产有一定保健功能的功能食品成为枸杞加工方面的一个新方向。所谓功能食品,是以一种或多种可食性天然物质(植物、动物、微生物及其代谢产物)及其功能因子为主要原料,按性能标准和规定的要求进行设计,经一系列食品工程技术手段和工艺处理加工而成,既具有一般食品的营养和感官特性,又对人体具有特定生理调节和保健功能的一类食品。其特点是食药同源同用,食药同理同功,古今中西理论结合。根据枸杞在药用、食用两方面的优异作用,2002年3月,卫生部发布《进一步规范功能食品原料管理》的通知,确定了枸杞作为180余种“既是食品又是药品的功能”植物类原料之一。

目前,枸杞的加工与利用已从单一的干制向制汁、制酒、提取籽油、制茶、色素提取、饲料、园林绿化、物流保鲜等多元化方向发展,从而极大地丰富了枸杞制品的种类,为人类健康提供了更多的选择。

一、枸杞的干制

(一)干制原理

在枸杞脱水干制过程中,采用何种脱水技术及设备是尽可能保持枸杞原有色、香、味及营养成分,改善干制产品质地和风味的关键。脱水是利用干燥介质使枸杞果实中的水分变成蒸汽状态而被排除的过程。

(二)干制机理

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目前,常规的加热干燥,都是以空气作为干燥介质。当枸杞所含的水分超过平衡水分,而它和干燥介质接触时,自由水分开始蒸发,水分从产品表面蒸发称为水分外扩散(表面汽化)。干燥初期,水分蒸发主要是外扩散,由于外扩散的结果,造成产品表面和内部的水蒸气产生压差,使内部水分向表面移动,称之为水分内扩散。此外,干燥时产品各部分温度不同,还存在水分的热扩散,其方向是从温度较高处向较低处转移,但因干燥时内、外层温差较小,热扩散较弱;所以,实际上干燥过程中水分的表面汽化和内部扩散是同时进行的,二者的速度随枸杞品种、原料的状态及干燥介质的不同而异。枸杞果实皮薄、水分含量高,其内部水分扩散速度较表面水分汽化速度快,水分在表面的汽化速度对整个干制过程起控制作用,称为表面汽化控制。因此,只要提高环境温度,降低湿度,就能加快干制速度。因此,在枸杞干制时必须使水分的表面汽化和内部扩散相互衔接,配合适当,才能缩短干燥时间,提高枸杞干制品的质量。

(三)影响干燥速度的因素

1.干燥的环境条件

(1)干燥介质的温度。枸杞干制多用热空气作为干燥介质。当热空气与湿的枸杞果实接触时,就会将所带热量传递给被干燥枸杞,枸杞吸收这部分热量会使其所含的部分水分汽化,干制过程中,所采用的高温是有一定限度的,温度过高会加快枸杞糖分和其他营养成分的损失或致焦化,影响制品外观和风味。如开始干燥时,采用高温低湿条件,则容易造成硬壳现象。相反,干燥温度过低,干燥时间延长,产品容易氧化变色。因此,干燥时应选择适合的干燥温度。

(2)干燥介质的湿度。一般来说,空气的相对湿度愈小,水分蒸发的速度就愈快。相对湿度又受温度影响,空气温度升高,相对湿度就会减少;反之,则相对湿度就会增大。在干制过程中,可以采用升高温度和降低相对湿度来提高枸杞的干燥速度。

(3)空气的流动速度。干燥空气的流动速度越大,枸杞的干燥速度也就越快。因为空气流动,可以将表面蒸发出的、聚集在枸杞周围的水蒸气迅速带走,及时补充未饱和的空气,使枸杞表面与其周围干燥介质始终保持较大的湿度差,从而促使水分不断地蒸发。同时还促使干燥介质所携带的热量迅速传递给原料,以维持水分蒸发所需的温度。但空气流速不能过快,过快会造成热能与动力的浪费,前期风速过快还易出现表面“结壳”现象。据测定,风速在3m/s以下时,水分的蒸发速度与风速大体成正比。

2.原料性质和状态

(1)品种及干制前的预处理。不同品种的枸杞原料,由于所含化学成分的保水力略有不同,组织和细胞结构存在差异,在同样干燥条件下,干燥速度与质量会略有不同。枸杞表皮有保护作用,能阻止水分蒸发,特别是枸杞果实表面有蜡质,通常干制前需用碱液处理。因此,干制前必须进行适当除蜡质的处理,以加速干燥过程,否则干燥时间过长,有损品质。

(2)原料装载量。枸杞原料的装载量和装载厚薄,对其干燥速度影响也很大。载料盘上物料装载过多、厚度大时,不利于空气流通,影响水分蒸发。此外,干制设备的类型及干制工艺也是影响干燥速度的主要因素。应根据枸杞的特性,选择理想的干制设备,控制合理的工艺参数,提高干制效率,保证枸杞干制品的质量。

(四)枸杞在脱水过程中的变化

枸杞在干燥过程中,会发生一系列物理化学变化,物理变化主要是体积变小、质量减轻、干缩、透明度变化、表面硬化现象。在枸杞干制过程中,主要应考虑的是其化学变化。这里主要论述干制时,产品发生的颜色变化、营养成分损失。

1.颜色变化

枸杞在制干过程中,常会变成褐色或黑色,一般统称为褐变。导致干制枸杞褐变的具体原因不明,但研究发现基本是两类原因:一类为非酶褐变,即没有酶参与所发生的褐变。这种褐变在枸杞干制和干制品贮藏中都可发生,非酶褐变比较难控制。其主要原因之一是枸杞中氨基酸的游离氨基与还原糖的游离羰基作用生成复杂的黑色络合物而引起的。这种反应是1912年法国化学家Maillard L.C发现的,故又称为美拉德反应,其反应过程很复杂。

这种褐变的程度与快慢取决于氨基酸的含量与种类、糖的种类以及温度条件。类黑色素的形成与氨基酸含量的多少呈正相关,尤以赖氨酸、胱氨酸及苏氨酸等与糖的反应较强。此外,重金属也会促进褐变,金属对褐变作用的促进顺序是锡、铁、铅、铜。枸杞中含有胡萝卜素、叶绿素,因受热与其他物质反应变色也属于非酶褐变。枸杞中的糖类加热到其熔点以上时会产生黑褐色的色素物质,被称为焦糖化作用。枸杞的硫处理对于枸杞非酶褐变亦有抑制作用,因为二氧化硫与不饱和糖反应可形成黄酸,从而减少类黑色素的生成,以往生产中多采用硫磺熏蒸的方法进行硫处理,但因近年来枸杞出口量加大,国际上对枸杞硫残留检测作为出口的重要指标,因此,禁止使用硫磺熏蒸进行枸杞干制,提高枸杞产品的内在品质尤为重要。此外,在干制加工与保存时,控制温度也可减轻非酶褐变。

2.营养成分的变化

(1)糖分的变化。自然干制的枸杞,因干燥缓慢,酶活性不能很快被抑制,呼吸作用仍要进行一段时间,从而要消耗一部分糖分和其他有机物质。干制时间越长,糖分损失越多,干制品的质量越差。人工干制枸杞,能很快抑制酶的活性和呼吸作用,干制时间又短,可减少糖分的损失,但较高的干燥温度对糖分也有很大影响。一般来说,糖分损失随温度升高和时间延长而增加,温度过高时糖分焦化,颜色加深,味道变差。

(2)维生素的变化。枸杞中含有多种维生素。在干制时,各种维生素的破坏损失是一个值得注意的问题,其中以维生素C氧化破坏最快。维生素C的破坏程度除与干制环境中的氧含量和温度有关外,还与抗坏血酸酶的活性和含量密切相关。氧化和高温共同影响,常可能使维生素C全部破坏,但在缺氧加热的条件下,则可以使维生素免遭破坏,此外,阳光照射和碱性环境中也易使维生素C遭到破坏,但在酸性溶液或在浓度较高的糖溶液中则较稳定。因此,干制时对原料的处理方法不同,维生素C的保存率也不相同。

(五)枸杞干制品的包装、贮藏

1.筛选、分级

干燥后的枸杞干制品在包装前应利用振动筛、色选机等分级设备或人工进行筛选分级,剔除过湿、结块等不合标准的产品。

按照以下标准进行分级。

特优:280粒/50g 特级:370粒/50g

甲级:580粒/50g 乙级:980粒/50g

2.枸杞干制品贮藏技术要点

贮藏枸杞干制品的库房要求干燥、避光、低温,温度以0℃~2℃为宜,不宜超过15℃。通风及密闭性好,具有防鼠设备,清洁卫生。注意在贮藏时,不要同时存放潮湿物品。

库内箱装枸杞干制品的堆码,应留有行间距和走道,箱与墙之间也要保持0.3m的距离,箱与天花板应保持0.8m的距离,便于空气流动。

二、枸杞的糖制

蜜饯是我国特产食品之一,原称“蜜煎“,后改为现名蜜饯。具体做法是:将果品或蔬菜在糖液中徐徐熬煮,使糖分渗入组织中而形成高浓度的糖分,至接近无水状态,并基本保持果品或蔬菜的原形,即为蜜饯。蜜饯可直接食用,耐久贮,经糖制的枸杞,消除了鲜枸杞常温下难保存的不利因素,将极大提高枸杞的外销程度。

(一)枸杞糖制品的保藏原理

枸杞糖制品是以高浓度食糖的保藏作用为基础的一种可保藏的食品。高浓度的糖液会形成较高的渗透压,微生物由于在高渗透环境中会发生生理干燥直至质壁分离,因而生命活动受到了抑制。高浓度的糖溶液使水分活度大大降低,可被微生物利用的水分大为减少,此外,由于氧在糖液中的溶解度降低,也使微生物的活动受阻。

生产中常用的枸杞糖制种类为白砂糖,白砂糖中蔗糖含量在99%以上,为粒状晶体。

(二)枸杞蜜饯的加工工艺

1.加工工艺流程

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2.加工技术要点

(1)预处理。选择大小和成熟度一致的新鲜枸杞,剔除霉烂变质、生虫的次果,经去皮/划皮或切分等处理,以利糖煮时糖的渗入。

(2)硬化处理。硬化处理是为了提高果肉的硬度,增加耐煮性,防止软烂。常用的硬化剂有消石灰、氯化钙、明矾、亚硫酸氢钙、葡萄糖酸钙等稀溶液。其原理是上述物质中的金属离子能与枸杞中的果胶物质生成不溶性的果胶酸盐类,使果肉组织致密坚实,耐煮制。

硬化剂使用时要防止过量而引起部分纤维素的钙化,导致制品质地粗糙。根据需要,在加糖煮制前应加以漂洗,除去剩余的硬化剂。

(3)硫化处理。为了使枸杞糖制品色泽鲜亮,常在糖煮之前进行硫处理,既可防止制品氧化变色,又能促进糖液对原料的渗透。方法是用0.1%~0.2%的硫磺熏蒸处理或用0.1%~0.15%的亚硫酸溶液浸泡处理数分钟即可。经硫处理的枸杞原料在糖煮前应充分漂洗,以除去剩余的溶液,防止过量腐蚀金属。

(4)加糖煮制。加糖煮制是枸杞蜜饯加工的主要工序,作用是使糖分更好地渗透到果实里。煮制时间的长短,煮制技术的好坏直接影响产品的品质和产量。由于枸杞果实组织柔软、含水量多、易煮烂,应采用多次煮成法进行煮制。将处理过的原料投入30%~40%的沸糖液中,热烫2~5 min,然后连同糖液倒入缸中浸渍10余小时,使糖液缓慢渗入果肉中。再将糖液浓度提高到50%~60%,沸煮几分钟至十几分钟,连同糖液进行第二次浸渍。如需要可将果实捞出烘烤,除去部分水分后进行第三次煮制,直到果实透明。但是此方法加工周期过长,为改变这一缺点,又衍生出了速煮法和连续扩散法。

此外还可以采用真空煮制法,其原理是在真空条件下,降低果实内部的压力,然后减压,借放入空气时果实内外压力之差,促进糖液渗入果肉。这种煮制和渗糖方法所需温度低、渗糖快,能较好地保持果实的色、香、味和维生素C等。一般真空煮制时真空度控制在83.5 kPa或更高些,温度为55℃~70℃。

真空煮制果脯蜜饯的工艺流程是:

原料处理→25%糖液抽空→浸渍→40%糖液抽空→浸渍→60%~70%糖液抽空→浸渍→烘干→成品

(5)烘烤与上糖衣。枸杞蜜饯制品需要在糖煮以后烘烤。将果实从浸渍的糖液中捞出,沥干糖液,铺散在竹箅或烘盘中,送入50℃~60℃的烘房内烘干。烘房内温度不宜过高,以防糖分结块或焦化。烘干后的枸杞蜜饯应保持完整和饱满状态,不皱缩、不结晶,质地致密柔软,水分含量18%~20%。

如果制糖衣枸杞蜜饯,可在干燥后上一层糖衣。方法是用过饱和的糖液在蜜饯表面粘上一层透明糖膜。糖衣蜜饯保藏性强,可减少保存期间的吸湿、黏结等不良现象。上糖衣用的过饱和溶液常以三份砂糖、一份淀粉糖浆和二份水配合而成。将混合浆液加热至113℃~114.5℃,离火冷却到93℃即可使用。将欲上糖衣的枸杞蜜饯浸入以上糖液中约1 min,立即取出散置在筛面上,于50℃温度下晾干,即能形成一层透明的糖质薄膜。如将干燥蜜饯浸于1.5%的果胶溶液中,取出后在50℃温度下干燥2 h,则会形成一层透明的胶质薄膜。

(6)整理与包装。枸杞蜜饯在干燥过程中往往由于收缩而变形,甚至破裂,干燥后需加以整理(形)。包装要以防潮防霉为主。真空包装则会更有利于制品保存和品质保持。

3.枸杞蜜饯加工中的品质控制

(1)返砂和流汤。一般达到质量标准的枸杞蜜饯质地柔软、光亮透明。但在实际生产中,如果条件掌握不当,成品内部或表面易返砂,失去光泽,容易破损,从而造成商品价值降低。返砂的原因主要是制品中蔗糖含量过高而转化糖不足引起的。相反,如制品中转化糖含量过高,在高潮湿和高温季节就容易吸潮而形成流汤现象。

一般成品中含水量在17%~19%、总糖量在68%~72%、转化糖量在30%时,都将出现不同程度的返砂现象,转化糖越少,返砂越重。当转化糖含量达40%~50%,在低温、低湿条件下贮藏时,一般不会返砂。因此,在煮制过程中,如能控制成品中蔗糖与转化糖适宜的比例,返砂或流汤现象就可以避免。

实践证明,成品中蔗糖与转化糖含量之间的比例,决定于煮制时糖液的性质。煮制时,糖液中转化糖含量高,则成品中转化糖含量也高。因此,控制煮制条件是决定成品中转化糖含量的有效措施。煮制时所加的砂糖必须在适当的条件下经过转化,使其生成部分转化糖,转化的影响因素是糖液的pH值及温度。一般pH值在2.0~2.5,在加热时就可以促使蔗糖转化。调整好糖液的pH值对于初次煮制是适合的。但工厂连续生产、糖液循环使用,糖液的pH值以及蔗糖与转化糖的配合比例时有改变,如不加调整,就难以保证产品质量。若糖液是循环使用的,应在煮制过程中的绝大部分砂糖加毕并溶解后,检验糖液中的总糖和转化糖含量。按正规操作方法,这时糖液中总糖量为54%~60%,若转化糖量已达25%以上(占总糖量的43%~45%),即可认为符合要求,烘干后成品不致返砂。

(2)煮烂与皱缩。煮烂与皱缩是蜜饯生产中常出现的问题,采用成熟度适当的果实为原料是保证质量的前提。此外,将经过预处理的枸杞果实,先放入煮沸的清水或1%的食盐溶液中热烫数分钟,再按工艺煮制;或在煮制前用氯化钙溶液浸泡果实,也有一定效果。

枸杞蜜饯的皱缩主要是“吃糖”不足所致,干燥后易出现皱缩和干瘪。克服的方法是在糖制过程中分次加糖,使糖液浓度逐渐提高,延长浸渍时间。真空渗透糖液是最重要的措施之一。

(3)成品褐变。目前生产的枸杞蜜饯颜色大多是浅褐色。除前述熏硫等办法外,热烫处理也是防止变色的一个重要措施。但如果热烫温度达不到要求,酶的活性没有被破坏,甚至还会起促进变色的作用。在用多次浸煮法加工时,第一次热烫,必须注意要使果实中心温度达到热糖液的温度,否则也会引起变色。

煮制枸杞蜜饯时颜色变深的另一原因是糖与果实中氨基酸的作用,产生黑褐色素(美拉德反应)。糖煮的时间越长,温度越高,转化糖越多,越能加速这种褐变。因此,在达到热烫和糖煮目的的前提下,应尽可能缩短煮糖时间。而且这种非酶褐变不仅在糖煮时产生,在干燥过程中也能继续变化,特别是烘房内温度高、通风不良、干燥时间长时,成品的颜色较暗。这时需要改进烘房设备才行。

三、枸杞的制汁

枸杞汁,含有矿物质、维生素、糖类、有机酸等,其营养或风味都接近枸杞新鲜果实,且果汁具有附加值高、产品发展与改造空间大等特点。2002~2004年的消费调查表明,纯果汁消费人群逐年扩大,随着人们生活水平的不断提高,果汁生产技术工艺日臻完善,枸杞作为保健作用极高的功能食品植物性原料,近些年在生产和消费方面呈强劲的增长势头,深受国际社会好评,并呈现出“绿色、营养、环保、健康”的特点。

按照果汁产品的分类,目前生产中已出现了丰富多样的枸杞汁产品供消费者选择,如枸杞果汁、枸杞浓缩汁、枸杞果浆等。

1.枸杞汁加工对原料的要求

(1)适宜的成熟度。加工枸杞汁一般要求果实达到最佳加工成熟度。因此,生产枸杞果汁的原料应该在果实适宜的成熟期收获。采收过早,果实色泽浅,风味平淡,酸度大,肉质生硬,出汁率低,品质较差;采收过晚,则组织变软,酸度降低,且不耐贮藏。

(2)高度新鲜。在采摘后,枸杞果实内部立即开始进行一系列化学和生物化学反应,呼吸代谢加强,果实色、香、味、质地和营养都会发生一系列变化,随着新鲜度的降低,品质劣变程度也加深。因此,枸杞果实的新鲜度也是衡量其质量的一个特征参数。

(3)安全卫生。枸杞在种植阶段可能被喷施了农药或被环境中的有毒有害物质所污染,如重金属、致病微生物等。这些都是对人体健康的威胁。因此,一方面要在原料种植和基地选择上保证食用安全性,另一方面在加工前应进行充分有效的清洗,以达到安全卫生的要求。

2.枸杞汁加工基本工艺

(1)原料选择。只有优质的制汁原料与合理的加工工艺相结合,才能得到优质枸杞汁产品。要求选择出汁率高、取汁容易的品种,未成熟或过熟的枸杞果实不适合制作枸杞汁。霉烂果、病虫果和未熟果必须剔除。

(2)清洗。通过清洗去除枸杞果实表面的微生物、农药残留等污物。枸杞原料清洗一般通过物理方法(浸泡、喷淋)和化学方法(清洗剂、表面活性剂等)进行。残留农药的清洗效果取决于农药种类、施用剂量、清洗工艺等因素,一般在清洗水中添加0.5%~1%的盐酸或0.05%高锰酸钾溶液或600mg/kg的漂白粉等浸泡后再冲洗。清洗时应注意洗涤水的清洁,不宜重复使用。枸杞由于果实质地柔软容易破裂,在清洗时应尽量避免或减少果实之间或果实与洗涤设备之间的碰撞。洗涤前后均应分选果实,除去腐烂果是生产优质枸杞果汁的重要工序和必要步骤。否则,只要有少量霉果混入原料中,就会影响果汁的整体风味。

(3)破碎。采取压榨取汁的生产工艺,为了获得最大出汁量,果实需要适度破碎。原料破碎的颗粒大小会影响出汁率。颗粒太大,压榨取汁时不容易使内层果肉组织被充分压榨,出汁率低。破碎太细,导致肉质成糊状,果汁不容易与糊状组织分离,出汁率也会降低。枸杞可用打浆机破碎取汁。破碎时喷入适量NaClO与维生素C配制的抗氧化剂防止果汁氧化褐变,也可以先经过热烫处理再进行破碎,加热软化后能提高出汁(浆)率。为了提高产品品质,减轻破碎过程中氧化对枸杞汁品质的影响,可采用瞬时加热破碎装置,该装置包括蒸气加热、破碎和冷却部分,原料在设备中被通入的蒸气加热,同时进行破碎,然后冷却。

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图11-2 枸杞汁加工工艺流程

(4)取汁或打浆。果实取汁主要有打浆、压榨和浸提三种方式,枸杞浆果组织柔软,生产中主要运用打浆的方式取汁。

(5)高出汁率和果汁品质。压榨层厚度及毛细管半径、挤压压力、速度和时间、果浆预加工、物料温度、汁黏度都是影响枸杞压榨出汁率的重要因素。降低压榨层厚度,即减短毛细管长度,加入一些疏松物质,增加毛细管半径,有利于提高出汁率。提高压榨力、延长压榨时间可以提高出汁率。但如果压力增加太快,反而可能降低出汁率。

为改善组织结构、提高出汁率或缩短榨汁时间,可以使用榨汁助剂。

出汁率的计算方法:

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枸杞果实破碎后,取汁前适当进行加热处理,可以提高出汁率和汁液品质。加热会改变细胞组织结构,使果肉组织软化,便于打浆或榨汁;同时又能抑制各种水解酶和氧化酶类,使产品不致发生分层、变色变味及其他不良变化。但加热不可过度,否则会使组织糊化,反而降低出汁率,增加过滤难度,并破坏营养成分。一般热处理条件以60℃~70℃、15~30min为宜。

(6)过滤。对于浑浊的枸杞汁,主要在于去除分散于枸杞汁中的粗大颗粒和悬浮物等,同时又保存色素微粒以获得色泽、风味和香气。枸杞浆汁中的粗大颗粒和悬浮物主要来自果肉组织的细胞壁、果皮、种子和其他纤维组织。生产上,粗滤可在压榨或打浆过程中同步完成,也可在压榨或打浆后单独进行,根据设备选型和配置而定。

(7)成分调整。由于不同批次原料可能在成分含量上有差异,为了使产品符合一定规格要求,对枸杞汁要进行适当的调配。调配方式可以直接添加糖或酸,也可以与其他批次果汁混合,通过互补而达到一致的规格。调配的基本原则是,一方面要实现产品的标准化,使不同批次产品保持一致性;另一方面是为了提高枸杞汁产品的风味、色泽、口感、营养和稳定性等。

(8)均质。枸杞汁初出后呈浑浊状态,为了提高果肉微粒的均匀性、细度和口感,需要进行均质处理。常用的均质设备是高压均质机。超声波均质机是近年发展的一种新型均质设备,其工作原理基于超声波在液体中的空化作用,换能器将电能量通过变幅杆在液体中产生高强度剪切力,形成高频的交变水压强,使空腔膨胀、爆炸将细胞击碎。另外,由于超声波在液体中传播时产生剧烈的扰动作用,使颗粒产生很大的加速度,互相碰撞或与器壁碰撞而被击碎。该设备目前还处于实验研究应用阶段,未在果汁加工工业中大规模应用。

(9)脱气。脱气是为了脱除枸杞汁中的空气。脱气有几方面的作用。首先,消除氧对果汁营养成分、色素、芳香成分等的氧化作用,保持品质稳定。其次,可以除去附着在微粒上的气体,有利于生产澄清汁时果肉颗粒的沉降,也有利于保持浑浊枸杞果汁中果肉微粒的悬浮稳定。但脱气过程容易使挥发性芳香成分挥发损失。因此,根据需要,在选择脱气方式上应以考虑。必要时,在脱气过程进行芳香物质回收,然后回加进脱气后的果汁中。

生产中一般常用的是真空脱气法,做法是将果汁引入真空锅内,然后被喷成雾状或分散成液膜,使果汁中的气体迅速逸出。

(10)杀菌罐装。果汁的变质一般是由微生物的代谢活动引起的,因此杀菌是果汁饮料生产中的关键技术之一。食品工业中采用的杀菌方法主要有加热杀菌和冷杀菌两大类。目前常用的是热杀菌法。方法是先将产品加热到85℃以上,趁热罐装密封,在热蒸气或沸水浴中杀菌一定时间,然后冷却到38℃以下。果汁杀菌的微生物对象主要为好氧性微生物,如酵母和霉菌,酵母在66℃、1min内,霉菌在80℃、20min内即可被杀灭,一般巴氏杀菌条件(80℃、30min)即可将其杀灭。但对枸杞这类浑浊果汁,在此温度下如此长时间加热,容易产生煮熟味,色泽和香气损失大。

高温短时杀菌(HTST)或超高温瞬时杀菌(UHT)主要是指在未罐装的状态下,直接对果汁进行短时或瞬时加热,由于加热时间短,对产品品质影响较小。而这两种杀菌方式必须配合热罐装或无菌罐装设备,否则罐装过程还可能导致二次污染。

(11)浑浊枸杞果汁的澄清。如需制备澄清的枸杞果汁,需要澄清过滤获得清澈透明的枸杞汁。生产中常用的方法有以下几种。

①壳聚糖澄清法。用壳聚糖对果汁进行澄清处理,效果明显,透光率大于95%,果汁中的营养不受损失或损失较小,不易产生二次沉淀,成本低,是一种理想的枸杞果汁澄清剂。其原理是,果胶、蛋白质及微小颗粒等物质,在果汁中都带有负电荷,壳聚糖溶于稀盐酸成盐后,壳聚糖上的氨基与质子结合而带有正电荷,所以壳聚糖是天然的阳离子型絮凝剂,无毒,无味,可生物降解,不会造成二次污染。

②PVPP澄清。PVPP是一种不溶性的、高分子量交联化合物,具有很好的吸附性能,能够选择性络合花色苷、单宁等成分,在果汁澄清工艺中加入万分之一的PVPP,可使果汁透光率提高1%~2%,色值提高6%~8%,且产品浊度明显降低,同时,也改善了果汁存放后的浑浊问题。

③自然澄清法。枸杞果汁置于密封容器中,经长时间静置使悬浮物沉淀。这种澄清方法主要是利用果汁体系中悬浮微粒的密度差和胶体物质的自然水解而实现。需要注意的是,果汁在长期静置中易受微生物污染发酵变质,因此,采用此法澄清果汁必须加入适量的防腐剂。

澄清处理后,必须过滤以将浑浊或沉淀物除去。生产上常用的有压滤法、真空过滤法、离心过滤法及超滤膜过滤法,可根据设备自行选用。

(12)枸杞果汁的浓缩。浓缩枸杞果汁是在其澄清汁或浑浊汁的基础上脱除大量水分,使果汁体系缩小、固形物浓度提高。一般固形物从5%~20%提高到65%~70%。理想的浓缩枸杞果汁,在稀释和复原后应和原汁的风味、色泽、浑浊度相似。浓缩枸杞汁节省包装和运输费用,便于贮运;品质更加均匀一致;糖酸含量高,增加了产品的保存性;用途广泛,可以用于各种饮料的基础配料。

生产上常用的浓缩方法有以下几种。

①真空浓缩。真空浓缩是通过负压降低枸杞果汁的沸点,使果汁中的水分在较低温度下快速蒸发。由此提高浓缩效率,减少热敏性成分损失,提高产品品质。真空浓缩是目前生产中广泛使用的一种浓缩方式。

②冷冻浓缩。冷冻浓缩是应用冰晶与水溶液的固—液相平衡原理将果汁中的水分以冰晶形式排除。当水溶液中所含溶质浓度低于共溶浓度时,溶液被冷却后,水(溶剂)便部分成冰晶析出,剩余溶液的溶质浓度则由于冰晶数量和冷冻次数的增加而大大提高,这即是冷冻浓缩果汁的基本原理。其过程包括三步:结晶(冰晶的形成)、重结晶(冰晶的成长)、分离(冰晶与液相分开)。目前,有部分加工企业应用冷冻浓缩,因其避免了热力及真空的作用,没有热变性,挥发性芳香物质损失少,产品质量高,特别适用热敏感性果汁的浓缩,但其效率不高,且除去冰晶时会带走部分果汁而造成损失。此外,冷冻浓缩时不能破坏微生物和酶的活性,浓缩汁还必须再经杀菌处理或冷冻贮藏。

③反渗透和超滤浓缩。膜分离技术是伴随现代生物技术产业发展产生的新兴技术,其用于果汁浓缩一般采用反渗透浓缩技术。它适用于分子量小于500的低分子无机物或有机物水溶液的分离,操作压力容易控制,具有较好的品质,但由于其投入成本高,且目前还不能把果汁浓缩到较高浓度而很少被采用。

四、枸杞果酒酿造

含有一定糖分和水分的果实,经过破碎、压榨取汁、发酵或者浸泡等工艺精心调配酿制而成的各种低度饮料酒称为果酒。果酒具有如下优点:一是营养丰富,含有多种有机酸、芳香酯、维生素、氨基酸和矿物质等营养成分,经常适量饮用,能更多提供人体营养素,有益身体健康;二是果酒酒精含量低,刺激性小,既能提神、消除疲劳,又不伤身体;三是果酒在色、香、味上别具韵味,不同的果酒,分别体现出色泽鲜艳、果香浓郁、口味清爽、醇厚柔和、回味绵长等风格,可满足不同消费者的饮酒享受;四是果酒以各种栽培或山野果实为原料,可节约酿酒用粮。

枸杞通过技术手段酿制成果酒后,具有预防和治疗心血管疾病、抗菌、抗动脉硬化等显著作用,更具药理保健和风味独特的双重特点。目前,枸杞酒按照制法可分为以下几种:配制型枸杞果酒,即以高浓度白酒辅以枸杞澄清汁配比而成;枸杞泡酒,将枸杞干制品或采摘后的鲜果直接投入高浓度白酒中,或将枸杞与其他药材配伍投入高浓度白酒中,以浸提的方式使其有效成分缓慢释放,制成泡酒;发酵型枸杞果酒,是将枸杞果实经过处理,取其汁液,经酒精发酵和陈酿而制成。由于前两种果酒制作方法简单,本文在此不做赘述,只对发酵型枸杞果酒及其制作工艺进行阐述。

(一)枸杞发酵果酒的酿造原理

发酵型枸杞果酒的酿造是利用有益微生物酵母菌将果汁中可发酵性糖类经酒精发酵作用生成酒精,再在陈酿澄清过程中经酯化、氧化及沉淀等作用,制成酒液清新、色泽鲜美、醇和芳香的产品。

1.酒精发酵机理

果酒的酒精发酵是指果汁中所含的己糖,在酵母菌的一系列酶作用下,通过复杂的化学变化,最终产生乙醇和二氧化碳的过程。简单反应式:

C6H12O6——2CH3CH2OH+2CO2

酵母菌的酒精发酵过程为厌氧发酵,所以发酵要在密闭无氧的条件下进行。如果有空气存在,酵母菌就不能完全进行酒精发酵作用,而部分进行呼吸作用,把糖转化成二氧化碳和水,使酒精产量减少。

果汁中的葡萄糖和果糖可直接被酵母菌发酵利用,蔗糖和麦芽糖在发酵过程中需通过分解酶和转化酶的作用生成葡萄糖和果糖后,才可参与酒精发酵。但是果汁中的戊糖、木糖和酮糖等则不能被酵母菌发酵利用。

2.酒精发酵的主要过程

葡萄糖磷酸化,生成活泼的1,6-二磷酸果糖。

1分子1,6-二磷酸果糖分解为2分子的磷酸丙酮。

3-磷酸甘油醛转变成丙酮酸。

丙酮酸脱羧生成乙醛,乙醛在乙醇脱氢酶的催化下,还原成乙醇。

3.酒精发酵的主要副产物

甘油 主要是在发酵时由磷酸二羟丙酮转化而来,甘油可赋予果酒清甜味,并且可使果酒口味圆润。

乙醛 主要是发酵过程中丙酮酸脱羧产生的,也可能是由乙醇氧化而产生。游离的乙醛存在会使果酒具有不良的氧化味。用二氧化硫处理会消除此味。因为乙醛和二氧化硫结合可形成稳定的亚硫酸乙醛,此种物质不影响果酒的风味。

醋酸 主要由乙醛氧化生成,乙醇可氧化生成醋酸。但在无氧条件下,乙醇的氧化很少。醋酸为挥发酸,风味强烈,在果酒中含量不宜过多。醋酸在陈酿时可生成酯类物质,赋予果酒以香味。

琥珀酸 主要由乙醛反应生成,或者由谷氨酸脱氨、脱羧并氧化生成。琥珀酸的存在可增进果酒的爽口性。

乳酸 主要来源于酒精发酵和苹果酸—乳酸发酵。

高级醇 主要由代谢过程中的氨基酸、六碳糖及低分子酸生成。如含量过高,可使酒具有不愉快的粗糙感,且使人头痛致醉。

此外,还有一些由酒精发酵的中间产物——丙酮酸所产生的具有不同味感的物质,如具辣味的甲酸、具烟味的延胡索酸等。

果酒在酒精发酵过程中所产生的酒精达到一定浓度时,就可以抑制或杀死其他有害的微生物,使果酒得以长期保存。

4.酿酒酵母的选择

果酒的酒精发酵与微生物的活动有密切关系。果酒酿造的成败和品质的好坏,首先决定于参与发酵的微生物种类。凡是霉菌和细胞等有害微生物的存在和参与,必然会造成酿造的失败。酵母菌是果酒发酵的主要微生物,而酵母种类很多,其生理功能各异,有良好的发酵菌种,也有危害性的菌种存在。果酒发酵的优良酵母菌品种是葡萄酒酵母菌,它具有优良酵母菌的主要特征:发酵能力强,可使酒精度达到12%~16%,发酵效率高,可将果汁中的糖充分发酵转化成酒精;抗逆性强,能在经二氧化硫处理的果汁中进行繁殖和发酵,在发酵中可产生芳香物质,赋予果酒以特殊风味。

枸杞果酒酿制常用的酵母菌即为葡萄酒酵母。

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图11-3 不同酵母添加量对枸杞酒度的影响

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图11-4 不同酵母添加量对枸杞酒还原糖含量的影响

5.影响酒精发酵的主要因素

温度 葡萄酒酵母的生长繁殖与酒精发酵的最适温度为20℃~30℃,当温度在20℃时,酵母菌繁殖速度加快,30℃时达到最大值,如果温度继续升高达到35℃时,其繁殖速度迅速下降,酵母菌呈“疲劳”状态,酒精发酵有可能停止。因此,要想获得较高酒精度的果酒,就必须将发酵温度控制在较低的水平。生产中一般采用22℃~24℃作为枸杞果酒酿制的发酵温度。

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图11-5 不同温度条件下枸杞酒度的变化

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图11-6 不同温度条件下可溶性固形物的变化

酸度 酵母菌在微酸性条件下发酵能力最强。当果汁中pH控制在3.3~3.5时,酵母菌能很好地繁殖和进行酒精发酵,而有害微生物则不适宜这样的条件,其活动能被有效地抑制。但是,当pH下降至2.6以下时,酵母菌也会停止繁殖和发酵。

空气 在有氧条件下,酵母菌生长发育旺盛,大量繁殖个体。而在缺氧条件下,个体繁殖被明显抑制,同时促进了酒精发酵。因此,在果酒发酵初期,宜适当多供给些氧气,以增加酵母菌的数目。一般在破碎和压榨过程中溶入果汁中的氧气已经足够酵母菌发育繁殖所需,只有在酵母菌发育停滞时,才通过倒桶适量补充氧气。如果供氧太多,会使酵母菌进行好气活动而大量损失酒精。因此,果酒发酵一般是在密闭条件下进行的。

糖分 酵母菌生长繁殖和酒精发酵都需要糖,糖浓度为2%以上时酵母菌活动旺盛;当糖分超过25%时,则会抑制酵母菌活动;如果达到60%以上时,由于糖的高渗透压作用,酒精发酵停止。因此,生产含酒精度较高的果酒时,可采用分次加糖的方法,这样可缩短发酵时间,保证发酵的正常进行。酿酒酵母对糖的关系遵从于巴斯德效应和克雷布特里效应。

酒精和二氧化碳 酒精和二氧化碳都是发酵产物,它们对酵母的生长和发酵都有抑制作用。酒精对酵母的抑制作用因菌株、细胞活力及温度而异,在发酵过程中对酒精的耐受性差别是酵母菌菌群更替转化的自然手段。当酒精含量达到5%时,尖端酵母菌就不能生长;葡萄酒酵母菌则能耐13%的酒精,甚至可以忍耐16%~17%的酒精浓度。在发酵过程中二氧化碳的压力达到0.8 MPa时,能停止酵母菌的生长繁殖;当二氧化碳的压力达到1.4MPa时,酒精发酵停止;到二氧化碳的压力达到3 MPa时,酵母菌死亡。在较低的二氧化碳压力下发酵,由于酵母增殖少,可减少因细胞繁殖而消耗的糖量,增加酒精产率,但发酵结束后会残留少量的糖。

二氧化硫 果酒发酵一般都采用亚硫酸(以二氧化硫计)来保护发酵。葡萄酒酵母菌具有较强的抗二氧化硫能力。当原料果汁中游离二氧化硫含量为10mg/L时,对酵母没有明显作用,而对大多数有害微生物却有抑制作用;当二氧化硫为20~30mg/L时,也只能延迟发酵进程6~10 h;当二氧化硫为50 mg/L时,延迟发酵进程18~24 h;当二氧化硫为100 mg/L时,会延迟发酵进程4 d。除了杀菌作用,二氧化硫在酿酒过程中还有澄清作用、溶解作用、增酸作用及抗氧化作用。实际生产中,以纯粹液体二氧化硫(气体二氧化硫在一定的加压或冷冻下形成液体)最为普遍,而且是唯一的具有上述各种作用的。二氧化硫在添加时应一次添加到枸杞果汁醪中,在破碎果汁醪液下池时一同加入,不可在发酵过程中分数次添加,这是保证酵母选育的有效方法。下池时在果汁醪中一次添加二氧化硫200~500mg/L,制成酒之后,二氧化硫含量很难超过100~250mg/L,这说明大部分二氧化硫已在发酵过程中消失。按照我国的要求,化合二氧化硫的含量应小于250mg/L(游离状态为30mg/L)。枸杞果酒酿制中常采用亚硫酸氢钠作为二氧化硫的来源。

(二)枸杞果酒酿造工艺流程

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(三)操作要点

1.原料选择

合适的枸杞汁原料才能酿出优质的枸杞酒。果实选取时要求果粒充分成熟,即将要达到完全成熟,且无霉烂果、病果。

2.除梗

除梗是将枸杞浆果与果梗分开并将后者除去,除梗后,用50℃的温水浸泡l2h,备榨汁或打浆用。

3.压榨/打浆

压榨时,一般采用分次压榨的方法。打浆采用组织破碎机。

4.澄清

经分离和压榨获得的枸杞汁,因含有杂质而呈浑浊状态。杂质的存在对枸杞酒的风味影响很大,所以发酵前必须经澄清处理以得到澄清的枸杞汁。在果浆中添加2% Pectinex5XL果胶酶,在37℃下保温6 h,过滤即可得到澄清的枸杞汁。

5.枸杞汁成分的调整

在发酵之前必须对发酵原料成分进行调整,确保枸杞酒质量并促使发酵安全进行。

糖分的调整 糖是酒精生成的基础,根据酒精发酵反应式计算,理论上要产生1%酒精需要1.56 g葡萄糖或1.475 g蔗糖。但实际发酵过程中,除了主要生成酒精和二氧化碳外,还有其他副产物,并且酵母菌本身的生长繁殖也要消耗一定的糖分,还有酒精本身的挥发损失等。所以,实际生成1%酒精需1.7 g左右的葡萄糖或1.6 g左右的蔗糖。增高酒精度的方法:一种是补加糖使其生成足量的酒精;另一种是发酵后补加同品种高浓度的蒸馏酒或经处理的食用酒精。

酸度调整 果酒发酵使其酸度在0.8~1.2 g/100ml最适宜。若酸度低于0.5 g/100ml则需要加入适量酒石酸、柠檬酸或酸度较高的果汁进行调整,一般用酒石酸进行增酸效果较好。

枸杞干果含糖量较低,为保证发酵后的成品中具备一定的糖度和酒度,用蜂蜜和柠檬酸进行成分调整,使其糖度为20%,pH值为3.8。

6.换桶

酒精发酵结束后的枸杞酒,仍含有许多易引起浑浊的成分,经过一段时间静置贮藏之后,这些物质就会沉淀到罐底。换桶就是将枸杞酒与其沉淀物分开的操作。不换桶或换桶不当会导致枸杞酒在陈酿过程中败坏。换桶可以起到澄清作用,还可以通气,有利于二氧化碳和其他一些挥发性物质的挥发,均质化。换桶应有适当的时间和次数,换桶方式要视情况而定。

7.添桶

由于各种原因,在贮藏过程中,贮藏容器中的果酒液面下降,从而造成空隙,因此必须定期添桶,它的目的至少是可以减少固定的酒液面与空气接触而导致的氧化或醋酸菌的危害。添桶的间隔时间取决于酒液上部空间的变化速率、温度、容器的类型及其密封性等因素。

8.二氧化硫处理和酒母添加

由于二氧化硫的独特作用,除梗破碎后一般根据原料的卫生状况和工艺要求加入。

9.取汁

枸杞经过破碎成浆之后,应立即分离出枸杞汁,以避免浸渍作用、发酵触发和氧化现象。分离取汁的方法可分为静止分离和动力分离。静止分离就是将破碎的枸杞装入压榨容器,依靠重力的作用,使枸杞汁流出,等到容器装满后,开始压榨、加压榨汁。动力分离是为了加速枸杞汁的分离和提高自流汁的比例,对原料进行较小强度的挤压,需要分离机器。

10.过滤

过滤是一种常见的澄清方法,它是让酒液通过具有很细微孔的滤层来除去沉淀物质。微粒和杂质因不同的作用机制被滞留在滤层上。由于含有较多的杂质,应使用筛析过滤。而对于较澄清的枸杞酒,应使用吸附过滤。枸杞果酒生产上一般采用0.16%的皂土进行澄清处理。近几年研究发现,用壳聚糖对枸杞酒澄清处理的效果较好。由于澄清过程中除去了单宁等引起苦涩味物质的成分,产品口感好,酒质澄清透明,颜色为透亮的红色。经壳聚糖处理的产品在货架期内稳定,无沉淀出现。该法还具有用量少,生产成本低,絮凝物沉降速度快,易于分离,操作简便,生产周期短等优点。

(四)常见质量问题及控制

在酿造过程中由于环境设备消毒不严,原材料不合格,以及操作管理不当等原因,均可引起果酒发生各种病害质量问题。

1.生膜

生膜又名生花,是由酒花菌类繁殖形成的。果酒暴露在空气中,表面就会生长一层灰白色或暗黄色、光滑而又薄的膜,随后逐渐增厚、变硬,膜面起皱纹,此膜将酒面全部盖满。振动后膜即破碎成小块,并充满酒中,使酒浑浊,产生异味。

防治方法主要有:不使酒液表面与空气过多接触,贮酒盛器需经常添满,密闭贮存,要保持周围环境及容器内外的清洁卫生;在酒面上加一层液体石蜡隔绝空气,或经常充满一层二氧化碳或二氧化硫气体;在酒面上经常保持一层高浓度酒精。若已发生生膜,则需用漏斗插入酒中,加入同类的酒充满盛器使酒花溢出。严重时需用过滤法除去酒花再行保存。

2.变味

酸味 果酒变酸主要是由于醋酸菌发酵引起的。醋酸菌繁殖时先在酒面上生出一层淡灰色薄膜,最初是透明的,以后逐渐变暗,有时变成一种玫瑰色薄膜,出现皱纹,并沿器壁生长而高出酒的液面。以后薄膜部分下沉,形成一种黏性的稠密物质,称之为酵母。但有时醋酸菌的繁殖并不生膜。由于醋酸菌经常危害果酒,所以,它是果酒酿造业的大敌。醋酸菌可以使酒精氧化成醋酸,使其产生刺舌感。若醋酸含量超过0.2%,就会有明显的刺舌感,不宜饮用。最常见的醋酸菌为醋酸杆菌。这类菌繁殖的最适条件是:酒精度12%以下,有充足的空气供给,温度为33℃~35℃,固形物及酸度较低。防治方法与生膜相同。已感染上醋酸菌的,没有更好的处理办法,只能加热灭菌,72℃~80℃保持20min。盛酒的容器要用碱水洗泡,刷洗干净后用硫磺杀菌,方可再次使用。

表11-1 不同澄清技术对枸杞发酵酒的澄清效果

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表11-2 枸杞酒经壳聚糖处理前后的主要成分含量

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霉味 用生过霉的盛器盛酒、清洗除霉不严格、霉烂的原料未能除尽等原因都会使酒产生霉味。霉味可用活性炭处理过滤而减轻或去除。

苦味 苦味多由种子或果梗中的糖苷物质的浸出引起。可通过加糖苷酶加以分解,或提高酸度使其结晶过滤去除。

硫化氢味和乙硫醇味 硫化氢味(臭鸡蛋味)和乙硫醇味(大蒜味)是由于酒中的固体硫被酵母菌还原产生硫化氢和乙硫醇引起的。因此,硫处理时切勿将固体硫混入果汁中。利用加入过氧化氢的方法可以去除。

其他异味 酒中的木臭味、水泥味和果梗味等可经加入精制的棉籽油、橄榄油和液体石蜡等与酒混合使之被吸附。这些油与酒互不融合而上浮,分离之后即可去除异味。

3.变色

在枸杞果酒生产过程中,如果铁制的机具与果酒或果汁相接触,使酒中的铁含量偏高(超过8~10mg/L),就会导致酒液变黑。铁与单宁化合生成单宁酸铁,呈蓝色或黑色(称为蓝色或黑色败坏)。铁与磷酸盐化合则会生成白色沉淀(称为白色败坏)。因此,在生产实践中需避免铁质机具与果汁和果酒接触,减少铁的来源。如果铁污染已经发生,则可以加明胶与单宁沉淀后消除。

此外,生产过程中果汁或果酒与空气接触过多时,由于过氧化物酶在有氧的情况下会将酚类化合物氧化而成褐色(称为褐色败坏)。一般用二氧化硫处理可以抑制过氧化物酶的活性,加入单宁和维生素C等抗氧化剂,都可有效地防止果酒的褐变。

4.浑浊

产生浑浊的原因主要有:果酒在发酵完成之后以及澄清后分离不及时,酵母菌体的自溶或被腐败性细菌所分解而产生浑浊;下胶不适当也会引起混浊;也有可能是由于有机酸盐的结晶析出、色素单宁物质析出以及蛋白质沉淀等均会导致酒液混浊。这些混浊现象可采用下胶过滤法除去。如果是由于发酵或醋酸菌等的繁殖而引起的混浊,则需先行巴氏杀菌后再用下胶处理。

五、枸杞籽油的提取

枸杞的种子中,含有18%左右的油,这些油含有丰富的油脂和蛋白质,而且还含有一般植物少有的亚油酸、γ-亚麻酸、维生素E、棕榈酸和多种微量元素及活性物质。经过不断的研究探索,人们对枸杞籽油在人体生理、生化过程中药理作用的认识逐步深入,使枸杞籽油在医药、保健品、化妆品等领域的应用逐步拓展,生产向产业化与商品化发展,因此,枸杞籽油的提取也是枸杞综合利用的主要途径之一。

枸杞籽油的提取工艺和其他食用油基本相似,主要有机榨和溶剂提取两种。其出油率一般在15%左右。

(一)工艺流程

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(二)技术要点

1.破碎

将枸杞籽用风力或人力分选,基本不含杂质后用破碎机破碎。枸杞籽细胞破碎得的愈彻底,油脂的浸出分离效率愈好,出油率越高,出油率与破碎细度成正相关。但超过60目过筛困难,因为枸杞籽磨碎后很油腻,易堵塞筛孔。徐延梅、白寿宁等研究发现,采用40目筛最为适宜,通过60目筛较困难。

2.软化

破碎后,将破碎的枸杞籽投入软化锅内软化。条件是水分12%~15%,温度65℃~75℃,时间40min,必须达到全部软化。

3.浸提

若采用浸提法,经过软化后就可以加有机溶剂进行浸提。有机溶剂有:己烷、石油醚、二氯乙烷、三氯乙烯、苯、乙醇、甲醇、丙酮等。浸提液经压榨、过滤、分离即可得到毛油,其操作过程与精油的提取过程基本相似。生产中常用的枸杞籽油浸提有机溶剂是石油醚。

在浸提枸杞籽油过程中,浸出温度对枸杞油出油率也有很大影响,按照油脂浸出基本原理,提高浸出温度可以增加分子动能,加速分子运动,促进扩散作用,从而达到提高浸出效果的目的。所以,浸出温度应尽量高一些为好,但由于其他因素的制约,在实际生产中不可能提得很高。例如,浸出温度过高会使溶剂汽化而难以浸出油脂,并增加溶剂损耗。徐延梅、白寿宁等研究发现,在室温条件下(15℃~25℃),油脂的浸出率变化不大,再相应地提高温度可提高油脂得率;温度在30℃以上时,温度每增加5℃,枸杞油得率相应的增加20.5左右;但温度超过50℃时,溶剂挥发过速,不易采用。

表11-3 不同浸提温度枸杞籽的出油率

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4.炒坯

若采用压榨法,软化后要进行炒坯。炒坯的作用是使枸杞籽粒内部的细胞进一步破裂,蛋白质发生变性,磷脂等离析、结合,从而提高毛油的出油率和质量。一般将软化后的油料装入蒸炒锅内进行加热蒸炒,加热必须均匀。炒料后立即用压饼机压成圆形饼,操作要迅速,压力要均匀,中间厚,四周稍薄,饼温在100℃为好。压好后趁热装入压榨机进行榨油。榨油时室温应控制在35℃,以免降低饼温而影响出油率。出油的油温在80℃~85℃为好,再经过过滤去杂就成为毛油。由于枸杞籽坚硬,用压榨法并不适宜,出油率太低,加之现代科学技术的发展迅速,故生产中采用压榨法提取枸杞籽油并不适合,但为了能提高出油率,即便是采用有机溶剂浸提,炒坯这一步也还是很关键的。

5.精炼

枸杞籽油的精炼与其他油脂的精炼方法类似。生产中也可采用离心脱水的方法进行精炼,精炼后的枸杞籽油还需经脱臭处理,间接蒸汽加热至100℃,喷入直接蒸汽,真空度800~1000 Pa,时间4~6 h,最后加入适量抗氧化剂即得成品精油。

(三)超临界二氧化碳萃取枸杞籽油

超临界流体萃取(superitical fluid extraction,SFE)是一项发展很快,应用很广的实用新技术。它具有低温下提取、没有溶剂残留和可以选择性分离等特点,正受到越来越多的重视。超临界流体(SCF)是指处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上,其物理性质介于气体与液体之间的流体。超临界流体(SCF)兼有气液两重性的特点,它既有与气体相当的高渗透能力和低的黏度,又兼有与液体相近的密度和对许多物质优良的溶解能力。可作为SCF的物质很多,如二氧化碳、一氧化亚氮、六氟化硫、乙烷、甲醇、氨和水等。其中,二氧化碳因其临界温度低(Tc=31.3℃),接近室温,临界压力小(Pc=7.15 MPa),且无色、无味、无毒、不易燃烧、化学惰性、低膨胀性、价廉、易制得高纯气体等特点,使得二氧化碳超临界流体萃取取得了最为广泛的应用。

1.超临界二氧化碳萃取技术的原理

超临界二氧化碳流体萃取分离过程的基本原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系,即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下,将超临界流体与待分离的物质接触,使其有选择性地把极性、沸点和分子量各不相同的成分依次萃取出来。

2.影响超临界萃取的主要因素

(1)密度。溶剂强度与SCF的密度有关。温度一定时,密度(压力)增加,可使溶剂强度增加,溶质的溶解度增加。

(2)夹带剂。适用于SFE的大多数溶剂是极性小的溶剂,这有利于选择性的提取,但限制了其对极性较大溶质的应用。

(3)粒度。溶质从样品颗粒中的扩散,可用Fick(费克)第二定律加以描述。粒子的大小可影响萃取的收率。一般来说,粒度小有利于SFE-CO2萃取。

(4)流体体积。提取物的分子结构与所需的SCF的体积有关。

(5)压力和温度。压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数,通过改变温度和压力达到萃取的目的。压力固定,通过改变温度也同样可以将物质分离开来;反之,将温度固定,通过降低压力使萃取物分离。

3.超临界二氧化碳萃取装置

由于超临界流体萃取设备的压力很高,超临界流体萃取设备多为中小型装置。固体物料的萃取釜是超高压设备,以现有的技术条件,在高压下连续进出固体物料是不可能的。为了适应固体物料频繁装卸的要求,目前国际上几乎所有的固体二氧化碳超临界萃取设备,都采用全镗式快开式萃取釜。采用快开式结构,可以提高生产效率及产品质量。

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图11-7 国内某公司二氧化碳超临界萃取设备工艺流程

(1)国内开发的二氧化碳超临界萃取设备。图11-7所示为国内某公司所开发二氧化碳超临界萃取设备的工艺流程:液体二氧化碳由高压泵2加压到萃取工艺要求的压力并传送到换热器3,将二氧化碳流体控制在萃取工艺所需温度,然后进入萃取釜4,在此完成萃取过程。负载溶质的二氧化碳流体减压进入分离釜,二氧化碳减压后溶解度降低使萃取物在分离釜5中得以分离。分离萃取物后的二氧化碳流体再经换热器6冷却液化后回到储罐1中循环使用。

(2)国外某公司二氧化碳超临界萃取(SFE-CO2)设备。图11-8所示为美国某公司萃取设备工艺流程图:2个973L的萃取釜串联,被萃取的物料装在原料筐中被放入萃取釜,密闭釜口,系统抽真空,然后开启阀门,启动循环泵升压,超临界二氧化碳流体由高压泵加压送到萃取釜,经过高压过滤器后,用阀门控制流量降压,加热后进入一级分离釜,解析出被萃取物质,剩余未被分离的物质被流体带出,再用阀门控制流量降压,加热后进入二级分离釜,解析出剩余的被萃取物质。经过低压过滤器后,将二氧化碳流体冷却,用分子筛除水,再全部冷凝为液态的二氧化碳,送入溶剂储罐中再循环使用。

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图11-8 美国某公司二氧化碳超临界萃取设备工艺流程

4.二氧化碳超临界萃取技术萃取枸杞籽油

(1)萃取工艺。枸杞籽破碎(40~60目)→装料→萃取(温度40℃~50℃,压力40 MPa)→分离(温度35℃~40℃,压力10MPa)→枸杞籽油精品

(2)萃取控制条件。

表11-4 枸杞籽油萃取控制条件

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(3)超临界CO2萃取法和溶剂萃取法提取枸杞籽油理化指标比较。

表11-5 常规理化指标检测

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表11-6 微量元素检测

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表11-7 脂肪酸检测

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表11-8 重金属、有害物质检测

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表11-9 生物活性成分检测

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六、枸杞多糖的提取

多糖(也称多聚糖),指含有10个以上糖基的聚合物,是由许多单糖经过糖苷键结合而成的多聚化合物。单糖的个数被称为聚合度(DP),DP<100的多糖为数不多,而大多数多糖的DP值为200~300。作为功能食品功效成分使用的活性多糖主要是从一些植物和食用真菌中制备得到的,种类繁多。

枸杞多糖(Lycium barbarum polysac-charides,LBP),是一种易溶于热水或稀酸、稀碱溶液,能被乙醇、丙酮等有机溶剂析出的蛋白多糖,分子量为1.0×104~8.8×104。干燥后为白色纤维状疏松固体。它由阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖和木糖等6种单糖组成,并含有多种微量元素和氨基酸。现代医学临床研究认为,枸杞多糖具有调节机体免疫、延缓衰老、抗病毒、抗肿瘤和抗氧化等作用,是枸杞生物学作用的主要有效成分之一,并已成为保健食品的一种重要功能性添加剂。近年来,国内对多糖的研究进展很快,枸杞多糖的提取分离、化学分析、药理作用及临床应用都已具有较广泛的研究基础,而且显示出良好的应用前景。

(一)枸杞多糖制备的基本工艺流程

基料选择→预处理→粉碎→提取、分离→纯化→干燥→产品制备→纯度检验

(二)破碎

目前,枸杞多糖制备中常用的破碎方法主要有机械方法,即运用机械力的作用,使组织粉碎。粉碎少量原料时,可选用组织捣浆机、匀浆器、研钵等。工业生产可选用电磨机、万能粉碎机等。

除了机械破碎的方法,由于枸杞果实属浆果,易破碎,且在冻结状态下,呈现较好程度的低温脆性,因此,也可选用冷冻粉碎法,即将冷冻与粉碎两种单元操作相结合,这种破碎方法具有很多优点,可以使物料颗粒流动性更好、粒度分布更理想,活性成分受损失较小,不会因粉碎时物料发热而出现氧化、分解、变色等现象。

(三)提取方法

目前生产中最为常用的枸杞多糖提取方法是溶剂浸渍法,除此之外,也有利用超临界流体萃取技术和微波萃取技术提取枸杞多糖的研究。

1.水或溶剂浸渍法

将经处理的枸杞果实置于有盖容器中,加入规定量的溶剂盖严,浸渍一定时间,使有效成分浸出。生活中最常见的以热水泡茶叶提取茶多酚,热水浸渍食用菌子实体提取多糖等即属于水的浸提。此法简便,但有效成分不易完全浸出。为了提高活性成分的浸出率,往往需要多次浸渍和选择适宜的溶剂配比。目前枸杞多糖浸提用的主要溶剂是水或80%乙醇。

2.微波萃取技术

微波提取这一概念首次被Ganzler提出时是作为分析化学中的一种新型的样品预处理手段。枸杞多糖提取时也可将微波作为预处理的选择之一。20世纪90年代初,开始应用于萃取天然植物中的有效成分。微波是辐射能的电磁波,频率为300MHz~300 GHz的电磁波,波长1mm~1m。微波加热属于一种内加热,依靠微波段电磁波将能量传播到被加热物体的内部,被萃取物料在微波场中吸收大量的能量,因细胞内部含有的水及其他物质对微波能吸收较多,而周围的非极性萃取剂则对微波能吸收较少,从而在细胞内部产生热应力,被萃取物料的细胞结构因细胞内部产生的热应力而破裂。细胞内部的物质因细胞的破裂直接与温度相对较低的萃取剂接触,因内、外的温度差加速了目标产物由细胞内部转移到萃取剂中,从而强化了提取过程。实验研究表明,微波萃取具有萃取时间短、溶剂用量少、提取率高、溶剂回收率高、所得产品品质好、成本低、投资少等特点。但微波提取辐射不均匀,容易造成局部温度过高,导致有效成分变性、损失。另外,微波提取对提取溶剂具有一定的选择性,微波萃取要求所选用的溶剂必须对微波透明或半透明,用作萃取的溶剂,选用介电常数在8~28范围内。汪河滨等人曾对新疆黑果枸杞进行超声—微波协同萃取法提取枸杞多糖,以70%作为溶剂,在温度50℃,微波频率2450MHz,功率自动;超声波频率40 kHz,功率50W,提取2次,每次15min,提取黑果枸杞的多糖含量10.89%,比常规方法高出1.35%。

(四)枸杞多糖的分离提取

1.枸杞作原料提取枸杞多糖粗品

主要设备:多能提取罐,旋转薄膜蒸发器,三足离心机,酒精蒸馏回收塔,卷式超滤器,真空干燥器。

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2.枸杞原汁提取枸杞多糖粗品

主要设备:叶片式过滤器,TTM-UF平板式超细过滤器,50万分子量改性醋酸纤维膜,10万分子量改性醋酸纤维膜,1万分子量改性醋酸纤维膜,蝶片式旋转薄膜蒸发器,低温冷冻真空干燥器。

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(五)枸杞多糖分离纯化工艺

纯化即为提取的粗制品经盐析、有机溶剂沉淀、吸附、层析、透析、超离心、膜分离等步骤和方法进行精制的工艺过程。

枸杞多糖生产中常用的分离纯化方法有柱层析和液相色谱。

1.原材料制备

将制得的枸杞多糖粗品,按1.5∶100的比例溶于无离子水中。

2.YZS-3型液相制备色谱仪液路系统图

3.制备柱装填

制备柱是仪器的核心,是能够使样品获得良好分离的关键。采用快速的高压气脉冲装填,能使装好的制备柱与装柱器分离时柱层结构不受损坏。制备柱装填采用湿法装填,DEAE和SepHadex要调制成均匀浆液,调匀浆的溶剂,最好选用作流动相的溶剂,这样有利于色谱分离时柱子的平衡和基线稳定。同时,装柱时挤出的溶剂经过滤后仍可作为流动相使用。

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图11-9 YZS-3液路系统

4.柱层析纯化

分离纯化LBP先上DEAE柱层析脱色得半纯品。再上SepHadex G-25脱盐,然后经SepHadex G-100柱层析得纯品,为了制备纯LBP作为药物原料,凡是洗脱下来的LBP全部收集,不再分离。

纯净无离子水溶LBP→高压双柱塞泵送入平衡好的DEAE(OH-)纤维素制备柱层析→再循环进入DEAE纤维素柱层析,使分离度逐次增加,直至达到高纯度分离。

经DEAE纤维素柱层析后的LBP→用无离子水洗脱→再用水,0.05mol/L、0.1mol/L、0.5 mol/L NaCl和0.1mol/L NaOH分梯度洗脱→合并所有洗脱液用膜浓缩→真空冷冻干燥→半纯品LBP。

用纯净无离子水溶解半纯品LBP→高压双柱塞泵依次送入→SepHadex G-25脱盐,再进入SepHadex G-100柱层析→再循环使分离度逐次增加,直至达到高纯度分离。

经SepHadex柱逐次层析纯化的LBP洗脱液1万分子量膜浓缩→无菌真空冷冻干燥→得到白色絮状固体即为枸杞多糖纯品(LBP)。

七、枸杞色素的提取

随着科学技术的发展和人们对于健康意识的加强,合成色素对人体的危害已日益引起人们的重视。所以,目前世界各国使用合成色素的品种和数量日趋减少,而天然色素不仅使用安全,还具有一定的营养或药理作用,深受消费者的信赖和欢迎。因此,开发安全可靠的天然色素对保障国民健康和促进食品工业发展都具有十分重要的意义。

枸杞中含有的主要植物色素为类胡萝卜素,类胡萝卜素是一大类脂溶性的橙黄色素,又可分为胡萝卜素类及叶黄素类。胡萝卜素类的结构特征为共轭多烯烃,包括α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素及番茄红素,溶于石油醚,微溶于甲醇、乙醇。枸杞中以β-胡萝卜素分布最广,含量最高;番茄红素是使枸杞表现为红色的色素,它是胡萝卜素的同分异构体。

(一)枸杞色素提取工艺流程

为了保持枸杞色素的固有优点和产品的安全性、稳定性,一般提取工艺大多采用物理方法,较少采用化学方法。目前,提取色素的工艺主要有浸提法、浓缩法和先进的超临界流体萃取法等。

浸提法工艺设备简单,关键是如何提高产品得率和纯度,其一般工艺流程为:

原料→清洗→浸提→过滤→浓缩→干燥成粉或浸膏→产品

浓缩主要用于天然果汁的直接压榨、浓缩提取色素,其一般工艺流程为:

原料→清洗→压榨果汁→浓缩→干燥→成品

超临界流体萃取法是现代高新技术用于天然色素提取的先进方法,其一般工艺流程为:

原料→清洗→萃取器萃取→分离→干燥→成品

(二)枸杞色素提取技术要点

1.原料处理

枸杞原料中的色素含量与品种、生长发育阶段、生态条件、栽培技术、采收手段及贮存条件等有密切关系。采用浸提法生产色素时所收购到的优质原料,需及时晒干或烘干,并合理贮存;提取不同的色素,对原料要进行不同的处理,生产前要严格试验,找出适宜的前处理方法。浓缩法的原料处理以及榨汁过程可参考枸杞果汁的加工。对于超临界流体萃取法提取色素,也应将原料洗涤、沥干及适当的破碎后,提取色素。

2.萃取

对于用浸提法提取色素,要注意以下几点:第一,应选用理想的萃取剂,因为优良的溶剂不会影响所提取色素的性质和质量,并且提取效率高、价格低廉以及回收或废弃时不会对环境造成污染。第二,萃取的温度要适宜,既要加快色素的溶解,又要防止非色素类物质的溶解增多。第三,大型工业化生产应采用进料与溶剂成相反梯度运动的连续作业方式,以提高效率并节省溶剂。第四,萃取时应随时搅拌。对于超临界流体萃取法,一般所选的溶剂为CO2,在萃取时就应控制好萃取压力和温度。综合以上几点考虑,适宜枸杞色素提取且常用的溶剂为乙醇。

3.过滤

过滤是浸提法提取色素的关键工序之一,若过滤不当,成品色素会出现浑浊或产生沉淀,尤其是一些水溶性多糖、果胶、淀粉、蛋白质等,不过滤除去,将严重影响色素溶液的透明度,还会进一步影响产品的质量和稳定性。过滤常常采用离心过滤、抽滤的方式,目前还有用超滤技术等。另外,为了提高过滤效果,往往采用一些物理化学方法,如调节pH值,用等电点法除去蛋白质,用酒精沉淀提取溶液中的果胶等。

4.浓缩

色素提取过滤后,若有有机溶剂,须先回收溶剂以降低产品成本,减少溶剂损耗,大多采用真空减压浓缩先回收溶剂,然后继续浓缩成浸膏状;若无有机溶剂,为加快浓缩速度,多采用高效薄膜蒸发设备进行初步浓缩,然后再真空减压浓缩。真空减压浓缩温度控制在60℃左右,而且也可隔绝氧气,有利于产品的质量稳定,切忌用火直接加热浓缩。

5.干燥

干燥是为了产品便于贮藏、包装、运输等,有条件的工厂都尽可能地把产品制成粉剂,但是国内大多数产品是液态型。由于多数色素产品未能找到喷雾干燥的载体,直接制成的色素粉剂易吸潮,特别是花苷类色素,在保证产品质量的前提下,制成粉剂有一定的难度,对这类色素可以保持液态。干燥工艺有塔式喷雾干燥、离心喷雾干燥、真空减压干燥以及冷冻干燥等。

6.包装

包装材料应选择轻便、牢固、安全、无毒的物质,对于液态商品多用不同规格的聚乙烯塑料瓶包装,粉剂产品多用薄膜包装;包装容器必须进行灭菌处理,以防污染产品。无论何种类型的产品和使用何种包装材料,为了色素的质量稳定和长期贮存,一般应放在低温、干燥、通风良好的地方避光保存。

八、枸杞的其他利用

自1982年始,宁夏科委已组织多家科研单位进行“枸杞综合开发利用”课题的联合攻关研究,在枸杞深加工产品开发方面陆续取得一些研究成果并推广应用。随后,国内一些省(区)也加大枸杞产品的开发力度,各科研单位与企业已对以上介绍的成熟技术进行了广泛应用,并在此基础上开展了各类复合产品的研发,使枸杞加工研究不断深入,枸杞的应用范围也由过去单一的中医、中药领域扩展到功能性保健食品、营养食品、园林绿化、畜禽饲料等领域。

1.枸杞食品开发研究

迄今为止,枸杞食品加工是枸杞利用最广的领域,取得的专利也最多,产品有以枸杞为原料的原汁、果茶、叶茶及各种类型、品种繁多的复合营养饮料,形式多样,不胜枚举,如,枸杞酸奶、枸杞叶(芽)茶、杞枣果茶、枸杞蜜奶、枸杞软糖、枸杞蜜膏、枸杞杏仁露、枸杞银耳汁、枸杞果珍、参杞蛋白奶茶、枸杞糯米复合饮料、枸杞可乐、芦荟枸杞饮料、枸杞沙棘复合固体饮料、复合型枸杞果酱、枸杞大米发酵饮料、枸杞菊花核桃乳、杞枣复合饮料。

2.盐碱、沙荒地造林的先锋树种

枸杞是我国西北地区的乡土树种,在植物生理学的习性分类中被列为“泌盐植物”,根系可吸收盐分,叶片的叶肉组织内有多条细小的排盐分的盐腺,故而耐盐碱。在西北地区有“沙荒盐碱地栽胡杨种枸杞”之说。

枸杞具有很强的抗旱性,在腾格里沙漠边缘的沙荒地,地下水位在3 m以下的不毛之地上种植枸杞,成活率也能达到80%以上。

3.绿化观赏新植物

枸杞生育期间,集绿叶、紫花、红果于一身,枝条婀娜多姿,叶片翠绿清秀,花朵万紫千红,果实玲珑剔透,极具观赏价值。1年中开花结果时间长达6个多月,是观赏花卉中现花见果历时较长的树种,具有“花紫果红叶翠绿,细枝飘舞现奇景”的效果。枸杞不但为人们的健康带来福音,还为近年兴起的朝阳产业——观光旅游增添了新景点。宁夏作为枸杞之乡和宁夏的枸杞科技示范园区已被旅游局列入定点生态旅游观光园对外开放。

4.优质畜禽饲料

枸杞枝、叶及果柄营养丰富,粗蛋白质含量高达14%以上,维生素种类多且含量丰富,已被畜牧业作为优良饲料利用开发。据宁夏种羊场用枸杞叶、果柄和苜蓿粉碎后按1∶1∶1配合饲喂试验,母羊产羔后,母乳比对照早下奶2~3 d,羔羊体重比对照增重1~2 kg。该场每年秋后收集枸杞叶、果柄,冬季饲喂,原材料多,加工简便,成本又低,现已成为养羊业冬饲的必备饲料。当地农民舍饲羊只,将每年春、夏、秋季人工剪下的嫩枝叶直接喂养,育肥快,肉质细腻、嫩香,很受当地回族同胞的欢迎。

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