CN103304681B

CN103304681B - 一种提取果胶的方法

Info

Publication number: CN103304681B
Application number: CN201310247157.XA
Authority: CN
Inventors: 木泰华; 彭小燕; 张苗; 孙红男; 舒文华
Original assignee: Institute of Food Science and Technology of CAAS
Current assignee: Institute of Food Science and Technology of CAAS
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2033-06-20
Also published as: CN103304681A

Abstract

本发明公开了一种提取果胶的方法。该方法，包括如下步骤：在超声和微波加热的条件下，将乙醇处理后的甜菜干粕粉末与酸溶液混合进行提取，将所得提取液的pH值调至2-5后进行超滤浓缩，再向所得浓缩液中加入无水乙醇沉淀，收集沉淀，得到所述果胶。本发明提供的甜菜果胶提取方法，减少了资源浪费和环境污染，实现了甜菜制糖加工废弃物的综合利用，增加产品附加值。同时采用目前市场已有的超声波、微波机械提取果胶，工艺简单、易于产业化操作，且甜菜果胶产品纯度高、杂质少、食用安全可靠。

Description

一种提取果胶的方法

技术领域

本发明涉及一种提取果胶的方法。

背景技术

果胶是一种大分子酸性多糖，广泛存在于植物的果实、根、茎、叶中，是植物细胞间质的重要成分。它以天然的胶体状态构成细胞组织，与半纤维素、纤维素等其他物质结合在一起，以水果类、根菜类(甜菜、胡萝卜)以及块茎类(土豆)中较为常见。目前许多国家从柑皮、桔皮、向日葵盘、苹果皮等的果皮以及甜菜渣中提取果胶。

据FAO统计，2011年我国甜菜总产量在全球排名第八位，高达1073.1万吨，占全球总产量的4.3％左右。甜菜种植面积高达25万公顷，主要分布在我国黑龙江、新疆、内蒙古等北方地区。每吨甜菜制糖后可得到大约0.15万吨干渣，其主要成分为纤维素、半纤维素和果胶，这些成分占干基的85％，其中约28％为果胶，因此甜菜渣可以作为提取果胶的原料。果胶具有乳化、增稠、稳定等功能，对高血压、高血脂等慢性病有一定疗效，同时还具有防癌和抗癌的作用，被广泛应用于食品、医药、化工、纺织等行业，对改善人们的生活发挥了积极作用。

果胶的提取是将不溶性果胶转化为可溶性果胶和可溶性果胶向液相转移的过程。关于甜菜果胶的提取方法大致分为以下几种：酸法、碱法、离子交换树脂法、微波法、超声波法、酶法等，这些方法各有优缺点。

超声波-微波协同萃取仪是近几年来研发出来的一种样品预处理萃取仪器。它将超声波和微波有机地集合起来，充分利用超声波的空化作用以及微波的高能作用，将目标物有效的从样品内提取出来。超声波的振动匀化使样品介质内各点收到的作用一直，加速组分之间的接触和碰撞，因而整个样品的萃取更为均匀。利用超声波萃取一般较大功率才能提高提取率，这样会发出令人不适的噪音。微波萃取是利用样品中的目标物分子在微波电磁场的作用下，从原来的状态转为跟随微波交变电磁场而快速排列取向的状态，使微波能量能够直接深入到试样内部，作用于目标成分，从而降低目标物与基体的结合力，加速目标物从固相进入溶剂相的过程。但如果样品量过大，受到微波穿透能力的限制，样品萃取会不均匀，萃取效率下降。超声波与微波有效的结合在一起，可以充分利用两者的优点，克服常规超声波和微波的不足之处，可实现对固体样品进行快速、高效、可靠的预处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种提取果胶的方法。

本发明以甜菜干粕为材料，经粉碎脱色干燥处理，然后利用相应的方法提取甜菜果胶。该提取方法具有提取条件温和、时间短、纯度高等优点。

本发明提供的提取果胶的方法，包括如下步骤：

1)将甜菜干粕粉碎后与无水乙醇混匀进行回流，再除去乙醇，用水洗脱至洗脱液无色后干燥，得到乙醇处理后的甜菜干粕；

2)在超声和微波加热的条件下，将乙醇处理后的甜菜干粕与酸的水溶液混合进行提取，将所得提取液的pH值调至2-5后进行超滤浓缩，再向所得浓缩液中加入无水乙醇沉淀，收集沉淀，得到所述果胶。

上述方法中，所述甜菜干粕适用于任何一种品种。所用甜菜干粕是甜菜制糖后的甜菜渣经过烘干、挤压、成型后得到的。

所述步骤1)粉碎步骤中，筛孔的目数为10-40目；

所述甜菜干粕与无水乙醇的用量比为100g∶400ml。

所述步骤2)中，酸的水溶液选自盐酸、硝酸和硫酸中的至少一种；

酸的水溶液的pH值为1.0-3.0，具体为1.0；

所述乙醇处理后的甜菜干粕与酸的水溶液的用量比为1g∶10ml-40ml，具体为1g∶10ml、1g∶15ml、1g∶20ml、1g∶25ml、1g∶30ml、1g∶35ml或1g∶40ml。

所述步骤2)超声和微波加热中，温度为70-95℃，具体为75、80、85、90或95℃；

时间为10-40min，具体为15min、20min、25min、30min、35min或40min；

超声波的频率为0-100Hz，具体为40Hz；

超声波的功率为0-100W，具体为50W；

微波加热功率为10-800W；由于微波的作用是用来加热维持恒温。故可根据实际情况在上述范围内自动调整微波的具体功率，以使温度恒温。

所述步骤2)超滤浓缩步骤中，超滤膜的截留分子量范围为0.3-100kDa，具体为10kDa；

超滤前提取液pH值调节至2-5，pH值具体为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0或3.5；

超滤浓缩的次数为1-6次，具体为3次。

所述沉淀步骤中，无水乙醇的用量为浓缩液体积的1-4倍，具体为1倍。

所述方法还包括如下步骤：在所述收集沉淀步骤之后，将所得沉淀离心，取离心所得沉淀用乙醇洗涤，去除乙醇相后用去离子水溶解，干燥。

另外，按照上述方法制备得到的果胶，也属于本发明的保护范围。所述果胶中，半乳糖醛酸的质量百分含量具体可为75％-80％，更具体可为77.86％；蛋白质的质量百分含量具体可为9.51％，脂肪的质量百分含量具体可为0.12％，水分的质量百分含量具体可为8.24％，灰分的质量百分含量具体可为3.15％。

采用本发明的方法，以新疆中粮屯甜菜制糖有限公司制糖后的甜菜干粕为原料，所得果胶中半乳糖醛酸含量在75％以上，果胶得率为25％以上。

本发明的方法具有以下优点：

1、本方法与传统溶剂提取法相比，提取率高，所需的时间短，能量消耗低。

2、果胶提取液经过超滤膜纯化浓缩，再用乙醇沉淀，与以前工艺比较相对简单，节约时间。

3、现在已有大型的微波辅助提取设备，易于产业化。

附图说明

图1为咔唑硫酸法测定果胶半乳糖醛酸含量的标准曲线。

图2为从甜菜干粕中提取的甜菜果胶液经乙醇沉淀后得到的果胶，上层为沉淀的果胶。

图3为从甜菜干粕中提取得到的甜菜果胶冻干样品。

图4为从甜菜干粕中提取得到的甜菜果胶冻干粉碎后的样品。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。下述实施例中所用的甜菜干粕均来自新疆中粮屯甜菜制糖有限公司。

下述实施例中，甜菜果胶得率的计算方法如下：

用果胶质量除以原料质量得到果胶的得率：

Y＝W₂*100％/W₁(1)

其中W₁、W₂分别为原料质量和该原料中所提取得到的果胶质量。

甜菜果胶中半乳糖醛酸(GlaA)含量用咔唑硫酸法测定，具体测定方法如下：

用饱和的苯甲酸溶液配制浓度4-40ug/ml半乳糖醛酸标准溶液，用优级乙醇配制0.15％咔唑溶液，保存在4度棕色瓶中。吸取5ml优级纯硫酸于具塞试管中，冰浴下加入1ml样品或者标准品后加上盖子，先轻摇，然后剧烈振摇，混匀过程保证在冰浴下完成，溶液温度不能超过室温。然后将试管放入剧烈沸腾的水中加热10min，再冷却至室温，加入0.2ml咔唑溶液摇匀，再放入沸水中加热15min，冷却至室温，在530mu下测定吸光值。以去离子水代替样品作为空白样，空白样品吸光值不超过0.025。

图1为用咔唑硫酸法测得果胶半乳糖醛酸所用的标准曲线，标准曲线为y＝102.99x-0.1708，x为吸光度，y为对应的果胶半乳糖醛酸含量，R²＝0.9993。

甜菜果胶中蛋白质含量的测定方法如下：称取0.50g提取的甜菜果胶粉末放入消化管中，加浓硫酸(浓度98％)10ml，消化温度420℃，时间1.5小时，用凯氏定氮仪测定膳食纤维中的蛋白质含量(瑞典Foss公司KIELTECANALYSISER凯氏定氮仪)。

甜菜果胶中脂肪的测定方法如下：称取1.0g提取的甜菜果胶粉末放置在洁净的纸套筒中，加入少量脱脂棉，在浸提烧杯中加80ml石油醚，用福斯特卡托公司SoxtecAvanti2050自动脂肪检测仪提取样品中脂肪。浸提结束后，取出提取杯，并将提取杯置于100℃干燥箱中30分钟，在干燥器中冷却再称重，计算脂肪含量：

脂肪含量(％)＝W₂/W₁×100％

W₁-浸提前样品重量，g；

W₂-浸提干燥后脂肪重量，g。

甜菜果胶中水分的测定方法如下：水分测定采用GB5009.3-2010。取洁净铝制称量瓶，置于101℃～105℃干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，加热1.0h，取出盖好，置干燥器内冷却0.5h，称量，并重复干燥至前后两次质量差不超过2mg，即为恒重。称取混合均匀的甜菜果胶粉末1g～2g(精确至0.0001g)，放称量瓶中，试样厚度不超过2mm，加盖，精密称量后，置105℃干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，干燥2h～4h后，盖好取出，放入干燥器内冷却后称量。然后再放入105℃干燥箱中干燥1h，取出，放入干燥器内冷却后再称量。并重复以上操作至前后两次质量差不超过2mg，即为恒重。

结果计算：水分含量(％)＝100×(m₁-m₂)/(m₃-m₂)

式中，m₁——称量瓶和试样的质量，g；

m₂——称量瓶和试样干燥后的质量，g；

m₃——称量瓶的质量，g。

水分含量≥1g/100g时，计算结果保留三位有效数字；水分含量＜1g/100g时，结果保留两位有效数字。

注：两次恒重值在最后计算中，取最后一次的称量值。

甜菜果胶中灰分的测定方法如下：灰分测定参照GB5009.4-2010的方法。具体步骤为：取大小适宜的瓷坩埚置马弗炉中，在550℃±25℃下灼烧0.5h，冷却至200℃左右，取出，放入干燥器中冷却30min，准确称量。重复灼烧至前后两次称量相差不超过0.5mg为恒重。然后，取3g(精确至0.0001g)样品置于瓷坩埚中，先在电热板上以小火加热使样品充分炭化至无烟，然后置于马弗炉中，在550℃±25℃灼烧4h。冷却至200℃左右，取出，放入干燥器中冷却30min，称量前如发现灼烧残渣有炭粒时，应向试样中滴入少许水湿润，使结块松散，蒸干水分再次灼烧至无炭粒即表示灰化完全，方可称量。重复灼烧至前后两次称量相差不超过0.5mg为恒重。

按下式计算：

X₁＝100×(m₁-m₂)/(m₃-m₂)

X₁-试样中灰分含量，g/100g；

m₁-坩埚和灰分的质量，g；

m₂-坩埚的质量，g；

m₃-坩埚和试样的质量，g。

注：在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的5％。

实施例1、提取最佳pH值的探讨

1)将甜菜干粕用万能粉碎机粉碎后，过10目筛，将100g甜菜干粕粉末与400ml的无水乙醇混合，在95℃水浴锅中加热沸腾冷凝回流15min，冷却后过滤掉液体，用自来水洗涤粉末至洗脱液无色，然后在50℃下烘干得到乙醇处理后的甜菜干粕粉末。

2)取步骤1)所得2.0g乙醇处理后的甜菜干粕粉末，加入60ml、pH值分别为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0的盐酸水溶液，放入超声波频率40Hz，超声波功率50W的萃取仪中，微波加热保持温度为90℃30min，微波加热功率在10-800W自动变化。过滤后滤液用4mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值到3.5，然后用10kDa的超滤膜超滤浓缩，超滤3次。分别为：500ml滤液浓缩至100ml后，加蒸馏水至300ml，然后浓缩至50ml，再加蒸馏水至300ml，再浓缩至50ml。浓缩液用无水乙醇沉淀，最终乙醇的浓度在50-55％即可。沉淀过夜，然后在7000g下离心40min，再依次用70％、80％、90％的乙醇洗涤沉淀三次，以除去醇溶性的杂质。最后果胶用去离子水溶解，将溶液用冷冻干燥方式冻干，使其水分含量控制在10％以下，得到本发明提供的甜菜果胶。

该果胶得率(也即半乳糖醛酸含量)的测定结果如表1所示。

表1、pH值对果胶得率和果胶半乳糖醛酸含量的影响

注：同一组内不同字母(a，b，c，d，e)表示存在显著性差异(P＜0.05)。

从表1中可知，在提取温度90℃，料液比为1g∶30ml时，果胶的得率随着pH值的增加呈现显著的降低趋势，果胶得率在pH值为1.0时最大，达到24.07％，所提果胶中半乳糖醛酸(GlaA)含量也有明显的差异，在pH值为1.0时，GlaA含量在79.87％，随着pH值增加，半乳糖醛酸含量下降，故可知pH值对果胶的得率和半乳糖醛酸含量的影响非常显著，pH值的最优值为1.0。

实施例2、提取最佳温度的探讨

按照实施例1的步骤，仅将盐酸水溶液的pH值固定为1.0，温度由90℃依次替换为70、75、80、85、95℃，得到本发明提供的果胶。

该果胶得率半乳糖醛酸含量如表2所示。

表2、提取温度对果胶得率和半乳糖醛酸含量的影响

注：同一组内不同字母(a，b，c，d，e，f)表示存在显著性差异(P＜0.05)。

由表2可知，当提取温度为90℃时，果胶的得率最大，为24.37％，半乳糖醛酸含量达到78.38％。

实施例3、提取最佳时间的探讨

按照实施例1的步骤，仅将盐酸水溶液的pH值固定为1.0，微波加热保持时间依次替换为15min、20min、25min、35min、40min，得到本发明提供的果胶。

该果胶得率半乳糖醛酸含量如表3所示。

表3、提取时间对果胶得率和半乳糖醛酸含量的影响

由表3可知，随着提取时间的延长，果胶得率先升高，然后趋于平缓，到40min时有小幅下降，半乳糖醛酸含量随着提取时间的延长变化不是很明显。在提取时间35min时，果胶得率和半乳糖醛酸含量均达到一个较高水平。

实施例4、提取料液比的探讨

按照实施例1的步骤，仅将盐酸水溶液的pH值固定为1.0，步骤1)所得乙醇处理后的甜菜干粕粉末与盐酸水溶液的用量比(也即料液比)替换为1g∶15ml、1g∶20ml、1g∶25ml、1g∶30ml、1g∶35ml、1g∶40ml，得到本发明提供的果胶。

果胶得率及半乳糖醛酸含量如表4所示。

表4、料液比对果胶得率和半乳糖醛酸含量的影响

注：同一组内不同字母(a，b，c)表示存在显著性差异(P＜0.05)。

由表4可知，料液比从1∶15-1∶30，果胶得率显著升高，从1∶30-1∶40果胶得率变化不明显。而果胶半乳糖醛酸含量随着料液比的变化不显著。在料液比1∶30时，果胶得率和半乳糖醛酸含量均达到较高水平。

实施例5、提取甜菜果胶

1)将甜菜干粕用万能粉碎机粉碎后，过10目筛，将100g甜菜干粕粉末与400ml的无水乙醇混合，在95℃水浴锅中加热至沸腾冷凝回流15min，冷却后过滤掉液体，用自来水洗涤粉末至洗脱水无色。然后在50℃下烘干得到乙醇处理后的甜菜干粕粉末。

2)取步骤1)所得2.0g乙醇处理后的甜菜干粕粉末，加入60ml温度为90℃、pH为1.0的盐酸水溶液，放入超声波频率40Hz，超声波功率50W的萃取仪中，微波加热保持35min，微波加热功率在10-800W自动变化。过滤后滤液用4mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值到3.5，然后用10kDa的超滤膜超滤浓缩，超滤3次。分别为：500ml浓缩至100ml，加蒸馏水至300ml，然后浓缩至50ml，再加蒸馏水至300ml，浓缩至50ml。浓缩液用无水乙醇沉淀，最终乙醇的浓度在50-55％即可。沉淀过夜后(如图2所示)，然后在7000g下离心40min，分别用质量百分浓度为70％、80％、90％的乙醇水溶液洗涤沉淀三次，以除去醇溶性的杂质。最后果胶用去离子水溶解，将溶液用冷冻干燥方式冻干后得到甜菜果胶，其水分含量控制在10％以下后，得到本发明提供的甜菜果胶(如图3和图4所示)。

该甜菜果胶中各成分的含量检测结果如表5所示。

表5、甜菜果胶成分表(％)

由表5可知，实例5所提取的甜菜果胶中半乳糖醛酸含量达到77.86％。蛋白质含量为9.51％，与其他文献报道相符。脂肪和灰分含量很低，果胶的纯度高。

Claims

1.一种提取果胶的方法，包括如下步骤：

2)在超声和微波加热的条件下，将乙醇处理后的甜菜干粕与酸的水溶液混合进行提取，将所得提取液的pH值调至2-5后进行超滤浓缩，再向所得浓缩液中加入无水乙醇沉淀，收集沉淀，得到所述果胶；

酸的水溶液的pH值为1.0；

所述乙醇处理后的甜菜干粕与酸的水溶液的用量比为1g：30mL ；

所述步骤2)超声和微波加热中，温度为90℃；

时间为35min；

超声波的频率为40kHz；

超声波的功率为50W；

微波加热功率为10-800W；

所述步骤2)沉淀步骤中，无水乙醇的用量为浓缩液体积的1倍。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)粉碎步骤中，筛孔的目数为10-40目；

所述甜菜干粕与无水乙醇的用量比为100g：400mL 。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2)超滤浓缩步骤中，将所得提取液的pH值调至2-5步骤中，pH值调至为3.5；

超滤膜的截留分子量范围为0.3-100kDa；

超滤浓缩的次数为1-6次。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤2)超滤浓缩步骤中，超滤膜的截留分子量范围为10kDa；

超滤浓缩的次数为3次。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于：所述方法还包括如下步骤：在所述收集沉淀步骤之后，将所得沉淀离心，取离心所得沉淀用乙醇洗涤，去除乙醇相后用去离子水溶解，干燥。