CN104513325B - 一种混合酸、脱色方法及果胶提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合酸、脱色方法及果胶提取方法。所述混合酸包括浓盐酸和碳酸，浓盐酸和碳酸的用量体积比为1:5至3:1，pH值在0.5至3.0之间。所述脱色方法是将总果胶提取液湿法上样，通过使用大孔树脂AB‑8填料的柱层析进行脱色；控制上柱液温度在30℃至40℃之间，上柱液pH值在4至6之间，上柱液流速在3BV/h至5BV/h之间。所述果胶提取方法，采用蒸汽爆破处理原料；应用所述混合酸对原料进行酸提取，得到初提液；使用所述脱色方法脱色后提纯得到果胶。所述果胶提取方法，应用所述混合酸因此提取率高、果胶品质好，应用所述脱色方法因此吸附率高、果胶损失率低；总体而言本方法污染小、产率高、易推广。

Description

一种混合酸、脱色方法及果胶提取方法

技术领域

本发明属于天然高分子化合物提取领域，更具体地，涉及一种混合酸、脱色方法及果胶提取方法。

背景技术

果胶(Pectin)主要是由α-1，4糖苷键联接的半乳糖醛酸主链与鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖等中性糖形成的侧链结合成的聚合物。果胶的相对分子质量在10000-400000之间。果胶具有良好的乳化、增稠、稳定和胶凝作用，在食品、纺织、印染、烟草、冶金等领域得到了广泛的应用。同时，由于果胶具有抗菌、止血、消肿、解毒、降血脂、抗辐射等作用，还是一种优良的药物制剂基质，近年来，其在医药领域的应用也十分广泛。

柑橘类皮、苹果皮、甜菜、向日葵盘、豆腐柴叶等都富含果胶，可以作为果胶的提取原料。在植物中存在水溶性果胶、酸可溶性果胶以及与钙、镁等金属离子结合生成的不溶于酸性水溶液的果胶盐，后两者被称为不溶性果胶。

常规的酸提取法只能提取水溶性果胶及酸可溶性果胶，对于果胶盐则无能为力，而盐离子、果胶单体分离和结合的过程为可逆反应，可以通过沉淀盐离子的方式来获得果胶单体。现有的果胶提取方法存在以下缺点：提取过程中果胶分子易发生局部水解，降低了果胶的相对分子质量，影响果胶收率和质量；通常需要使用大量的无机强酸进行提取，后处理的酸液对环境造成污染；而不大量使用无机强酸则只能提取水溶性果胶及酸可溶性果胶，不能解决不溶于酸的果胶盐中果胶单体的提取问题，果胶的总体提取率偏低；不能降低果胶酯化度相关应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种混合酸、脱色方法及果胶提取方法，其目的在于通过碳酸和盐酸的组合减少果胶酸提取中强酸的用量，同时通过优化脱色方法及原料蒸汽爆破处理，提高果胶提取率、保证果胶质量，由此解决现有果胶酸提取法环境污染严重、果胶提取率较低、局部发生水解导致分子量下降且不能降低果胶酯化度的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于果胶酸提取法的混合酸，其特征在于，浓盐酸和碳酸，加水调节，使得所述浓盐酸和碳酸用量体积比为1:5至3:1，所述混合酸pH值在0.5至3.0之间。

优选地，所述混合酸，其浓盐酸和碳酸用量体积比为1:3至1:1。

优选地，所述混合酸，其pH值在1.5至2.5之间。

按照本发明的另一方面，提供了一种总果胶提取液脱色方法，步骤如下：

将总果胶提取液，采用湿法上样，使总果胶提取液通过使用大孔树脂填料的柱层析进行脱色，使用恒流泵控制上柱液流速；所述大孔树脂填料优选为AB-8大孔树脂。控制上柱液温度在30℃至40℃之间，上柱液pH值在4至6之间，上柱液流速在3BV/h至5BV/h之间。

按照本发明的另一方面，提供了一种果胶的提取方法，包括以下步骤：

(1)原料处理：将果胶原料粉碎至粒径在40目-80目之间，加水湿润，每千克原料加水100至200mL，进行蒸汽爆破，蒸汽爆破压力0.1兆帕至0.12兆帕之间，蒸汽爆破时间5分钟至10分钟，获得原料粉末；

(2)制备初提液：取步骤(1)中获得的原料粉末，加入60℃至70℃且质量分数70％-80％的乙醇溶液，使得乙醇溶液与原料粉末的体积比在8:1-15:1之间，搅拌20至30分钟后过滤取渣，将残渣40℃以下晾干后，按照体积质量比20:1至40:1加入所述混合酸，加热回流得到初提液；加热回流温度控制在60℃至90℃之间；回流1.5小时至3小时。

(3)制备总果胶脱色液：将步骤(2)中获得的初提液，加入占原料粉末质量1％至5％的多孔吸附材料，均匀混合后过滤，收集滤液并调节pH值在4至6之间，获得总果胶提取液，将总果胶提取液按照所述果胶提取液脱色方法脱色，获得总果胶脱色液；

(4)制备果胶：将步骤(3)中制备的总果胶脱色液浓缩至其原体积的1/6至1/4，得到果胶浓缩提取液，浓缩方法优选减压浓缩，压力在-0.1Mpa至0Mpa之间，控制温度在50℃至60℃；将果胶浓缩提取液提纯去除无机离子、色素、单糖和二糖，干燥至恒重得到果胶。

优选地，所述提取方法，其所述多孔吸附材料为硅藻土或活性炭。

优选地，所述提取方法，其步骤(4)所述提纯方法优选沉淀法、二次沉淀法；干燥优选为常压下60℃至75℃恒温干燥

优选地，所述提取方法，其所述二次沉淀法，其过程为：向果胶浓缩提取液中加入3至7倍体积的浓度为80％至95％的乙醇，搅拌3分钟至5分钟后，于室温下静置30分钟至60分钟，过滤，所得沉淀用浓度为50％至70％的乙醇洗涤，洗涤所用乙醇体积为浓缩液体积的2至3倍。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的混合酸，是从种类众多的用于提取果胶的酸中筛选，并根据酸处理的原理及成本，选择了碳酸和盐酸，并确定了其配比。实验表明，本发明提供的混合酸能有效提取Ca²⁺、Mg²⁺等封闭的果胶盐类，且最终废水中COD、BOD均明显低于其他种类的酸，相比现有技术取得了意想不到的技术效果。由于配合使用强酸和弱酸，相较于大量使用强酸，减小了局部质子解离释放速度，降低了局部H+浓度，明显减少了所得果胶分子单体的因酸水解，保证了所得果胶的相对分子质量。本发明使用混合酸进行果胶提取，盐酸使用量降低，碳酸易分解生成CO₂，提取所得废水中COD、BOD比传统酸法提取有明显降低，可有效缓解传统强酸提取所造成的环境污染。

(2)本发明提供的果胶提取液脱色方法，选择大孔树脂填料进行柱层析脱色，通过综合优化上柱液温度、上柱液pH值、上柱液流速等柱层析工艺，相对于现有技术吸附率提高15％左右，果胶损失率降低8％以上。

(3)本发明提供的果胶提取方法，使用蒸汽爆破预处理，利用蒸汽分子热降解作用和气流高速运动，破坏果胶分子内部酯键，降低果胶整体酯化度；配合本发明提供的混合酸，利用强酸解离足量H⁺，保证原料的软化和原果胶的水解，利用CO₃ ^2-，将原果胶中与钙、镁等金属离子结合生成的不溶于酸性水溶液的果胶盐中的Ca²⁺、Mg²⁺等沉淀后除去，使果胶盐中的果胶分子游离后获取，从根本上提高果胶收率；同时，因为使用部分弱酸提取，其解离系数较小，可有效避免所提取的果胶分子被进一步水解，且盐酸和碳酸联合使用，使所得果胶灰分明显降低；容易推广，反应方式优越，能解决现有提取及制备果胶过程中果胶产率低，或提取所得果胶易被过量强酸水解，或提取过程环境污染严重等问题。

附图说明

图1是本发明提供的果胶提取方法的流程图；

图2是实施例6酸的种类对果胶提取率的影响结果；

图3是实施例6酸的种类对所得果胶灰分的影响；

图4是实施例6酸的种类对所得废水COD的影响结果；

图5是实施例6酸的种类对所得废水BOD的影响结果；

图6是实施例6混合酸的配比对果胶提取率的影响；

图7是实施例6混合酸的pH值对提取率的影响；

图8是实施例10的果胶过滤也波长扫描图；

图9是实施例10不同脱色方法对脱色效果影响；

图10是实施例10上柱液pH值对树脂脱色工艺的影响；

图11是实施例10上柱液温度对树脂脱色工艺的影响；

图12是实施例10上柱液流速对树脂脱色工艺的影响。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的用于果胶酸提取法的混合酸，包括浓盐酸、碳酸和水，所述浓盐酸和碳酸用量体积比为1:5至3:1，所述混合酸pH值在0.5至3.0之间。优选浓盐酸和碳酸用量体积比为1:3至1:1，优选混合酸pH值在1.5至2.5之间。常用的浓盐酸浓度，其质量浓度为36.5％，常用的碳酸其pH为5.6。所述浓盐酸浓度常用为质量浓度为36.5％盐酸；所述碳酸浓度常用为pH为5.6的浓碳酸。

本发明提供的总果胶提取液脱色方法，步骤如下：

将总果胶提取液，采用湿法上样，使总果胶提取液通过使用大孔树脂填料的柱层析进行脱色，使用恒流泵控制上柱液流速；所述大孔树脂填料优选为AB-8大孔树脂。控制上柱液温度在30℃至40℃之间，上柱液pH值在4至6之间，上柱液流速在3BV/h至5BV/h之间。

本发明提供的果胶的提取方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)原料处理：将果胶原料粉碎至粒径在40目-80目之间，加水湿润，每千克原料加水100至200mL，进行蒸汽爆破，蒸汽爆破压力0.1兆帕至0.12兆帕之间，蒸汽爆破时间5分钟至10分钟，获得原料粉末；原料优选橘皮、甜菜粕、豆腐柴、苹果渣。

(2)制备初提液：取步骤(1)中获得的原料粉末，加入60℃至70℃且质量分数70％-80％的乙醇溶液，使得乙醇溶液与原料粉末的体积比在8:1-15:1之间，优选体积比10:1，搅拌20至30分钟后过滤取渣，将残渣40℃以下晾干后，按照体积质量比20:1至40:1加入所述混合酸，加热回流得到初提液；加热回流温度控制在60℃至90℃之间；回流1.5小时至3小时。

(3)制备总果胶脱色液：将步骤(2)中获得的初提液，加入占原料粉末质量1％至5％的多孔吸附材料，如硅藻土、活性炭等，均匀混合后过滤，收集滤液并调节pH值在4至6之间，获得总果胶提取液，将总果胶提取液按照所述果胶提取液脱色方法脱色，获得总果胶脱色液；

(4)制备果胶：将步骤(3)中制备的总果胶脱色液浓缩至其原体积的1/6至1/4，得到果胶浓缩提取液，浓缩方法优选减压浓缩，压力在-0.1Mpa至0Mpa之间，控制温度在50℃至60℃；将果胶浓缩提取液提纯去除无机离子、色素、单糖和二糖，干燥至恒重得到果胶，提纯方法优选沉淀法、二次沉淀法；干燥优选为常压下60℃至75℃恒温干燥。

所述二次沉淀法，其过程为：向果胶浓缩提取液中加入3至7倍体积的浓度为80％至95％的乙醇，搅拌3分钟至5分钟后，于室温下静置30分钟至60分钟，过滤，所得沉淀用浓度为50％至70％的乙醇洗涤，洗涤所用乙醇体积为浓缩液体积的2至3倍。

以下为实施例：

实施例1

一种用于果胶酸提取法的混合酸，包括浓盐酸、碳酸和水，所述浓盐酸和碳酸用量体积比为1:5，加水调节使所述混合酸pH值为3.0。

实施例2

一种用于果胶酸提取法的混合酸，包括浓盐酸、碳酸和水，所述浓盐酸和碳酸用量体积比为1:3，加水调节使所述混合酸pH值为2.5。

实施例3

一种用于果胶酸提取法的混合酸，包括浓盐酸、碳酸和水，所述浓盐酸和碳酸用量体积比为1:1，加水调节使所述混合酸pH值为1.5。

实施例4

一种用于果胶酸提取法的混合酸，包括浓盐酸、碳酸和水，所述浓盐酸和碳酸用量体积比为2:1，加水调节使所述混合酸pH值为0.8。

实施例5

一种用于果胶酸提取法的混合酸，包括浓盐酸、碳酸和水，所述浓盐酸和碳酸用量体积比为3:1，加水调节使所述混合酸pH值为0.5。

实施例6果胶酸提取法中采用不同酸的效果

1、实验材料与仪器

1.1、实验材料

柑橘皮，采于湖北省孝感市；

盐酸、亚硫酸、冰醋酸、硫酸、氢氧化钠、咔唑、无水乙醚、甲基红、D-半乳糖醛酸、无水乙醇，均购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2仪器设备

2、研究方法

2.1果胶提取方法

具体方法参见文献：Kalapathy U,Proctor A.Effect of acid extraction andalcohol precipitation conditions on the yield and purity of soy hull pectin[J].Food Chemistry.2001,73(4):393-396.

2.2分析方法

2.21果胶含量的测定

按照咔唑-硫酸法，绘制标准工作曲线并测定提取液中半乳糖醛酸浓度，以半乳糖醛酸浓度计果胶含量。

果胶含量根据公式2-1计算：

α＝[c·V·K/(m×10⁶)]×100％ (2-1)

式中，α-果胶含量，％；

c-半乳糖醛酸浓度，μg/mL；

V-果胶提取液总体积，mL；

K-测定时果胶提取液稀释倍数；

m-样品重量，g。

2.22果胶提取得率的计算

果胶提取得率根据公式2-2计算：

Y＝(α₁/α₀)×100％ (2-2)

式中，Y-果胶提取得率，％；

α₁-提取液中测定的果胶含量，％；

α₀-样品中测定的果胶总含量，％；

2.23果胶灰分的测定

参照食品安全国家标准GB 5009.4-2010《食品中灰分的测定》。

2.24废水COD、BOD的测定

参照付丽君等所述改进的重铬酸钾法测定废水COD；参照王暖霞等所述的标准稀释法测定废水BOD。

2.25果胶酯化度的测定

采用滴定法测定果胶酯化度。

3、实验方法及结果

3.1、酸的种类对果胶提取的影响

实验室和工业上常选用盐酸、亚硫酸作为酸法提取果胶的提取剂，但由于盐酸和亚硫酸解离度均较大，考虑使用解离常数更小的酸进行提取研究，以避免局部还原力过强导致的水解过度。本实验选用碳酸、醋酸与盐酸、亚硫酸一并进行果胶提取，确定酸的种类。

取质量相等的经过预处理的柑橘皮粉末，按料液比为1:20分别加入pH为1.0的盐酸、亚硫酸、碳酸、醋酸溶液作为提取液，在温度为80℃、提取时间为2h条件下进行对比实验，分别测定果胶提取得率、果胶灰分和废水COD、BOD，研究酸的种类对果胶提取率的影响。

结果如图2所示，结果表明，使用强酸提取，所得果胶提取得率均较高，因为强酸对原料的软化能力较强，有利于组织中原果胶转化成可溶性果胶和果胶向液相提取液的转移，且强酸解离度大，给予质子能力强，故在相同的pH下，使用强酸所得提取得率较高。而当使用弱酸提取时，冰醋酸的提取得率明显低于强酸，因为弱酸对原料组织的软化能力较弱，而强酸有利于将原果胶从纤维素、半纤维素结构中释放，同时弱酸给予质子的能力较弱，由于H⁺解离能力较弱，使得原果胶水解为果胶分子的反应受到影响，果胶的整体提取得率偏低。

然而，当使用碳酸提取果胶时，发现提取得率明显高于冰醋酸，与强酸提取相差不多，分析原因，植物中的果胶类物质大多以原果胶的形式存在于组织中，当不溶性的原果胶因酸水解为水溶性的果胶时，由于植物组织中大量存在Ca²⁺、Mg²⁺等离子，这些离子对果胶有封闭作用，使一部分果胶单体转化为果胶酸盐，不易被提取获得，当使用碳酸提取果胶时，解离形成的碳酸根离子与果胶酸盐中的Ca²⁺、Mg²⁺等离子化合沉淀，使得果胶单体游离而获得，从根本上提高了果胶的提取得率。

将柑橘皮用不同种类的酸提取所得的果胶，在后续检测阶段进行灰分测定，酸的种类对所得果胶灰分的影响结果如图3所示。由图3可知，盐酸和冰醋酸因其产生的离子与果胶中其他物质无附加反应，不产生副产物和沉淀等杂质，用盐酸和冰醋酸提取的果胶灰分较低。而碳酸和亚硫酸与原料中无机离子等易形成难解离的物质，尤其碳酸提取时可将组织中用以固定果胶单体的部分Ca²⁺、Mg²⁺等离子沉淀，后续处理中易形成灰分，故需在后续研究中对果胶提取液的纯化、精制工艺做优化研究。

所得废水进行COD、BOD的测定，酸的种类对废水COD、BOD的影响结果如图4、图5所示。使用弱酸提取所得最终废液中COD值明显低于强酸提取所得废液，因碳酸H⁺解离能力较弱，且碳酸不稳定、易分解为CO₂，故使用碳酸提取果胶时，所得最终废液中COD值为最低。同时，使用碳酸提取，所得废液中BOD值也比强酸低，对提取后整体污水处理过程十分有利。

综合而言，使用碳酸进行果胶的提取时，能有效地提取Ca²⁺、Mg²⁺等封闭的果胶盐类，且最终废水中COD、BOD均明显低于其他种类的酸，具有一定的优势。但因碳酸对原料组织软化能力弱，且易产生无机盐沉淀形成灰分，故实验考虑使用弱酸-强酸联合提取的方法，以最大限度地提取果胶，并保证果胶的质量。

由于盐酸提取得率高，所得果胶灰分比亚硫酸提取时要小，同时，考虑到实验结果的实际应用，考察工业生产中原料的价格，工业所用盐酸价格为每吨约400元，而亚硫酸价格为每吨1800元，价格相差较大，故选用盐酸与碳酸进行果胶的联合提取实验。

3.2、酸的配比对果胶提取得率的影响

将浓盐酸和碳酸分别以体积比为1:3、1:2、1:1、2:1、3:1混合，加入蒸馏水调节pH为2.0。取质量相等的经过预处理的柑橘皮粉末，分别加入不同配比的混合酸，使料液比为1:20，在85℃下提取2h，取提取液测定果胶得率，研究不同配比对果胶提取得率的影响。

酸的配比对果胶提取得率的影响结果如图6所示，当盐酸与碳酸比例为1:2时，果胶提取得率达到最大。因为当盐酸与碳酸比例较小，即体系中盐酸含量过少时，体系给予质子的能力有限，使得原果胶水解为果胶的反应速度有限。当盐酸与碳酸比例较大，即盐酸含量大时，体系中H⁺浓度较大，使得碳酸的水解平衡逆向移动，碳酸水解受阻，游离的碳酸根离子减少，因而抑制了碳酸根离子与Ca²⁺、Mg²⁺等离子的结合，使果胶酸盐的提取受到影响，果胶整体提取得率下降。综合分析，确定混合酸中，盐酸与碳酸的用量比为1:2。

3.3、混合酸pH值对果胶提取率的影响

将浓盐酸和碳酸以体积比为1:2混合，加入蒸馏水调节pH分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0。取质量相等的经过预处理的柑橘皮粉末，分别加入不同pH的混合酸，使料液比为1:20，在85℃下提取2h，后取提取液测定果胶得率，研究提取液pH对果胶得率的影响；同时，取提取液，测定游离单糖的含量，以游离糖浓度的增加为节点，确定提取液引起原果胶分子水解过度并造成果胶分子水解的pH限。

根据实验，混合酸pH对果胶提取得率的影响结果如图7所示：在其它提取条件不变时，pH值太高或太低，果胶提取率都会降低。分析原因，可能是因为pH值太高，提取液酸度不够，导致植物组织橘皮水解不完全而使果胶提取不完全；若pH值太低，提取液酸度太高，橘皮过度水解，使得纤维素和半纤维素也被水解，部分果胶的糖苷键和酯键也被水解而使果胶降解，果胶质量下降。而且，pH值太高或太低，一些无机化合物也很容易进入提取液中，而后续工艺又很难将其除去，使得果胶的灰分太高。

实施例7

本发明提供的总果胶提取液脱色方法，步骤如下：

将总果胶提取液，采用湿法上样，使总果胶提取液通过使用大孔树脂填料的柱层析进行脱色，使用恒流泵控制上柱液流速；所述大孔树脂填料为AB-8大孔树脂。控制上柱液温度为30℃，上柱液pH值为4，上柱液流速为3BV/h。

实施例8

本发明提供的总果胶提取液脱色方法，包括以下步骤：

将总果胶提取液，采用湿法上样，使总果胶提取液通过使用大孔树脂填料的柱层析进行脱色，使用恒流泵控制上柱液流速；所述大孔树脂填料为AB-8大孔树脂。控制上柱液温度为35℃，上柱液pH值为6，上柱液流速为4BV/h。

实施例9

本发明提供的总果胶提取液脱色方法，包括以下步骤：

将总果胶提取液，采用湿法上样，使总果胶提取液通过使用大孔树脂填料的柱层析进行脱色，使用恒流泵控制上柱液流速；所述大孔树脂填料为AB-8大孔树脂。控制上柱液温度为40℃，上柱液pH值为5，上柱液流速为5BV/h。

实施例7至9的脱色方法相对于现有方法，吸附率提高15％左右，果胶损失率降低8％以上，脱色效果显著。

实施例10

因为果胶提取液中存在的色素主要为黄酮类色素，且果胶是一种分子量较大的有机物质，选用活性炭和大孔树脂进行果胶脱色的对比实验。同时，综合考虑大孔树脂的孔径、比表面积以及树脂极性，选用AB-8大孔树脂。

1、大孔树脂脱色工艺的优化研究

1.1、上柱液pH对树脂脱色工艺的影响

取体积相等的果胶过滤液，分别调节过滤液pH为4、5、6、7、8作为上柱液，控制上柱液温度为20℃，以流速为5BV/h进行梯度实验，以色素吸附率、果胶损失率为指标，确定树脂脱色工艺的最适上柱液pH。

1.2、上柱液温度对树脂脱色工艺的影响

取体积相等的果胶过滤液，调节过滤液pH为6作为上柱液，分别控制上柱液温度为20℃、30℃、40℃、50℃，以上柱液流速为5BV/h进行梯度实验，以色素吸附率、果胶损失率为指标，确定树脂脱色工艺的最适上柱液温度。

1.3、上柱液流速对树脂脱色工艺的影响

取体积相等的果胶过滤液，调节过滤液pH为6作为上柱液，控制上柱液温度为40℃，分别以上柱液流速为3BV/h、4BV/h、5BV/h、6BV/h进行梯度实验，以色素吸附率、果胶损失率为指标，确定树脂脱色工艺的最适上柱液流速。

2、色素吸附率的测定方法

2.1最大吸收波长的确定：

取果胶过滤液，将其在190nm-850nm进行波长扫描，确定其最大吸收波长λM。

2.2色素吸附率的测定

采用分光光度法，将脱色前后的果胶提取液在最大吸收波长λM下分别测定吸光度，以脱色前后吸光度的变化表征色素含量的变化。根据公式4-1计算色素吸附率：

η＝(A0-At)/A0×100％ (4-1)

式中，η-色素吸附率，％；

A0-脱色处理前果胶液吸光度；

At-脱色处理后果胶液吸光度。

2.3果胶损失率的测定

采用咔唑-硫酸法，分别测定脱色前、脱色后果胶液中果胶含量，根据总体积计算脱色工艺果胶损失率。

2.4树脂的再生

将使用过的大孔树脂加入10％的盐酸溶液，充分搅拌后，静置1h；去除盐酸，蒸馏水洗涤两次；加入10％的NaOH溶液，充分搅拌，静置1h；去除NaOH，蒸馏水洗涤两次，加入70％的乙醇溶液浸泡。

3、果胶脱色方法的研究结果

3.1最大吸收波长的确定

果胶过滤液在190nm-850nm波长范围内扫描结果如图8所示：果胶提取液在320nm处有最大吸收，故在320nm处进行吸光度检测，以确定脱色过程中的色素吸附率。

3.2果胶脱色方法的选择

根据实验，以不同脱色方法对脱色效果的影响和对比如图9所示：采用活性炭脱色，操作比较简单，脱色处理时间为2.5h，但脱色效果并不理想，色素吸附率不高，且活性炭细小颗粒混入果胶溶液中，难以分离，使得脱色处理后样品呈黑黄色，与果胶标准品相差较远。

利用大孔树脂脱色，总处理时间为3.5h，色素吸附率明显高于活性炭，且树脂对果胶提取液无污染，但树脂脱色时部分果胶分子在层析柱形成截流吸附，使得果胶损失率较高，需在后续实验中优化工艺。

综合分析，选用AB-8大孔树脂柱层析法作为果胶提取液的脱色方法。

3.3大孔树脂脱色工艺的优化研究

3.31上柱液pH对树脂脱色工艺的影响

根据实验，上柱液pH对树脂脱色工艺的影响如图10所示：当上柱液pH较小，即上柱液酸性较强时，色素吸附率较低，分析原因，大孔吸附树脂是以范德华力与色素分子结合，当上柱液酸性较强时，色素分子被水解，影响其与大孔树脂的吸附作用；随着pH上升，色素分子的水解程度降低，色素与大孔树脂的吸附作用逐渐增强，至pH为6时，色素吸附率达到最高；当上柱液pH大于7，即上柱液为碱性时，色素吸附率迅速下降，因为果胶提取液中主要存在的是黄酮类色素，其在碱性条件下易开环变为红色，使系统颜色加深，脱色前后色素吸光度差别较小。

同时，果胶分子在酸性较强的环境下不稳定，当pH较小时，果胶分子在脱色处理过程中易水解为小分子片段，使得整体果胶损失率较高；当pH为6-7时，果胶分子稳定存在，且与大孔树脂吸附作用较小，此时果胶损失率较低；当pH大于7时，由于在碱性环境下，果胶分子酯键容易水解，使果胶损失率迅速升高。

综合分析，确定pH＝6为大孔树脂脱色工艺最适pH。

3.12上柱液温度对树脂脱色工艺的影响

根据实验，上柱液温度对树脂脱色工艺的影响如图11所示：当上柱液温度在10-30℃内，随着温度升高，色素吸附率逐渐提高。根据有关吸附动力学文献报道，在低温下，大孔树脂与色素分子形成范德华力作用较弱，大孔树脂吸附速率较低，温度升高至30℃时，色素吸附率达到最高；此后，随着温度继续升高，色素吸附率不断降低，因为当温度过高时，色素分子热运动加剧，阻碍其与大孔树脂吸附作用，部分被吸附的分子也重新解吸附，使得整体色素吸附率下降。

同时，随着温度提高，果胶损失率也不断升高。

综合分析，由于20℃与30℃时色素吸附率相差不大，为简化操作、节省能耗，并降低果胶损失率，确定20℃为大孔树脂脱色工艺最适温度。

3.13上柱液流速对树脂脱色工艺的影响

根据实验，上柱液流速对树脂脱色工艺的影响如图12所示：随着流速提高，色素吸附率不断降低。分析原因，上柱液流速较低，有利于上柱液在层析柱内充分扩散并与大孔树脂交换吸附，保证较高的色素吸附率。

同时，随着流速提高，果胶分子被大孔树脂交换截流的机会较小，果胶损失率也不断降低。

综合分析，为保证较高的色素吸附率、较低的果胶损失率和较短的脱色时间，确定4BV/h为大孔树脂脱色工艺最适流速。

综上实验，确定AB-8大孔树脂进行果胶脱色处理的最佳工艺条件为：上柱液温度20℃，上柱液pH＝6，上柱液流速4BV/h。此条件下色素吸附率可达到81.2％，果胶损失率为4.9％。

3.14树脂的再生

本实验中AB-8大孔树脂用所述方法处理，经4次吸附与再生循环后，树脂吸附色素的效果未发现明显下降，吸附性能达到果胶脱色要求，可以重复使用。

经5次以上吸附与再生循环后，树脂死吸附程度较重，吸附色素的效果已明显下降，树脂不能再次用于果胶的脱色。

实施例11

一种果胶的提取方法，包括以下步骤：

(1)原料处理：将豆腐柴原料粉碎至粒径在40目，加水湿润，每千克原料加水100mL，进行蒸汽爆破，蒸汽爆破压力0.1兆帕，蒸汽爆破时间5分钟，获得原料粉末；

(2)制备初提液：取步骤(1)中获得的原料粉末，加入60℃且质量分数70％的乙醇溶液，使得乙醇溶液与原料粉末的体积比为8:1，搅拌20分钟后过滤取渣，将残渣35℃晾干后，按照体积质量比30:1加入实施例1所述混合酸，加热回流得到初提液；加热回流温度控制在75℃；回流2.5小时。

(3)制备总果胶脱色液：将步骤(2)中获得的初提液，加入占原料粉末质量1％的硅藻土，均匀混合后过滤，收集滤液并调节pH值为4，获得总果胶提取液，将总果胶提取液按照实施例7所述果胶提取液脱色方法脱色，获得总果胶脱色液；

(4)制备果胶：将步骤(3)中制备的总果胶脱色液浓缩至其原体积的1/6，得到果胶浓缩提取液，浓缩方法优选减压浓缩，压力在-0.1Mpa，控制温度在50℃；将果胶浓缩提取液提纯去除无机离子、色素、单糖和二糖，干燥至恒重得到果胶，提纯方法采用沉淀法；干燥为常压下60℃恒温干燥。

实施例12

一种果胶的提取方法，包括以下步骤：

(1)原料处理：将橘皮原料粉碎至粒径在60目，加水湿润，每千克原料加水200mL，进行蒸汽爆破，蒸汽爆破压力0.12兆帕，蒸汽爆破时间8分钟，获得原料粉末；

(2)制备初提液：取步骤(1)中获得的原料粉末，加入65℃且质量分数75％的乙醇溶液，使得乙醇溶液与原料粉末的体积比为10:1，搅拌25分钟后过滤取渣，将残渣32℃晾干后，按照体积质量比40:1加入实施例3中所述混合酸，加热回流得到初提液；加热回流温度控制在90℃；回流3小时。

(3)制备总果胶脱色液：将步骤(2)中获得的初提液，加入占原料粉末质量3％的活性炭，均匀混合后过滤，收集滤液并调节pH值为5，获得总果胶提取液，将总果胶提取液按照实施例9所述果胶提取液脱色方法脱色，获得总果胶脱色液；

(4)制备果胶：将步骤(3)中制备的总果胶脱色液浓缩至其原体积的1/4，得到果胶浓缩提取液，浓缩方法优选减压浓缩，压力在-0.05Mpa，控制温度在55℃；将果胶浓缩提取液提纯去除无机离子、色素、单糖和二糖，干燥至恒重得到果胶，提纯方法采用二次沉淀法；干燥为常压下65℃恒温干燥。

所述二次沉淀法，其过程为：向果胶浓缩提取液中加入3倍体积的浓度为95％的乙醇，搅拌5分钟后，于室温下静置60分钟，过滤，所得沉淀用浓度为70％的乙醇洗涤，洗涤所用乙醇体积为浓缩液体积的2倍。

实施例13

一种果胶的提取方法，包括以下步骤：

(1)原料处理：将苹果渣原料粉碎至粒径在80目，加水湿润，每千克原料加水150mL，进行蒸汽爆破，蒸汽爆破压力0.11兆帕，蒸汽爆破时间10分钟，获得原料粉末；

(2)制备初提液：取步骤(1)中获得的原料粉末，加入70℃且质量分数80％的乙醇溶液，使得乙醇溶液与原料粉末的体积比为15:1，搅拌30分钟后过滤取渣，将残渣35℃晾干后，按照体积质量比20:1加入实施例5中所述混合酸，加热回流得到初提液；加热回流温度控制在60℃；回流1.5小时。

(3)制备总果胶脱色液：将步骤(2)中获得的初提液，加入占原料粉末质量5％的硅藻土，均匀混合后过滤，收集滤液并调节pH值为6，获得总果胶提取液，将总果胶提取液按照实施例8所述果胶提取液脱色方法脱色，获得总果胶脱色液；

(4)制备果胶：将步骤(3)中制备的总果胶脱色液浓缩至其原体积的1/5，得到果胶浓缩提取液，浓缩方法优选减压浓缩，压力在0Mpa，控制温度在60℃；将果胶浓缩提取液提纯去除无机离子、色素、单糖和二糖，干燥至恒重得到果胶，提纯方法采用二次沉淀法；干燥为常压下75℃恒温干燥。

所述二次沉淀法，其过程为：向果胶浓缩提取液中加入7倍体积的浓度为80％的乙醇，搅拌3分钟后，于室温下静置30分钟，过滤，所得沉淀用浓度为50％的乙醇洗涤，洗涤所用乙醇体积为浓缩液体积的3倍。

实施例14

1分析方法

1.1果胶含量的测定

按照咔唑-硫酸法，绘制标准工作曲线并测定提取液中半乳糖醛酸浓度，以半乳糖醛酸浓度计果胶含量。

果胶含量根据公式2-1计算：

α＝[c·V·K/(m×10⁶)]×100％ (2-1)

式中，α-果胶含量，％；

c-半乳糖醛酸浓度，μg/mL；

V-果胶提取液总体积，mL；

K-测定时果胶提取液稀释倍数；

m-样品重量，g。

1.2果胶精制收率的计算

果胶精制收率根据公式3-1计算：

Y＝(αt/α1)×100％ (3-1)

式中，Y-果胶精制收率，％；

αt-果胶产品测定的果胶总量，以半乳糖醛酸计，％；

α1-提取液中测定的果胶总含量，以半乳糖醛酸计，％；

1.3果胶的质量分析方法

(1)果胶色泽和组织状态的确定

取适量样品置于清洁、干燥的白瓷盘中，在自然光线下，观察其色泽和外观。确定色泽为白色、淡黄色、浅灰色或浅棕色；确定组织状态为粉末。

(2)果胶干燥减量的测定

参照食品安全国家标准GB 5009.3《直接干燥法》。

(3)果胶溶解性的测定

参照食品安全国家标准GB/T5750.4《重量法》。

(4)果胶酸不溶灰分的测定

参照食品安全国家标准GB 5009.4-2010《食品中灰分的测定》。

(5)果胶总半乳糖醛酸的测定

参照食品安全国家标准GB 25533-2010《食品添加剂果胶》。

(6)果胶酰胺化度的测定

参照食品安全国家标准GB 25533-2010《食品添加剂果胶》。

(7)果胶酯化度的测定

采用滴定法测定果胶酯化度。

(8)果胶胶凝度的测定

采用粘度法测定果胶的胶凝度。

(9)果胶重金属含量的测定

参照食品安全国家标准GB/T5009.74《标准溶液法》。

(10)果胶甲醇、乙醇、异丙醇含量的测定

参照食品安全国家标准GB 25533-2010《食品添加剂果胶》。

2分析结果

2.1果胶精制收率的测定结果

利用一种果胶的提取方法，所得果胶精制收率为(90.5±2.1)％，优于现有果胶提取方法所得果胶精制收率。

2.2果胶的质量分析结果

实施例11至13的果胶提取方法，所得果胶各质量参数指标分析结果如下：

利用一种果胶的提取方法，在果胶的精制收率和所得果胶质量方面，比现有方法均有提高，所得果胶质量各项指标均达到或优于国家标准，且不同批次间果胶质量差异小于5％，可实现果胶的高效制备，并稳定地控制果胶质量。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种果胶的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)原料处理：将果胶原料粉碎至粒径在40目-80目之间，加水湿润，每千克原料加水100至200mL，进行蒸汽爆破，蒸汽爆破压力0.1兆帕至0.12兆帕之间，蒸汽爆破时间5分钟至10分钟，获得原料粉末；

(2)制备初提液：取步骤(1)中获得的原料粉末，加入60℃至70℃且质量分数70％-80％的乙醇溶液，使得乙醇溶液与原料粉末的体积比在8:1-15:1之间，搅拌20至30分钟后过滤取渣，将残渣40℃以下晾干后，按照体积质量比20:1至40:1加入混合酸，加热回流得到初提液；加热回流温度控制在60℃至90℃之间；回流1.5小时至3小时；所述混合酸包括浓盐酸和碳酸，所述浓盐酸和碳酸用量体积比为1:5至3:1，加水调节，使得所述混合酸pH值在0.5至3.0之间，其中碳酸用于与果胶酸盐中的Ca²⁺、Mg²⁺等离子化合沉淀，使得果胶单体游离；

(3)制备总果胶脱色液：将步骤(2)中获得的初提液，加入占原料粉末质量1％至5％的多孔吸附材料，均匀混合后过滤，收集滤液并调节pH值在4至6之间，获得总果胶提取液，将总果胶提取液按照果胶提取液脱色方法脱色，获得总果胶脱色液；所述果胶提取液脱色方法步骤如下：

将所述总果胶提取液，采用湿法上样，使所述总果胶提取液通过使用大孔树脂填料的柱层析进行脱色，使用恒流泵控制上柱液流速；所述大孔树脂填料为AB-8大孔树脂；控制上柱液温度在30℃至40℃之间，上柱液pH值在4至6之间，上柱液流速在3BV/h至5BV/h之间；

(4)制备果胶：将步骤(3)中制备的总果胶脱色液浓缩至其原体积的1/6至1/4，得到果胶浓缩提取液，压力在-0.1MPa 至0MPa 之间，控制温度在50℃至60℃；将果胶浓缩提取液提纯去除无机离子、色素、单糖和二糖，干燥至恒重得到果胶。

2.如权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述多孔吸附材料为硅藻土或活性炭。

3.如权利要求1所述的提取方法，其特征在于，步骤(4)所述提纯方法为沉淀法；干燥条件为常压下60℃至75℃恒温干燥。

4.如权利要求3所述的提取方法，其特征在于，所述沉淀法，其过程为：向果胶浓缩提取液中加入3至7倍体积的浓度为80％至95％的乙醇，搅拌3分钟至5分钟后，于室温下静置30分钟至60分钟，过滤，所得沉淀用浓度为50％至70％的乙醇洗涤，洗涤所用乙醇体积为浓缩液体积的2至3倍。