CN105906741A - 一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法 - Google Patents

一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于植物成分提取技术领域，公开了一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法。所述方法为：将剑麻渣粉碎、热水灭酶、脱脂后用纤维素复合酶溶液提取，得到酶法提取的剑麻渣果胶溶液和固形物残渣；将固形物残渣加入草酸铵溶液，超声提取后得到超声法提取的剑麻渣果胶溶液；然后将剑麻渣果胶溶液合并后浓缩，加入无水乙醇沉淀，所得沉淀物依次经酸醇溶液脱色、乙醇‑水溶液洗涤和真空干燥，得到剑麻渣果胶。本发明率先提出了采用两步法提取剑麻渣果胶，即酶法+超声提取法，相比现有技术的酸提取法、草酸‑草酸铵提取法和发酵法等，果胶提取率由10％～15％提升到30％～40％。

Description

一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法
技术领域
本发明属于植物成分提取技术领域，具体涉及一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法。
背景技术
越来越多的国家特别是发达国家已经把农林废弃物等可再生资源的转化利用列入社会经济可持续发展的重要战略，农林废弃生物质的有效利用，已经成为当今人类可持续发展的重点之一。我国是剑麻生产大国之一，我国剑麻收获面积世界排名第九，剑麻纤维产量世界排名第三，平均单产量排名第一。我国的剑麻种植主要分布在广东、广西、海南、福建等亚热带地区，由于受到劳动成本上升等影响，我国剑麻种植总面积呈下降趋势，但是平均单产量上升。剑麻渣是剑麻重要的农业废弃资源，工业广泛应用的剑麻纤维只占剑麻的4％，被抽取了剑麻纤维的剑麻渣含有许多有经济利用价值的物质如可作为医药材料的剑麻皂素以及可作为食品添加剂的果胶、叶绿素等。在国内通常将剑麻渣作有机肥料或对其进行废料处理，如直接排入河水中，让水中的微生物进行降解。但是这样未经处理的混合麻渣、麻汁的污水会污染水中生物环境，进一步对生态环境造成了污染并且造成资源浪费，与当今时代发展的主题“和平与发展”背道而驰，这样极大的降低了剑麻的经济效益。为了有效地科学地的利用剑麻渣和保护环境，我们亟需变“废”为“宝”，对剑麻渣进行有效的资源利用。
果胶是剑麻和剑麻渣中主要的活性成分之一。果胶广泛存在于植物的细胞壁中，是植物细胞内部的支撑物质和植物细胞壁组成成分之一。从植物细胞壁中提取果胶的原理是在萃取剂或一定物理作用存在的条件下，破坏植物的细胞壁结构从而将细胞壁中与其他多糖键合的果胶分离出来。果胶的提取方法主要有传统酸提取法、超声波辅助提取法、酶提取法、草酸铵盐溶液提取法等。专利文献“剑麻果胶的提取方法”(公开号：CN105254778A)公开了一种通过发酵法从剑麻渣中提取果胶的方法；专利文献“一种剑麻果胶的提取方法”(公开号：CN103834710A)公开了一种酶法从剑麻渣中提取果胶的方法，具体采用了纤维素酶和果胶酶酶解提取，酶法相对于传统的酸法提取果胶相比，条件温和，无污染，采用该专利方法，果胶提取率10％左右，且因果胶酶的降解作用，所提取的果胶分子量较低，影响后期应用。
发明内容
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法提取得到的剑麻渣果胶。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法，包括如下步骤：
(1)取抽提纤维后的剑麻渣清洗、去杂、干燥、粉碎；
(2)将剑麻渣用热水灭酶、清水漂洗、干燥；
(3)对剑麻渣进行脱脂、干燥；
(4)脱脂后的剑麻渣粉末加入到pH4.0～5.0的缓冲溶液中，并加入纤维素复合酶溶液，振荡提取后将溶液加热灭酶和离心分离，得到酶法提取的剑麻渣果胶溶液和固形物残渣；
(5)将步骤(4)所得固形物残渣加入草酸铵溶液，超声提取后抽滤，滤液离心后得到超声波法提取的剑麻渣果胶溶液；
(6)将步骤(4)和(5)所得剑麻渣果胶溶液合并后浓缩，向该浓缩液中加入无水乙醇沉淀，用柠檬酸调节pH4.0～4.5，搅拌均匀，静置过夜后离心分离，所得沉淀物依次经酸醇溶液脱色、乙醇-水溶液洗涤和真空干燥，得到剑麻渣果胶。
优选地，步骤(1)所述干燥为鼓风干燥或晒干，干燥至水分含量8％以下。
优选地，步骤(2)所述热水灭酶是指将剑麻渣置于80～90℃的热水中混合搅匀，静置10～20min进行灭酶。
优选地，步骤(3)所述脱脂是将干燥后的剑麻渣粉置于索氏提取器中，用无水乙醇或甲苯-乙醇作溶剂进行提取；更优选的，用体积比为2:1的甲苯-乙醇作溶剂，50～60℃下抽提4～6h；所述的干燥是指在50～60℃下鼓风干燥12～16h。
优选地，步骤(4)所述纤维素复合酶为丹麦novozymes公司提供的Celluclast1.5L。
优选地，步骤(4)所述酶法提取的条件为：剑麻渣与提取液固液比1:(5～10)g/mL，加酶量40～100μL，提取温度45～55℃，提取方式为在摇床上振荡提取，提取时间18-24h。
优选地，步骤(5)所述超声提取的条件为：以质量浓度为0.5％～1.0％的草酸铵溶液为提取液，固形物残渣与提取液固液比1:(8～25)g/mL，超声功率450W、频率20KHz，超声提取时间20～80min。
优选地，步骤(6)中所述的合并是指将酶法提取一次和超声波法重复提取三次的剑麻渣果胶溶液进行合并。
优选地，步骤(6)中所述的浓缩是指在60℃下浓缩至原体积的1/5～1/7；所述加入无水乙醇沉淀是指通过向浓缩液中加入无水乙醇至乙醇体积含量为70％～80％。
优选地，步骤(6)中所述的酸醇溶液是指HCl浓度为0.1mol/L的HCl-乙醇溶液；所述的乙醇-水溶液洗涤是指分别用体积分数为70％、80％、90％的乙醇水溶液以及100％的乙醇洗涤。
本发明联合了酶法和超声法提取果胶，首先利用酶法释放被纤维素包裹的果胶，同时借助酶对细胞壁的破坏作用，为第二步超声法大量提取果胶做预处理，通过以上两步工艺的协同作用，大大提高剑麻渣果胶的提取率。
一种剑麻渣果胶，通过上述方法制备得到。
相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明果胶提取率高、酯化度较低、相对分子质量大、色泽浅；果胶的半乳糖醛酸含量高；
(2)本发明率先提出了采用两步法提取剑麻渣果胶，即酶法+超声提取法，相比现有技术的酸提取法、草酸-草酸铵提取法和发酵法等，果胶提取率由10％～15％提升到30％～40％；
(3)本发明的提取方法相比现有技术酸法提取具有低消耗、无污染的优点。
附图说明
图1为本发明实施例1所得剑麻渣果胶的扫描电镜图；
图2为本发明实施例1所得剑麻渣果胶的红外光谱图；
图3为本发明实施例1所得剑麻渣果胶的GPC分子量测试结果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
取抽提纤维后的剑麻渣用清水多次清洗、去杂、60℃下鼓风干燥10h，干燥的剑麻渣用贝利微粉机进行机械粉碎30min，得到剑麻渣细粉依次过孔径2.0mm和0.5mm的筛，密封在样品袋中，室温干燥处保存；将剑麻渣置于85℃的热水中混合搅匀，静置20min，再用清水漂洗2次，60℃下鼓风干燥6h；取干燥的剑麻渣粉100g，置于索氏提取器，用甲苯-乙醇(2:1,V/V)作溶剂，50℃下抽提4h进行脱脂，然后取出剑麻渣，60℃下鼓风干燥16h；向脱脂的剑麻渣粉末中按固液比1:5(W/V,g/mL)的比例加入500mL 0.1mol/L的HAc-NaAc缓冲溶液(pH4.0)，搅拌均匀后，再加入40μl的纤维素复合酶Celluclast 1.5L，在45℃的摇床水浴中振荡提取18h，然后将提取物加热100℃，连续煮沸5min进行灭酶，再在4000rpmin的离心机中进行离心分离8min，得到酶法提取的剑麻渣果胶溶液和固形物残渣；将离心分离后得到的固形物残渣倒入80mL 1.0％的草酸铵溶液中，搅拌均匀后，置于超声清洗槽装置中进行超声提取30min，其中超声功率450W，频率20KHz；超声结束后，提取混合液经过真空过滤固液分离，得到的滤液在8000rpmin条件下离心10min，得到第二步超声法提取的剑麻渣果胶溶液；以上超声法提取果胶重复三次，并将三次提取液与酶法提取液合并，得到剑麻渣果胶提取液；将提取液在60℃和0.01MPa的真空条件下旋转蒸发浓缩直至溶液量约为50mL；向该浓缩液中缓慢加入150mL的无水乙醇，并滴加柠檬酸调节pH＝4.0，边滴加边搅拌，然后将溶液置于4℃冰箱中过夜；将沉淀果胶后混合物在常温、8000rpmin条件下离心10min，得到的固形物为剑麻渣果胶粗品；果胶粗品先用50mL、5％(V/V)的HCl-乙醇溶液(其中HCl的浓度为0.1mol/l)洗涤脱色3次，之后依次用50mL70％、80％、90％以及100％乙醇洗涤各2次；在50℃和0.03MPa的真空干燥箱中干燥至恒重，得到剑麻渣果胶。经测试，剑麻渣果胶产率32％(W/W,g/g)，糖醛酸含量67％，甲氧基含量47％，分子量623420Da。
本实施例所得剑麻渣果胶的扫描电镜图如图1所示；红外光谱图如图2所示；GPC分子量测试结果图如图3所示。
实施例2
取抽提纤维后的剑麻渣用清水多次清洗、去杂、60℃下鼓风干燥10h，干燥的剑麻渣用贝利微粉机进行机械粉碎30min，得到剑麻渣细粉依次过孔径2.0mm和0.5mm的筛，密封在样品袋中，室温干燥处保存；将剑麻渣置于85℃的热水中混合搅匀，静置20min，再用清水漂洗2次，60℃下鼓风干燥6h；取干燥的剑麻渣粉100g，置于索氏提取器，用甲苯-乙醇(2:1,V/V)作溶剂，50℃下抽提4h进行脱脂，然后取出剑麻渣，60℃下鼓风干燥16h；向脱脂的剑麻渣粉末中按固液比1:8(W/V,g/mL)的比例加入800mL 0.1mol/L的HAc-NaAc缓冲溶液(pH4.0)，搅拌均匀后，再加入85μl的纤维素复合酶Celluclast 1.5L，在45℃的摇床水浴中振荡提取18h，然后将提取物加热100℃，连续煮沸5min进行灭酶，再在4000rpmin的离心机中进行离心分离8min，得到酶法提取的剑麻渣果胶溶液和固形物残渣；将离心分离后得到的固形物残渣倒入80mL 1.0％的草酸铵溶液中，搅拌均匀后，置于超声清洗槽装置中进行超声提取30min，其中超声功率450W，频率20KHz；超声结束后，提取混合液经过真空过滤固液分离，得到的滤液在8000rpmin条件下离心10min，得到第二步超声法提取的剑麻渣果胶溶液；以上超声法提取果胶重复三次，并将三次提取液与酶法提取液合并，得到剑麻渣果胶提取液；将提取液在60℃和0.01MPa的真空条件下旋转蒸发浓缩直至溶液量约为50mL；向该浓缩液中缓慢加入150mL的无水乙醇，并滴加柠檬酸调节pH＝4.0，边滴加边搅拌，然后将溶液置于4℃冰箱中过夜；将沉淀果胶后混合物在常温、8000rpmin条件下离心10min，得到的固形物为剑麻渣果胶粗品；果胶粗品先用50mL、5％(V/V)的HCl-乙醇溶液(其中HCl的浓度为0.1mol/l)洗涤脱色3次，之后依次用50mL 70％、80％、90％以及100％乙醇洗涤各2次；在50℃和0.03MPa的真空干燥箱中干燥至恒重，得到剑麻渣果胶。经测试，剑麻渣果胶产率31％(W/W,g/g)，糖醛酸含量64％，甲氧基含量48％，分子量580000Da。
实施例3
取抽提纤维后的剑麻渣用清水多次清洗、去杂、60℃下鼓风干燥10h，干燥的剑麻渣用贝利微粉机进行机械粉碎30min，得到剑麻渣细粉依次过孔径2.0mm和0.5mm的筛，密封在样品袋中，室温干燥处保存；将剑麻渣置于85℃的热水中混合搅匀，静置20min，再用清水漂洗2次，60℃下鼓风干燥6h；取干燥的剑麻渣粉100g，置于索氏提取器，用甲苯-乙醇(2:1,V/V)作溶剂，50℃下抽提4h进行脱脂，然后取出剑麻渣，60℃下鼓风干燥16h；向脱脂的剑麻渣粉末中按固液比1:5(W/V,g/mL)的比例加入500mL 0.1mol/L的HAc-NaAc缓冲溶液(pH4.0)，搅拌均匀后，再加入40μl的纤维素复合酶Celluclast 1.5L，在45℃的摇床水浴中振荡提取18h，然后将提取物加热100℃，连续煮沸5min进行灭酶，再在4000rpmin的离心机中进行离心分离8min，得到酶法提取的剑麻渣果胶溶液和固形物残渣；将离心分离后得到的固形物残渣倒入80mL0.6％的草酸铵溶液中，搅拌均匀后，置于超声清洗槽装置中进行超声提取30min，其中超声功率450W，频率20KHz；超声结束后，提取混合液经过真空过滤固液分离，得到的滤液在8000rpmin条件下离心10min，得到第二步超声法提取的剑麻渣果胶溶液；以上超声法提取果胶重复三次，并将三次提取液与酶法提取液合并，得到剑麻渣果胶提取液；将提取液在60℃和0.01MPa的真空条件下旋转蒸发浓缩直至溶液量约为50mL；向该浓缩液中缓慢加入150mL的无水乙醇，并滴加柠檬酸调节pH＝4.0，边滴加边搅拌，然后将溶液置于4℃冰箱中过夜；将沉淀果胶后混合物在常温、8000rpmin条件下离心10min，得到的固形物为剑麻渣果胶粗品；果胶粗品先用50mL、5％(V/V)的HCl-乙醇溶液(其中HCl的浓度为0.1mol/l)洗涤脱色3次，之后依次用50mL70％、80％、90％以及100％乙醇洗涤各2次；在50℃和0.03MPa的真空干燥箱中干燥至恒重，得到剑麻渣果胶。经测试，剑麻渣果胶产率35％(W/W,g/g)，糖醛酸含量69％，甲氧基含量45％，分子量670000Da。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)取抽提纤维后的剑麻渣清洗、去杂、干燥、粉碎；
(2)将剑麻渣用热水灭酶、清水漂洗、干燥；
(3)对剑麻渣进行脱脂、干燥；
(4)脱脂后的剑麻渣粉末加入到pH4.0～5.0的缓冲溶液中，并加入纤维素复合酶溶液，振荡提取后将溶液加热灭酶和离心分离，得到酶法提取的剑麻渣果胶溶液和固形物残渣；
(5)将步骤(4)所得固形物残渣加入草酸铵溶液，超声提取后抽滤，滤液离心后得到超声波法提取的剑麻渣果胶溶液；
(6)将步骤(4)和(5)所得剑麻渣果胶溶液合并后浓缩，向该浓缩液中加入无水乙醇沉淀，用柠檬酸调节pH＝4.0～4.5，搅拌均匀，静置过夜后离心分离，所得沉淀物依次经酸醇溶液脱色、乙醇-水溶液洗涤和真空干燥，得到剑麻渣果胶。
2.根据权利要求1所述的一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法，其特征在于：步骤(1)所述干燥为鼓风干燥或晒干，干燥至水分含量8％以下。
3.根据权利要求1所述的一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法，其特征在于：步骤(2)所述热水灭酶是指将剑麻渣置于80～90℃的热水中混合搅匀，静置10～20min进行灭酶。
4.根据权利要求1所述的一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法，其特征在于：步骤(3)所述脱脂是将干燥后的剑麻渣粉置于索氏提取器中，用无水乙醇或甲苯-乙醇作溶剂进行提取；所述的干燥是指在50～60℃下鼓风干燥12～16h。
5.根据权利要求1所述的一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法，其特征在于步骤(4)所述酶法提取的条件为：剑麻渣与提取液固液比1:(5～10)g/mL，加酶量40～100μL，提取温度45～55℃，提取方式为在摇床上振荡提取，提取时间18-24h。
6.根据权利要求1所述的一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法，其特征在于步骤(5)所述超声提取的条件为：以质量浓度为0.5％～1.0％的草酸铵溶液为提取液，固形物残渣与提取液固液比1:(8～25)g/mL，超声功率450W、频率20KHz，超声提取时间20～80min。
7.根据权利要求1所述的一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法，其特征在于：步骤(6)中所述的合并是指将酶法提取一次和超声波法重复提取三次的剑麻渣果胶溶液进行合并。
8.根据权利要求1所述的一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法，其特征在于：步骤(6)中所述的浓缩是指在60℃下浓缩至原体积的1/5～1/7；所述加入无水乙醇沉淀是指通过向浓缩液中加入无水乙醇至乙醇体积含量为70％～80％。
9.根据权利要求1所述的一种从废弃的剑麻渣中提取果胶的方法，其特征在于：步骤(6)中所述的酸醇溶液是指HCl浓度为0.1mol/L的HCl-乙醇溶液；所述的乙醇-水溶液洗涤是指分别用体积分数为70％、80％、90％的乙醇水溶液以及100％的乙醇洗涤。
10.一种剑麻渣果胶，其特征在于：通过权利要求1～9任一项所述的方法制备得到。
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