CN106146687A - 一种提取柑橘皮渣中果胶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提取柑橘皮渣中果胶的方法，该方法以柑橘皮渣为原料，先将其粉碎、脱色，再在复合酶作用下微波处理，经水浴灭酶和离心过滤得到果胶提取液，最后通过醇沉得到果胶。本发明的提取方法简单、易于操作且成本较低，实现了废物的资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于农产品深加工和固体废物回收资源化领域，具体涉及一种提取柑橘皮渣中果胶的方法。
背景技术
伴随着我国柑橘工业的蓬勃发展，柑橘皮渣的处理逐渐成为国内柑橘加工企业的头号难题。一般柑橘类果实榨汁后会产生50%以上的皮渣，全国每年产生皮渣在500万t以上，除极少量柑橘皮渣用于陈皮等凉果加工外，大多直接丢弃掩埋，造成极大的资源浪费及环境污染。柑橘类皮渣作为一种量大面广的可再生资源，国内外对其开发利用已取得一定成效，但国内使用柑橘皮渣生产果胶的研究还处于起步阶段。
果胶是与植物细胞壁相关的复合多糖，是一类天然高分子化合物。果胶是构成细胞壁的主要成分之一，它约占橘皮干重的10%~30%，起到粘连细胞壁的各个亚层、细胞壁外侧、不同细胞的细胞壁联合的作用。自然界中，果胶大多以原果胶形式存在于高等植物细胞壁中，而原果胶不溶于水，可在酸、碱、盐等化学试剂及酶的作用下，转变成水溶性果胶。因而果胶的制备主要分为两步：把果胶从不溶性转化为可溶性；将果胶液浓缩、提纯和精制成产品。
果胶作为一种天然的食品添加剂，在食品、医药等行业发挥着不可替代的作用。比如：果胶由于其独特的凝胶特性，可有效地改善产品细腻度，使其具有良好的流动性和可涂抹性，被广泛应用于果酱和果冻中。并且随着果胶天然保健效果及独特生理功能的研究，其在医药工业的应用也逐渐广泛起来，不仅添加到保健品中，还可在药品方面用作功能性配料或药片助剂。
果胶市场需求量大，但国内果胶大多色泽深、品质不佳，80%依靠国外进口。因此，研究柑橘果胶提取，不仅有利于解决我国果胶生产供应短缺的问题和促进相关产业的良性发展，也可以解决柑橘皮渣环境污染问题，具有显著的经济效益、社会效益和生态效益。
国内对果胶提取的研究较多，目前国内提取果胶的主要方法有酸提取法、离子交换树脂法、微生物法、酶法、微波法、超声波法、高压脉冲电场法以及其他复合方法，其中采用最多、技术最成熟的是酸提取法。虽然取得了一定的成效，但较发达国家相比，还是存在技术相对落后、企业规模不大、提取成本高、成品单一、品质较差、资源利用不合理、海外市场竞争能力弱等问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种简单、易操作、高效、节能的提取柑橘皮渣中果胶的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种提取柑橘皮渣中果胶的方法，先将粉碎、脱色后的柑橘皮渣在复合酶作用下微波处理，再经水浴灭酶和离心过滤得到果胶提取液，最后通过醇沉得到果胶。
具体包括以下步骤：
1）预处理：将干燥的柑橘皮渣（含水率为8~10%）粉碎并过50~60目筛，取筛下物作为原料；将原料用滤纸包扎，再依次用无水乙醇二次浸泡5~7 h、索氏提取法处理5~7 h；然后用55~65 ℃的水漂洗，直至漂洗后的溶液为无色，沥干原料的水分，得到柑橘皮干粉。
2）脱色：以乙醇作为浸提剂，将步骤1）得到的柑橘皮干粉与乙醇按体积比1:4 ~5混合，于50~55 ℃下浸提4~6 h进行脱色处理，得到脱色柑橘皮渣。
3）提取：将步骤2）得到的脱色柑橘皮渣按体积比1:12~15加入柠檬酸缓冲液中，并调节其pH值至3.8~4.8，得到混合液；再向该混合液中加入复合酶，摇匀后置于微波反应器中，于40~55 ℃下处理5~7 min。取出混合液于80~95 ℃下水浴灭酶8~15 min，再在转速为3000~5000 r/min条件下离心过滤10~15 min，得到滤液，即果胶提取液。
4）乙醇沉淀：将果胶提取液与乙醇于45~55 ℃下混合并进行醇沉0.8~1.6 h，得到醇沉混合物；然后将该醇沉混合物置于3000~5000 r/min的离心机中离心15~20 min并收集沉淀，用与醇沉混合物等体积的无水乙醇清洗该沉淀2~3次，再于50~60 ℃的鼓风干燥箱中干燥20~24 h，然后粉碎，即得果胶。
其中：为了保证浸提和醇沉的效果，步骤2）和步骤4）使用的乙醇的质量分数为95%。
步骤3）中所述的复合酶的加入为混合液质量的0.5%~0.8%，过少达不到反应效果，过多会造成浪费。所述的复合酶为纤维素酶和半纤维素酶的混合物，二者的质量比为1:1~2，这样可以最大限度地发挥酶的分解、催化作用，更有利于果胶从柑橘皮渣中解离出来。
步骤3）中所述的微波反应器的功率为400~600 W。
步骤3）得到的滤液再进行2~4次离心过滤，这样可以提高果胶提取液中果胶的含量，从而提高产率。
步骤4）中乙醇的体积为果胶提取液体积的2~3倍，这样可以最大限度地提高醇沉的产率，又不浪费乙醇。
本发明采用酶法联合超声波协同提取柑橘果胶的方法，兼备酶法和超声波法两种方法的优点。首先，酶法的原理是：细胞壁在酶的作用下会发生水解，果胶顺势溶解在溶液中，过滤后既得果胶提取液。该法的优点是所得果胶纯度高，缺点是生产周期长、酶用量大、酶来源不纯会导致果胶解聚。微波法原理是：胞内温度突然升高，连续的高温使其内部压力超过细胞壁膨胀的能力进而致细胞破裂并且使细胞内物质迅速扩散在溶液中。该法具有选择性较强、作用时间短、试剂用量少、不破坏果胶的链结构等优点，但目前技术条件尚未成熟，仍处于实验室阶段。
本研究针对酶法提取工艺得率不高、耗时长以及微波提取法工艺不成熟等现象，采用微波辅助复合酶法对果胶的提取进行了优化研究，改进提取的预处理方法，优化工艺参数，为探索果胶提取新方法、推动我国果胶产业现代化提供参考依据。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明以柑橘皮渣为原料，首次利用微波法辅助酶法提取柑橘皮果胶，通过研究发现，该提取方法简单、易于操作且成本较低，实现了废物的资源化利用。
2、本工艺同时结合微波法和酶法这两种果胶提取方法的优点，果胶提取率大大提高，有利于解决国内果胶资源短缺的问题。
3、该工艺简单，成本低，绿色高效，适合大范围推广应用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程简图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
采用以下方法从柑橘皮渣中提取果胶，具体步骤如下：
1）预处理：取新鲜柑橘皮渣，将其经过干燥（70℃干燥，并不时翻动，干燥至水分含量约9%）后粉碎、过50目筛备用。准确称量一定量的样品，滤纸包扎好，分别采用无水乙醇二次浸泡法、索氏提取法处理5.5 h，后用58℃热水漂洗至溶液无色，沥干备用。
2）脱色：以95%乙醇做浸提剂，料液体积比为1：4，于54℃温度下对过筛后柑橘皮干粉进行脱色处理4.5 h。
3）提取：经脱色处理后的原料加入一定量的柠檬酸缓冲液，调节料液体积比为1:13、pH为4.2后，加入0.6%复合酶(纤维素酶、半纤维素酶，二者质量比为1：1），摇匀后置于功率为450 W的微波反应器中在45℃温度下处理5.5 min，然后取出于85℃水浴灭酶9 min，再离心过滤，离心过滤参数为转速3500 r/min、时间为10 min，重复3次，得上清液，即果胶提取液。
4）乙醇沉淀：将果胶提取液加入2.8倍体积的95%乙醇（48℃），醇沉一定时间（1h），然后置于3500 r/min的离心机中离心17 min，收集沉淀，用与果胶提取液同体积的无水乙醇清洗2次后置于55℃鼓风干燥箱中22 h；烘干后粉碎，得提取率为21.2%的果胶粉。
实施例二：
采用以下方法从柑橘皮渣中提取果胶，具体步骤如下：
1）预处理：取新鲜柑橘皮渣，将其经过干燥（65℃下干燥，并不时翻动，干燥至水分含量约10%）后粉碎、过60目筛备用。准确称量一定量的样品，滤纸包扎好，分别采用无水乙醇二次浸泡法、索氏提取法处理6.5h，后用60℃热水漂洗至溶液无色，沥干备用。
2）脱色：以95%乙醇做浸提剂，料液体积比为1：4.5，于52℃温度下对过筛后柑橘皮干粉进行脱色处理5 h。
3）提取：经脱色处理后的原料加入一定量的柠檬酸缓冲液，调节料液体积比为1:14、pH为4.0后，加入0.7%复合酶(纤维素酶、半纤维素酶，二者质量比为1：1.5），摇匀后置于功率为500 W的微波反应器中在50℃温度下处理6 min，然后取出于90℃水浴灭酶12 min、离心过滤，离心过滤参数为转速4000 r/min、时间为14 min，重复4次，得上清液，即果胶提取液。
4）乙醇沉淀：将果胶提取液加入2倍体积的95%乙醇（52℃），醇沉一定时间（1.5h），然后置于4200 r/min的离心机中离心16 min，收集沉淀，用与果胶提取液同体积的无水乙醇清洗3次后置于55 ℃鼓风干燥箱中23 h；烘干后粉碎，得提取率为23.7%的果胶粉。
实施例三：
采用以下方法从柑橘皮渣中提取果胶，具体步骤如下：
1）预处理：取新鲜柑橘皮渣，将其经过干燥（75℃下干燥，并不时翻动，干燥至水分含量约8%）后粉碎、过60目筛备用。准确称量一定量的样品，滤纸包扎好，分别采用无水乙醇二次浸泡法、索氏提取法处理6 h，后用60℃热水漂洗至溶液无色，沥干备用。
2）脱色：以95%乙醇做浸提剂，料液体积比为1：4.3，于53℃温度下对过筛后柑橘皮干粉进行脱色处理5.5 h。
3）提取：经脱色处理后的原料加入一定量的柠檬酸缓冲液，调节料液体积比为1:15、pH为4.5后，加入0.65%复合酶(纤维素酶、半纤维素酶，二者质量比为1：1），摇匀后置于功率为550 W的微波反应器中在48℃温度下处理5 min，然后取出于85℃水浴灭酶10 min、离心过滤，离心过滤参数为转速4500 r/min、时间为12 min，重复3次，得上清液，即果胶提取液。
4）乙醇沉淀：将果胶提取液加入2.5倍体积的95%乙醇（50℃），醇沉一定时间（1h），然后置于4000 r/min的离心机中离心18 min，收集沉淀，用与果胶提取液同体积的无水乙醇清洗3次后置于58℃鼓风干燥箱中21 h；烘干后粉碎，得提取率为23.5%的果胶粉。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种提取柑橘皮渣中果胶的方法，其特征在于，先将粉碎、脱色后的柑橘皮渣在复合酶作用下微波处理，再经水浴灭酶和离心过滤得到果胶提取液，最后通过醇沉得到果胶。
2.根据权利要求1所述的提取柑橘皮渣中果胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）预处理：将干燥的柑橘皮渣粉碎并过50~60目筛，取筛下物作为原料；将原料用滤纸包扎，再依次用无水乙醇二次浸泡5~7 h、索氏提取法处理5~7 h；然后用55~65 ℃的水漂洗，直至漂洗后的溶液为无色，沥干原料的水分，得到柑橘皮干粉；
所述的干燥的柑橘皮渣的含水率为8~10%；
2）脱色：以乙醇作为浸提剂，将步骤1）得到的柑橘皮干粉与乙醇按体积比1:4 ~5混合，于50~55 ℃下浸提4~6 h进行脱色处理，得到脱色柑橘皮渣；
3）提取：将步骤2）得到的脱色柑橘皮渣按体积比1:12~15加入柠檬酸缓冲液中，并调节其pH值至3.8~4.8，得到混合液；再向该混合液中加入复合酶，摇匀后置于微波反应器中，于40~55 ℃下处理5~7 min；
取出混合液于80~95 ℃下水浴灭酶8~15 min，再在转速为3000~5000 r/min条件下离心过滤10~15 min，得到滤液，即果胶提取液；
4）乙醇沉淀：将果胶提取液与乙醇于45~55 ℃下混合并进行醇沉0.8~1.6 h，得到醇沉混合物；然后将该醇沉混合物置于3000~5000 r/min的离心机中离心15~20 min并收集沉淀，用与醇沉混合物等体积的无水乙醇清洗该沉淀2~3次，再于50~60 ℃的鼓风干燥箱中干燥20~24 h，然后粉碎，即得果胶。
3.根据权利要求2所述的提取柑橘皮渣中果胶的方法，其特征在于，步骤2）和步骤4）使用的乙醇的质量分数为95%。
4.根据权利要求2所述的提取柑橘皮渣中果胶的方法，其特征在于，步骤3）中所述的复合酶的加入为混合液质量的0.5%~0.8%；所述的复合酶为纤维素酶和半纤维素酶的混合物，二者的质量比为1:1~2。
5.根据权利要求2所述的提取柑橘皮渣中果胶的方法，其特征在于，步骤3）中所述的微波反应器的功率为400~600 W。
6.根据权利要求2所述的提取柑橘皮渣中果胶的方法，其特征在于，步骤3）得到的滤液再进行2~4次离心过滤，以提高果胶提取液的纯度。
7.根据权利要求2所述的提取柑橘皮渣中果胶的方法，其特征在于，步骤4）中乙醇的体积为果胶提取液体积的2~3倍。
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