CN106349404A - 一种火龙果果茎果胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种火龙果果茎果胶的制备方法，包括以下步骤：S1预处理；S2提取；S3超声处理；S4酶解；S5灭酶和超滤。本发明制备过程中采用生物酶解协同亚临界水技术对火龙果果茎中提取的果胶进行分子修饰，减小了果胶的分子量，增加果胶配位反应的活性官能团数量；本发明获得的果胶分子量小易被细胞吸收，同时结合重金属离子的能力较原果胶也有显著的改善；本发明获得的果胶可作为食品、保健品的营养保健剂，也可用作药品制成排毒养颜胶囊，对改善人体重金属沉积、保障人们的健康十分有益，是一种高附加值的功能性食品或药品。

Description

一种火龙果果茎果胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及改良果胶的技术领域，具体指一种快吸收、排毒养颜火龙果果茎果胶的制备方法以及该方法获得的火龙果果茎果胶及其应用。
背景技术
随着人类社会的发展，多种具有潜在毒性的重金属进入人类生存的环境，造成水体、土壤、大气和生态环境的污染，并能通过土壤-植物-人循环进入人体。过量的重金属会给生态系统带来沉重的压力，同时也会给人类健康带来风险。作为一种持久性潜在的有毒污染物，重金属进入土壤后因不能被生物降解而长期存在于土壤中，且不断积累，进而导致农作物中重金属含量增高。经皮肤接触和吸入含有重金属的土壤、饮用被污染的地下水及地表水、食用粮食蔬菜等途径摄入的重金属严重威胁人体健康。多年来的研究表明：重金属污染对人群健康的危害是多方面、多层次的。其毒理作用表现为：造成生殖障碍，影响胎儿正常发育，威胁儿童和成人身体健康等，最终降低人口身体素质，阻碍了人口的可持续发展。
果胶是-种复杂的酸性杂多糖，发现于植物细胞壁以及细胞壁之间的中间层，其主链是以α-D-半乳糖醛酸为单位，以1→4糖苷键链接，部分羧基与甲醇发生酯化，部分羟基发生乙酰化。主链上聚半乳糖醛酸的乙酰基按顺时针重新分布。侧链一般是由各种中性或酸性寡糖组成，包括半乳糖、阿拉伯和鼠李糖等聚糖。不同原料提取的果胶中侧链上寡糖种类和空间排列有所不同，性质差异较大。果胶在食品、制药、化妆品工业方面都有着广泛的应用，在食品工业中主要用在果酱和果冻中作为凝胶剂和增稠剂，在饮料、调味品、调浆以及其它食品用作乳化剂，应用于固定柱床作为生物吸附剂回收废水中的重金属离子。果胶应用于生物体内清除重金属的研究一直不受重视，原因是：果胶不能被人体的胃肠等消化器官分解，而重金属首先进入胃部，在胃环境中(pH<2)重金属离子呈现离子状态，不易被吸附剂吸附，随后重金属离子进入人体器官，特别是肝和胆等部位贮存，不易被人体排出，而果胶属于大分子多糖，不像多酚类、黄酮类等小分子可以进入细胞实现其应有的保健价值。因此，降低果胶的分子量并对其结构进行改性提高羧基含量，有利于扩大果胶在生物体细胞内内重金属清除方面的应用范畴。
发明内容
鉴以此，本发明的目的在于针对目前重金属污染的紧迫形势，特别是重金属污染对人体的威胁逐渐增大以及果胶分子量大、不易吸收、大部分有效官能团被覆盖等缺陷，不利于果胶制剂的工业化生产等不足之处，提供一种生产效率高、产品效果好的小分子快吸收、排毒养颜火龙果果茎果胶的制备方法，以及该方法制备得到的火龙果果茎果胶及其应用。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种火龙果果茎果胶的制备方法，包括以下步骤：
S1：预处理
用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液预处理火龙果果茎，烘干备用；
S2：提取
将预处理后的火龙果果茎粉碎后过50～500目筛，加水进行提取，火龙果果茎物料与水的质量比为1:10～10:1，pH调至1～10，提取温度为101～250℃，提取压力为1～100MPa，提取时间5min～5h，提取完成后过滤得到滤液；
S3：超声处理
将过滤后的提取液冷却后超声处理，超声结束后再冷却；
S4：酶解
在超声处理后的提取液中依次加入外切阿拉伯聚糖酶、外切半乳聚糖酶和外切聚半乳糖醛酸酶进行酶解；
S5：灭酶和超滤
将酶解完成的提取液进行灭酶处理，使用超滤膜超滤，超滤产物中，大分子量部分重新依次循环步骤S1～S5，小分子量部分经冷冻干燥获得火龙果果茎果胶。
进一步的，步骤S1预处理过程中，预处理温度为30～100℃，时间为5～100min，烘干温度为30～55℃。
进一步的，按质量百分比计算，烘干后的火龙果果茎含水量小于10％。
进一步的，步骤S3超声处理过程中，将过滤后的提取液冷却至30℃～55℃，pH调至1～10，在超声强度为0.35～0.88W/cm2，频率为20～50kHz条件下超声处理5～30min，超声处理后将提取液冷却至30～55℃，pH调至1～10。
进一步的，步骤S4酶解过程中，外切阿拉伯聚糖酶的添加浓度为0.01～0.2mol/L，外切半乳聚糖酶的添加浓度为0.01～0.2mol/L，外切聚半乳糖醛酸酶的添加浓度为0.01～0.2mol/L。
进一步的，步骤S4的酶解时间为5min～24h。
进一步的，步骤S5的灭酶温度为95～105℃，灭酶时间为20～30min。
进一步的，步骤S5中使用截留分子量为5000Da～10000Da的超滤膜进行超滤。
一种火龙果果茎果胶，由上述制备方法制得。
上述制备方法制得的火龙果果茎果胶，应用于食品、保健品或药品产品制备中。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)采用生物酶解协同亚临界水技术对火龙果果茎中提取的果胶进行分子修饰，减小了果胶的分子量，增加果胶配位反应的活性官能团数量；通过测定发现，本发明方法制备的果胶分子量小易被细胞吸收，同时结合重金属离子(铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等离子)的能力较原果胶也有显著的改善。
(2)本发明制备方法具有生产效率高、产品质量稳定等优点。
(3)本发明获得的火龙果果茎果胶可作为食品、保健品的营养保健剂，也可用作药品制成排毒养颜胶囊，对改善人体重金属沉积、保障人们的健康十分有益，是一种高附加值的功能性食品或药品。
具体实施方式
为对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，发明人结合实施例进行说明，但以下实施例所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种火龙果果茎果胶的制备方法，包括以下步骤：
S1：预处理
新鲜火龙果果茎用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液在30℃温度下预处理5min，然后在30℃温度下烘干至含水量小于10％(质量百分比)备用。本发明制备方法必须经过步骤S1进行预处理，否则所得产品分子量杂乱无序。而且，烘干温度低于30℃时，产品水分活度过大，温度大于55℃时，产品水分活度过低。水分活度是指食品中水分存在的状态，即水分与食品结合程度(游离程度)。水分活度值越高，结合程度越低；水分活度值越低，结合程度越高。
S2：提取
将步骤(1)得到的火龙果果茎粉碎后过50目筛，火龙果果茎粉与双蒸水按料液比1:10进行混合，pH调至1.0，提取温度为101℃，提取压力为1MPa，提取时间5min，提取完成后，趁热过滤得滤液。双蒸水还可以用蒸馏水或一次蒸馏水，但是为了保证产品质量，一般都采用双蒸水。
S3：超声处理
将步骤(2)得到的滤液冷却至30℃，pH调至1.0，在超声强度为0.35W/cm2，频率为20kHz条件下超声处理5min，超声处理结束后将提取液冷却至30℃，pH调至1.0。
S4：酶解
将步骤(3)得到的提取液中先后依次加入一定量的外切阿拉伯聚糖酶(endo-β-1,5-arabinanase,5units/1.0g底物)，外切半乳聚糖酶(endo-β-1,4-galactanase，1units/1.0g底物)和外切聚半乳糖醛酸酶(endo-α-1,4-polygalacturonase，1unit/1.0g底物)进行酶解，酶解时间为5min。
其中，该外切阿拉伯聚糖酶的添加浓度为0.01～0.2mol/L，外切半乳聚糖酶的添加浓度为0.01～0.2mol/L，外切聚半乳糖醛酸酶的添加浓度为0.01～0.2mol/L。
S5：灭酶和超滤
将步骤(4)得到的酶解完成的提取溶液置于95℃下灭酶30min，使用截留分子量5000Da的超滤膜超滤，超滤产物中，大分子量部分重新依次循环步骤S1～S5，小分子量部分经冷冻干燥获得火龙果果茎果胶。
实施例2
一种火龙果果茎果胶的制备方法，包括以下步骤：
S1：预处理
新鲜火龙果果茎用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液在100℃温度下预处理100min，然后在55℃温度下烘干至含水量小于10％(质量百分比)备用。
S2：提取
将步骤(1)得到的火龙果果茎粉碎后过500目筛，火龙果果茎粉与双蒸水按料液比10:1进行混合，pH调至10，提取温度为250℃，提取压力为100MPa，提取时间5h，提取完成后，趁热过滤得滤液。
S3：超声处理
将步骤(2)得到的滤液冷却至55℃，pH调至10，在超声强度为0.88W/cm2，频率为50kHz条件下超声处理30min，超声处理结束后将提取液冷却至55℃，pH调至10。
S4：酶解
将步骤(3)得到的提取液中先后依次加入一定量的外切阿拉伯聚糖酶(endo-β-1,5-arabinanase,5units/1.0g底物)，外切半乳聚糖酶(endo-β-1,4-galactanase，1units/1.0g底物)和外切聚半乳糖醛酸酶(endo-α-1,4-polygalacturonase，1unit/1.0g底物)进行酶解，酶解时间为24h。
S5：灭酶和超滤
将步骤(4)得到的酶解完成的提取溶液置于105℃下灭酶20min，使用截留分子量10000Da的超滤膜超滤，超滤产物中，大分子量部分重新依次循环步骤S1～S5，小分子量部分经冷冻干燥获得火龙果果茎果胶。
实施例3
一种火龙果果茎果胶的制备方法，包括以下步骤：
S1：预处理
新鲜火龙果果茎用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液在70℃温度下预处理50min，然后在45℃温度下烘干至含水量小于10％(质量百分比)备用。
S2：提取
将步骤(1)得到的火龙果果茎粉碎后过250目筛，火龙果果茎粉与双蒸水按料液比5:1进行混合，pH调至7，提取温度为150℃，提取压力为50MPa，提取时间2h，提取完成后，趁热过滤得滤液。
S3：超声处理
将步骤(2)得到的滤液冷却至45℃，pH调至7，在超声强度为0.55W/cm2，频率为40kHz条件下超声处理15min，超声处理结束后将提取液冷却至45℃，pH调至7。
S4：酶解
将步骤(3)得到的提取液中先后依次加入一定量的外切阿拉伯聚糖酶(endo-β-1,5-arabinanase,5units/1.0g底物)，外切半乳聚糖酶(endo-β-1,4-galactanase，1units/1.0g底物)和外切聚半乳糖醛酸酶(endo-α-1,4-polygalacturonase，1unit/1.0g底物)进行酶解，酶解时间为12h。
S5：灭酶和超滤
将步骤(4)得到的酶解完成的提取溶液置于100℃下灭酶20min，使用截留分子量8000Da的超滤膜超滤，超滤产物中，大分子量部分重新依次循环步骤S1～S5，小分子量部分经冷冻干燥获得火龙果果茎果胶。
为测定不同提取条件对火龙果果胶的提取效率影响，进行实施例4和实施例5。
实施例4
一种火龙果果茎果胶的制备方法，制备过程如下：
S1：预处理过程与实施例1相同。
S2：提取
将步骤(1)得到的火龙果果茎粉碎后过50目筛，火龙果果茎粉与双蒸水按料液比1:10进行混合，pH调至7，提取温度为150℃，提取压力为50MPa，提取时间2h，提取完成后，趁热过滤得滤液。
S3至S5：均与实施例1相同。
实施例5
一种火龙果果茎果胶的制备方法，制备过程如下：
S1：预处理过程与实施例1相同。
S2：提取
将步骤(1)得到的火龙果果茎粉碎后过50目筛，火龙果果茎粉与双蒸水按料液比1:10进行混合，pH调至10，提取温度为250℃，提取压力为100MPa，提取时间5h，提取完成后，趁热过滤得滤液。
S3至S5：均与实施例1相同。
不同提取条件对火龙果果茎果胶的提取效率影响如表1所示：
表1
实施例1 实施例4 实施例5
pH值 1 7 10
提取温度 101℃ 150℃ 250℃
提取压力 1MPa 50MPa 100MPa
提取时间 5min 2h 5h
果胶提取效率 96％ 97.5％ 98.8％
总半乳糖醛酸含量 85％ 88％ 90％
酯化度 62％ 60％ 56％
实施例1至5获得的火龙果果茎果胶的分子量、吸收率和羧基百分比(重金属结合率)测试结果如表2所示：
表2
综上所述，本发明制备方法中的提取条件对果胶提取效率、总半乳糖醛酸含量、分子量以及羧基含量影响较大，本发明采用生物酶解协同亚临界水技术对火龙果果茎中提取的果胶进行分子修饰，减小了果胶的分子量，增加果胶配位反应的活性官能团数量，大大提高果胶产出效率，获得的火龙果果胶分子量小、营养成分含量高、易被细胞吸收；且火龙果果胶中羧基比例高，对体内重金属离子具有强结合性；可作为食品、保健品的营养保健剂，也可用作药品制成排毒养颜胶囊，对改善人体重金属沉积、保障人们的健康十分有益，是一种高附加值的功能性食品或药品。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火龙果果茎果胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：预处理
用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液预处理火龙果果茎，烘干备用；
S2：提取
将预处理后的火龙果果茎粉碎后过50～500目筛，加水进行提取，火龙果果茎物料与水的质量比为1:10～10:1，pH调至1～10，提取温度为101～250℃，提取压力为1～100MPa，提取时间5min～5h，提取完成后过滤得到滤液；
S3：超声处理
将过滤后的提取液冷却后超声处理，超声结束后再冷却；
S4：酶解
在超声处理后的提取液中依次加入外切阿拉伯聚糖酶、外切半乳聚糖酶和外切聚半乳糖醛酸酶进行酶解；
S5：灭酶和超滤
将酶解完成的提取液进行灭酶处理，使用超滤膜超滤，超滤产物中，大分子量部分重新依次循环步骤S1～S5，小分子量部分经冷冻干燥获得火龙果果茎果胶。
2.根据权利要求1所述火龙果果茎果胶的制备方法，其特征在于，步骤S1预处理过程中，预处理温度为30～100℃，时间为5～100min，烘干温度为30～55℃。
3.根据权利要求2所述火龙果果茎果胶的制备方法，其特征在于，按质量百分比计算，烘干后的火龙果果茎含水量小于10％。
4.根据权利要求1所述火龙果果茎果胶的制备方法，其特征在于，步骤S3超声处理过程中，将过滤后的提取液冷却至30℃～55℃，pH调至1～10，在超声强度为0.35～0.88W/cm2，频率为20～50kHz条件下超声处理5～30min，超声处理后将提取液冷却至30～55℃，pH调至1～10。
5.根据权利要求1所述火龙果果茎果胶的制备方法，其特征在于，步骤S4酶解过程中，外切阿拉伯聚糖酶的添加浓度为0.01～0.2mol/L，外切半乳聚糖酶的添加浓度为0.01～0.2mol/L，外切聚半乳糖醛酸酶的添加浓度为0.01～0.2mol/L。
6.根据权利要求1所述火龙果果茎果胶的制备方法，其特征在于，步骤S4的酶解时间为5min～24h。
7.根据权利要求1所述火龙果果茎果胶的制备方法，其特征在于，步骤S5的灭酶温度为95～105℃，灭酶时间为20～30min。
8.根据权利要求1所述火龙果果茎果胶的制备方法，其特征在于，步骤S5中使用截留分子量为5000Da～10000Da的超滤膜进行超滤。
9.一种火龙果果茎果胶，由权利要求1至9任意一项制备方法制得。
10.根据权利要求1所述的一种火龙果果茎果胶，应用于食品、保健品或药品产品制备中。
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