CN107771185A - 用于提取果胶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种用于从含果胶的起始材料中提取果胶的方法,该方法包括:酸提取,其中使所述起始材料经受使用酸性溶液的提取,提取第一提取物、留下第一残余物,其中所述第一提取物包含果胶;以及酶处理,其中使所述第一残余物经受使用含酶溶液的酶处理,产生第二提取物和第二残余物,其中所述第二提取物包含果胶。本发明进一步描述了通过该方法获得的果胶用于稳定饮料,构造酸化的乳制品,作为乳制甜食中的膳食纤维、胶凝剂、稳定剂,和/或作为蛋白络合剂的用途。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于从含果胶的起始材料中提取果胶的方法。本发明进一步涉及在该方法中获得的果胶的用途。
背景技术
果胶是食品工业中的常用添加剂。它可作为例如稳定剂、增稠剂和胶凝剂,例如用于果酱和其他基于水果的产品中以及基于酸奶的产品(诸如酸乳)中。果胶还已经在食品工业中找到其他用途,例如作为脂肪替代物。
果胶是典型地以水不溶性亲本果胶物质(原果胶)的形式发现于绿色陆生植物(如水果和蔬菜)的初生细胞壁和胞间层中的结构多糖。商业果胶产品的主要来源是柑橘果皮和苹果渣,其中原果胶占干物质的按重量计10%-40%。
果胶是从原果胶的受限制的水解产生的水溶性化合物的通用命名。尚未完全理解原果胶的确切性质。然而,普遍认识到,原果胶是复合结构,其中果胶通过共价键、氢键和/或离子相互作用附接至其他细胞壁组分如纤维素、细胞壁蛋白和半纤维素上。
果胶包含被鼠李糖聚半乳糖醛酸主链(重复的二糖α-(1-4)-D-半乳糖醛酸-α-(1-2)-L-鼠李糖的聚合物)中断的直链聚半乳糖醛酸链(α-(1-4)-连接的-D-半乳糖醛酸的聚合物),它经常具有与L-鼠李糖的O-3或O-4位置连接的聚合阿拉伯半乳聚糖糖苷的侧链。聚半乳糖醛酸序列可以具有与它们的O-2或O-3位置连接的D-木糖和D-芹菜糖糖苷,其还可以被酯-连接的乙酰基取代。α-(1-4)-连接的D-半乳糖醛酸残基的长链通常被称为“光滑区域”,而高度支化的鼠李糖聚半乳糖醛酸区域通常被称为“毛状区域”。
果胶分子具有高达超过200,000Da的分子量和高达超过1000个单元的聚合度。半乳糖醛酸单元的一定比例的羧酸基团被甲基-酯化。在植物中,残留的羧基被植物组织中固有地包含的钙、钾和镁的阳离子部分或完全中和。
“酯化度”(DE)是指果胶的半乳糖醛酸单元中包含的游离羧酸基团已经被甲基酯化的程度。如果超过50%的羧基被酯化,则所得到的果胶被称为“高酯果胶”(简称“HE果胶”)。如果小于50%的羧基被酯化,则所得到的果胶被称为“低酯果胶”(简称“LE果胶”或“低甲氧基果胶”)。如果果胶不含有任何酯化的基团或仅含有少量酯化的基团,它通常被称为果胶酸。
果胶的来源还将在某种程度上决定其他酯基是否存在于果胶结构中。在这方面,已知的是,一些果胶包含乙酰基。在这里,典型地,在C2或C3上的羟基可以被乙酰化。通过举例,糖用甜菜果胶在某种程度上在半乳糖醛酸残基的O-2和/或O-3处被乙酰化。
果胶的结构、特别是酯化度决定了它的物理和/或化学特性。例如,果胶胶凝取决于果胶的化学性质,尤其是酯化度和聚合度。然而,此外,果胶胶凝还取决于果胶浓度和环境条件像可溶固体含量、pH和钙离子浓度。
此外,根据食品化学品法典,为了在食品工业中使用,果胶在干燥和无灰的基础上应该具有最少65%的半乳糖醛酸。因此,通过本发明的方法获得的果胶适合用于食品应用。
果胶通常作为大量提取的果胶级分被提取,该果胶级分示出了分子变异性且遵循在钙离子与单独的果胶分子之间变化的相互作用,这些果胶分子对钙离子和其他带电荷的颗粒具有变化的亲和力。这些大量提取的果胶产品包含代表酯化度的宽分布的分子和非随机以及随机甲基酯化模式的分子。这影响果胶的重要品质参数,如凝胶的断裂强度、凝固温度曲线、与蛋白或阳离子的相互作用、以及果胶在食品制造应用中的溶解度。
然而,许多果胶应用要求均匀的果胶级分,但是这导致相对低的果胶产率和高生产成本。
在工业中存在对于以下方法的需求:这些方法由于含有果胶的资源的有效使用而获得高提取产率连同改进的果胶官能度(两者从环境和可持续以及经济观点)。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于提取和/或分离果胶的方法,其中该方法导致被提取的果胶的高产率。
本发明的目的还是提供通过所要求保护的方法获得的具有最少65%的半乳糖醛酸(GA)的食品级果胶用于稳定饮料(如酸化乳或稀释的果汁),还用于构造酸化的乳制品,作为乳制甜食中的膳食纤维、胶凝剂、稳定剂,和/或作为蛋白络合剂的用途。
具体实施方式
该目的可以通过一种用于从含果胶的起始材料中提取果胶的方法来实现,该方法包括:
a.酸提取,其中使所述起始材料经受使用酸性溶液的提取,提取第一提取物、留下第一残余物,其中所述第一提取物包含果胶;
b.酶处理,其中使所述第一残余物经受使用含酶溶液的酶处理,产生第二提取物和第二残余物,其中所述提取物包含果胶。
以此方式可以获得具有窄分布的甲酯的均匀的果胶级分。此外,从含果胶的起始材料提取高产率的果胶。
术语“果胶”应理解为通过从植物材料分离果胶而获得的果胶物质的水溶性形式。
术语“食品级果胶”应理解为被批准用于食品添加剂的果胶,该果胶在干燥和无灰的基础上具有最少65%的半乳糖醛酸(GA)。
“钙敏感性”是果胶的特性,其在钙离子存在下导致果胶溶液的粘度的增加。因此,已知耐钙果胶或非钙敏感果胶(NCSP)具有比钙敏感果胶(CSP)更低的特性粘度。
在本发明的术语中,“耐钙果胶”应理解为类似于“非钙敏感果胶”。
HE果胶产品中钙敏感果胶的含量可被描述为“钙敏感果胶比率”(CSP-比率或CSPR),其是果胶产品中钙敏感果胶的分数。因此,纯的钙敏感果胶理论上具有CSPR=1.0,具有50%钙敏感果胶的果胶具有CSPR=0.5,并且纯的耐钙果胶具有CSPR=0。
果胶起始材料可以优选地获自柑橘属水果,苹果,糖用甜菜,向日葵头,蔬菜或来自植物如苹果、糖用甜菜、胡萝卜、洋葱、桃、葡萄浆果、芒果、番石榴、南瓜属植物、南瓜、番茄、杏、香蕉、豆、马铃薯、向日葵或柑橘属水果的废物。柑橘属水果的实例是青柠、柠檬、葡萄柚、柑橘、红橘、柚子和橙子。
为了获得果胶起始材料,取决于水果和蔬菜的类型以本领域技术人员通常已知的方式处理水果和蔬菜。这可以包括分解或挤压材料以分离汁和油,接着用水洗涤若干次以去除可溶性固体像糖以及油和脂肪的残余物。可以将洗涤过的材料挤压并直接用于果胶提取或干燥至超过85%干物质以安全地运输或储存。
在一个方面,这些起始材料包括来自柑橘属水果的干果皮,具有按重量计约85%或更多的干物质含量,优选地呈至多2cm长度的片的形式,这些片是如以上描述的在提取柑橘汁和精油之后加工来自汁工业的挤压过的果皮之后获得。这些材料均具有高含量的果胶物质(呈水不溶性原果胶的形式)。在干物质基础上,具有在20-35wt%范围内的可提取果胶含量的柑橘果皮是特别令人感兴趣的。
在第一步骤中,用酸性溶液进行酸提取,导致将果胶(耐钙果胶和钙敏感果胶两者)从果胶起始材料提取到该溶液中。该酸溶液形成第一提取物,使用如以下进一步描述的技术可以从该第一提取物纯化该果胶。该第一步骤还留下第一残余物,其是该含果胶的起始材料减去通过该酸性溶液提取的级分。
在一个方面,所述酸性溶液的pH是1.5至2.5。在另一个方面,所述酸性溶液的pH是2至2.5。
为了增加所提取的果胶的产率,可以调节提取温度和提取时间。
在一个方面,所述酸性溶液的温度是在15℃-100℃之间。在另一个方面,所述酸性溶液的温度是在65℃-75℃之间。
在一个方面,进行该酸提取持续0.5至10小时的时间段。在另一个方面,进行该酸提取持续1至8小时的时间段。
有待用于该酸提取中的提取溶液的量取决于例如有待提取的该含果胶的材料的来源和状态以及该材料中可提取果胶的含量。
根据本发明,选择在每个提取步骤(其在轻轻搅拌含果胶的材料的悬浮液的同时进行)中的含果胶的材料和提取溶液的量,以便使该悬浮液具有在按重量计1%至20%的范围内(例如在按重量计2%至15%的范围内,如在2%至6%的范围内)的干物质含量。
有机酸或无机酸两者可用于该酸提取。有用的酸包括强或中等强无机酸,如由以下各项例示的,但不限于以下各项:盐酸、硫酸、亚硫酸、硝酸或磷酸。有机酸包括但不限于甲酸、乙酸、丙酸、柠檬酸、丙二酸、琥珀酸、酒石酸、草酸、乙醛酸、乳酸、甘油酸(glycerolicacid)、马来酸、富马酸和苯甲酸。应当理解,可以使用酸的混合物。
该酸提取之后是酶处理,其中借助于含酶溶液使从该酸提取获得的第一残余物经受酶处理。该酶处理导致从该第一残余物中提取果胶,导致第二残余物,该第二残余物是该第一残余物减去所提取的果胶级分。该提取的果胶和该含酶溶液形成第二提取物,使用如以下进一步描述的技术可以从该第二提取物纯化该果胶。
出人意料地已经发现,在酸提取之后具有含酶提取导致除了通过该酸提取提取的果胶之外的附加量的果胶的释放。因此可以增加从特定含果胶的起始材料获得的果胶的产率。
在一个实施例中,该酶处理可导致几乎是纯的耐钙果胶的果胶级分。因此,通过纯化通过该酶处理获得的果胶可以获得非常均匀的果胶级分。例如,如果该酶是半乳糖醛酸酶(galacturonase)或果胶酸裂解酶,则可以获得该果胶级分。
在一个方面,所述含酶溶液的pH高于所述酸性溶液的pH。因此,在该酶处理期间的pH高于在该酸提取期间的pH。以此方式,获得甚至更高的果胶产率。
此外,在较高的pH下的水解作用小于在较低pH下的水解作用,由此粘度的损失和脱酯化将较少,导致具有较高官能度的果胶。
在该酶处理期间的pH将取决于该方法中使用的酶。如果在该酶处理期间使用的pH接近于该酶的最佳pH,则该酶的效率将高于当pH不是在该酶的最佳值时的效率。这例如导致从该果胶起始材料获得较高量的果胶或者可以使用较低量的酶获得相同量的果胶。
在另一个方面,该含酶溶液包含一种或多种酶。一种或多种酶应当理解为该含酶溶液包含一种酶、两种酶的混合物、三种酶的混合物、四种酶的混合物、五种酶的混合物或超过五种酶的混合物。
在一个方面,该含酶溶液包含一种酶。以此方式,可以更好地控制果胶改性,并且观察到较少的果胶的分解。因此,可以获得均匀的果胶级分。
在另一个方面,该含酶溶液包含酶的混合物。以此方式,可以利用若干种不同酶方法的优点和/或可以获得甚至更高的产率。
作为实例,可以在该方法期间特定地改性该果胶,如通过果胶甲基酯酶增加脱酯化并且以此方式获得LE果胶。可以将果胶甲基酯酶与纤维素酶一起添加,这增加了果胶从残余物中的释放。因此,通过混合这两种酶可以获得高产率的LE果胶。
根据本发明可以使用的酶的实例是例如果胶酶、外切聚半乳糖醛酸酶、内切聚半乳糖醛酸酶、果胶裂解酶、果胶酸裂解酶、鼠李糖半乳糖醛酸酶、果胶甲基酯酶、果胶乙酰基酯酶、外切纤维素酶、内切纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶。
在一个方面,该含酶溶液包含果胶降解酶,如聚半乳糖醛酸酶、鼠李糖半乳糖醛酸酶或果胶酶。
在另一个方面,该含酶溶液包含半乳糖醛酸酶。
在另一个方面,该含酶溶液包含纤维素酶。纤维素酶从该含果胶的起始材料中降解纤维素。纤维素的降解使能够释放结合在该第一残余物中的果胶。
在一个方面,所述含酶溶液的pH是2.5至10。在另一个方面,所述含酶溶液的pH是2.5至7。在另一个方面,所述含酶溶液的pH是3至5。
为了进一步优化果胶的提取,可以调节提取温度和提取时间。
在一个方面,进行该酶处理持续0.5至5小时的时间段。
在一个方面,所述含酶溶液的温度是在15℃-75℃之间。在另一个方面,所述含酶溶液的温度是在30℃-60℃之间。
在另一个方面,在所述酸提取(a)与所述酶处理(b)之间进行至少一次洗涤。以此方式,洗涤该第一残余物以便去除该酸性溶液以及该第一提取物的剩余物。
在另一个方面,在所述酶处理(b)之后进行至少一次洗涤。以此方式,洗涤该第二残余物以便去除由该酶处理释放的提取的果胶的剩余物。然后可以从该洗涤溶液中纯化该果胶以获得甚至更高的产率。
至少一次洗涤应当理解为该第一或第二残余物可以被洗涤一次,该第一或第二残余物可以被洗涤两次,或者该第一或第二残余物可以被洗涤三次等。
该洗涤可以使用例如连续逆流洗涤或通过渗滤过程的洗涤来进行。该洗涤可以例如作为静止过滤器上的连续洗涤或作为逆流洗涤来进行。
在一个方面,将来自一次或多次洗涤的该一个或多个溶液混合成一个批次。可以使用如以下进一步描述的技术从该批次中纯化该果胶。
必要的洗涤次数取决于该含果胶的起始材料以及提取参数,像这样即pH、温度、溶液、提取时间等。因此,要相应地调节洗涤次数以便确保去除痕量的该酸性溶液和/或该含酶溶液。
有待在该至少一次洗涤中使用的洗涤溶液的量取决于该含果胶的起始材料的来源和状态、该洗涤溶液、该酸性溶液、该含酶溶液以及该材料中可提取果胶的含量。
在一个方面,以5∶1至50∶1的洗涤溶液:干燥植物材料的比率进行该至少一次洗涤。以此方式,应当理解,如果使用100kg干燥植物材料作为含果胶的起始材料,则要用500至5000kg的洗涤溶液洗涤它。
在另一个方面,以大约15∶1的洗涤溶液:干燥植物材料的比率进行该洗涤。
在另一个方面,在20℃至90℃之间的温度下进行该洗涤。在还另一个方面,在65℃至75℃之间的温度下进行该洗涤。
在一个方面,用水进行所述至少一次洗涤中的至少一次。在还另一个方面,在50℃-80℃之间的温度下用水进行所述至少一次洗涤中的至少一次。
可替代地,可以使用弱酸化的水或弱酸化的热水进行该洗涤,该弱酸化的水或弱酸化的热水具有的pH高于在该第一和/或第二提取步骤中使用的酸性溶液和/或含酶溶液的pH。
该至少一次洗涤在一定pH下并且用溶液持续一定时间并且在一定温度下进行,这允许最佳洗涤以便有效地去除剩余物。
在另一个方面,混合所述第一提取物和所述第二提取物。
以此方式,最终的混合的提取物中的果胶的量较高,并且因此,最终获得的产率将较高,而且通过纯化一种提取物(而不是两种或更多种)的工作负荷将较小。
在另一个方面,将该第一提取物和/或该第二提取物与该洗涤溶液混合。
在另一个方面,通过筛分、湿筛分、倾析或离心将该第一提取物与该第一残余物分离并且将该第二提取物与该第二残余物分离。
这些分离过程通过本领域技术人员普遍已知的技术来进行,并且如此可以由这些本领域技术人员使用他们的公知常识来进行。该分离在该方法的单独步骤之间进行,在从提取物中分离果胶之前,或在该方法的另外步骤中使用这些残余物。
在另一个方面,已经使起始材料经受预处理。
可以通过以下方式进行该预处理以便改变原料的粒度分布:研磨干燥的果皮或在水性果皮悬浮液中切削该材料。
在另一个方面,该起始材料处于新鲜的、冷冻的或干燥的状态。
借助于任何常规干燥设备如干燥箱、带式干燥器、转鼓式干燥器或流化床干燥器,可以进行该材料的干燥持续足以获得该材料中按重量计至少80%的干物质含量的时间段。在一个方面,该材料中的干物质含量是按重量计至少90%。在范围从环境温度至高于100℃的温度下进行该干燥持续至多36小时的时间段。在一个方面,在40℃至100℃的范围内的温度下进行该干燥持续至多36小时的时间段。在一个方面,该干燥可以在低于大气压的压力下进行,由此可以使用相对较低的干燥温度或比较较短的干燥时间段,导致更温和的处理。
在另一个方面,通过离心、过滤、离子交换、浓缩、沉淀、洗涤、挤压、干燥和研磨从所述提取物中进一步纯化果胶。
可以通过任何方便的方法从单独提取物(即该第一和/或第二提取物)、从来自该至少一次洗涤的含果胶的洗涤溶液和/或从混合的提取物中回收所提取的果胶。
所有这些方法可以如本领域技术人员已知的进行。
在另一个方面,使用2-丙醇进行该沉淀。
可以用任何溶液进行果胶的沉淀,该任何溶液是水可混溶的,并且果胶在其中是基本上不可溶的。通过任何方便的方法,例如像通过倾析、离心或过滤,将沉淀的果胶与液体分离,并且然后可以将沉淀物挤压并且在过滤器上洗涤以去除可溶性的盐和杂质。最后,可以将该果胶干燥并任选地在使用之前碾磨。
通过2-丙醇或其他替代溶液从该提取物沉淀果胶可以在例如通过膜过滤或通过在减压下蒸发对该果胶的浓缩之后。
用于沉淀果胶的替代溶液可以是一元醇,例如甲醇、乙醇、叔丁醇、仲丁醇、正丁醇、叔戊醇、新戊醇、仲戊醇或二乙基原醇;二元醇,例如乙二醇、丙二醇或四亚甲基二醇;酮,例如丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮或甲基叔丁基酮;或二醇醚,例如二乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、二乙二醇单甲基醚或三乙二醇二甲基醚。两种或更多种这样的溶液的混合物也可以用于沉淀果胶。
本发明此外描述了如通过以上描述的方法获得的果胶的用途,其中该果胶用于稳定饮料,构造酸化的乳制品,作为乳制甜食中的膳食纤维、胶凝剂、稳定剂,和/或作为蛋白络合剂。
此外,描述了以下用途,其中该饮料是酸化乳或稀释的果汁。
在一个实施例中,这些酸化的乳产品选自例如具有3.5至5的pH的酸化的乳产品,如酸化乳、饮用酸乳和具有水果的酸乳。
这些酸化的乳产品包括通过以下酸化获得的乳产品:通过用活的产酸细菌发酵,或者通过添加果汁或食品酸味剂。
此外,描述了以下用途,其中该果胶被用作乳制甜食中的稳定剂。
该果胶可以进一步被用作可溶性纤维(任选地:作为Ca-盐)、营养物(Fe、Ca、Zn)的载体、食品中的放射性核素的结合剂、用于常规低酯果胶或酰胺化果胶的前体、用于在食品工厂中从工艺用水回收蛋白的蛋白结合剂和废水工厂中的蛋白絮凝剂、包囊剂以及染料结合剂。
实例
方法
酯化度(DE)和半乳糖醛酸含量(GA)的确定
根据Food Chemicals Codex,Third Edition,National Academic Press,Washington 1981,page 216[食品化学品法典,第三版,国家学术出版社,华盛顿1981,第216页]中给出的程序确定酯化度。
将5g果胶样品至最接近0.1mg称重到250ml烧杯中,并且添加100ml的60%的2-丙醇水溶液和5ml浓盐酸的混合物。在磁力搅拌器上搅拌持续10分钟。在降低的真空下通过干燥且预称重的30ml粗玻璃过滤漏斗过滤。用六份15ml的HCl-60%的2-丙醇混合物洗涤。然后用60%的2-丙醇水溶液(6-8份20ml)洗涤直到滤液不含氯化物(用1.7g硝酸银在100ml蒸馏水中的溶液进行测试)。最后用大约30ml的100%的2-丙醇洗涤。在105℃下的烘箱中干燥持续21/2小时。在干燥器中冷却。称重。
使用20ml容量移液管移取20.00ml的0.5N氢氧化钠到烧杯中并与20.00ml的0.5N盐酸混合,该盐酸已经使用20ml容量移液管转移。添加两滴酚酞溶液(将1g酚酞溶解于100ml的96%乙醇中)指示剂并用0.1N氢氧化钠滴定。记录体积V0。
将洗涤且干燥过的果胶的十分之一精确地称重到250ml锥形烧瓶中,并用2ml的96%乙醇使其湿润。将该烧瓶放置在磁力搅拌器上,并且缓慢添加100ml的煮沸且冷却的去离子水。避免飞溅。搅拌直到所有果胶完全溶解。添加五滴该酚酞溶液,并用0.1N氢氧化钠滴定。体积被记录为以ml计的V1。添加20.00ml的0.5N氢氧化钠,并且剧烈摇动。允许内容物静止持续15分钟以便皂化酯基团。添加20.00ml的0.5N盐酸,并且摇动直到粉红色消失。添加三滴该酚酞溶液,并且用0.1N氢氧化钠滴定,直到达到微弱的持久的粉红色,将所需要的0.1N氢氧化钠的体积记录为V2ml。
特性粘度的确定
通过将比浓粘度除以果胶浓度的函数外推至零浓度确定特性粘度。在给定的浓度下,比浓粘度是:
其中ηc是果胶溶液的粘度,ηr是溶剂(聚磷酸钠的1%水溶液,pH 4.75)的粘度。用玻璃球在21.0℃下在粘度计C(哈克有限公司(Haake,Gmbh))上测量粘度。
CSP比率(CSPR)的确定
在70℃下将2.00g果胶溶解于大约90g的脱矿质水中。在冷却至室温之后,通过在搅拌期间添加按重量计20%的碳酸钠溶液将pH增加至4.0。将脱矿质水添加至100.0g总重量并且混合该样品。
将15.00g样品缓慢地混合到在50ml离心机螺旋帽管中的30.00g的按重量计80%的2-丙醇水溶液中以使该果胶沉淀。在频繁摇动一小时之后,在以2800g离心持续20分钟并且倾析离心液之后收集沉淀的材料。向沉淀的材料中添加大约25ml的按重量计60%的2-丙醇水溶液,并将其彻底混合。在频繁混合一小时之后,如以上分离沉淀物。再一次重复用按重量计60%的2-丙醇的洗涤,并且在最后分离之后,用手挤压过量的液体,并将挤压过的残余物转移到托盘中并且在通风烘箱中在60℃下干燥过夜。称重分离的果胶(a克),并且通过在105℃干燥持续21/2小时确定该材料中干物质a’。
在50ml离心机螺旋帽管中,添加25.00g的在含有按重量计16%的2-丙醇的脱矿质水中的60mM的CaCl2并且将其与25.00g制备的果胶样品混合。将该混合物在连接到定时器上的IKA MTS2Schütler上以最低速度摇动以允许混合持续1/15分钟。在24小时之后,将该混合物以2800g离心持续20分钟并且通过布将液体虹吸出来。称重离心管中的沉淀材料,并且添加且混合等量的在含有按重量计8%的2-丙醇的脱矿质水中的30mM的CaCl2。将该管缓慢摇动持续另外24小时,并且以2800g离心持续20分钟并且通过布将液体虹吸出来。再一次重复沉淀的CSP的洗涤。最后将该管中的残余物与两份按重量计80%的2-丙醇水溶液混合,并且在一小时之后在棉布上分离,并且在排液之后,转移回到该管中并且再次与等量的按重量计60%的2-丙醇水溶液混合两次,并且在一小时之后,在该布上排液并且挤压。将挤压过的残余物转移到托盘中,并且在通风烘箱中在60℃下干燥过夜。称重残余物(b克),并且通过在105℃下干燥持续21/2小时确定该材料的干物质b’。
CSP比率由以下式确定:
可以达到高于1.0的CSPR-数字,因为在钙存在下特定小果胶分子的沉淀比2-丙醇沉淀更定量。高于1.0的CSPR数字指示了该样品是纯的钙敏感果胶。
果胶产率
来自提取/洗涤步骤的果胶产率是在该提取/洗涤步骤期间从不可溶原果胶转化为可溶性果胶的果胶(作为果胶干物质计算的)的量,计算为果皮材料(作为干物质计算的)的百分比。
通过确定澄清提取物中的果胶浓度(通过将称重的量的浓缩物沉淀到1.2体积的2-丙醇中,用按重量计60%的2-丙醇洗涤该沉淀物,干燥至100%的干物质并且称重残余物)确定每个提取/洗涤步骤的果胶产率。从提取物/洗涤液的总量以及确定的果胶浓度,计算可溶性果胶的总量。由此,从转移的果皮残余物的量以及澄清液体中的果胶浓度(从前一提取/洗涤步骤中确定的)计算用来自该前一提取/洗涤的果皮残余物转移的可溶性果胶。从在该提取/洗涤步骤中发现的果胶的总量减去从该前一提取/洗涤步骤中转移的此果胶量,并且差值给出了来自该提取或洗涤步骤的果胶的产率。
实验1:用和不用酶的处理
材料
将400.0g干橙皮悬浮于11L热脱矿质水中,并且添加硝酸(工业级的最少68%BDH/Prolabo)将pH调节至2.00以实现在70.0℃下的稳定水平。将该混合物在70.0℃下缓慢搅拌持续三小时。称重反应器中的内容物,并且在滤锅上将该混合物分离成残渣相和液相,称重该残渣相和液相。将该残渣相转移到反应器中,并且在70.0℃下通过添加热脱矿质水至6L洗涤持续一小时。将总内容物称重并且再次分离成残渣相和液相,称重该残渣相和液相。将一半量的残渣转移到5L的反应器中,并添加水至大约总共4L。添加20%的碳酸钠水溶液使pH增加至4.0,并且通过使用恒温器将温度维持在50℃下。添加10.05g纤维素酶(来自杰能科公司(Genencor)的Multifect B),并且将该混合物在50℃和pH 4.00下搅拌持续三小时。然后将该反应器的内容物称重并且在滤锅上分离。称重残渣和滤液的量。除了不添加纤维素酶之外,用另一半量的残渣进行相同的程序。
将每种类型的滤液通过离心纯化,并且将称重的量的离心液通过添加至1.2体积的2-丙醇中沉淀,并且在30℃-40℃下搅拌持续大约1小时。然后将沉淀的果胶通过经由布的过滤来分离。将收集的沉淀物进一步通过在0.6体积的60vol%的2-丙醇中悬浮来洗涤持续1/2小时。然后将该材料在布中排液,并且在液压活塞压机中挤压。将挤压的果胶在通风烘箱中在40℃下在夜间期间干燥。将干燥的果胶称重并研磨至通过0.5mm的筛。
该纤维素酶的活性如下:
纤维素酶活性:7652U/ml,
半乳糖醛酸酶活性:0.1U/ml,
果胶裂解酶活性:0.5U/ml,
鼠李糖半乳糖醛酸酶(Rhamnogalaturonase)活性:1U/ml。
结果
测量果胶产率、酯化度、特性粘度和钙敏感果胶比率。如在材料和方法下描述的测量这些参数。
表1:用酶的处理
产率 | c产率 | DE | GA | 特性粘度L/g | CSPR | |
酸提取 | 26.8% | 26.8% | 66.8% | 70.4% | 0.45 | 0.54 |
洗涤 | 0.0% | 26.8% | 67.7% | 71.0% | 0.40 | 0.53 |
纤维素酶处理 | 10.1% | 36.9% | 69.2% | 58.3% | 0.18 | 0.05 |
DE:酯化度;GA:半乳糖醛酸;产率:前一步骤(pr.step)产生的产率;c产率:累积的果胶产率;CSPR:钙敏感果胶比率
表2:不用酶的处理
产率 | c产率 | DE | GA | 特性粘度L/g | CSPR | |
酸提取 | 26.8% | 26.8% | 66.8% | 70.4% | 0.45 | 0.54 |
洗涤 | 0.0% | 26.8% | 67.7% | 71.0% | 0.40 | 0.53 |
不用酶的处理 | 5.5% | 32.3% | 63.1% | 67.8% | 0.39 | 0.93 |
DE:酯化度;GA:半乳糖醛酸;产率:前一步骤产生的产率;c产率:累积的果胶产率;CSPR:钙敏感果胶比率
与不用酶的处理相比,当用酶处理时释放更高产率的果胶(10.1%对比5.5%)。没有酶的情况下,纯化的级分导致相对高的CSPR(0.93)。然而,当用这种酶处理时,此比率是非常低的(0.05)。
实验2:单独的酶处理
材料
将200.0g干橙皮悬浮于5.5L的50℃的热脱矿质水中,并且添加几滴硝酸(工业级的最少68%BDH/Prolabo)将pH调节至4.00以实现稳定水平。添加10.00g纤维素酶(来自杰能科公司的Multifect B),并且将该混合物在50℃下在pH 4.00下搅拌持续3小时。称重反应器中的内容物,并且在滤锅上将该混合物分离成残渣相和液相,称重该残渣相和液相。将该滤液通过离心纯化,并且将称重的量的离心液通过添加至1.2体积的2-丙醇中沉淀,并且在30℃-40℃下搅拌持续大约1小时。然后将沉淀的果胶通过经由布的过滤来分离。将收集的沉淀物进一步通过在0.6体积的60vol%的2-丙醇水溶液中悬浮来洗涤持续1/2小时。然后将该材料在布中排液,并且在液压活塞压机中挤压。将挤压的果胶在通风烘箱中在40℃下在夜间期间干燥。将干燥的果胶称重并研磨至通过0.5mm的筛。
该纤维素酶的活性如下:
纤维素酶活性:7652 U/ml,
半乳糖醛酸酶活性:0.1 U/ml,
果胶裂解酶活性:0.5U/ml,
鼠李糖半乳糖醛酸酶活性:1U/ml。
结果
测量果胶产率、酯化度、特性粘度和钙敏感果胶比率。如在材料和方法下描述的测量这些参数。
表3:单独的酶处理
产率 | c产率 | DE | GA | 特性粘度L/g | CSPR | |
纤维素酶提取 | 13.8% | 13.8% | 77.5% | 71.8% | 0.23 | 0.06 |
DE:酯化度;GA:半乳糖醛酸;产率:前一步骤产生的产率;c产率:累积的果胶产率;CSPR:钙敏感果胶比率
与其中在用酶处理之前用酸处理果皮的两步方法相比,当单独用酶处理时,从这些果皮释放较低的累积的果胶产率(13.8%对比36.9%(表1))。所获得的果胶级分示出了低的CSPR(0.06),说明了所获得的果胶主要是非钙敏感果胶。
实验3:用和不用酶的处理
材料
将400.0g干橙皮悬浮于11L热脱矿质水中,并且添加硝酸(工业级的最少68%BDH/Prolabo)将pH调节至2.00以实现在70.0℃下的稳定水平。将该混合物在70.0℃下缓慢搅拌持续3小时。称重反应器中的内容物,并且在滤锅上将该混合物分离成残渣相和液相,称重该残渣相和液相。将该残渣相转移到反应器中,并且在70.0℃下通过添加热脱矿质水至6L洗涤持续一小时。将总内容物称重并且再次分离成残渣相和液相,称重该残渣相和液相。将一半量的残渣转移到5L的反应器中,并添加水至大约总共4L。添加20%的碳酸钠水溶液使pH增加至4.0,并且通过使用恒温器将温度维持在50℃下。添加1.3μL的商业半乳糖醛酸酶(来自达姆施塔特罗姆公司(Darmstadt)的Rhoament PL)并且将该混合物在50℃和pH 4.0下搅拌持续三小时。然后将该反应器的内容物称重并且在滤锅上分离。称重残渣和滤液的量。除了不添加半乳糖醛酸酶之外,用另一半量的残渣进行相同的程序。
将每种类型的滤液通过离心纯化,并且将称重的量的离心液通过添加至1.2体积的2-丙醇中沉淀,并且在30℃-40℃下搅拌持续大约1小时。然后将沉淀的果胶通过经由布的过滤来分离。将收集的沉淀物进一步通过在0.6体积的60vol%的2-丙醇中悬浮来洗涤持续1/2小时。然后将该材料在布中排液,并且在液压活塞压机中挤压。将挤压的果胶在通风烘箱中在40℃下在夜间期间干燥。将干燥的果胶称重并研磨至通过0.5mm的筛。
表4:用半乳糖醛酸酶的处理
DE:酯化度;GA:半乳糖醛酸;产率:前一步骤产生的产率;c产率:累积的果胶产率;CSPR:钙敏感果胶比率
表5:不用酶的处理
产率 | c产率 | DE | GA | 特性粘度L/g | CSPR | |
酸提取 | 25.5% | 25.5% | 70.1% | 83.7% | 0.42 | 0.52 |
洗涤 | 0.1% | 25.6% | 69.9% | 79.4% | 0.37 | 0.56 |
不用酶的处理 | 5.9% | 31.5% | 64.3% | 74.8% | 0.40 | 0.87 |
DE:酯化度;GA:半乳糖醛酸;产率:前一步骤产生的产率;c产率:累积的果胶产率;CSPR:钙敏感果胶比率
实验4
与实验3相同的程序,但是添加更高剂量的半乳糖醛酸酶。
表6:用半乳糖醛酸酶的处理
DE:酯化度;GA:半乳糖醛酸;产率:前一步骤产生的产率;c产率:累积的果胶产率;CSPR:钙敏感果胶比率
实验5
与实验3相同的程序,但是将草酸添加至第二提取中。
表7:用半乳糖醛酸酶的处理
DE:酯化度;GA:半乳糖醛酸;产率:前一步骤产生的产率;c产率:累积的果胶产率;CSPR:钙敏感果胶比率
表8:不用酶的处理
DE:酯化度;GA:半乳糖醛酸;产率:前一步骤产生的产率;c产率:累积的果胶产率;CSPR:钙敏感果胶比率
总结段落
本发明现将通过编号的段落进行描述。
1.一种用于从含果胶的起始材料中提取果胶的方法,该方法包括:
a.酸提取,其中使所述起始材料经受使用酸性溶液的提取,提取第一提取物、留下第一残余物,其中所述第一提取物包含果胶;
b.酶处理,其中使所述第一残余物经受使用含酶溶液的酶处理,产生第二提取物和第二残余物,其中所述第二提取物包含果胶。
2.根据段落1所述的方法,其特征在于,所述含酶溶液的pH高于所述酸性溶液的pH。
3.根据段落1或2所述的方法,其特征在于,在所述酸提取(a)与所述酶处理(b)之间进行至少一次洗涤。
4.根据段落1-3所述的方法,其特征在于,该含酶溶液包含一种或多种酶。
5.根据段落1-4所述的方法,其特征在于,所述酸性溶液的pH是1.5至2.5。
6.根据段落5所述的方法,其特征在于,所述酸性溶液的pH是2至2.5。
7.根据前述段落中任一项所述的方法,其特征在于,所述含酶溶液的pH是2.5至10。
8.根据段落7所述的方法,其特征在于,所述含酶溶液的pH是3至5。
9.根据前述段落中任一项所述的方法,其特征在于,在所述酶处理(b)之后进行至少一次洗涤。
10.根据段落3-9所述的方法,其特征在于,用水进行所述至少一次洗涤中的至少一次。
11.根据前述段落中任一项所述的方法,其特征在于,混合所述第一提取物和所述第二提取物。
12.根据前述段落中任一项所述的方法,其特征在于,通过筛分、湿筛分、倾析或离心将所述第一提取物与所述第一残余物分离并且将所述第二提取物与所述第二残余物分离。
13.根据前述段落中任一项所述的方法,其特征在于,所述含酶溶液包含纤维素酶。
14.根据前述段落中任一项所述的方法,其中所述酸性溶液的温度是在15℃-100℃之间。
15.根据段落14所述的方法,其特征在于,所述酸性溶液的温度是在65℃-75℃之间。
16.根据前述段落中任一项所述的方法,其中所述含酶溶液的温度是在15℃-75℃之间。
17.根据段落16所述的方法,其特征在于,所述含酶溶液的温度是在30℃-60℃之间。
18.根据前述段落中任一项所述的方法,其特征在于,进行所述酸提取持续0.5至10小时的时间段。
19.根据前述段落中任一项所述的方法,其特征在于,进行所述酶处理持续0.5至5小时的时间段。
20.根据段落3-19所述的方法,其特征在于,以5∶1至50∶1的洗涤溶液:干燥植物材料的比率进行所述至少一次洗涤。
21.根据前述段落中任一项所述的方法,其特征在于,已经使所述起始材料经受预处理。
22.根据前述段落中任一项所述的方法,其特征在于,所述起始材料处于新鲜的、冷冻的或干燥的状态。
23.根据前述段落中任一项所述的方法,其特征在于,通过离心、过滤、离子交换、浓缩、沉淀、洗涤、挤压、干燥和研磨从所述提取物中进一步纯化所述果胶。
24.根据段落23所述的方法,其特征在于,使用2-丙醇进行该沉淀。
25.通过根据段落1-24中任一项所述的方法获得的果胶用于稳定饮料,构造酸化的乳制品,作为乳制甜食中的膳食纤维、胶凝剂、稳定剂,和/或作为蛋白络合剂的用途。
26.根据段落25所述的用途,其特征在于,该饮料是酸化乳或稀释的果汁。
Claims (15)
1.一种用于从含果胶的起始材料中提取果胶的方法,该方法包括:
a.酸提取,其中使所述起始材料经受使用酸性溶液的提取,提取第一提取物、留下第一残余物,其中所述第一提取物包含果胶;
b.酶处理,其中使所述第一残余物经受使用包含一种或多种酶的含酶溶液的酶处理,产生第二提取物和第二残余物,其中所述第二提取物包含果胶;
其中所述含酶溶液的pH高于所述酸性溶液的pH。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述酸提取(a)与所述酶处理(b)之间进行至少一次洗涤。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述酸性溶液的pH是1.5至2.5。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述含酶溶液的pH是2.5至10。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在所述酶处理(b)之后进行至少一次洗涤。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,混合所述第一提取物和所述第二提取物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,通过筛分、湿筛分、倾析或离心将所述第一提取物与所述第一残余物分离并且将所述第二提取物与所述第二残余物分离。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述含酶溶液包含纤维素酶。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述含酶溶液包含半乳糖醛酸酶。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述酸性溶液的温度是在15℃-100℃之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述含酶溶液的温度是在15℃-75℃之间。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,进行所述酸提取持续0.5至10小时的时间段。
13.根据权利要求2-12中任一项所述的方法,其特征在于,以5∶1至50∶1的洗涤溶液∶干燥植物材料的比率进行所述至少一次洗涤。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,通过离心、过滤、离子交换、浓缩、沉淀、洗涤、挤压、干燥和研磨从所述提取物中进一步纯化所述果胶,其中使用2-丙醇进行该沉淀。
15.一种通过根据权利要求1-14中任一项所述的方法获得的果胶用于稳定饮料,构造酸化的乳制品,作为乳制甜食中的膳食纤维、胶凝剂、稳定剂,和/或作为蛋白复合剂的用途。
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