CN109275829A - 一种基于超滤纳滤耦合技术的果汁功能成分富集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于超滤纳滤耦合技术的果汁功能成分富集方法，所述超滤和纳滤耦合工艺应采用800‑1500Da孔径的膜与150‑300Da孔径膜的组合，获得的浓缩果汁I富集了高浓度糖类功能成分，浓缩果汁II中富集了高浓度的酚类功能成分；本发明膜分离技术的操作条件温和，对果汁中的营养成分及风味物质不造成破坏，很好的保持了原果汁的营养成分及风味，极大的提高了产品品质，而且制备过程耗时短、效率高、能耗低、过程无化学污染，很好的利用并保留了果汁中的功能成分。
Description
(一)技术领域
本发明涉及果汁中功能成分的富集方法，尤其涉及一种基于超滤纳滤耦合技术的果汁功能成分富集方法。
(二)背景技术
植物多酚因为具有抗辐射、抗老化、抗氧化等功能，而被广泛运用于保健食品领域。葡萄、苹果、橙等水果不仅含有较高的酚类物质，而且其中所含酚类物质的种类繁多、结构复杂、功能各异。例如，葡萄中含有的酚类物质多种多样，它们主要分布在叶片和果皮中，果肉中的含量较少。在众多的植物多酚中，葡萄多酚抗氧化清除自由基的能力最强，其抗氧化能力约为VE的50倍、VC的20倍。此外，葡萄多酚对人类的血管有保护作用，并能保护动脉管壁，防止动脉硬化，还具有预防高血压、抗血栓、抗胃溃疡、抗炎、抗肿瘤、降血脂、防止糖尿病慢性并发症、抗突变的生物活性及皮肤保健和美容等功能。葡萄多酚还决定了葡萄酒的色泽、风味、结构与质地、涩味等特征。植物多糖在促进免疫、抗肿瘤、抗突变、降血脂、抗凝血等方面都具有一定的作用，对人体健康具有重要意义。葡萄中的多糖可抑制体内自由基和活性氧的产生，提高抗氧化酶的活性，促进超氧物歧化酶的释放，从而增强机体对自由基的清除能力和抗氧化能力；同时它还能够抑制或杀伤肿瘤细胞，而不损伤正常细胞，具有抑制肿瘤生长、激活免疫细胞、改善机体免疫功能的作用。
膜分离技术可在常温下对料液进行分离、浓缩与富集，操作过程不发生相变，能耗低，特别适合热敏物质的分离浓缩，可最大程度的保持产品原有的色、香、味及功能成分。同时，在封闭系统中循环进行，分离过程中不添加任何外来化学物质，且透过液可循环使用，既有效防止外界污染也减少了对环境污染。
超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.001至0.1μm。超滤膜的分离原理可用筛分机理来解释，其截留率取决于溶质的尺寸和形状。超滤主要用于将溶液中的颗粒物、胶体和大分子与溶剂等小分子物质分离，目前已涉及电子工业、食品工业、医药工业、环境保护和生物工程等领域。纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右，可以分离相对分子质量较小的物质，具有操作条件温和，能耗低，无外来化学污染等优点，非常适合于流体中有价值成分的浓缩。
目前，关于果汁制备工艺的研究不少。例如：
申请公布号为CN106136009A的发明专利申请文献公开了一种浓缩火龙果汁制备的方法，包括如下步骤：步骤一、将火龙果果肉粉碎，之后加入碳水化合物形成混合物，再调节混合物的白利糖度值为一，然后加入果胶酶，发酵得到初级发酵果汁液体；步骤二、首先利用大火将发酵果汁液体煮沸，之后再利用小火熬煮得到初级熬煮果汁液体；步骤三、向初级熬煮果汁液体中加入酵母菌，之后处理得到二次发酵果汁液体；步骤四、将茵香菜粉碎，与二次发酵果汁液体于密封条件下再用大火煮沸，之后调节其白利糖度值为一，之后再用小火熬煮得到二次熬煮果汁液体；步骤五、将二次熬煮果汁液体瞬时灭菌，灌装，得到火龙果汁。
申请公布号为CN107549537A的发明专利申请文献公开一种微气泡复合果汁及其制备工艺。该微气泡复合果汁每果汁中含有葡萄汁260ml～360ml、草莓汁260ml～360ml、桑葚汁120ml～220ml、桑葚多酚提取物60～100mg、二氧化碳1.50～3.00g，余量为水且同时满足以下指标：总糖含量100～150g/L；总酸含量4～6g/L；可溶性固形物含量10～15；pH3.0～4.0；总酚含量140～270mg/L；花色苷含量110～210mg/L。该制备工艺向果汁中均匀加入少量二氧化碳，通过果汁本身的糖酸和风味物质可掩盖出现的苦味，并且可以起到防腐杀菌的作用，使果汁具有货架期长、微生物难以产生的特点。同时，由于该制备工艺中添加了从新鲜桑葚果实中提取的桑葚多酚提取物，大大增强了该微气泡复合果汁的抗氧化特性。
(三)发明内容
本发明旨在提供一种基于超滤纳滤耦合技术的果汁功能成分富集方法，该方法制备过程耗时短、效率高、无化学污染、能耗低，获得的浓缩果汁具有高浓度的多糖或多酚，能够很好的应用于多个领域。
本发明的技术方案如下：
一种基于超滤纳滤耦合技术的果汁功能成分富集方法，所述方法包括如下步骤：
(1)水果洗净后粉碎至20目以下，抽滤(采用GB-1914 90mm直径的滤纸)，得到粗提果汁，将所得粗提果汁置于冷冻离心机中，离心，取上清液；
所述水果例如葡萄(Vitis vinifera L.)、苹果(Malus pumila)、橙(Citrussinensis)，优选葡萄；
所述冷冻离心机的工作参数为：转速10000r/min，离心温度4℃，离心时间10min；
(2)利用孔径30～50KDa的超滤膜(PES材质)，在密封隔氧、流速0.2m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(1)所得上清液进行超滤1h，得到除菌除杂果汁；
(3)利用孔径800～1500Da的超滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.4～0.6m/s、压力0.9～1.1MPa的条件下，对步骤(2)所得除菌除杂果汁进行超滤2.4～3h，分别收集透过液和截留液，截留液为浓缩果汁I；
(4)利用孔径150～300Da的纳滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.4～0.6m/s、压力0.9～1.1Mpa的条件下，对步骤(3)所得透过液进行纳滤2.4～3h，收集截留液为浓缩果汁II。
进一步，所述步骤(2)、(3)或(4)的操作温度条件为30～40℃。
本发明中，步骤(3)采用了孔径800～1500Da的超滤膜，步骤(4)采用了孔径150～300Da的纳滤膜，对不同孔径的超滤膜、纳滤膜进行组合，此条件下能将大部分多糖都截留在所述浓缩果汁I中，并透过大部分酚类功能物质，使得所述浓缩果汁II中的多酚浓度相比原果汁提高了数倍，而多糖浓度低于原果汁。由此，获得的浓缩果汁I中富集了高浓度的多糖功能成分，浓缩果汁II中富集了高浓度的多酚功能成分。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明方法采用超滤纳滤耦合的方式富集果汁中的功能成分，将膜分离技术有效的结合入果汁功能成分富集工艺中。膜分离技术的操作条件温和，对果汁中的营养成分及风味物质不造成破坏，很好的保持了原果汁的营养成分及风味，极大的提高了产品品质。而且制备过程耗时短、效率高、能耗低、过程无化学污染，获得的浓缩果汁I富集了高浓度糖类功能成分，浓缩果汁II中富集了高浓度的酚类功能成分，很好的利用并保留了果汁中的功能成分。
(2)本发明方法研究了不同膜孔径的膜组合对果汁中功能成分的富集的影响，并且在确定膜组合后对操作条件进行了优化。
(3)本发明方法采用合适的膜孔径进行超滤，达到除菌效果，且除菌条件温和。
(四)附图说明
图1为本发明工艺流程图。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。
多糖含量测定方法：苯酚硫酸法，在紫外分光光度计490nm处测定吸光度，根据测定的标准曲线得到浓度。
多酚含量测定方法：福林酚比色法，在紫外分光光度计765nm处测定吸光度，根据测定的标准曲线得到浓度。
以下实施例中，葡萄选自智利红提品种。
实施例1
一种基于超滤纳滤耦合技术的葡萄汁功能成分富集方法，具体步骤如下：
(1)取葡萄1000g，洗净后粉碎至20目以下，抽滤，得到粗提果汁，将所得粗提果汁置于冷冻离心机中，离心，取上清液；
(2)利用孔径30KDa的超滤膜(PES材质)，在密封隔氧、流速0.2m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(1)所得上清液进行超滤1h，得到除菌除杂果汁；
(3)利用孔径5000Da的超滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.4m/s、压力0.9MPa的条件下，对步骤(2)所得除菌除杂果汁进行超滤2.4h，分别收集透过液和截留液，截留液为浓缩果汁I；
(4)利用孔径300Da的纳滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.4m/s、压力0.9Mpa的条件下，对步骤(3)所得透过液进行纳滤2.4h，收集截留液为浓缩果汁II。
分别取20mL浓缩果汁I、II，进行多糖和多酚浓度的测定，经测定，浓缩果汁I的多糖浓度为152.21mg/mL，多酚浓度为0.586mg/mL，浓缩果汁II的多糖浓度为202.36mg/mL，多酚浓度为2.040mg/mL。
实施例2
一种基于超滤纳滤耦合技术的葡萄汁功能成分富集方法，具体步骤如下：
(1)取葡萄1000g，洗净后粉碎至20目以下，抽滤，得到粗提果汁，将所得粗提果汁置于冷冻离心机中，离心，取上清液；
(2)利用孔径40KDa的超滤膜(PES材质)，在密封隔氧、流速0.2m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(1)所得上清液进行超滤1h，得到除菌除杂果汁；
(3)利用孔径5000Da的超滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(2)所得除菌除杂果汁进行超滤2.5h，分别收集透过液和截留液，截留液为浓缩果汁I；
(4)利用孔径150Da的纳滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1Mpa的条件下，对步骤(3)所得透过液进行纳滤2.5h，收集截留液为浓缩果汁II。
分别取20mL浓缩果汁I、II，进行多糖和多酚浓度的测定，经测定，浓缩果汁I的多糖浓度为152.21mg/mL，多酚浓度为0.586mg/mL，浓缩果汁II的多糖浓度为211.86mg/mL，多酚浓度为2.096mg/mL。
实施例3
一种基于超滤纳滤耦合技术的葡萄汁功能成分富集方法，具体步骤如下：
(1)取葡萄1000g，洗净后粉碎至20目以下，抽滤，得到粗提果汁，将所得粗提果汁置于冷冻离心机中，离心，取上清液；
(2)利用孔径50KDa的超滤膜(PES材质)，在密封隔氧、流速0.2m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(1)所得上清液进行超滤1h，得到除菌除杂果汁；
(3)利用孔径3000Da的超滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.6m/s、压力1.1MPa的条件下，对步骤(2)所得除菌除杂果汁进行超滤3h，分别收集透过液和截留液，截留液为浓缩果汁I；
(4)利用孔径300Da的纳滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.6m/s、压力1.1Mpa的条件下，对步骤(3)所得透过液进行纳滤3h，收集截留液为浓缩果汁II。
分别取20mL浓缩果汁I、II，进行多糖和多酚浓度的测定，经测定，浓缩果汁I的多糖浓度为217.82mg/mL，多酚浓度为0.651mg/mL，浓缩果汁II的多糖浓度为133.78mg/mL，多酚浓度为1.888mg/mL。
实施例4
一种基于超滤纳滤耦合技术的葡萄汁功能成分富集方法，具体步骤如下：
(1)取葡萄1000g，洗净后粉碎至20目以下，抽滤，得到粗提果汁，将所得粗提果汁置于冷冻离心机中，离心，取上清液；
(2)利用孔径40KDa的超滤膜(PES材质)，在密封隔氧、流速0.2m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(1)所得上清液进行超滤1h，得到除菌除杂果汁；
(3)利用孔径3000Da的超滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(2)所得除菌除杂果汁进行超滤2.5h，分别收集透过液和截留液，截留液为浓缩果汁I；
(4)利用孔径150Da的纳滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1Mpa的条件下，对步骤(3)所得透过液进行纳滤2.5h，收集截留液为浓缩果汁II。
分别取20mL浓缩果汁I、II，进行多糖和多酚浓度的测定，经测定，浓缩果汁I的多糖浓度为217.82mg/mL，多酚浓度为0.651mg/mL，浓缩果汁II的多糖浓度为128.89mg/mL，多酚浓度为1.937mg/mL。
实施例5
一种基于超滤纳滤耦合技术的葡萄汁功能成分富集方法，具体步骤如下：
(1)取葡萄1000g，洗净后粉碎至20目以下，抽滤，得到粗提果汁，将所得粗提果汁置于冷冻离心机中，离心，取上清液；
(2)利用孔径40KDa的超滤膜(PES材质)，在密封隔氧、流速0.2m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(1)所得上清液进行超滤1h，得到除菌除杂果汁；
(3)利用孔径1000Da的超滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(2)所得除菌除杂果汁进行超滤2.5h，分别收集透过液和截留液，截留液为浓缩果汁I；
(4)利用孔径300Da的纳滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1Mpa的条件下，对步骤(3)所得透过液进行纳滤2.5h，收集截留液为浓缩果汁II。
分别取20mL浓缩果汁I、II，进行多糖和多酚浓度的测定，经测定，浓缩果汁I的多糖浓度为285.22mg/mL，多酚浓度为0.687mg/mL，浓缩果汁II的多糖浓度为45.77mg/mL，多酚浓度为1.883mg/mL。
实施例6
一种基于超滤纳滤耦合技术的葡萄汁功能成分富集方法，具体步骤如下：
(1)取葡萄1000g，洗净后粉碎至20目以下，抽滤，得到粗提果汁，将所得粗提果汁置于冷冻离心机中，离心，取上清液；
(2)利用孔径40KDa的超滤膜(PES材质)，在密封隔氧、流速0.2m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(1)所得上清液进行超滤1h，得到除菌除杂果汁；
(3)利用孔径1000Da的超滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(2)所得除菌除杂果汁进行超滤2.5h，分别收集透过液和截留液，截留液为浓缩果汁I；
(4)利用孔径150Da的纳滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1Mpa的条件下，对步骤(3)所得透过液进行纳滤2.5h，收集截留液为浓缩果汁II。
分别取20mL浓缩果汁I、II，进行多糖和多酚浓度的测定，经测定，浓缩果汁I的多糖浓度为285.22mg/mL，多酚浓度为0.687mg/mL，浓缩果汁II的多糖浓度为48.00mg/mL，多酚浓度为1.897mg/mL。
实施例7
一种基于超滤纳滤耦合技术的葡萄汁功能成分富集方法，具体步骤如下：
(1)取葡萄1000g，洗净后粉碎至20目以下，抽滤，得到粗提果汁，将所得粗提果汁置于冷冻离心机中，离心，取上清液；
(2)利用孔径40KDa的超滤膜(PES材质)，在密封隔氧、流速0.2m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(1)所得上清液进行超滤1h，得到除菌除杂果汁；
(3)利用孔径1000Da的超滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(2)所得除菌除杂果汁进行超滤2.5h，分别收集透过液和截留液，截留液为浓缩果汁I；
(4)利用孔径300Da的纳滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(3)所得透过液进行纳滤2.5h，分别收集透过液和截留液，截留液为浓缩果汁II；
(5)利用孔径150Da的纳滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1Mpa的条件下，对步骤(4)所得透过液进行纳滤2.5h，收集截留液为浓缩果汁III。
分别取20mL浓缩葡萄汁I、II、III，进行多糖和多酚浓度的测定，经测定，浓缩果汁I的多糖浓度为285.22mg/mL，多酚浓度为0.687mg/mL，浓缩果汁II的多糖浓度为45.65mg/mL，多酚浓度为1.681mg/mL，浓缩果汁III的多糖浓度为35.920mg/mL，多酚浓度为0.259mg/mL。
实施例8
一种基于超滤纳滤耦合技术的葡萄汁功能成分富集方法，具体步骤如下：
(1)取葡萄1000g，洗净后粉碎至20目以下，抽滤，得到粗提果汁，将所得粗提果汁置于冷冻离心机中，离心，取上清液；
(2)利用孔径40KDa的超滤膜(PES材质)，在密封隔氧、流速0.2m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(1)所得上清液进行超滤1h，得到除菌除杂果汁；
(3)利用孔径300Da的超滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(2)所得除菌除杂果汁进行超滤2.5h，分别收集透过液和截留液，截留液为浓缩果汁I；
(4)利用孔径150Da的纳滤膜(PA材质)，在密封隔氧、流速0.5m/s、压力1Mpa的条件下，对步骤(3)所得透过液进行纳滤2.5h，收集截留液为浓缩果汁II。
分别取20mL浓缩果汁I、II，进行多糖和多酚浓度的测定，经测定，浓缩果汁I的多糖浓度为323.73mg/mL，多酚浓度为0.864mg/mL，浓缩果汁II的多糖浓度为20.870mg/mL，多酚浓度为0.406mg/mL。
由实施例1～8可知，在葡萄汁酚类功能成分富集工艺中，5000Da和3000Da孔径的膜对多糖的截留效果相对较差，导致浓缩液I、II中的酚类浓度相对多糖浓度都显得很低；而300Da的膜又会截留掉大部分的功能成分，导致浓缩液II中的功能成分很少，造成大量营养物质的损失。而1000Da膜能截留掉绝大部分的多糖，并且同时能透过大量的多酚，150Da膜能很好的阻截多酚过多的流失入透过液中，这就使得浓缩液II中的多糖含量不高于原汁，而多酚的浓度提高数倍，成功的富集了酚类功能成分，同时多糖功能成分也被富集在浓缩液I中。综上，得出最佳的超滤和纳滤耦合工艺应采用800-1500Da孔径的膜与150-300Da孔径膜的组合。
Claims (4)
1.一种基于超滤纳滤耦合技术的果汁功能成分富集方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)水果洗净后粉碎至20目以下，抽滤，得到粗提果汁，将所得粗提果汁置于冷冻离心机中，离心，取上清液；
(2)利用孔径30～50KDa的超滤膜，在密封隔氧、流速0.2m/s、压力1MPa的条件下，对步骤(1)所得上清液进行超滤1h，得到除菌除杂果汁；
(3)利用孔径800～1500Da的超滤膜，在密封隔氧、流速0.4～0.6m/s、压力0.9～1.1MPa的条件下，对步骤(2)所得除菌除杂果汁进行超滤2.4～3h，分别收集透过液和截留液，截留液为浓缩果汁I；
(4)利用孔径150～300Da的纳滤膜，在密封隔氧、流速0.4～0.6m/s、压力0.9～1.1Mpa的条件下，对步骤(3)所得透过液进行纳滤2.4～3h，收集截留液为浓缩果汁II。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水果为葡萄、苹果或橙。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述冷冻离心机的工作参数为：转速10000r/min，离心温度4℃，离心时间10min。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)、(3)或(4)的操作温度条件为30～40℃。
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