CN111500656A - 一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，先将香蕉皮进行预处理成小块并灭活果胶酶后，使用盐酸溶液提取果胶，再通过发酵将香蕉皮的果胶分解释放出来，再进行脱色、浓缩，使用乙醇进行提纯后，加入酶进行酶解并协同超声处理，得到小分子的果胶，进行二次醇析得到低分子香蕉皮果胶。该方法能够将香蕉皮中果胶通过酶解和超声结合充分提取出来并通过调节酶的用量控制果胶分子量的大小。
Description
技术领域
本发明涉及农副产品加工技术领域，特别涉及一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法。
背景技术
果胶是一种广泛存在于陆生植物细胞壁中的复杂结构多糖。在烘焙食品、酸性乳饮料、果汁等食品加工中，果胶作为亲水胶体，具有胶凝、稳定及增稠等作用。同时，果胶也是天然的水溶性膳食纤维，具有调节人体肠道微环境，降低血脂等有益功效。目前低分子果胶还没有一个明确的定义，现在通常认为低分子果胶是指分子量在1万到3万Da之间的果胶分子。低分子果胶的主要来源是果胶，其原料主要为橘科果实皮渣、苹果皮渣和甜菜皮渣、向日葵盘等。唐小海利用低分子果胶发明了体瘤被动靶向性抗癌前药及其制备方法，属于抗肿瘤药物领域。低分子果胶可作为体内肾脏排泄的载体，也可作为静脉注射用高分子药物载体。香蕉皮中含有大量的果胶，2018年我国香蕉产量达到152万吨，蕴藏丰富的天然果胶资源。
目前果胶主要是从植物组织中提取的，常用的方法有铝盐盐析法、离子交换法，微生物法，超临界萃取法等，提取效果均不理想。通常，低分子果胶也采用化学酶法降解高分子化合物制备。这种方法耗时比较短，快速得到想要的分子片段。但是这种方法也有不方便的地方，水解过程会产生相对较小的低聚糖分子，不是目的产物，降低了低分子果胶的含量，只能在小的区域范围内得到低分子果胶。
现有的提取方法中提取效率低，提取效果差，提取出来的果胶分子量不能够根据需要进行调整，在使用上造成了一定的限制或者产生二次加工，操作繁琐，所以我们需要寻找一种能够解决上述问题的果胶提取方法。
发明内容
本发明的目的在于：针对果胶提取效率低的问题，提供了一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，该方法能够将香蕉皮中果胶通过酶解和超声结合充分提取出来并通过调节酶的用量控制果胶分子量的大小。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，包括以下步骤：
(1)预处理：将香蕉皮的头尾切除后清洗干净，切成小块后加入护色剂混合浸泡后，转移到水浴锅中加水加热或煮沸至果胶酶灭活,过滤后用温水清洗2-5次，并使用纱布包裹挤出大部分水；
(2)提取：向步骤(1)中加入盐酸溶液并调节PH值至2，水浴浸泡同时超声提取，提取过程中保持搅拌，提取完成后过滤并使用纯净水将滤渣清洗干净；
(3)发酵：向步骤(2)中的滤渣加入食盐和碳酸氢钠，在加入乳酸菌和酵母菌混合均匀后进行发酵，发酵5-10天后加水稀释成液体；
(4)脱色：向发酵后的液体加入活性炭粉末，搅拌均匀加热保温吸附色素后，使用纱布包裹过滤得到果胶提取液；
(5)浓缩：将果胶提取液置于干燥箱中进行加热蒸发浓缩，浓缩至固形物含量为5-10％；
(6)一次醇析：向固形物中加入1.5-3倍的无水乙醇搅拌均匀后静置，过滤得到湿果胶，再将湿果胶置于烘箱中升温至100-150℃干燥后，粉碎得到香蕉皮果胶粉；
(7)酶解：向香蕉皮果胶粉加入蒸馏水加热，加入低浓度的盐酸调节PH值至2.5-3.5,加入根霉发酵香蕉皮产物、果胶酯酶在低温下进行脱脂反应，再放入水浴锅中95℃水浴锅灭活10-20min，灭活后冷却至室温，加入α-淀粉酶、糖化酶，同时进行超声波处理后得到低分子香蕉皮果胶溶液；
(8)二次醇析：向酶解后的低分子香蕉皮果胶溶液加入氢氧化钠溶液中和后，加入乙醇搅拌沉淀后过滤，真空干燥，在进行粉碎得到低分子香蕉皮果胶。
进一步地，在步骤(1)中，所述护色剂为0.4％的亚硫酸氢钠、0.3％柠檬酸、0.4％的氯化钠溶液以1:1:1的比例配制而成，护色剂浸泡时间为15-30min，水浴加热温度为90-95℃，加热时间为15-30min，所述温水的温度为40-60℃。
进一步地，在步骤(2)中，所述盐酸溶液的浓度为0.5mol/L，水浴浸泡的温度为85℃，提取时间为1.5h。
进一步地，在步骤(3)中，所述加入食盐的量为滤渣质量的6-8％，碳酸氢钠的量为滤渣质量的1-2％，所述乳酸菌和酵母菌的比例为2:1。
进一步地，在步骤(4)中，所述活性炭添加量为1.0g/100mL，所述加热保温为70℃保温40min。
进一步地，在步骤(5)中，所述干燥箱加热的温度为60-70℃，干燥过程中隔一段时间进行一次搅拌保证底部的果胶提取液被充分干燥。
进一步地，在步骤(7)中，所述蒸馏水的量为香蕉皮果胶粉重量的6-10倍，加热温度为30-50℃，所述盐酸的浓度为0.05mol/L，所述根霉发酵香蕉皮产物、果胶酯酶的含量为1:1,两者重量为香蕉皮果胶粉重量的1-2％，所述脱脂反应的温度为30-50℃，时间为60-180min，α-淀粉酶、糖化酶的重量为香蕉皮果胶粉重量的1-2％，超声条件为超声功率100-250W，提取温度为30～50℃、提取时间为60-180min。
进一步地，所述根霉发酵香蕉皮产物为香蕉皮中加入5-20％的根酶发酵1-10天后的产物，该根霉发酵香蕉皮产物的有效成分为果胶酶。
进一步地，在步骤(8)中，所述加入氢氧化钠溶液浓度为0.05-0.1mol/L，加入的乙醇为低分子香蕉皮果胶溶液1.5-5倍的95％乙醇。
酶法降解果胶多糖，就是采用一种或几种特定的酶对果胶分子进行降解，让其选择性地作用，来切断果胶分子中的α-1,4糖苷键，从而制得特定的低分子果胶。该方法克服了化学降解产物分子量分布范围广、均一程度差的缺点，不产生副反应，反应条件相对较为温和，对果胶分子结构几乎没有破坏，工艺容易控制，是一种非常理想的降解方法。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过超声联合酸提取和发酵将香蕉皮中的果胶能够完全分解释放出来，增加提取效率；
2、本发明通过两次醇析将香蕉皮果胶进行了两次提取，相当于两次提纯，提取出来的果胶纯度高，杂质少；
3、通过酶解协同超声将香蕉皮果胶进行分解成小分子的果胶，不破坏果胶结构，制备出来的小分子果胶能易于溶解吸收，具有更高的经济价值。
4、本发明采用酶法制备低分子果胶，反应条件温和，对果胶分子结构几乎没有破坏，工艺容易控制。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
一、实施例
实施例1
一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，包括以下步骤：
(1)预处理：将香蕉皮的头尾切除后清洗干净，切成小块后加入护色剂混合浸泡15min后，转移到水浴锅中加水加热至90℃或煮沸至果胶酶灭活15min,过滤后用40℃温水清洗2次，并使用纱布包裹挤出大部分水，护色剂为0.4％的亚硫酸氢钠、0.3％柠檬酸、0.4％的氯化钠溶液以1:1:1的比例配制而成；
(2)提取：向步骤(1)中加入0.5mol/L盐酸溶液并调节PH值至2，85℃水浴浸泡同时超声提取1.5h，提取过程中保持搅拌，提取完成后过滤并使用纯净水将滤渣清洗干净；
(3)发酵：向步骤(2)中的滤渣加入滤渣质量的6％的食盐和滤渣质量的1％的碳酸氢钠，在加入乳酸菌和酵母菌混合均匀后进行发酵，发酵5天后加水稀释成液体，乳酸菌和酵母菌的比例为2:1；
(4)脱色：向发酵后的液体加入1.0g/100mL活性炭粉末，搅拌均匀加热至70℃保温40min吸附色素后，使用纱布包裹过滤得到果胶提取液；
(5)浓缩：将果胶提取液置于干燥箱中进行加热至60℃蒸发浓缩，浓缩至固形物含量为5％，干燥过程中隔一段时间进行一次搅拌保证底部的果胶提取液被充分干燥；
(6)一次醇析：向固形物中加入1.5-3倍的无水乙醇搅拌均匀后静置，过滤得到湿果胶，再将湿果胶置于烘箱中升温至100-150℃干燥后，粉碎得到香蕉皮果胶粉；
(7)酶解：向香蕉皮果胶粉加入香蕉皮果胶粉重量的6倍蒸馏水加热至30℃，加入0.05mol/L的盐酸调节PH值至2.5,加入香蕉皮果胶粉重量的1％的根霉发酵香蕉皮产物、果胶酯酶在低温下进行脱脂反应，反应温度为30℃，时间为60min，再放入水浴锅中95℃水浴锅灭活10-20min，灭活后冷却至室温，加入香蕉皮果胶粉重量的1％的α-淀粉酶、糖化酶，同时进行超声波处理后得到低分子香蕉皮果胶溶液，超声功率100W，提取温度为30℃、提取时间为60min；
其中根霉发酵香蕉皮产物、果胶酯酶的含量为1:1，根霉发酵香蕉皮产物为香蕉皮中加入5％的根酶发酵1天后的产物，该根霉发酵香蕉皮产物的有效成分为果胶酶。
(8)二次醇析：向酶解后的低分子香蕉皮果胶溶液加入0.05mol/L的氢氧化钠溶液中和后，加入低分子香蕉皮果胶溶液1.5倍的95％乙醇搅拌沉淀后过滤，真空干燥，在进行粉碎得到低分子香蕉皮果胶。
实施例2
一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，包括以下步骤：
(1)预处理：将香蕉皮的头尾切除后清洗干净，切成小块后加入护色剂混合浸泡25min后，转移到水浴锅中加水加热至95℃或煮沸至果胶酶灭活30min,过滤后用60℃温水清洗5次，并使用纱布包裹挤出大部分水，护色剂为0.4％的亚硫酸氢钠、0.3％柠檬酸、0.4％的氯化钠溶液以1:1:1的比例配制而成；
(2)提取：向步骤(1)中加入1mol/L盐酸溶液并调节PH值至2，85℃水浴浸泡同时超声提取1.5h，提取过程中保持搅拌，提取完成后过滤并使用纯净水将滤渣清洗干净；
(3)发酵：向步骤(2)中的滤渣加入滤渣质量的8％的食盐和滤渣质量的2％的碳酸氢钠，在加入乳酸菌和酵母菌混合均匀后进行发酵，发酵10天后加水稀释成液体，乳酸菌和酵母菌的比例为2:1；
(4)脱色：向发酵后的液体加入1.0g/100mL活性炭粉末，搅拌均匀加热至80℃保温60min吸附色素后，使用纱布包裹过滤得到果胶提取液；
(5)浓缩：将果胶提取液置于干燥箱中进行加热至70℃蒸发浓缩，浓缩至固形物含量为10％，干燥过程中隔一段时间进行一次搅拌保证底部的果胶提取液被充分干燥；
(6)一次醇析：向固形物中加入1.5-3倍的无水乙醇搅拌均匀后静置，过滤得到湿果胶，再将湿果胶置于烘箱中升温至100-150℃干燥后，粉碎得到香蕉皮果胶粉；
(7)酶解：向香蕉皮果胶粉加入香蕉皮果胶粉重量的10倍蒸馏水加热至50℃，加入0.05mol/L的盐酸调节PH值至3.5,加入香蕉皮果胶粉重量的1-2％的根霉发酵香蕉皮产物、果胶酯酶在低温下进行脱脂反应，反应温度为50℃，时间为180min，再放入水浴锅中95℃水浴锅灭活20min，灭活后冷却至室温，加入香蕉皮果胶粉重量的2％的α-淀粉酶、糖化酶，同时进行超声波处理后得到低分子香蕉皮果胶溶液，超声功率250W，提取温度为50℃、提取时间为180min；
其中根霉发酵香蕉皮产物、果胶酯酶的含量为1:1，根霉发酵香蕉皮产物为香蕉皮中加入20％的根酶发酵10天后的产物，该根霉发酵香蕉皮产物的有效成分为果胶酶。
(8)二次醇析：向酶解后的低分子香蕉皮果胶溶液加入0.05mol/L的氢氧化钠溶液中和后，加入低分子香蕉皮果胶溶液3倍的95％乙醇搅拌沉淀后过滤，真空干燥，在进行粉碎得到低分子香蕉皮果胶。
实施例3
一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，包括以下步骤：
(1)预处理：将香蕉皮的头尾切除后清洗干净，切成小块后加入护色剂混合浸泡20min后，转移到水浴锅中加水加热至90℃或煮沸至果胶酶灭活20min,过滤后用45℃温水清洗3次，并使用纱布包裹挤出大部分水，护色剂为0.4％的亚硫酸氢钠、0.3％柠檬酸、0.4％的氯化钠溶液以1:1:1的比例配制而成；
(2)提取：向步骤(1)中加入0.5mol/L盐酸溶液并调节PH值至2，85℃水浴浸泡同时超声提取1.5h，提取过程中保持搅拌，提取完成后过滤并使用纯净水将滤渣清洗干净；
(3)发酵：向步骤(2)中的滤渣加入滤渣质量的6-8％的食盐和滤渣质量的1.5％的碳酸氢钠，在加入乳酸菌和酵母菌混合均匀后进行发酵，发酵6天后加水稀释成液体，乳酸菌和酵母菌的比例为2:1；
(4)脱色：向发酵后的液体加入1.0g/100mL活性炭粉末，搅拌均匀加热至75℃保温50min吸附色素后，使用纱布包裹过滤得到果胶提取液；
(5)浓缩：将果胶提取液置于干燥箱中进行加热至65℃蒸发浓缩，浓缩至固形物含量为8％，干燥过程中隔一段时间进行一次搅拌保证底部的果胶提取液被充分干燥；
(6)一次醇析：向固形物中加入1.5-3倍的无水乙醇搅拌均匀后静置，过滤得到湿果胶，再将湿果胶置于烘箱中升温至100-150℃干燥后，粉碎得到香蕉皮果胶粉；
(7)酶解：向香蕉皮果胶粉加入香蕉皮果胶粉重量的8倍蒸馏水加热至40℃，加入0.05mol/L的盐酸调节PH值至3,加入香蕉皮果胶粉重量的2％的根霉发酵香蕉皮产物、果胶酯酶在低温下进行脱脂反应，反应温度为40℃，时间为100min，再放入水浴锅中95℃水浴锅灭活10-20min，灭活后冷却至室温，加入香蕉皮果胶粉重量的2％的α-淀粉酶、糖化酶，同时进行超声波处理后得到低分子香蕉皮果胶溶液，超声功率200W，提取温度为40℃、提取时间为120min；
其中根霉发酵香蕉皮产物、果胶酯酶的含量为1:1，根霉发酵香蕉皮产物为香蕉皮中加入10％的根酶发酵5天后的产物，该根霉发酵香蕉皮产物的有效成分为果胶酶。
(8)二次醇析：向酶解后的低分子香蕉皮果胶溶液加入0.05mol/L的氢氧化钠溶液中和后，加入低分子香蕉皮果胶溶液2倍的95％乙醇搅拌沉淀后过滤，真空干燥，在进行粉碎得到低分子香蕉皮果胶。
二、指标测试
1、酯化度测试
酯化度决定着果胶的溶解度、凝胶能力和凝胶条件以及在特定pH下的稳定性。果胶的酯化度低，分子量小，溶解度更好，凝胶能力越好。所以取本发明制备的香蕉皮果胶和市面上购买的柑橘果胶进行酯化度测试，得到结果如表1所示。
表1果胶产品酯化度测试结果
其中高酯柑橘果胶和低酯柑橘果胶均为市面上购买的产品，高分子香蕉皮果胶是使用本发明的方法到步骤(6)中提取的香蕉皮果胶，低分子香蕉皮果胶是完全根据本发明的步骤实施制备得出的产物。由表可知，市购高酯柑橘果胶酯化度明显高于香蕉皮果胶，经本发明的酶解法处理香蕉皮果胶后果胶酯化度降低了30.1％，高酯香蕉皮果胶变成低酯果胶。
2、半乳糖醛酸含量测试
半乳糖醛酸多数为甲酯，是果胶酸的组成单位，也是果胶的主要成分，常常用半乳糖醛酸含量来评价果胶的纯度，所以取本发明制备的香蕉皮果胶和市面上购买的柑橘果胶进行半乳糖醛酸含量测试，得到结果如表2所示。
表2果胶产品半乳糖醛酸含量测试结果
| 产品名称 | 半乳糖醛酸含量(％) |
| 高酯柑橘果胶 | 14.0 |
| 低酯柑橘果胶 | 28.8 |
| 高分子香蕉皮果胶 | 20.8 |
| 低分子香蕉皮果胶 | 33.7 |
其中高酯柑橘果胶和低酯柑橘果胶均为市面上购买的产品，高分子香蕉皮果胶是使用本发明的方法到步骤(6)中提取的香蕉皮果胶，低分子香蕉皮果胶是完全根据本发明的步骤实施制备得出的产物。由表可知，市购柑橘果胶的半乳糖醛酸含量较低，柑橘果胶低酯化处理后半乳糖醛酸含量提高了105.7％。香蕉皮果胶中半乳糖醛酸含量明显高于柑橘果胶，酶解法处理后香蕉皮果胶中半乳糖醛酸含量提高了62.0％。
4、分子量测试
分子量是评价聚合物的聚合程度的指标。分别测定高分子香蕉皮果胶、高分水解法制备的低分子香蕉皮果胶和酶解法制备的低分子香蕉皮果胶，测试结果如表3所示。
表3分子量测试结果
由表3可知，经高温水解法与酶解法处理后的香蕉皮果胶其重均分子量均有所降低，酶解法处理的香蕉皮果胶Mw降低了66.30％，重均分子量为76266Da，高温水解法处理的香蕉皮果胶Mw降低了24.12％，重均分子量为171725Da，酶解法制备低分子香蕉皮果胶的效果明显优于高温水解法。
综合以上，只有完全按照本发明的操作步骤实施，才能制备出分子量低、溶解性好、果胶纯度高的的低分子香蕉皮果胶，具有更高的营养价值和经济效益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)预处理：将香蕉皮的头尾切除后清洗干净，切成小块后加入护色剂混合浸泡后，转移到水浴锅中加水加热或煮沸至果胶酶灭活,过滤后用温水清洗2-5次，并使用纱布包裹挤出大部分水；
(2)提取：向步骤(1)中加入盐酸溶液并调节PH值至2，水浴浸泡同时超声提取，提取过程中保持搅拌，提取完成后过滤并使用纯净水将滤渣清洗干净；
(3)发酵：向步骤(2)中的滤渣加入食盐和碳酸氢钠，在加入乳酸菌和酵母菌混合均匀后进行发酵，发酵5-10天后加水稀释成液体；
(4)脱色：向发酵后的液体加入活性炭粉末，搅拌均匀加热保温吸附色素后，使用纱布包裹过滤得到果胶提取液；
(5)浓缩：将果胶提取液置于干燥箱中进行加热蒸发浓缩，浓缩至固形物含量为5-10％；
(6)一次醇析：向固形物中加入1.5-3倍的无水乙醇搅拌均匀后静置，过滤得到湿果胶，再将湿果胶置于烘箱中升温至100-150℃干燥后，粉碎得到香蕉皮果胶粉；
(7)酶解：向香蕉皮果胶粉加入蒸馏水加热，加入低浓度的盐酸调节PH值至2.5-3.5,加入根霉发酵香蕉皮产物、果胶酯酶在低温下进行脱脂反应，再放入水浴锅中95℃水浴锅灭活10-20min，灭活后冷却至室温，加入α-淀粉酶、糖化酶，同时进行超声波处理后得到低分子香蕉皮果胶溶液；
(8)二次醇析：向酶解后的低分子香蕉皮果胶溶液加入氢氧化钠溶液中和后，加入乙醇搅拌沉淀后过滤，真空干燥，在进行粉碎得到低分子香蕉皮果胶。
2.根据权利要求1所述的一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述护色剂为0.4％的亚硫酸氢钠、0.3％柠檬酸、0.4％的氯化钠溶液以1:1:1的比例配制而成，护色剂浸泡时间为15-30min，水浴加热温度为90-95℃，加热时间为15-30min，所述温水的温度为40-60℃。
3.根据权利要求1所述的一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述盐酸溶液的浓度为0.5mol/L，水浴浸泡的温度为85℃，提取时间为1.5h。
4.根据权利要求1所述的一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述加入食盐的量为滤渣质量的6-8％，碳酸氢钠的量为滤渣质量的1-2％，所述乳酸菌和酵母菌的比例为2:1。
5.根据权利要求1所述的一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述活性炭添加量为1.0g/100mL，所述加热保温为70℃保温40min。
6.根据权利要求1所述的一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，其特征在于：在步骤(5)中，所述干燥箱加热的温度为60-70℃，干燥过程中隔一段时间进行一次搅拌保证底部的果胶提取液被充分干燥。
7.根据权利要求1所述的一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，其特征在于：在步骤(7)中，所述蒸馏水的量为香蕉皮果胶粉重量的6-10倍，加热温度为30-50℃，所述盐酸的浓度为0.05mol/L，所述根霉发酵香蕉皮产物、果胶酯酶的含量为1:1,两者重量为香蕉皮果胶粉重量的1-2％，所述脱脂反应的温度为30-50℃，时间为60-180min，α-淀粉酶、糖化酶的重量为香蕉皮果胶粉重量的1-2％，超声条件为超声功率100-250W，提取温度为30～50℃、提取时间为60-180min。
8.根据权利要求7所述的一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，其特征在于：所述根霉发酵香蕉皮产物为香蕉皮中加入5-20％的根酶发酵1-10天后的产物，该根霉发酵香蕉皮产物的有效成分为果胶酶。
9.根据权利要求1所述的一种从香蕉皮中提取低分子果胶的方法，其特征在于：在步骤(8)中，所述加入氢氧化钠溶液浓度为0.05-0.1mol/L，加入的乙醇为低分子香蕉皮果胶溶液1.5-5倍的95％乙醇。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200807 |
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