CN113462731B

CN113462731B - 一种小分子果胶的制备方法

Info

Publication number: CN113462731B
Application number: CN202110727888.9A
Authority: CN
Inventors: 梁浩; 刘晓洁; 高肇林; 李慧勇; 张祥真
Original assignee: Shandong Yikang Pharmaceutical Co ltd; Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Shandong Yikang Pharmaceutical Co ltd; Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2023-09-01
Anticipated expiration: 2041-06-29
Also published as: CN113462731A

Abstract

本发明公开了一种小分子果胶的制备方法。将高分子果胶溶于去离子水中形成果胶溶液；加入果胶酶进行酶解反应；反应结束后加入过氧化氢反应；再采用旋转陶瓷膜进行过滤浓缩；小分子果胶沉淀真空干燥。通过该方法得到的小分子果胶分子量分布单一；更易溶解吸收；能够有效排除铅离子；同时该方法操作简单、工艺流程短、环境友好且易于工业化。

Description

一种小分子果胶的制备方法

技术领域

本发明涉及高分子化合物水解领域，具体涉及一种制备小分子果胶的方法。

背景技术

果胶是一种广泛存在于植物细胞壁中，以半乳糖醛酸为主要成分的天然酸性杂多糖。它的分子量一般为5-30万Da，不同来源和提取工艺得到的分子量相差较大，具有高度的结构多样性。在食品加工行业，果胶作为亲水胶体，具有胶凝、稳定、增稠及乳化等作用。同时果胶具有抗癌、排除体内重金属、调节血糖降血脂的功效。但是果胶是多聚糖长链碳水化合物，水溶性差，口感不好且不能被人体吸收，使其在生物学活性方面的应用受到限制。而小分子果胶水溶性好，容易被肠道吸收而进入血液循环，在保健食品、医药等领域的应用更加广泛。

小分子果胶已被发现具有多种生物活性，可以与血液中的胆固醇结合，使胆固醇向胆酸转化，从而降低血液中的胆固醇含量，预防动脉粥样硬化，达到降血脂、降血糖的作用；可以与血液中的重金属螯合进而促使其排出体外，减轻重金属对机体的损伤；可以改变癌细胞对周围组织细胞的黏附特性，加速癌细胞的凋亡、抑制肿瘤组织聚集从而防治恶性肿瘤，降低癌症的发生和复发；可以增强人体的免疫系统，预防心脏病及老年痴呆；可以防止大便在肠道内的干结，吸附和排出体内的毒素，达到预防便秘、排毒养颜的效果。于是越来越多的研究致力于生产小分子果胶，而天然提取的小分子果胶来源单一，量比较少，因此关于小分子果胶制备方法的报道越来越多。目前小分子果胶主要通过化学法和酶法降解天然果胶制得。

化学法降解果胶通常采用强酸或强碱使果胶中的甲酯脱去，从而使果胶的分子量下降，在适当的条件下经处理能够得到性能良好的小分子果胶，此工艺方法较简单，但是对pH和温度要求严格，稍有不当就会出现β-消去反应，并且降解速度极快(尤其是在加热条件下)，能得到大量单糖，不易得到低聚糖，降低了小分子果胶的含量，只能在小的区域范围内得到小分子果胶。在降解过程中会引入大量的化学试剂，产生多种有害物质，增大了降解过程的控制难度，降解产物也不易分离纯化。

酶法降解是近几年新兴的一种小分子果胶制备技术，就是根据果胶的结构选择酶对果胶分子进行降解，由于降解过程安全性高，生产环境环保，反应条件温和，工艺条件易于控制等优点得到众多科研工作者和公司的青睐。公开号为CN103275242A的中国专利，公开了一种小分子果胶的生产工艺，使用氨水调节果胶溶液pH至3.0～5.0，加入0.2‰～0.5‰的果胶酶，30～45℃保温4～6h，在保温过程中果胶酶可作用于果胶分子链特定的位点，将果胶分子量定位为10000g/mol-20000g/mol，但小分子果胶的含量不高，质量也有待提高。公开号为CN104419737A的中国专利公开了一种小分子果胶的制备方法，调节果胶溶液pH值至2.5～4，加入0.8％～3％的果胶酯酶在25～45℃下进行脱酯反应60～300min，再加入0.06％～0.3％的果胶酶、纤维素酶、半乳糖醛酸酶中的一种或几种，在25～45℃的温度下进行酶解反应30～240min，得到分子量为0.2～2万的低分子果胶。通过增加酶的种类、改变酶解工艺条件来控制更高的果胶水解程度和脱酯化程度，但多酶协同作用提高了目的产品的成本，使其工艺不易于放大，且需要引入酸碱等化学试剂调节pH和终止反应，对环境造成了影响。而且所得果胶分子量分布范围宽，均一性不高。公开号为CN111217935A的中国专利公开了一种小分子果胶的生产工艺，果胶溶液离心去除不溶性杂质，用微滤法分离，再加入果胶酶进行酶解，酶解结束后超滤法分离，然后减压蒸馏浓缩，加入无水乙醇沉淀得到小分子果胶。但小分子果胶收率较低，且引入了大量的无水乙醇回收困难，成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有酶解技术获得小分子果胶存在的技术缺陷，开发一种产物分子量分布单一、纯度高、工艺简单易操作、成本低、对环境友好且易于工业化生产的小分子果胶制备方法。

本发明用果胶酶与过氧化氢协同作用，在高分子果胶溶液中直接加入果胶酶，酶解一段时间后加入过氧化氢在精确终止酶解反应的同时继续进行氧化反应，采用旋转陶瓷膜进行过滤浓缩，从而使得到的小分子果胶分子量控制在5000～9000Da。旋转陶瓷膜进行过滤浓缩，此过程没有堵塞，可耐受高浓物料，提高产品收率；过氧化氢的引入不会对环境造成影响，产物易于分离纯化，有利于大规模生产。

本发明的目的是通过以下具体技术方案实现的：

一种小分子果胶的制备方法，包括以下制备步骤：

1)称取一定质量的高分子果胶粉，高分子果胶粉分子量为5-30万Da，加入质量为高分子果胶干重10-40倍的去离子水，加热至30-60℃溶解，得到高分子果胶溶液；

2)加入高分子果胶粉干重的1％-12％的果胶酶，在温度为20-60℃下进行酶解反应30-120min；

3)酶解结束后，加入浓度30％过氧化氢溶液至终浓度为2％-4％(浓度30％，指的是体积分数，即溶液中过氧化氢和水的体积比为3：7)，反应0-90min；

4)反应结束后，采用旋转陶瓷膜对小分子果胶溶液进行过滤浓缩，截留分子量为5000～10000Da，操作压力为0.1～0.2Mpa；

5)浓缩液沉淀并真空干燥得到所述小分子果胶。

进一步的，所述高分子果胶粉为柑橘果胶粉，酯化度65％-73％。

进一步的，所述果胶酶为半乳糖醛酸酶、果胶裂解酶和果胶酯酶其中一种或几种的混合物。

进一步的，步骤1)中加入去离子水后进行搅拌，搅拌转速为800rpm，搅拌时间为60min。

进一步的，步骤2)中加入质量为高分子果胶粉干重6％～7％的果胶酶，酶解温度为30℃，酶解时间为60min。

进一步的，步骤3)中酶解结束后，加入过氧化氢，氧化温度为30℃，氧化时间为30min。

进一步的，步骤4)中旋转陶瓷膜进行过滤浓缩，处理量为1-120m³/h，过滤精度为0.007-2um，设计压力为0.4Mpa，设计温度为50℃，终止压差为0.1Kpa。

进一步的，步骤5)中真空干燥温度为50℃，干燥时间为30min。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用果胶酶与过氧化氢协同作用，克服了多酶协同作用分子量不易控制且成本较高的缺点，同时小分子果胶的颜色由深变浅，更易被消费者接受。过氧化氢在本发明中的作用有两个，用来终止酶的作用，及在终止酶的作用后，过氧化氢本身还可以继续对果胶分子进行进一步的降解。最终获得了分子量均一性高的小分子果胶。

(2)本发明在制备过程中酶与过氧化氢协同作用，制备出来的小分子果胶易于溶解吸收，且能够排除重金属离子，具有更高的经济价值。

(3)本发明制备过程简单，反应易控制，分子量稳定，可产业化，应用前景广阔。

(4)本发明的过滤过程采用旋转陶瓷膜。与传统错流截然不同的旋转式结构，利用离心力将流体分成高低浓度，内外圈的不同线速度提供不同的剪切力来应对料液，可以让产量更大，过滤更高效，截留物更浓，能耗更低。

(5)本发明在制备过程中因使用旋转陶瓷膜而未引入乙醇，避免了乙醇回收过程中的损失，降低了生产成本，提高了小分子果胶的收率。

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

附图说明

图1是单独采用酶处理的果胶及本发明实施例1中采用酶+过氧化氢处理后获得的小分子果胶产品实物图对比。(单独采用酶处理的果胶产品颜色为淡黄色，色彩偏暗，采用酶+过氧化氢处理后获得的小分子果胶产品颜色为乳白色，色彩偏明亮)。

图2是高分子果胶与小分子果胶透过量与时间的关系。

具体实施方式

以下各实施例中：

高分子果胶粉为购自河南益加维生科技有限公司的柑橘果胶粉，分子量约5-30万Da，酯化度65％-73％，酶活力为10万，为食品级。

果胶酶购自郑州华峰食品有限公司，该果胶酶为半乳糖醛酸酶、果胶裂解酶和果胶酯酶混合酶，其作用pH为3.0-6.0，作用温度为15-55℃左右，最适作用pH为3.0，最适作用温度为50℃。

过氧化氢购自北京益利精细化学品有限公司。

旋转陶瓷膜，出产商：江苏领动膜科技有限公司，型号：Septurb，截留分子量为5000～10000Da，处理量为1-120m³/h，过滤精度为0.007-2um，设计压力为0.4Mpa，设计温度为50℃。

实施例1

本发明提供的一种小分子果胶制备方法，依次包括如下步骤：

(1)果胶溶解

称取5g高分子果胶在搅拌条件下溶于100ml去离子水中，搅拌转速为800rpm，温度为60℃，搅拌时间为60min。

(2)果胶酶解

高分子果胶完全溶解后，加入质量为高分子果胶干重6％的果胶酶，酶解温度为30℃，酶解时间为60min。

(3)果胶氧化

果胶酶解后，立即加入30％过氧化氢，使其终浓度为3％，氧化温度为30℃，氧化时间为30min。

(4)旋转陶瓷膜过滤浓缩：

将小分子果胶溶液采用旋转陶瓷膜进行过滤浓缩，截留分子量为5000～10000Da，压力为0.1～0.2MPa。

(5)小分子果胶干燥

将小分子果胶进行真空干燥，干燥温度为50℃，干燥时间为30min。

上述制备工艺得到的小分子果胶重均分子量为8541Da，占总量的52.52％。

实施例2

(1)果胶溶解

(2)果胶酶解

高分子果胶完全溶解后，加入质量为高分子果胶干重7％的果胶酶，酶解温度为30℃，酶解时间为60min。

(3)果胶氧化

(4)旋转陶瓷膜过滤浓缩：

(5)小分子果胶干燥

上述制备工艺得到的小分子果胶重均分子量为6270Da，占总量的47.13％。

实施例3

(1)果胶溶解

(2)果胶酶解

(3)果胶氧化

果胶酶解后，立即加入过氧化氢，使其终浓度为2％，氧化温度为30℃，氧化时间为30min。

(4)旋转陶瓷膜过滤浓缩：

(5)小分子果胶干燥

上述制备工艺得到的小分子果胶重均分子量为8617Da，占总量的58.65％。

对比例1

本发明取上述3个实施例中的小分子果胶和参照专利CN104419737A制备的小分子果胶(MP)，以未处理的高分子果胶为阳性对照，进行透皮效果评价，包括如下步骤：

(1)果胶溶解：

分别称取0.4g高分子果胶(HP)、参照专利制备的小分子果胶(MP)和三种分子量的小分子果胶(8617Da，8541Da，6270Da)，加入2ml去离子水，搅拌溶解。

(2)透皮吸收：

设置RTJ-12B型药物透皮扩散试验仪温度37℃，转速300rpm，将组装好的样品和小鼠皮肤放入药物透皮扩散试验仪，启动仪器，每隔两小时取一次样，连续取5次后，在24h再取一次。

(3)测透过量：

采用硫酸-苯酚法测透过小鼠皮肤的多糖量。

上述工艺得到的结果如下表：

表1高分子果胶与小分子果胶透过量(mg)

由表1和图2可知，8541Da的小分子果胶在24h时透过量达到了1.43mg，6270Da的小分子果胶在24h时透过量达到了1.03mg，8617Da的小分子果胶在24h时透过量约达到了0.2mg，参照专利CN104419737A制备的小分子果胶(MP)在24h时透过量达到了约0.1mg，而高分子果胶在24h时透过量几乎为0，因此制备的小分子果胶的透皮吸收效果优于参照专利制备的小分子果胶，更优于未处理的高分子果胶。

对比例2

本发明取上述实施例1中的小分子果胶样品(LP)和参照专利CN104419737A制备的小分子果胶(MP)，以未处理的高分子果胶样品(HP)为阳性对照，进行排除重金属离子效果评价，包括如下步骤：

(1)配制铅离子溶液：

在去离子水中滴入硝酸，使其pH在4.0以下，称0.015g硝酸铅，加入100ml酸性溶液中，溶解搅拌均匀，浓度为150mg/L。

(2)果胶溶解：

分别称取1g高分子果胶(HP)、实施例1中的小分子果胶样品(LP)和参照专利CN104419737A制备的小分子果胶(MP)，加入40ml浓度为150mg/L的铅离子溶液，搅拌溶解。

(3)果胶与重金属离子充分接触：

置于25℃，800rpm的条件下搅拌5h。

(4)离心：

将混合液装入EP管中，5000rpm离心1h。

(5)测重金属离子浓度：

采用电感耦合等离子体质谱仪检测上清中残留的铅离子含量。

表2

由表中数据可知，制备的小分子果胶的排除铅离子效果优于参照专利CN104419737A制备的小分子果胶(MP)和未处理的高分子果胶。

以上实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不构成对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种小分子果胶的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：

1）称取一定质量的高分子果胶粉，高分子果胶粉分子量为5-30万Da，加入质量为高分子果胶干重 10-40 倍的去离子水，加热至 30-60℃溶解，得到高分子果胶溶液；

2）加入高分子果胶粉干重的 1%-12%的果胶酶，在温度为 20-60℃下进行酶解反应30-120min；

所述果胶酶为半乳糖醛酸酶、果胶裂解酶和果胶酯酶的混合物；

3）酶解结束后，加入浓度 30%过氧化氢溶液至终浓度为 2%-4%，氧化温度为 30℃，氧化时间为 30min；

4）反应结束后，采用旋转陶瓷膜对小分子果胶溶液进行过滤浓缩，截留分子量为 5000~10000Da，操作压力为 0.1~0.2Mpa；

5）浓缩液沉淀并真空干燥得到所述小分子果胶。

2. 根据权利要求1所述的小分子果胶的制备方法，其特征在于：所述高分子果胶粉为柑橘果胶粉，酯化度 65%-73%。

3. 根据权利要求1所述的小分子果胶的制备方法，其特征在于：步骤 1）中加入去离子水后进行搅拌，搅拌转速为 800rpm，搅拌时间为 60min。

4. 根据权利要求1所述的小分子果胶的制备方法，其特征在于：步骤 2)中加入质量为高分子果胶粉干重 6%~7%的果胶酶，酶解温度为 30℃，酶解时间为 60min。

5. 根据权利要求1所述的小分子果胶的制备方法，其特征在于：步骤 4）中旋转陶瓷膜进行过滤浓缩，处理量为 1-120 m³/h，过滤精度为 0.007-2um，设计压力为 0.4Mpa，设计温度为 50℃，终止压差为 0.1Kpa。

6. 根据权利要求1所述的小分子果胶的制备方法，其特征在于：步骤 5)中真空干燥温度为 50℃，干燥时间为 30min。