CN113520961A - 一种甘蔗皮细胞水的制备方法和得到的甘蔗皮细胞水的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甘蔗皮细胞水的制备方法，采用低温真空提取技术与酶解技术的结合，不需要添加任何溶剂，在较低的温度下能得到纯天然、高品质的甘蔗皮细胞水。通过本发明方法得到的甘蔗皮细胞水含有60多种易挥发活性成分，澄清透明、蔗香味浓郁芳香怡人。并且通过本发明得到的甘蔗皮细胞水，无蔗糖，适于肥胖者食用。
Description
技术领域
本发明涉及农产品处理技术领域，特别是涉及一种甘蔗皮细胞水的制备方法和得到的甘蔗皮细胞水的应用。
背景技术
中国的很多省份都种植了大量的甘蔗，如广东、广西和云南。而广西崇左因大量种植甘蔗，糖业发展迅速，有“糖都”的称号。糖厂每年都产生大量的甘蔗皮渣，它是制糖工业的主要附属产品。甘蔗皮总会直接或间接的被当作一种废弃物进行简单利用或直接丢弃。甘蔗皮的主要化学成分为纤维素、木质素等难溶物质，其表皮覆盖的一层蜡状物质叫蔗蜡。文献表明，蔗蜡是天然二十八烷醇的重要来源。二十八烷醇具有抗疲劳、提高反应敏锐性、调节脂类代谢等多种生理活性，目前已广泛将其应用于功能性保健食品、保健饮料中。对甘蔗皮或制糖业蔗渣蔗泥的简单处理方式不仅是宝贵资源的一种极大浪费，同时也将形成巨大的环境污染压力。
中国专利申请CN109200213A公开了一种含糖甘蔗细胞水饮料在治疗糖尿病中的应用，其中采用冷榨法提取细胞水。但是，冷榨法效率低，只能得到细胞之间的汁水，对于细胞水的提取效率低。特别是对于难以压榨的甘蔗皮细胞水的提取效率非常低。并且汁水中含有大量的糖分，不适合糖尿病人士和肥胖人士食用。
酶解法也常用于植物细胞液的提取中。中国专利申请CN109730948A公开了一种采用超声低温旋蒸法和酶法相结合制备牡丹鲜花细胞水的方法：首先通过压榨法得到榨汁和残渣1，再将残渣1旋蒸得到细胞水1和残渣2，最后将残渣2进行酶解再旋蒸得到细胞水3。将榨汁、细胞水1/2混合后得到高收率牡丹花细胞水。该方法具有较高的提取效率，但是具有如下缺陷：(1)采用压榨法，后与真空提取法得到的液体混合，这样会带入多糖、色素和刺激气味，导致防腐和脱色问题；(2)工艺后期配合其他植物一起蒸馏，解决防腐问题，但是容易改变原有的牡丹花细胞水成分和气味！后期生产也无法控制品质。
发明内容
本发明的目的在于，克服上述技术缺陷，提供一种甘蔗皮细胞水的制备方法，能够有效提取出甘蔗皮内的细胞水，具有60多种挥发性成分，蔗香味浓郁怡人，澄清透明不含有糖分，适用于食品、保健品、化妆品领域。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种甘蔗皮细胞水的制备方法，包括以下步骤：不加入溶剂，将甘蔗皮在30℃-65℃、压力-60kPa～-101kPa下初步提取，甘蔗皮细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取1.5-3小时，得到初提液体和初提甘蔗皮残渣；在初提液体中加入初始甘蔗皮总质量为基准的0.2-0.4％的纤维素酶和0-0.1％果胶酶，再将初提液体加入初提甘蔗皮残渣中，在35℃-55℃、压力-80kPa～-101kPa条件下再次提取，4-7小时提取结束，冷凝收集得到甘蔗皮细胞水。
同时，甘蔗皮细胞水的含量较少，一般只有甘蔗皮重量的一半。由此可知，初步提取时间是关键参数之一，如果时间太短，提取出的甘蔗皮细胞水过少，加入酶后细胞水很难湿润甘蔗皮表面，导致酶解不能正常进行。如果初步提取时间过长，细胞水流出过多，降低了后续提取效率，也增加了酶解时间带来过度酶解的风险。本发明通过在初提细胞水中加入一定量的酶，再次投入容器中对甘蔗皮残渣进行提取，具有如下有益优点。第一、初提细胞水表面张力低，渗透性好；第二、初提细胞水pH为3-7，无需额外调节pH，有利于提高酶活性；第三、酶解能够加速破壁；第四、低温真空技术。通过四种效应的协同，能够在较低温度(35-50℃)下控制酶解速度，加快细胞液流出速度。再次提取步骤中的前1小时左右会蒸除掉倒回容器内的初提细胞水，加快酶解速度，缩短酶解的时长(此时初提液体的多少就至关重要，多了会延长酶解时间，少了会缩短酶解时间)，也避免了传统酶解法需要加入大量的水稀释细胞液以及酶解过度带来的刺激气味。
关于初提液体的渗透性，通过实验发现，相比采用纯水作为溶剂，甘蔗皮细胞水作为溶剂提取甘蔗皮残渣时能够多提取出35％以上的黄酮和多糖等活性成分。
优选的，所述的初提阶段的温度为40℃-55℃，压力为-80kPa～-101kPa。温度越高负压越大细胞水的流出速度越快，但是温度越高细胞水的蒸发速度也更高，如果甘蔗皮表面不含有一定的水分，容易导致糖分附着在细胞皮表面而降低提取速度。
优选的，再次提取时间为5小时-6小时，温度为40℃-50℃，压力-90kPa～-101kPa。
在提取过程中进行搅拌，搅拌速度为1-150转/分钟。
收集过程中进行冷凝，温度为-10～8℃。
所述的甘蔗皮切割宽度为1-10mm的条状。甘蔗皮可能会含有一层甘蔗肉，一般控制甘蔗肉不超过3mm厚度。
优选的，甘蔗皮选用新鲜的甘蔗皮。无腐烂无霉变的，甘蔗皮表面可以带有一些果肉，但是带有的果肉不宜太厚，阻碍甘蔗皮细胞水的流出。
上述的甘蔗皮细胞水应用，用于护肤品、食品、保健品等。通过本发明方法得到的甘蔗皮细胞水品质高，用于护肤品、食品、保健品的附加值高。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明先通过低温真空提取技术，先提取一定量的甘蔗皮初提细胞液，然后利用初提细胞液的高渗透性，加入酶后再次提取甘蔗皮残渣。能够加速细胞水的提取效率，避免了传统酶解法带来的酶解过度问题，相比于低温真空提取技术能够得到更多的活性成分以及更多的细胞液。通过本发明得到的甘蔗皮细胞水，细胞水澄清透明、蔗香味浓郁(60多种活性成分)。并且甘蔗皮细胞水中不含有糖分，适合肥胖人士和患有糖尿病人士食用，也适合长时间保存。
附图说明
图1：实施例1甘蔗皮细胞水气相色谱图。
图2：实施例1甘蔗皮细胞水安全性测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下实施例和对比例所用甘蔗皮是先将甘蔗洗净后削下来的，将甘蔗皮切成宽度1-10mm不等的条状，无霉变和腐烂。
实施例1：将50kg甘蔗皮投入容器中，不加入任何溶剂，在50℃、压力-90kpa下初步提取，甘蔗皮细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取2小时，得到初提液体和初提甘蔗皮残渣；在初提液体中加入100g纤维素酶和40g果胶酶，再将初提液体加入初提甘蔗皮残渣中，在45℃、压力-90kPa条件下再次提取，5小时提取结束，全程搅拌60转/分，冷凝温度-2℃，冷凝收集得到甘蔗皮细胞水。称重24.3kg，细胞水澄清透明，蔗香味浓郁。
实施例2：将50kg甘蔗皮投入容器中，不加入任何溶剂，在35℃、压力-100kpa下初步提取，甘蔗皮细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取2小时，得到初提液体和初提甘蔗皮残渣；在初提液体中加入100g纤维素酶和40g果胶酶，再将初提液体加入初提甘蔗皮残渣中，在45℃、压力-90kPa条件下再次提取，5小时提取结束，全程搅拌60转/分，冷凝温度-2℃，冷凝收集得到甘蔗皮细胞水。称重24.0kg，细胞水澄清透明，蔗香味浓郁。
实施例3：将50kg甘蔗皮投入容器中，不加入任何溶剂，在60℃、压力-75kpa下初步提取，甘蔗皮细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取2小时，得到初提液体和初提甘蔗皮残渣；在初提液体中加入100g纤维素酶和40g果胶酶，再将初提液体加入初提甘蔗皮残渣中，在45℃、压力-90kPa条件下再次提取，5小时提取结束，全程搅拌60转/分，冷凝温度-2℃，冷凝收集得到甘蔗皮细胞水。称重24.1kg，细胞水澄清透明，蔗香味浓郁。
实施例4：将50kg甘蔗皮投入容器中，不加入任何溶剂，在50℃、压力-90kpa下初步提取，甘蔗皮细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取2.5小时，得到初提液体和初提甘蔗皮残渣；在初提液体中加入100g纤维素酶和40g果胶酶，再将初提液体加入初提甘蔗皮残渣中，在45℃、压力-100kPa条件下再次提取，4.5小时提取结束，全程搅拌60转/分，冷凝温度-2℃，冷凝收集得到甘蔗皮细胞水。称重23.7kg，细胞水澄清透明，蔗香味浓郁。
实施例5：将50kg甘蔗皮投入容器中，不加入任何溶剂，在50℃、压力-90kpa下初步提取，甘蔗皮细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取1.5小时，得到初提液体和初提甘蔗皮残渣；在初提液体中加入130g纤维素酶和30g果胶酶，再将初提液体加入初提甘蔗皮残渣中，先在35℃压力-80kPa下提取2小时，再升温至40℃、降低压力至-100kPa继续提取4小时，全程搅拌60转/分，冷凝温度-2℃，冷凝收集得到甘蔗皮细胞水。称重24.8kg，细胞水澄清透明，蔗香味浓郁。
对比例1：将50kg甘蔗皮投入容器中，不加入任何溶剂，在55℃、-80kPa条件下提取，甘蔗皮细胞水形成蒸气后冷凝收集液体，提取7小时，全程搅拌60转/分，冷凝温度为-2℃，得到甘蔗皮细胞水。23.0kg，细胞水澄清透明，蔗香味清新但是不够浓郁。
对比例2：将50kg甘蔗皮投入容器中，与5kg水、200g纤维素酶和80g果胶酶混合后在50℃、压力-100kPa下提取，甘蔗皮细胞水形成蒸气后冷凝收集液体(冷凝温度为-5℃)，提取7小时，全程搅拌60转/分，收集得到28.4kg甘蔗皮细胞水(含5kg水)，液体浅色透明、但是蔗香味不够浓郁。
对比例3：将50kg甘蔗皮投入容器中，与5kg水、200g纤维素酶和80g果胶酶混合后在50℃下提取，提取8小时，全程搅拌60转/分，结束后过滤(双重过滤：先离心机过滤，在采用0.22um滤膜过滤)后收集得到30.1kg甘蔗皮细胞水(含有5kg水)，液体中含有细小悬浮物并且有较重的异味。
对比例4：将50kg甘蔗皮投入容器中，不加入任何溶剂，在50℃、-90kPa条件下初步提取，甘蔗皮细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取0.5小时，得到初提液体和初提残渣；在初提液体中加入100g纤维素酶和30g果胶酶，再将初提液体加入初提残渣中，在40℃、压力-90kPa条件下再次提取，6.5小时提取结束，全程搅拌60转/分，冷凝温度为-2℃，收集得到甘蔗皮细胞水。23.2kg，澄清透明，蔗香味不够浓郁。
对比例5：将50kg甘蔗皮投入容器中，不加入任何溶剂，在50℃、-90kPa条件下初步提取，甘蔗皮细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取4小时，得到初提液体和初提残渣；在初提液体中加入100g纤维素酶和30g果胶酶，再将初提液体加入初提残渣中，在40℃、压力-90kPa条件下再次提取，3小时提取结束，全程搅拌60转/分，冷凝温度为-2℃，收集得到甘蔗皮细胞水。25.0kg，澄清透明，含有明显的刺激性气味。
表1：实施例和对比例所提取甘蔗皮细胞液检测结果
续表1：
各项测试方法：
(1)甘蔗皮细胞水活性成分分析：在80℃进样温度下进行顶空气质检测。
1.仪器信息：
Agilent 7980A GC；
MS:5975C；
50/30μm CAR/PDMS/DVB萃取纤维头，美国SUPELCO公司。
2.GC-MS条件：
色谱柱为HP-INNOWAX毛细管柱子(30m×0.25mm×0.25μm)；载气为He，流速1mL/min，分离比5:1；进样温度为250℃；升温程序为起始温度为40℃，保持5min，以8℃/min，升至250℃，保持5min。
质谱条件：EI电离源，能量70eV；离子源温度230℃，四极杆温度150℃，接口温度250℃，扫描范围30-400m/z。
3.样品前处理：
将5mL样品、1g NaCl置于20ml顶空瓶中，拧紧瓶盖。于搅拌模式80℃下平衡5min后，用固相微萃取针80℃下萃取5min，然后于进样口解析5min。
表2：实施例1甘蔗皮细胞水活性成分表(表格数据仅保留匹配度高、含量大于0.03％的成分数据)
(2)甘蔗皮细胞水喷雾防腐挑战测试
将制备得到的甘蔗皮细胞水，添加到如下喷雾配方中。接种一定数量的细菌和真菌，间隔0天、7天、14天、21天、28天按照美国药典USP32<51>微生物防腐功效测试的检测方法检测微生物数量变化情况。同时做空白对照，将甘蔗皮细胞水换成去离子水。
以下列举实施例1的实验数据。
表3：实验喷雾配方
| 原料 | 含量 |
| 丁二醇 | 2.4％ |
| 甜菜碱 | 0.04％ |
| 甘草酸二钾 | 0.05％ |
| 可溶性蛋白多糖 | 0.05％ |
| 蜂王浆提取物 | 0.05％ |
| 甘蔗皮细胞水 | 余量 |
| 柠檬酸 | 调节PH＝6-7 |
表4：实施例1中甘蔗皮细胞水的防腐挑战测试结果
表5：空白组防腐挑战测试结果
(4)甘蔗皮细胞水安全性测试
HaCaT细胞为人永生表皮细胞系，对HaCaT细胞的细胞毒性，可作为对皮肤安全性的参考数据。正常细胞代谢旺盛，其线粒体内的琥珀酸脱氢酶，可将四唑盐类物质还原为带颜色的结晶状物质，沉积在细胞周围，该变化可通过酶标仪读取OD值，通过OD值与空白对照组的比较，可以得知细胞的相对生长情况。实施例1甘蔗皮细胞水安全性测试如附图2。
Claims (7)
1.一种甘蔗皮细胞水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：不加入溶剂，将甘蔗皮在30℃-65℃、压力-60kPa~ -101kPa下初步提取，甘蔗皮细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取1.5-3小时，得到初提液体和初提甘蔗皮残渣；在初提液体中加入初始甘蔗皮总质量为基准的0.2-0.4%的纤维素酶和0-0.1%果胶酶，再将初提液体加入初提甘蔗皮残渣中，在35℃-55℃、压力-80kPa~ -101kPa条件下再次提取，4-7小时提取结束，冷凝收集得到甘蔗皮细胞水。
2.根据权利要求1所述的甘蔗皮细胞水的制备方法，其特征在于，所述的初提阶段的温度为40℃-55℃，压力为-80kPa~ -101kPa。
3.根据权利要求1所述的甘蔗皮细胞水的制备方法，其特征在于，再次提取时间为5小时-6小时，温度为40℃-50℃，压力-90kPa~ -101kPa。
4.根据权利要求1所述的甘蔗皮细胞水的制备方法，其特征在于，在提取过程中进行搅拌，搅拌速度为1-150转/分钟。
5.根据权利要求1所述的甘蔗皮细胞水的制备方法，其特征在于，收集过程中进行冷凝，温度为-10~8℃。
6.根据权利要求1所述的甘蔗皮细胞水的制备方法，其特征在于，所述的甘蔗皮切割宽度为1-10mm的条状。
7.权利要求1-6任一项所述的甘蔗皮细胞水应用，其特征在于，用于护肤品、食品、保健品。
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