（农产品加工及贮藏工程专业论文）酶法制备柑橘皮渣低甲氧基果胶的工艺与特性研究.pdf

f ! l ：) 己”： 硕士学位论文 脚j j 密级雯醚 酶法制备柑橘皮渣低甲氧基果胶的工艺与特性研究 e n z y m a t i cp r e p a r a t i o np r o c e s sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no f l o w - - m e t h o x yp e c t i n 作者姓名： 学科专业： 学院( 系、所) ： 指导教师： 副指导教师： 李川 农产品加工与贮藏工程 隆平分院 单杨研究员 李高阳研究员 敝答辩日期丛鱼吵答辩委员会拂豸盈侈 中南大学 二o o 年五月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：冬出 日期：三型生年互月丛日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 日期：挫年j 胡碰曰 李川硕+ 学位论文 中文摘要 摘要 果胶是一种无毒的天然食品添加剂，是植物细胞壁的重要组成成 份，在自然界中广泛存在。商品果胶大多分为2 种，即高甲氧基果胶 和低甲氧基果胶。自然界大多数植物中的果胶为高甲氧基果胶，需通 过降低其酯化度制备低甲氧基果胶。目前工业中应用较广泛的是低温 碱法，但此法在生产过程中会造成果胶大分子发生p 消去反应，降 低果胶分子量和胶凝性质。本文围绕酶法制备低甲氧基果胶这一中心 课题，对酸橙皮渣中果胶的提取、酶法制备低甲氧基果胶的工艺及与 碱法制备低甲氧基果胶的比较进行了研究，旨在探索利用外源果胶酯 酶制备低甲氧基果胶，改善传统碱法制备低甲氧基果胶因发生d 一消 去反应使果胶质量降低的缺点，为高品质低甲氧基果胶的生产提供理 论参考。本论文研究的主要结论如下： 1 研究了酸橙皮渣的预处理方法及其果胶含量测定，并采用目前 在果胶工业化生产中被广泛应用的酸法提取酸橙皮渣果胶。结果表 明：酸橙皮渣最佳干燥温度为7 5 。c ，最佳粉碎粒径为6 0 目，果胶含量 为1 6 2 2 ；在p h i 5 、9 0 、液料l t 2 0 ：l 、反应时间9 0 m i n 条件下果胶 提取率为8 4 9 0 ，果胶干燥失重为4 9 1 ，达到商品果胶要求。 2 通过向酸法提取的果胶提取液中加入外源果胶酯酶制备低甲 氧基果胶，在单因素研究的基础上，采用d e s i g ne x p e r t7 0 软件中的 b o x b e h n k e n 设计以及响应面分析确定酶法制备低甲氧基果胶的最佳 工艺参数为：加入经1 0 0 0 倍稀释的果胶酯酶5 3 9 m l 、反应5 0 r a i n 、 4 2 7 1 、p h 4 6 1 ，在此条件下果胶酯化度由6 7 8 3 降低至4 2 5 5 。 模型高度显著( p 0 0 5 ，不显著；模型 决定系数r 2 = o 9 8 1 8 ，说明该模型在9 8 水平上能够拟合实验数据， 可以用此模型来分析通过添加外源性果胶酯酶制备低甲氧基果胶。 3 对酶法和目前工业化生产中应用的低温碱法制备的低甲氧基 果胶质量进行了对比分析，内容包括果胶提取率、半乳糖醛酸含量、 酯化度、粘均分子量等指标。结果表明由于碱法制备低甲氧基果胶发 生了p 一消去反应，使果胶大分子中部分半乳糖醛酸分子解离，果胶提 取率、半乳糖醛酸含量和粘均分子量偏低；酶法制备低甲氧基果胶的 酯化度高。由此说明酶法制备低甲氧基果胶能克服碱法制备工艺中的 李川硕十学位论文中文摘要 p 一消去反应，果胶分子量高；而酶法制备低甲氧基果胶的酯化度高于 碱法，可能对果胶的凝胶速度造成影响，有待进一步研究。 关键词：果胶酯酶，b o x b e h n k e n ，低甲氧基，特性 a b s t r a c t p e c t i ni san a t u r a ln o n t o x i cf o o da d d i t i v e a sa n i m p o r t a n t c o m p o n e n to fp l a n tc e l lw a l l ，i ti sw i d e l ye x i s t e di nn a t u r e t h e c o m m e r c i a lp e c t i ni sm o s t l yd i v i d e di n t ot w o k i n d s ：h i g h m e t h o x yp e c t i n ( h m p ) a n dl o wm e t h o x y lp e c t i n ( l m p ) t h ep e c t i ni nm o s tp l a n t si st h e h i g hm e t h o x y lp e c t i n ，s ot h el o w m e t h o x yp e c t i nh a st ob ep r e p a r e db y r e d u c i n gt h ed e g r e eo fe s t e r i f i c a t i o n n o wt h em o r ew i d e l ya p p l i e d m e t h o di ni n d u s t r yi s l o w t e m p e r a t u r ea l k a l i n ep r o c e s s b u tt h em e t h o d w o u l dr e s u l t i n 1 3 - e l i m i n a t i o nr e a c t i o nw i t hp e c t i nm o l e c u l e si nt h e p r o d u c t i v ep r o c e s s ，d e c r e a s i n gt h em o l e c u l a rw e i g h ta n dg e lp r o p e r t i e so f p e c t i n t h ee n z y m a t i cp r e p a r a t i o no fl o wm e t h o x y lp e c t i nw a sf o c u s e so n i nt h i sp a p e r e x t r a c t i o no fp e c t i nf r o ms o u ro r a n g ep e e l ，t h ep r o c e s so f l o wm e t h o x y lp e c t i nb ye n z y m a t i cm e t h o da n dt h e c o m p a r i s o no ft h e a l k a l i n ea n de n z y m a t i cp r o c e s sw e r es t u d i e d t h eu s eo fe x o g e n o u s p e c t i ne s t e r a s ef o rl o wm e t h o x y lp e c t i n ，i m p r o v i n gt h ed e f e c t sl i k e s u s c e p t i b l et oo c c u r1 3 - e l i m i n a t i o nr e a c t i o na n dt h ep e c t i nq u a l i t yr e d u c e d i nt r a d i t i o n a la l k a l i n e p r o c e s sw e r ee x p l o r e d a ut h e s ep r o v i d e da t h e o r e t i c a lr e f e r e n c et ot h eh i g h q u a l i t yl o wm e t h o x y lp e c t i n t h em a i n c o n c l u s i o n so ft h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： 1 t h ep r e t r e a t m e n ta n dp e c t i nc o n t e n to ft h es o u ro r a n g ep e e lw e r e s t u d i e d t h ea c i de x t r a c t i o nw i d e l ya p p l i e di ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o nw a s u s e df o rt h ep r e p a r a t i o no fp e c t i nf r o ml i m ep e e l t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： t h ep e c t i nc o n t e n ti ns o u ro r a n g ep e e li s1 6 2 2 ：u n d e rt h ec o n d i t i o no f p h1 5 ，t e m p e r a t u r e9 0 ，l i q u i d s o l i dr a t i oo f2 0 ：1 ，r e a c t i o nt i m e9 0 m i n ， t h ep e c t i ne x t r a c t i o nr a t er e a c h e d8 4 9 0 ，w i t ht h el o s so nd r y i n go f p e c t i n4 9 1 ，m e e t i n gt h em e r c h a n d i s ep e c t i nr e q u i r e m e n t s 2 a d d i n ge x o g e n o u sp e c t i ne s t e r a s et ot h ea c i dp e c t i ne x t r a c t i o n w a sp r e p a r e df o rl o wm e t h o x y lp e c t i n t h eo p t i m u m p a r a m e t e r sf o rt h e e n z y m a t i cp r e p a r a t i o no fl o w m e t h o x yp e c t i nw e r ed e t e r m i n e db yt h e b o x b e h n k e nd e s i g no f d e s i g ne x p e a 7 0s o f t w a r ea n dr e s p o n s es u r f a c e a n a l y s i sb a s e do nt h es i n g l e f a c t o rt e s t b a s e do nt h es i n g l e f a c t o rt e s t s 1 李j l i 硕士学位论文 英文摘要 u n d e rt h ec o n d i t i o n so f1 0 0 0 f o l dd i l u t e dp e c t i ne s t e r a s e5 3 9 n 1 l ， r e a c t i o nt i m e5 0 m i n ，4 2 71 ，p h 4 61 ，t h ee s t e r i f i c a t i o nd e g r e eo fp e c t i n w a sr e d u c e df r o m6 7 8 3 t o4 2 5 5 m o d e lw a ss i g n i f i c a n t ( p 0 0 5 ，w a sn o ts i g n i f i c a n t ；t h ed e t e r m i n a t i o n c o e 佑c i e n tr = 0 9 818 s h o w e dt h a tt h em o d e lc o u l df i tt h ed a t aa t9 8 l e v e l t h em o d e lc o u l db eu s e dt oa n a l y z el o wm e t h o x y lp e c t i nb yt h e a d d i t i o no fe x o g e n o u sp e c t i ne s t e r a s e 3 t h eq u a l i t i e so fp e c t i np r e p a r e db yt h ee n z y m a t i cp r o c e s sa n dt h e c u r r e n t l ya p p l i e dl o w - t e m p e r a t u r e a l k a l i n e p r o c e s s i ni n d u s t r i a l p r o d u c t i o n w e r e c o m p a r e d ，i n c l u d i n g e x t r a c t i o nr a t eo f p e c t i n ， g a l a c t u r o n i c a c i dc o n t e n t ，d e g r e eo fe s t e r i f i c a t i o n ，v i s c o s i t y a v e r a g e m o l e c u l a rw e i g h t t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：a sl o wm e t h o x y lp e c t i nb y a l k a l i1 3 - e l i m i n a t i o nr e a c t i o nt o o kp l a c e ，s ot h a ts o m eg a l a c t u r o n i ca c i d s i np e c t i nm a c r o m o l e c u l e sw e r ed i s s o c i a t e d ，p e c t i ne x t r a c t i o ny i e l d ， g a l a c t u r o n i ca c i dc o n t e n ta n dv i s c o s i t y a v e r a g em o l e c u l a rw e i g h tw e r e l o w e r ；t h el o wm e t h o x y lp e c t i nb ye n z y m a t i cp r e p a r a t i o nw i t ht h eh i g h e r e s t e r i f i c a t i o nd e g r e e i nc o n s e q u e n c e ，t h e1 3 - e l i m i n a t i o nr e a c t i o ni n a l k a l i n ep r o c e s sc o u l db ei m p r o v e da n dh i g h e rm o l e c u l a rw e i g h tp e c t i n w a so b t a i n e di ne n z y m a t i cp r e p a r a t i o nf o rl o wm e t h o x y lp e c t i n ；h o w e v e r , h i g h e re s t e r i f i c a t i o nd e g r e ew a sg o tb ye n z y m a t i cp r e p a r a t i o n ，w h i c h m a ya f f e c tt h es p e e d o ft h ep e c t i ng e l ，p e n d i n gf u r t h e rs t u d y k e y w o r d s ：p e c t i ne s t e r a s e ，b o x b e h n k e n ，l o w m e t h o x y l ，c h a r a c t e r s i v 李川硕士学位论文目录 目录 摘要。i 6 l 】3 s t r a c t i l l 第一章绪论。1 1 1 引言1 1 1 1 果胶在自然界中的存在与资源分布1 1 1 2 果胶的种类与结构1 1 1 3 果胶的应用3 1 1 4 果胶的凝胶机理5 1 2 果胶制备技术研究概况7 1 2 1 果胶的提取方法7 1 2 2 低甲氧基果胶的制备方法l l 1 2 3 果胶的离析方法1 4 1 2 4 果胶特征指标的测定1 5 1 3 研究目的与意义1 6 1 4 研究内容1 7 第二章柑橘皮渣预处理对果胶提取影响的研究。1 8 2 1 引言1 8 2 2 材料与仪器设备1 8 2 2 1 试验材料1 8 2 2 2 主要试剂1 8 2 2 3 主要仪器与设备1 9 2 3 试验方法1 9 2 3 1 皮渣的预处理1 9 2 3 2 皮渣预处理对果胶提取影响的研究1 9 2 3 3 皮渣干燥失重的测定2 0 2 3 4 果胶含量的测定2 0 v 李川硕士学位论文目录 2 3 5 果胶的提取2 1 2 3 6 果胶干燥失重和提取率的计算2 1 2 4 结果分析2 1 2 4 1 皮渣干燥温度对果胶提取的影响2 1 2 4 2 皮渣粉碎粒径对果胶提取的影响2 2 2 4 3 皮渣干燥失重与果胶含量2 3 2 4 3 果胶提取率与干燥失重2 3 2 5 小结2 4 第三章酶法制备低甲氧基果胶的工艺研究2 5 3 1 引言2 5 3 2 材料与仪器设备2 5 3 2 1 试验材料2 5 3 2 2 主要试剂与仪器2 5 3 3 试验方法2 6 3 3 1 酶法制备低甲氧基果胶的工艺路线2 6 3 3 2 果胶酯化度的测定2 7 3 3 3 单因素试验设计2 7 3 3 4 优化试验2 7 3 4 结果与分析2 7 3 4 1 单因素试验分析2 7 3 4 2 酶法制备低甲氧基果胶工艺的优化3 0 3 5 小结3 5 第四章酶法与碱法制备低甲氧基果胶的比较特性研究3 6 4 1 引言3 6 4 2 材料与方法。3 7 4 2 1 试验材料3 7 4 2 2 主要仪器与设备3 7 4 2 3 碱法制备低甲氧基果胶3 8 4 2 4 果胶提取率与干燥失重3 8 4 2 5 半乳糖醛酸含量的测定3 8 4 2 6 酯化度的测定3 9 4 2 7 粘均分子量的测定3 9 v i 李川硕士学位论文 目录 4 3 结果与分析4 0 4 3 1 酶法与碱法制备低甲氧基果胶的提取率与干燥失重4 0 4 3 2 半乳糖醛酸含量4 0 4 3 3 酯化度4 1 4 3 4 粘均分子量4 1 4 4 小结。4 2 4 4 1 测定指标的比较4 2 4 - 4 2 结果分析4 2 第五章结论4 3 参考文献。4 4 致谢51 攻读学位期间主要的研究成果5 2 v 李川硕十学位论文绪论 1 1引言 第一章绪论 1 1 1 果胶在自然界中的存在与资源分布 早在1 9 世纪2 0 年代，法国研究人员b r a e e n n o t 首次从胡萝卜肉质根中提取出 一种物质，并且与水和一定量的可溶固形物均匀混合能够形成凝胶，于是他将 该物质命名为“p e c t i n ”，中文译名为“果胶”【l 】。果胶物质广布于植物界，高等植 物与低等植物皆含有。在植物体中，果胶存在于相邻细胞壁的中胶层。其作用 既把相邻细胞连接起来，形成一个整体；又有缓冲作用，不阻碍细胞生长。同 时，还成为阻止病原微生物入侵的天然屏障【2 1 。相比之下，在根、茎、叶、果实 等器官中，以果实中果胶的含量最高。比如草莓、山楂、苹果、柑桔等的果实 中含量颇丰。此外，胡萝卜的肉质根、向日葵的花盘等也富含果胶。目前，真 正具有工业生产价值的果胶来源首推柑桔果皮和苹果榨汁废滓【3 1 。一般说来，果 实的硬度取决于果胶物质的种类及其数量。比如，未成熟的果实，细胞间含有 大量原果胶( 不溶于水) ，因而果实坚硬；随着果实逐渐成熟，在原果胶酶的作用 下，原果胶降解为水溶性的果胶，于是果肉变软而有弹性，在细胞汁液中，在 果胶酶和果胶酸酶的作用下，果胶最终分解为半乳糖醛酸。此时，果实变为囊 软状态，接近腐烂边缘，不宜继续存放【4 j 。 纯品果胶物质为白色或淡黄色的粉末，略有特异气味。在2 0 倍的水中几乎 完全溶解，形成一种带负电荷的粘性胶体溶液，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶 剂。如果用蔗糖糖浆或与3 倍以上砂糖混合则更易溶于水【5 】。一般认为，果胶及 果胶酸在水中的溶解度与自身的分子结构有关：一是随分子链的增长而降低； 二是随酯化程度的增大而升高( 其衍生物甲酯、乙酯较易溶于水) 。其原因可能 是，果胶物质的分子不是以直线形存在，而是多呈折叠形式，极易形成分子内 氢键；而酯化程度较高时，分子内氢键相对减弱，因此溶解反会有一定的增加。 在不加任何试剂的条件下，果胶物质水溶液呈酸性，主要是果胶酸和半乳糖醛 酸。因此，在适度的酸性条件下，果胶稳定。但在强酸与强碱作用下，易引起 果胶分子降解，使果胶分子长链变短【6 】。 1 1 2 果胶的种类与结构 果胶是由a 一1 ，4 糖苷键联接的半乳糖醛酸与鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖等中 性糖形成的聚合物【7 1 ，以及一些非糖成分如甲醇、乙酸和阿魏酸【8 , 9 1 。果胶结构 由主链和侧链两部分组成，a 1 ，4 糖苷键连接的d 一半乳糖醛酸单元直链形成高聚 1 李川硕士学位论文绪论 半乳糖醛酸主链，侧链由短的呈毛发状的鼠李糖半乳糖醛酸聚糖构成。复杂的 中性糖侧链连在鼠李糖半乳糖醛酸聚糖上【1 0 1 。果胶的相对分子质量在l 万4 0 万 之间【l 。根据果胶分子中半乳糖醛酸上羧基被酯化的程度将其分类。 商品果胶大多分为两种，即高甲氧基果胶( h i g hm e t h o x y lp e c t i n so fh i g h e s t e rp e c t i n s ，h m p ) 和低甲氧基果胶( l o wm e t h o x y lp e c t i n so rl o we a s t e r p e c t i n s ，l m p ) ，其中l m p 还包括酰胺化果胶( a l m p ) 。它们的区别在于其分子 结构以及果胶甲氧基含量( d e g r e eo f m e t h o x y l a t i o n ，d m ) 或甲酯化程度( d e g r e e o f m e t h o x y l a t i o n ，d m ) 的不同。甲酯化的半乳糖醛酸基占总的半乳糖醛酸基的百 分比值，即果胶中平均每1 0 0 个半乳糖醛酸残基位c 6 上的以甲酯化形式( 带有甲 氧基) 存在的个数称为果胶的酯化度，即d e 值或d m 值。通常来说，h m p 的d e 值大于5 0 ( 或d m 值在7 0 - - 1 6 3 0 ) 和l m p 的d e 值小于5 0 ( 或d m 值 液料 比 辐射功率 辐射时间。其提取果胶工艺为：香蕉皮加水混合调节p h 微波萃取过滤斗脱色浓缩酒精沉淀斗中性酒精洗涤压滤捻 碎干燥啼果胶成品。 优点：与传统方法相比，微波萃取能大大加快组织的水解，而且受热均匀， 不会破坏果胶长链结构，同时降低了能耗，工艺操作容易控制，降低劳动强度， 所得样品质量好，凝胶性能、色泽、溶解性等指标都有所提高，产率比传统方 法提高了2 。除此之外，还大量节约酒精溶剂，产品质量符合国家质量标准， 在生产应用上具有重要的现实意义。微波加热技术在化工和食品领域中的应用 越来越引起人们的关注。 缺点：微波加热速度太快，不易控制加热温度。而且该法对微波的波长和 功率都有一定的要求，否则会造成果胶产品形态有所差异。再者，微波法操作 不当容易泄漏，对生物有害。现阶段对微波法的理论研究还不足，有待进一步 探究 4 6 1 。 1 2 1 3 酶法 其一般步骤是，在磨成粉的原料中加入含有酶的缓冲液，于恒温水浴振荡 器内提取。反应结束后抽滤，乙醇沉淀，过滤分离，干燥，粉碎得果胶成品。 分别用0 1 m o l l 盐酸( 酸法) 、纤维素酶、半纤维素酶和糖苷酶( 酶法) 从南瓜 提取果胶，结果表明，酶法提取果胶的产量高于酸法，其中纤维素酶的产量最 高，是酸法的2 倍多1 4 5 j ；酶法提取的果胶，多聚半乳糖醛酸的含量低于酸法提取 9 李川硕士学位论文绪论 的。由于酶法提取果胶反应时问较长，酶制剂用量大，阻碍了其在国内的应用【4 引。 但将酸法与酶法结合，先用酸法提取少量果胶，再用酶法提取剩余的果胶，将 大大缩短反应时间，减少酶的用量。今后随着酶制剂成本的不断降低，酶法提 取果胶将有很好的发展前景【跏5 2 1 。 由于果胶分子与钙镁及铁离子结合、纤维素和半纤维素等细胞壁多糖与果 胶分子形成共价键、果胶分子中的羟基与细胞壁的组分形成离子键、果胶分子 彼此问与其他成分间的物理缠绕等等，而使果胶以原果胶的形式存在，用酶适 当处理后，由于细胞壁降解，可提高果胶得率、简化工艺。李文德等人利用纤 维素酶从甜菜中提取果胶【59 。，解决甜菜果胶分子量小和提取率低的问题，以便 进一步提高其品质，促进甜菜果胶的开发利用。张一青等人采用原果胶酶提取 桔柚皮中果胶，克服工业酸法生产的诸多不足并得到质量稳定的果胶产品。将 a s p e r g i l l u ss px z 一1 3 1 菌株振荡培养3 d ，过滤得到原果胶酶粗酶液。研究结果表 明最佳工艺条件是：2 5 。c 、p h 3 0 、料液比l ：2 和反应5 h 。在此反应条件下果胶产 率达3 5 7 【6 0 。酶法提取果胶基本分两个阶段，如果用酸法提取少量果胶后，再 用酶法提取剩余的果胶将会大大缩短反应时间，减少加酶量。因此，充分发挥 酶法和酸法各自的优点，既可缩短反应时间，又能获得较高分子式量的果胶。 另外，随着酶制剂工业的发展，酶制剂成本的降低，酶法提取果胶将是非常有 发展前途的新方法。 优点：酶法提取果胶的相对分子质量( 5 6 1 0 5 ) 和提取率( 9 1 0 2 ) 都较 酸法( 相对分子质量4 3 l 旷、提取率4 2 0 ) 高得多，这为甜菜果胶产业化和进 一步改性提高果胶品质提供了必要条件。 缺点：通过实验发现，酶法提取果胶胶3 6 h 以后，反应体系容易染霉菌，在 生产实践中应注意防止染菌。酶法提取甜菜果胶反应时间长( 9 0 h ) ，酶制剂用 量大( 1 5 u g ) ，由于酶制剂用量的增加将显著增加生产成本，这可能是酶法提 取甜菜果胶至今没能得到发展的原因。 1 2 1 3 离子交换树脂法 离子交换提取法是一种比较新兴的技术，目前还没有应用到工业化生产果 胶的报道。离子交换树脂法提取果胶的原理可通过果胶类物质的结构加以解释 p 3 1 。果胶类物质与细胞壁半纤维素等有共价键结合，并与其他细胞壁多聚体通 过次级键结合；多价阳离子，特别是钙离子存在时，因阳离子键合的结果，引 起低酯果胶类物质的不溶性和降低高酯果胶的浸胀性，此外，纤维状果胶类物 质大分子间以及其他多聚体之间，存在着复杂的机械性牵绊，也影响果胶类物 质的溶解性，所以单纯使用酸法不能完全解除果皮中多价阳离子及其他杂质对 果胶的束缚或牵绊1 5 引。由于果皮中多价金属离子、低分子物质和色素等果胶以 1 0 李川硕士学位论文绪论 外的各种物质经酸法处理后，仍残留于果胶中，这些不纯物给果胶的品质带来 不良影响，表现在果胶的胶凝度不强，灰分含量高，色泽差等1 5 5 】。因此采用酸 水解同时结合离子交换树脂的方法，首先，酸可以使原果胶溶解，由于酸水解 生成纤维素一果胶多糖复合物，其次，酸使非水溶性大分子降解，果皮中多价阳 离子溶出，阳离子交换树脂通过吸附阳离子，从而加速了原果胶的溶解，提高 了果胶的质量和提取率，最后，阳离子交换树脂可以吸附分子量为5 0 0 以下的低 分子物质，解除果胶的一些机械性牵绊，因而也就提高了果胶的质量和提取率 6 4 1 。与无机酸提取法相比，该法具有提取率高、产品质量好、生产周期短、工 艺简单和成本低等特点，是一种经济上可行的提取方法。 近年来的研究表明，用离子交换法从果皮中提取果胶，得率高、质量好。 因此，在用酸法提取橙皮果胶的基础上，戴玉锦等人进一步研究了用离子交换 法从橙皮和柚皮中提取果胶的优化工艺条件【5 。通过单因素实验，对料液比、 浸提酸度、浸提温度、浸提时间等影响因素作了研究。确定离子交换法从橙皮 中提取果胶的优化工艺条件为：7 3 2 型阳离子交换树脂用量5 、料液l t l ：2 0 、浸提 液酸度p h i 5 、浸提温度8 5 、浸提时间2 5 h ，此工艺条件下果胶得率为2 2 5 5 。 从柚皮中提取果胶的优化工艺条件为：7 3 2 阳离子交换树脂用量7 、提取液酸度 p h 2 0 、提取温度8 5 、提取时间2 5 h 、料液比1 ：3 0 ，此工艺条件下，果胶得率 为2 2 。研究结果表明，用离子交换法提取果胶在得率和质量方面均优于传统的 酸提取法。因此，采用本工艺提取果胶，具有较好的经济效益和广阔的应用前 景。 优点：该法果胶产率比用无机酸提取法高，且产品质量高，生产周期短， 工艺简单，成本低，是一种经济上可行的制造方法。 缺点：离子交换法沉淀果胶所用的乙醇，使用量非常大，造成后阶段的乙 醇回收工序耗能大，致使生产成本高。这种方法需要较高的温度和长时间加热， 这样原料中含有的果胶不可避免地会产生变性和分解破坏，且提取的果胶数量 和质量也不理想阻j 。 1 2 2 低甲氧基果胶的制备方法 为了解决天然提取l m p 果胶的原料来源单一且相对较少和人们对l m p 需求 日益增大的矛盾，目前国内外主要用于提取低甲氧基果胶的工业方法主要有碱 液催化脱酯法、酸化乙醇脱酯法、酰胺化法、酶催化法【6 5 】。碱液催化脱酯法是 将h m p 在强碱条件下使果胶中的甲酯脱去，使果胶的分子量大大下降，在适当 条件下经处理后能得到性能良好的的l m p ，此方法工艺较简便，但是对p h 值和 温度的要求严格，操作规范可将b 消去反应降到最低i 叫；酸化乙醇脱酯法则是将 预处理后的h m p 加入酸化乙醇当中处理得到l m p ，此法和碱液催化法一样需要 1 1 李川硕士学位论文 绪论 的脱酯条件要求严格，稍有不当就会出现p 一消去反应，工艺也较复杂 6 5 】；酰胺化 法制取低甲氧基果胶是将h m p 在碱性条件下用氨处理使部分甲酯转化为伯醇 胺，从而降低了甲酯含量，这种方法制得的低甲氧基果胶称为a l m p ，此法制备 的低甲氧基果胶d e 值与其它几种方法制备的相比最底，而且易溶解易凝胶，但 是制备过程中会产生许多有害物质【6 4 1 ，同时影响了产品的运用范围和性能尽管 现在有人对制备方案进行了一些改进，使酰胺化果胶生产时的有害副产物降低 到了最低，但是目的产品的成本大幅度上升了；酶催化法分为内源酶和外源酶 作用两种方法，作用机理都是激活果胶酯酶( p e c t i n e s t e r a s e ，p e ) 来生产l m p ， 其工艺条件易于控制，但是产品同条件下凝胶强度低于其它3 种方案的产品【6 5 1 ， 目前已经有相关克服这种不利因素的方法的报道，如日本的的i s h i i 等人，从黑曲 霉发酵液中分离提纯得至i j p e ，并用该酶脱酯提取l m p ，能更好的保证产品的胶 凝度嗍。 可见以上4 种方法各有千秋，但是无论从工艺可控性、安全性、方便性等来 看，碱液催化脱酯制取l m p 果胶工艺相对简便，容易掌握，只要注意控制脱酯 的条件，就可以得到目标产物。是一种值得推广的果胶脱脂制备低甲氧基果胶 的优选方案。 1 2 2 1 酸化乙醇法 其制备过程是向预处理过的h m p 的水溶液中加入酸化乙醇，进行脱酯转化 即得l m p ，用这种方法制得的l m p ，酯化度在2 5 - - - 5 0 t 6 5 】。该方法已经应用到 从苹果皮渣和土豆渣中提取l m p 的生产中。酸法脱酯果胶多聚半乳糖醛酸含量 较高，但反应速度缓慢，在同温同浓度条件下，其脱酯速度不到碱法脱酯的 0 0 1 ，升高温度可以加快反应速度，但同时果胶链的解聚大大加快【6 7 1 。 1 2 2 2 碱法 果胶碱法脱酯的研究最初始于上个世纪三四十年代美国加州水果交易所， 并在1 9 4 1 年申请了发明专利权，主要用于柑橘果皮果胶脱酯加工【6 8 】；随后一些 研究人员又利用碱性条件对其它多种原料提取的h m p 进行脱酯实验，并取得了 一定的成效，如1 9 8 2 年人们对豌豆壳果胶进行的脱酯实验【6 7 】；据相关报道近年 英国的一些研究人员利用一定浓度纯碱( 碳酸钠) 溶液对橘子皮、酸橙肉、芒 果皮等进行处理，最后所得产物均符合l m p 的标准【6 9 】，随着碱催化法的不断发 展，2 0 0 0 年g e r r i tl i m b e r g 等瞄1 不但分析了果胶脱酯的机制，而且还为果胶进行 碱催化脱酯前后分析d e 值、多聚半乳糖醛酸含量( a g a ) 、果胶溶液黏度 ( v i s c o s i t y ) 等提供了方法和依据。到目前为止，国外如丹麦、美国、英国、法 国、以色列等西方工业发达国家的主要果胶公司已经在包括碱催化法等的果胶 脱酯设备和工艺上已经趋于成熟，在技术和设备上作为机密，基本上垄断了全 1 2 李川硕士学位论文绪论 球果胶生产和销售1 7 。 国内过去对果胶碱液催化脱酯法的相关报道较少，起步也较晚。1 9 9 5 年西 南农业大学赵静等【72 】通过正交试验确定了对柠檬果胶进行碱液催化脱酯的最佳 工艺条件，p h 2 0 、温度2 5 、时间6 0 m i n ，这为国内碱法制备l m p 提供了重要 的参考和试验依据；2 0 0 1 年华南热带农业大学朱文等【7 3 】利用西番莲果皮在碱性 条件下脱酯，经过单因素试验比较，认为西番莲果胶脱酯的最佳工艺条件为p h 9 、 温度3 0 、时间1 6 h ；2 0 0 5 年西华大学雷激、马力等【l 】采用商品柑橘高甲氧基果 胶进行碱法脱酯处理，对过去同种方法脱酯进行了改良，且在前人的基础上首 先采用低温脱酯试验并达到预期目的，果胶低温碱法脱酯的成功，改善了脱酯 过程中d 一消去反应对l m p 凝胶性能的不利影响，所得最佳工艺条件p h 9 、温度 5 c 、时间3 0 m i n 【6 5 1 。综上可见，同是碱法脱酯，对于不同原料来源，地域等最 佳工艺条件也有明显的差别。因此对分析其它h m p 原料脱酯的的最佳工艺条件 还需要我们去努力探索。 现阶段我国包括碱液催化脱酯在内果胶脱酯技术还处于理论探索阶段，工 艺和设备相对还比较落后，国内果胶脱酯企业在国内分布相对零星。但是我国 在国际果胶协会( 口p a ) 中占有一席，而且是亚洲唯一的，标志了我国果胶发 展对国际的果胶市场潜在影响力巨大，我国地大物博，h m p 果胶来源丰富且多 种多样，怎样去解决国内低甲氧基果胶供需矛盾以及国际少数公司产销垄断， 需要我们加大科研力度去破冰【7 1 1 。 利用果胶碱催化法脱酯的工艺虽然简单快捷，但我们不得不注意到在脱酯 过程中影响产物l m p 果胶质量的一个副反应一一d 一消去反应，因为在碱法脱酯过 程中不仅仅是甲氧基不断减少的过程，同时果胶分子也是一个受到破坏的过程 即果胶分子发生解聚，此反应往往和脱酯反应同步发生，p 一消去反应随甲氧基存 在而存在，脱酯反应则是使果胶中甲氧基不断减少，当甲氧基含量随反应降低， 两类反应也随着减缓，是一类典型的竞争性反应。d 一消去反应的后果会造成果胶 分子量、黏度、胶凝能力的下降，这种副反应经长期试验验证，只能够尽量避 免而不可以完全消除。果胶工作者们也因此反复试验，近年提出了在低温下进 行脱酯可最大幅度的降低p 消去反应的影响 7 6 1 ，这个新方案的提出，是对果胶碱 催化脱酯制备l m p 的新突破。 1 2 2 3 酶法 酶法制备l m p 分内源酶法和外加酶法。内源酶法就是通过加内源酶激活剂 激活果胶酯酶( p e ) ，再用p e 将h m p 转化为l m p l 7 8 j 。1 9 9 4 年，蔡长河等报道， 利用碳酸钠激活柑桔皮中内源p e ，提取h d e d , 于5 0 的l m p l 7 1 】；外加酶法是用 外加酶先从植物组织或微生物发酵液中提取p e ，再运用内源酶法，将h m p 转化 1 3 李川硕士学位论文绪论 为l m p 。日本的i s h i i 等人，从黑曲霉发酵液中分离提纯得至i j p e ，并用该酶脱酯 提取l m p ，酶法制备果胶大大简化工艺流程和设备，能更好的保证产品的胶凝 度。 1 2 2 4 酰胺化法 在碱性条件下，用氨水处理h m p ，使部分甲酯转变为伯醇胺。这种方法制 备出的l m p 又称酰胺化果胶，d e 通常为2 0 4 5 ，溶解性好，易形成凝胶， 但制备过程中会产生一些有害物质。陈顺伟、朱文等人为了克服这一缺点，对 酰胺化法制备l m p 进行深入研究，确定了从豆腐柴叶中提取l m p 的最佳工艺参 数【6 9 7 0 】。 1 2 3 果胶的离析方法 提取后的果胶溶液需纯化沉淀，这关系到