（应用化学专业论文）大豆种皮果胶的提取技术研究.pdf

摘要 本文对从大豆种皮中提取果胶的工艺技术进行研究。考察了酸提取工艺中 提取温度、p h 值、料液比、提取时间、浸泡、浓缩、乙醇浓度等因素对果胶 提取收率的影响，并用正交设计法对影响浸提的因子进行了优化。对提取果胶 的特性进行了分析，测定了果胶中半乳糖醛酸的含量、果胶的酯化度和酰胺取 代度、果胶的溶解度、果胶的分子量及果胶的热稳定性，用红外光谱确定果胶 的组成。本文也对其它的提取方法进行了初步考察。结果表明：无机酸及其它 工艺提取的大豆果胶的红外谱图与果胶的标准谱图相似：酸提取果胶的最佳条 件是提取温度9 5 。c 、提取时间5 0 分钟、提取p h 值1 5 和料液比1 ：8 ；p h 值对果胶的提取影响最大，其次是提取温度：大豆种皮果胶的平均酯化度为 4 4 ，属于低酯化度果胶；用e d t a 、六偏磷酸钠提取的大豆种皮果胶的胶溶性 优于酸提果胶。 关键词：大豆种皮果胶提取工艺性质 i i s t u d y o ne x t r a c t i o na r t so f s o y b e a nh u l lp e c t i n a b s t r a c t e x t ia c t i o no fp e c t i nf r o ms o y b e a nh u l lw a ss t u d i e d t h eo f f e e t so f t e m p e r a t u r e ，p h ，v a r i o u sr a t i o so fs o y b e a nh u l lt oe x t r a c t i o ns o l v e n t e x t r a c t i o nt i m e ，s o a k i n gt i m e ，c o n c e n t r a t e dr a t i o s ，c o n e e n t r a t i o no f a l c o h o lo nt h ey i e l do fs o y b e a nh u l lp e c t i np r e p a r e db ya c i d e x t r a c t i o n w e r em e a s u r e da n dt h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h ey i e l do fs o y b e a n “? p e c t i nw e r eo p t i m i z e d g a l a c t u r o n i ca c i d c o n t e n t so fe x t r a c t e dp e c t i n w a sd e t e r m i n e db y a s p e c t r o p h o t o m e t r i c m e t h o dw i t hc a b a z o l ea n d s u l f u r i ca c i d d e g r e eo fe s t e r i f i c a t i o nw a sa n a l y z e db yat i t r a t i o n m e t h o d p e c t i nw a t e rs o l u b i l i t yw a sd e t e r m i n e dg r a v i m e t r i c a l l y o t h e r e x t r a c t i n gm e t h o d s w e r e i n v e s t i g a t e d m o l e c u l a rw e i g h t a n dt h e r m a l s t a b i l i t y o ft h e p e c t i n w e r e g i v e n f o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e d s p e c t r o s c o p yo fs o yh u 1p e c t i nr e v e a l e da s i m i l a rs u r f a c es t r u c t u r e t oe o m m e r c i a la n da n a l y t i c a l g r a d ep e c t i n t h e r e s u l t ss h o w st h a t o p t i m i z e d c o n d i t i o n sa r e ：e x t r a c t i o n t e m p e r a t u r e9 5 ：p h2 1 5 a n dr a t i o so fs o y b e a nh u l lt oe x t r a c t i o ns o l v e n ti s1 ：8 ：e x t r a c t i o n t i m ei s5 0m i n p hs i g n if i c a n t l ya f f e c tt h ep e c t i nc o n t e n t a v e r a g e d e g r e eo fe s t e r i f i c a t i o no fs o yh u l lp e c t i ni s4 4 ，w h i c hi s c l a s s i f i e d t ol o we s t e r i f i c a t i o nd e g r e eo fp e c t i n s o yh u l lp e c t i ne x t r a c t e dw i t h i i i e d t ah a sb e t t e rs o l u b i l i t yi nw a t e rt h a np e c t i ne x t r a c t e dw i t ha c i d s k e y w o r d s ：s o yh u l l p e c t i ne x t r a c t i o na r t s p r o p e r t i e s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个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，也不包含为获得石油大学 或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名羔睫删年，月厂日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 本论文内容三年内保密，本论文在解密后可遵守上述规定) 学生签名 导师签名 ， 季喜 五1 忉闯绰 工叫年1 月j 一日 川年，月r 日 石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 第1 章前言 1 1 选题的目的和意义 当前的大豆加工行业主要是豆油和各种大豆蛋白。在加工过程中， 需要先对大豆进行脱皮、脱胚芽等精选和分选等预加工工序，以确保豆 油及各种大豆蛋白的质量和收率。大豆种皮是大豆深加工过程中产生的 量最大的副产物，约占大豆重量的8 。大豆种皮营养价值低( 粗蛋白含 量1 l ，粗纤维含量3 6 ，粗脂肪含量1 ) ，由于不易为动物消化吸收， 再加上含有大量抗营养因子一植酸，即使勉强作为牛、羊等反刍动物的 饲料，利用价值也不高。 美国每年生产大豆种皮约4 5 0 万吨，售价仅为4 0 美圆吨。我国是 大豆生产和加工大国，全国产出的大豆种皮数量可观，国内大豆种皮的 售价为1 0 0 0 元吨左右。因大豆种皮价格低廉，在饲料生产中倍受青睐， 国内饲料加工通常将大豆种皮经简单的粉碎处理后直接混入复配饲料， 作为单胃家畜和家禽的饲料成分，以降低饲料成本。由于大豆种皮内在 成分的缺陷，在这些饲料中，大豆种皮实际只起填充料作用，造成资源 浪费和加工动力、运输等的不合理消耗。 至今，国内外大豆种皮的利用还没有理想、有效的方法，所以，大豆 种皮的充分、有效利用一直是大豆加工行业的一大难题。 大豆种皮的综合利用已引起国外学者的关注。美国已有学者进行了 大豆种皮提取果胶以及大豆种皮制备重金属离子吸附剂的研究，但有关 报道不多，而国内还未见从大豆种皮中提取果胶的相关报道。 从大豆种皮中提取果胶较传统的从柑橘皮、苹果渣、甜菜渣、甘蔗 渣中提取果胶有以下优点：( 1 ) 、大豆种皮作为大豆加工企业的副产品， 价格便宜，容易收集；( 2 ) 、大豆种皮不需进一步加工就可储存和运输； ( 3 ) 、从大豆种皮中提取的果胶为低酯果胶，从降低膳食中糖含量和对 低热食品的需求增加的保健角度分析，从大豆种皮中提取的低酯果胶将 石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 成为传统果胶( 牛甘橘果胶、苹果果胶) 的很好的替代品。 本文对从大豆种皮中提取果胶的工艺过程进行研究，目的在于拓宽 大豆种皮的综合利用途径，提高大豆种皮的附加值，提供果胶新的制备 方法和来源，缓解我国果胶市场的短缺局面，因此，该研究将具有重大 的经济效益和社会效益。 1 2 果胶的来源、结构 果胶是一种高分子聚合物，是亲水植物胶。广泛存在于植物组织的 果实、根、茎、叶中，是细胞壁的组成部分，主要存在于细胞壁的中胶 层中，起着将细胞粘连在一起的作用，决定着菜果的硬度。 表卜1 常见原料中的果胶含量 向【：_ ：| 葵 原料 土豆甜菜西红柿苹果苹果渣胡萝h桔皮 盘 l 果胶含量 2 51 5 2 035 71 5 2 0i 02 03 0 3 5 i( ) 果胶是植物体中原果胶、果胶酯酸( 水溶性果胶酸) 和果胶酸三者的总 称。原果胶是一类天然状态的果胶质，与纤维素结合在一起的甲酯化聚 半乳糖醛酸的甙链，它不溶于水，在酸存在下加热可抽提出水溶性果胶 酸；果胶酯酸是一类部分羧基甲酯化的胶态聚半乳糖醛酸甙链，存在于 植物汁液中，在适当的p h 和糖同时存在时可阱形成凝胶体；果胶酸是 一类羧基完全游离的胶态聚半乳糖醛酸，不能形成甲基酯，稍溶于水， 在酶作用下继续分解为低分子聚半乳糖醛酸和n 一半乳糖醛酸。 果胶的基本结构特征是n ( 1 ，4 ) 一d 一半乳糖醛酸( 或其甲酯) ( 见 图1 ，n ( i ，4 ) 一d 一半乳糖醛酸以糖甙键结合，形成聚半乳糖醛酸。 以此为主链，共价连接多种侧链，如鼠李糖、树胶醛糖、聚半乳糖、阿 拉伯聚半乳糖等【1 】，因此，多数人认为果胶是一种半乳糖醛酸和鼠李糖 石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 组成的杂多糖，同时，还含有阿拉伯树胶、聚半乳糖、阿拉伯聚半乳糖 等多种成分m j 。 果胶最重要的特性是胶凝化作用，这种作用与其酯化度( d e ) 有关。 酯化度是酯化的半乳糖醛酸基对总的半乳糖醛酸基的比值。d e 值 4 2 9 ，甲氧基含量7 者称为高酯果胶( h m p ) ；d e 值4 2 9 ，甲 氧基含量7 者称为低酯果胶( l m p ) 3 1 。 植物的成熟度影响植物细胞壁的组织结构，通常导致果胶类聚合物 的变化，如溶解度增加、聚合度降低、去酯化以及失去侧链相连的中性 糖等 4 】，这些变化导致果胶结构及性质的变化。 、嚼。q 。 图1 - 1 果胶分子结构 果胶的结构也与果胶的来源有关。从不同的蔬菜、水果等原料提取 的果胶大分子的结构和组成不同。如从柑橘皮提取的果胶的半乳糖醛酸 含量较高，而从其它原料提取的果胶的半乳糖醛酸含量较低。不同来源 的果胶的酯化程度也不同，如豌豆种皮中提取的果胶【5 j 和从向日葵盘中 提取的果胶【6 j 以及从大豆种皮中提取的果胶【7 8 并口从苹果皮渣中提取低酯 果胶 9 1 的酯化程度就较低。人们对人参果胶的结构进行研究发现，人参 昼一 蛋 石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 果胶是酸性杂多糖混合物，它含半乳糖、半乳糖醛酸、阿拉伯糖、鼠李 糖基的摩尔比为3 7 ：1 7 ：1 8 ：1 【1 0 】。 1 3 果胶的用途 果胶具有良好的胶凝作用、乳化作用、吸附作用 3 , 1 1 】，广泛应用于食 品、医药、化：| 女品的生产和水质处理等领域。不同类型的果胶成胶机理 各不相同，在生产应用上电各有所长。果胶一直是人类食品的天然成分， 世界上所有国家都允许使用果胶作为食品添加剂。除生产上的特殊要求 外，a f o w h o 食品添加剂联合委员会推荐果胶做为不受添加量限制的 安全食品添加剂。果胶在食品中用做凝胶剂、增稠剂、组织成型剂、乳 化剂和稳定剂。近年来，在低热量食品中果胶用作脂肪或糖的代用品。 由于果胶分子存在极性区和非极性区使果胶具有多种功能性质，因此果 胶能够用于不同的食品体系中。果胶的功能性质由多种因素决定，包括 甲酯化度和分子量。由于这些性质在工业应用中不易测定，商业上使用 果胶等级来评价果胶的功能性质。果胶等级是指在p h = 3 2 3 5 、糖含量 6 5 7 0 和果胶浓度1 5 2 o 的标准条件下，份果胶与糖形成一定强 度的凝胶所需糖的份数。在市场上可以买到1 0 0 5 0 0 级的果胶。果胶做 为食品亲水胶体，主要是利用其凝胶特性。制备特殊食品选择果胶时要 考虑许多因素，如p h 、温度、某些离子的影响、蛋白质以及保质期等 1 2 】。 h m 果胶可做为某些酸奶制品的稳定剂，而l m 果胶能防止果肉在酸奶 中漂浮和不均匀分布【l 。“】。与淀粉和其它植物胶相比，用果胶作稳定剂 的水果酸奶制品具有优良的风味和质量。在配制酸奶的制备过程中，l m 果胶与其它胶配合使用可以防止乳清析出“。使用d e 值大于70 的高 酯果胶能够获得稳定的灭菌并酸化的奶制品( p h = 3 5 4 2 ) ，但是，如 果果胶添加量很少，电荷将被中和而且由于排斥力导致体系不稳定，继 续添加果胶将产生新的排斥力，使酸性乳制品具有新的稳定性。疏水反 应和静电反应对于果胶一酪蛋白体系的稳定性具有非常重要作用【l6 。对 石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 于无脂肪酸奶，优良的口感和稳定性可以通过增加奶的固形物含量和添 加果胶、淀粉和其它胶来获得。在乳清一蛋白乳浊液中，改性果胶能够使 高浓度的乳清蛋白具有稳定性。 果胶对维持血液中正常的胆固醇含量具有非常好的效果，并且果胶 做为天然物质能够防止有毒阳离子中毒，已经证明果胶能有效地去除肠 胃和呼吸道中的铅和汞。通过静脉注射果胶，能缩短流出血液的凝结时 间，从而控制血液流出：另一方面，果胶硫酸盐能够延长血液凝结时间， 因此可以替代肝磷脂( h e p a r i n ) ，可是果胶硫酸盐有毒，长期和高剂量使 用则受到限制。据报道，降解后的果胶和铁的复合物对于治疗缺铁性贫 血效果非常好。果胶对较多的实验对象和在较宽的实验条件下都有助于 降低血液中胆固醇含量，每天至少摄入6 9 果胶，才能具有显著的降胆固 醇效果。m i e t i n n e n 和t a r p l i a 报道服用果胶两周后，血清胆固醇含量降低 了1 3 。c e d r a 等发现在冠状心脏病患者的膳食中补给果胶使血液胆固 醇含量降低了7 6 。果胶与其它胶相结合被广泛用于治疗腹泻疾病，特 别是婴幼儿的腹泻疾病。在肠道中，果胶与食品成分相结合从而降低了 食品的消化率，果胶是通过限制肠内酶与食品接触而影响了食品的吸收， 因此，减少了食品的利用率。果胶具有很强的吸水能力，使人具有饱腹 感，因而降低了食品的消耗，实验结果表明用果胶强化的食物的胃半排 空期延长了2 3 5 0 m i n 。每天摄入2 0 9 苹果渣，四周以后，使胃半排空 期增加一倍。果胶的这些功能也用于治疗过食紊乳症患者。据报道，果 胶、氢氧化铝和氧化镁的混合物对于治疗胃溃疡和十二指肠溃疡的效果 很显著。果胶单独使用或与其它胶相结合可用做包埋剂使药物持续释放。 据称h m 果胶能促进阿斯匹灵持续释放并可做为涧药剂在给药过程中显 著地减少胃肠刺痛【l ”。实验结果表明人类和狗的唾液及胃液中缺少果胶 降解酶。体外实验表明胰蛋白酶、胃蛋白酶和凝乳酶对果胶没有影响； 可是，果胶与排泄物一起保温培养会被迅速降解。对人和动物的研究结 果表明果胶降解主要在结肠中进行的，多半是由于细菌酶的作用，果胶 石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 细菌发酵的主要产物是二氧化碳、甲酸和乙酸【1 “。 果胶可用作水油乳浊液的乳化稳定剂。天然果胶制成的薄膜呵被生 物降解并易于回收利用，在某些体外医疗中得到了应用，从而引起了人 们的极大兴趣。一些科技人员在果胶膜制备方面做了许多工作，由于果 胶具有成膜特性，可用作造纸和纺织的施胶剂，果胶也可用于制备超速 离心膜和电渗析膜。果胶可用于制备铅蓄电池中的硫酸溶胶，将1 浓度 的果胶与硫酸混合可制备无气泡溶胶。用果胶制做的饮料吸管，当液体 流过吸管时，果胶层中的色素和风味物质就会释放出来旧。e n d r e s s 还报道了果胶的其它非食品用途。果胶在食品方面的应用见表1 1 、表 l 一2 。 表1 - 2 高酯果胶的应用f ” 食品作用优先选用选用原因应用浓度 的类型 瓶装果酱胶凝剂快速凝固允许在高温( 8 5 9 5 ) 下， 02 05 装料和加盖( 装瓶不必消 毒) ，果肉无飘乳 5 1 0 k g 瓶 胶凝剂中速凝固采用对热敏感的包装或将果 02 o 6 装果酱酱装入容量为5 1 0 k g 的瓶 内任其慢慢冷却，但要求在 装料前冷却到7 0 7 5 。c 大容器包胶凝荆慢速凝固要求装入大容器之前冷却 02 0 7 装果酱 到6 0 果冻胶凝剂慢速凝固在胶凝前要求所有的气泡从 03 0 5 果冻中逸出 面包果冻胶凝剂特别快速要求在7 0 时装入大容器 05 1o 凝固内，在烘烤炉温下胶凝的结 构不受干扰时，果酱稳定 果胶果冻胶凝剂最慢凝固高固体含量( 7 0 7 8 1 0 2 5 ) 。为了有足够的沉淀时 间，要求用凝固速率最慢的 果胶 充气糖食胶凝剂，特别慢凝高固体含量( 7 0 7 8 ) 。 07 2 0 起纹理 固加工过程某些设备的加工温 剂，泡沫度低，故要求用凝固速率最 稳定剂慢的果胶 石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 冷凝尉果胶凝剂决速凝固控制可溶眭固体含量为6 1 o6 1 0 最 酱饼果冻的冷糖浆的凝固，加入终产。昂 5 0 9 j 1 0 0 m l 的柠檬酸使p h 约 0 6 - - 08 为4 0 控制可溶性固体含量果子冻基料 为3 0 的冷凝固酱饼、果冻 2 4 的凝固，加2 4 次液态糖使 p h 约为2 9 长效巴氏牛奶蛋白特别快速使酸牛奶在不发生凝乳的情 o 4 - - 07 杀菌发酵质稳定剂凝固况下进行巴氏灭菌。必须检 牛奶饮料查果胶的保护胶体效应 及牛奶果 汁饮料 柠檬浓缩果肉悬浮快速凝固在生产过程中形成凝胶以获 o ，1 0 2 饮料液和油乳得稳定作用，该凝胶必须快 液的稳定速形成 剂 果汁增稠剂提特殊h m统一校准到固定粘度0 0 5 0 1 0 高口感果胶 水果饮料增稠剂，特殊h m统一校准到固定粘度0 0 5 0 1 0 提高口感果胶 表1 3 低酯果胶的应用1 2 6 1 食品作用优先选用的类选用原因应片! | 浓度 型 低同体果酱( 悬胶凝剂酰胺化果胶胶凝不用加钙盐04 - - 10 浮物 4 时不能胶凝，一般的的应用 p h 在3 左右。糖含量通常在5 5 8 0 之间，低于5 5 ，不会胶凝。也 有人用果糖、葡萄糖代替果糖进行胶凝实验，胶凝温度为葡萄糖，蔗糖 果糖”1 。 对低酯果胶而言，胶凝主要取决于p h 和钙离子含量。低酯果胶通常 在p l l 为3 3 5 之间胶凝最好，通过增加果胶含量和钙离子浓度，也可在 高p h 下获得很好的胶凝效果。钙离子可以提高胶凝强度，但钙离子浓度 过高，会使凝胶出现失水收缩现象。 耋 罱 l 要 图l - 4 胶凝强度与钙离子浓度的关系 果胶含量的增加，会使凝胶的脆性下降，降低失水，但会使胶凝温 度提高。与高酯果胶不同的是，提高温度，低酯果胶的胶凝程度下降， 并且温度高于胶凝温度5 一1 0 。c 时，凝胶常常融化。 低酯果胶的胶凝通过离子间的缔合作用实现，其机理类似于藻类的 e g g b o x 模型，胶凝能力也于酯化度、分子量、侧链的数量和大小有 关3 “。 石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 根据以上分析可以看出，果胶作为除脂肪、蛋白质、糖、氨基酸和 矿物质外的第六生命元素，在国内外引起了广泛研究。新的果胶提取原 料不断被发现，新的提取工艺不断被开发。 i 6 本课题的研究内容及方案 本课题拟研究从大豆加工企业的副产品一大豆种皮中提取果胶的 工艺、影响因素以及对大豆果胶的性能分析，以期达到对大豆种皮的综 合利用。方案如下： ( 1 ) 、首先对大豆种皮中酸提取果胶收率的影响因素进行系统考察， 确定果胶收率与温度、p h 、料液比、提取时间、清洗过程、浸泡时间、 乙醇用量、干燥等因素的关系； ( 2 ) 、通过正交实验，对确定酸提取过程的工艺条件进行优化，确 定最佳工艺参数； ( 3 ) 、对酸提取果胶的各种性能进行分析，为果胶的应用提供理论 数据； ( 4 ) 、对从大豆种皮中提取果胶的其它提取工艺进行探索性研究， 以比较各种工艺的优缺点。 1 7 课题的创新点 ( 1 ) 、开展从大豆种皮中提取果胶的相关研究在国内属首创。提出 了大豆种皮果胶的提取工艺，并对大豆种皮果胶的特性进行了分析，为 大豆种皮的综合利用提出了新的思路；并为大豆种皮果胶的开发应用提 供了保障； ( 2 ) 、本项目采用大豆种皮为原料制备果胶，与传统的果皮( 柚皮、 桔皮等) 相比，资源丰富，价格低廉，便于采集、贮藏和运输；原料不 必经过预加工处理； 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取上艺研究 第2 章大豆种皮果胶的酸提取工艺研究 果胶的提取方法很多，酸提取方法是从各种原料中提取果胶应用最 为广泛的方法。果胶的得率和质量除与提取方法有关外，与原料的品种 也有关。如柠檬和酸橙类皮渣中果胶含量达3 5 ，且质量稳定理想，但 这类原料在我国回收比较困难。随着我国对果胶需求量的不断增加，寻 找新的果胶原料势在必行，大豆种皮作为大豆加工行业的副产品，具有 价格低廉、贮存容易，果胶含量较高( 高达1 6 ) 等特点，是较好的生 产果胶的替代原料之一。 国外有极少量的文献报道了用酸提取方法制备大豆种皮果胶”。8 3 ，国 内还未见相关报道。本文采用酸提取方法对大豆种皮果胶的提取工艺条 件进行研究。 2 1 实验仪器 电热恒温水浴槽、恒温干燥箱、phs 一3 c 型酸度计、微分析天平、 台称、电动搅拌器、抽滤设备、烧杯、温度计等 2 2 试验药品和原料 原料：4 0 目大豆皮、1 0 0 目大豆皮( 取自东营万得福食品股份有限 公司) 。 药品：盐酸( 分析级) 、9 5 酒精( 食用级) 、浓硫酸( 分析级) 、蒸 馏水( 石油大学化学化工学院制) 、 2 3 实验结果及讨论 2 3 1 温度对收率的影响 分别称取5 0 克清洗后干燥的1 0 0 目大豆皮，放于盛有6 0 0 毫升蒸馏 水的烧杯中，用盐酸调p h 值为1 5 ，在电热炉中分别加热至7 5 。c 、8 0 、8 5 、9 0 。c ，分别放于7 5 。c 、8 0 。0 、8 5 。c 、9 0 。c 的电热恒温水浴槽 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取工艺研究 中，在电热恒温水浴槽中反应l 小时后取出，冷却，用尼龙布过滤，滤 液用氢氧化钠调p h 值为3 4 ，然后加入等体积的9 5 的酒精，搅拌均 匀，静置4 小时。用抽滤设备过滤，分离出粗果胶，再用9 5 酒精洗涤， 在4 5 。c 的恒温干燥箱干燥，称重，计算果胶收率。其收率与温度的关系 见图2 1 。 图2 1 温度对果胶收率的影响 图2 1 表明在7 5 8 5 间，果胶的产量是随着萃取温度的升高而 增加的，在8 5 时果胶产量达到最高值。当温度高于8 5 时，随温度的 升高，果胶产量呈下降趋势。这是因为随温度升高，大豆皮中原不溶性 果胶更容易水解为可溶性果胶，因此，果胶收率提高；但由于果胶的耐 热性较差，当温度过高时，水解程度剧烈引起原果胶裂解为乙醇可溶性 小分子，产量因而下降；同时温度过高，也会导致果胶结构破坏而糊化。 实验表明：萃取温度应控制在8 5 为宜。 2 3 2p h 值对收率的影响 分别称取5 0 克清洗后干燥的1 0 0 目大豆皮，放于盛有6 0 0 毫升蒸馏 水的烧杯中，用盐酸分别调p h 值为1 0 、1 5 、2 0 、2 5 ，在电热炉中加 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取工艺研究 热至8 5 ，放于8 5 的电热恒温水浴槽中，在电热恒温水浴槽中反应l 小时后取出，冷却，用尼龙布过滤，滤液用氢氧化钠调p h 值为3 4 ， 然后加入等体积的9 5 的酒精，搅拌均匀，静置4 小时。用抽滤设备过 滤，分离出粗果胶，再用9 5 酒精洗涤，在4 5 。c 的恒温干燥箱干燥，称 重，计算果胶收率。p h 与果胶收率之间的关系见图2 2 。 l o 薹8 蚓6 鬟t 鬃z o 00 511 522 53 d i f 值 图2 - 2 p h 值对果胶收率的影响 在一定温度下，果胶的收率与酸液的p h 有着直接的关系，必须严 格控制酸性条件下的p h 。从图2 2 可知，随p h 增加，果胶收率基本呈 下降趋势。这是因为p h 越高，大豆种皮中的原果胶的水解速率下降： 如p h 过高，果胶不稳定，易水解成乙醇可溶性小分子多糖或果胶酸， 也导致产量下降。文献表明，若p h 过低，水解反应过于强烈，反应过 头，产品收率反而下降。p h 值在1 o 1 5 时，果胶产率随p h 的变化不 大。果胶的颜色随着p i t 值的降低而变深且胶凝强度变差，溶解度也变 差。实验证明：果胶萃取液的p 王= 1 5 为宜。 23 3 料液比对收率的影响 ( 1 ) 分别称取5 0 克清洗后干燥的1 0 0 目和未清洗的5 0 目大豆种皮， 放于盛有4 0 0 毫升、6 0 0 毫升、7 5 0 毫升蒸馏水的烧杯中，用硫酸调p i 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取t 艺研究 值为1 5 ，在电热炉中加热至8 5 ，放于8 5 。c 的电热恒温水浴槽中，在 电热恒温水浴槽中反应1 小时后取出，冷却，用尼龙布过滤，滤液用氢 氧化钠调p h 值为3 4 ，然后加入等体积的9 5 的酒精，搅拌均匀，静 置4 小时。用抽滤设备过滤，分离出粗果胶，再用9 5 酒精洗涤，在4 5 的恒温干燥箱干燥，称重。料液比对果胶收率的影响见图2 3 、图2 4 。 l 辞l 意1 f l1 垡 醮 6 4 2 0 8 6 4 1 ：1 01 ：1 2l ：1 31 ：1 4l ：1 6 料液比 图2 - 3 料液比对清洗后干燥的大豆皮果胶收率的影响 1 ：0 6l0 71 ：0 9l1 01 ：1 2l ：1 3l ：1 41 ：1 6 料液比 图2 - 4 料液比对没有清洗的大豆皮果胶收率的影响 大豆种皮与酸液混合的比例应从两个方面考虑：一是所加酸液在数 量上应保证能使水解出的果胶充分转移到酸液中去，便于实现果胶与大 豆种皮的分离，这时料液比应尽可能的大；另一方面要获得高浓度果胶 6 4 2 2 8 6 4 2 l 8 6 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取工艺研究 液，以便减少浓缩时间和能耗，料液应尽可能的小。 由图2 3 和图2 4 可知，对清洗过的大豆种皮，料液比对产率的影响 不大，料液比1 ：8 时果胶提取率最高。料液比过小时过滤困难，提取率 低，当料液比大于1 ：8 时，提取率随料液比的增加而增加，当料液比大 于1 ：1 2 时，提取率趋于稳定，由于料液比越大，实际生产不仅能耗高、 而且所投入的设备费用也较大，生产成本也高。因此，料液比以1 ：8 为 宜。未清洗过的大豆种皮提取的果胶收率随料液比的增加而减少，可能 是提取液未经浓缩，直接加入乙醇沉淀，导致收率f 降，详细原因有待 进一步考察。在相同的料液比时，从没有清洗大豆种皮提取的果胶的量 比从清洗大豆种皮中提取的果胶的量要多，这可能是因为未清洗大豆种 皮中所含的杂质或水溶性果胶所致。 23 4 提取时间对收率的影响 分别称取2 5 克4 0 目大豆皮，放于盛有3 0 0 毫升蒸馏水的烧杯中， 用盐酸调p h 值为1 5 ，在电热炉中加热至8 5 ，放于8 5 的电热恒温 水浴槽中，在电热恒温水浴槽中分别反应1 0 分钟、2 0 分钟、3 0 分钟、1 小时、1 5 小时后取出，冷却，用尼龙布过滤，滤液用氢氧化钠调p h 值 为3 4 ，然后加入等体积的9 5 的酒精，搅拌均匀，静置4 小时。用抽 滤设备过滤，分离出粗果胶，再用9 5 酒精洗涤，在4 5 的恒温干燥箱 干燥，称重。数掘列于表2 一l 、图2 。5 。 表2 - 1 提取时间对收率的影响 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取工艺研究 褂 | l 垡 眯 02 04 06 08 0】0 0 时间m i n 图2 - 5 提取时间对收率的影响 在一定的时间范围内，果胶产量是随着萃取时间的延长而增加，表 明提取过程是动力学控制的。当萃取时间大于3 0 m i n 时，再延长萃取时 间果胶的产量己不会再增加，反而略呈下降趋势，这是因为萃取时间短 时，原果胶不能充分水解，果胶收率较低，延长萃取时间有利于原果胶 的充分水解，使收率提高；而当时间过长时，则会造成果胶分子链发生 热降解反应，且在酸性条件下放置太长时间也会造成酸性降解，致使果 胶产量下降，同时，会使果胶的分子量降低，影响果胶质量。 2 35 大豆种皮清洗对果胶对收率的影响 大豆种皮的清洗方法：把大豆种皮用自来水清洗至水澄清，然后用 蒸馏水漂洗，以除去自来水中引入的各种离子对果胶提取收率的影响， 然后清洗后的大豆种皮在室温下风干备用。 分别称取一定量清洗后和未清洗的1 0 0 目大豆种皮，在8 5 、 p h = 2 o 、料液比为1 ：1 2 条件下提取1 h 后取出，冷却，用尼龙布过滤， 滤液用氢氧化钠调p h 值为3 4 ，然后加入等体积的9 5 的酒精，搅拌 均匀，静置4 小时。用抽滤设备过滤，分离出粗果胶，再用9 5 酒精洗 涤，在4 5 的恒温干燥箱干燥，称重，计算果胶收率，结果见表2 2 。 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取：l 艺研究 表2 2 大豆种皮清洗对果胶对收率的影响 、项目 收率淤清洗大豆种皮未清洗大豆种皮 果胶收率( )6 5 5 123 6 从表2 - 2 可以看出，大豆种皮的清洗过程对大豆果胶的收率有显著 的影响。这是因为在大豆种皮在粉碎过程中，会产生部分大豆种皮粉末， 该粉末在提取过程中，会吸附在提取出的果胶上，在乙醇沉淀过程中，随 果胶一起沉淀，进入果胶中，使果胶收率提高，同时，使果胶的色度变差、 质量下降；导致未清洗果胶收率提高的另一原因可能是大豆种皮中的外来 杂质所致。清洗过程使吸附、黏附在大豆种皮上的尘土等杂质清洗掉，导 致果胶收率下降，但果胶色度较好，质量提高。 2 3 6 果胶清洗后的干燥过程对果胶收率的影响 采用2 3 5 的大豆种皮的清洗方法对大豆种皮进行清洗，清洗后直 接进行果胶提取实验。所得结果与2 3 5 中清洗后干燥的大豆种皮的果 胶提取结果进行比较，见表2 3 。 表23 果胶清洗后的干燥过程对果胶收率的影响 、项目 清洗后干燥的大豆清洗后未干燥的大 种皮豆种皮 l果胶收率( ) 6 5 57 5 5 从表2 3 可知，清洗后未干燥的大豆种皮其果胶收率高于清洗后干 燥的大豆种皮的果胶收率。其原因可能是大豆种皮在干燥过程中，大豆 种皮中的果胶酶及其它的酶类在水中具有了活性，使果胶类物质分解成 小分子的多糖类物质，该物质在乙醇沉淀果胶时，能溶解在乙醇中而不 与果胶一起沉淀，使果胶收率降低，但降低较少。结合2 3 ，5 节可知， 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取工艺研究 不清洗的大豆种皮的果胶提取收率明显高于清洗干燥大豆种皮提取果胶 的主要原因是大豆种皮中的杂质所致。 23 。7 大豆种皮浸泡对果胶收率的影响 采用2 3 5 的大豆种皮的清洗方法对大豆种皮进行清洗，清洗后加 入定量的蒸馏水，用h c l 调p h = 2 0 ，静置浸泡1 天，然后按2 3 5 的 条件进行果胶提取实验。所得结果与2 。3 6 中大豆种皮清洗后直接进行 果胶提取的实验结果进行比较，见表2 4 。 表2 - 4 大豆种皮浸泡对果胶收率的影响 项目 i 未浸泡的大豆种皮浸泡1 天的大豆种皮1 果胶收率 7 5 58 1 5 从表2 4 可知，浸泡后可提高大豆果胶的收率。浸泡的目的是疏松 纤维网络结构，使果胶容易提取，增加果胶收率。提高浸泡时间，果胶收 率并不提高，因此浸泡时间不宜过长。浸泡p h 选择为2 0 是基于文献 7 的观点，即在该p h 下可使纤维组织松动，但并不破坏果胶组分，并能有 效抑制细菌的产生。 2 3 8 提取液浓缩对果胶收率的影响 提取液不经浓缩而直接沉淀，乙醇用量过大，成本增高，因此沉析前 必须浓缩。提取液在浓缩过程中的温度和时间对果胶收率也有一定的影 响，当没有良好的真空浓缩设备时，这种影响就更大。这是因为果胶液有 一定的保持时间：在p h = 3 4 时，如无果胶酶作用，在室温下能稳定数星 期，而在6 0 。c 下果胶只能稳定贮藏8 小时。“。因此在果胶提取液浓缩过 程中要避免超过一定的温度和时间。本文在5 0 。c 下真空浓缩。 浓缩方法：提取实验完成后，把提取液分成几份，进行减压蒸发，浓 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取工艺研究 缩至不同倍数，果胶收率与浓缩倍数的关系见图2 6 。 从图2 - 6 可以看出，浓缩过程影响果胶收率。浓缩对提高果胶收率 有利，但并非浓缩倍数越高越好。当浓缩倍数大于3 4 时，果胶收率不再 提高，反而下降。这是由于提取液浓度过高时，沉淀出的果胶容易因过于 粘稠而造成分离困难和在器壁上的黏附损失，使果胶收率降低。此外，浓 缩倍数较高时，所得果胶色泽较深，且能耗高。浓缩倍数较低时，果胶收 率低，并且溶剂耗量较大，成本提高。因此，合适的浓缩倍数为3 4 。 厂、1 0 j ： 誊9 5 羹。： 茁| ，： l23468 浓缩倍数 图2 6 浓缩倍数与果胶收率的关系 2 39 乙醇浓度对果胶收率的影响 果胶的沉淀方法通常有两种：酒精沉淀法和盐析法。盐析法是在果 胶溶液中先加入铝盐或铁盐使果胶沉淀，然后再用乙醇沉淀，从而可省去 果胶溶液浓缩工艺，具有乙醇用量少、能耗小、综合成本相对较低等优点。 但工艺要求严，难以控制，不利于大工业化生产的实施，并且若控制不好 易生成低甲氧基果胶或产品质量不好。酒精沉析法是将果胶溶液浓缩后， 用乙醇沉淀果胶，所得果胶纯度高、色泽好、质量优、生产工艺容易控制， 有利于大工业化生产的实施，缺点是乙醇耗量相对较大，综合成本相对较 高，可通过乙醇的回收再利用降低生产成本。 我们采用乙醇沉淀法沉析果胶。果胶不溶于乙醇等与水可混溶的有 机溶剂，因此，用这类溶剂可从提取液中将果胶沉淀出来。各种醇类为常 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取工艺研究 用溶剂，考虑到甲醇的毒性，丙醇、异丙醇、丁醇的来源、价格、回收难 易以及用于食品的添加剂的规格要求等因素，我们选用食用级乙醇作为果 胶沉淀剂。 以上述的四倍浓缩样为样品，用不同浓度的乙醇进行果胶的沉淀， 果胶收率与乙醇浓度的关系见图2 7 。 1 2 1 0 琶8 篓e 垡4 眯2 0 3 04 05 06 07 09 0 乙醇浓度( ) 图2 7 乙醇浓度与果胶收率的关系 随乙醇浓度增大，果胶收率明显增加。当乙醇浓度大于5 0 一6 0 时， 果胶收率反而随乙醇浓度的增大而有所下降。因此，乙醇浓度以5 0 一6 0 为宜。 2 3 1 0 正交实验考察：四因素三水平 在酸提果胶的过程中，影响果胶水解的因素很多，有原料的选择、粉 碎粒度、提取酸度、时间、提取温度以及料液比等p 。传统的盐酸提取法 中，p h 、时间、温度、料液比对水解的影响最大。 在单因子实验的基础上，用正交实验方法优化温度、p h 、时间、料 液比4 个因素，以获得最佳水解条件。各因素水平表见表2 5 分别称取5 5 克( 清洗后约5 0 克) 4 0 目的大豆皮，清洗后按表2 5 料液 比数据加入蒸馏水，用盐酸按表2 5 所示的p h 值调p h 值为1 5 ，在电 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取工艺研究 热炉中加热至表2 5 所列的反应温度，分别放于相应的的电热恒温水浴槽 中，在电热恒温水浴槽中反应1 小时后取出，冷却，用尼龙布过滤，滤液 用氢氧化钠调p h 值为3 4 ，然后加入等体积的9 5 的酒精，搅拌均匀， 静置4 小时。用抽滤设备过滤，分离出粗果胶，再用9 5 酒精洗涤，在 4 5 。c 的恒温干燥箱干燥，称重。数据列于表2 5 。 表2 5 正交实验图 医l 素反应温度料液比 p h 值 反应时间实验结果 实验1 7 58l54 0l 】2 实验2 7 51 2205 078 5 实验37 5 1 5256 03 f 3 7 实验48 58204 090 1 实验5 8 51 2254 054 1 实验68 5 15155 0l l8 9 实验7 9 58525 078 3 实验8 9 51 2 156 01 3 实验9 9 51 52 04 01 06 均值1 7 4 7 393 4 71 2 0 3 089 2 3 均值28 7 7 08 7 5 390 0 791 9 0 均值3 1 03 3 084 7 355 3 784 6 0 表2 5 中的实验结果一项为实验控制指标，表中计算出了各因素的均 值。为直观地反映各因子对指标的影响，做出因子与实验指标的关系曲线， 见图2 - 8 。 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取t 艺研究 图2 _ 8 果胶提取正交实验趋势图 由图2 8 可知，p h 的极差最大，因而图形的波动最大，对实验指标 的影响也就越大。反应时间的极差最小，其图形波动也最小。影响果胶 提取收率各因素的主次顺序为： 主一一一一次 p h反应温度料液比反应时间 由图2 培可以看出，从大豆皮中提取果胶的最佳条件是提取温度9 5 、提取时间5 0 分钟、提取p h 值1 5 和料液比1 ：8 。从图2 _ 8 还可以 看出，时间和料液比对果胶的提取收率影响不大。果胶产率随着提取温 度的升高而增加，随着p h 值的增加而迅速减少。 2 4 小结 本章通过单因素及正交实验分析，讨论了果胶的酸提取工艺中各因 素对果胶提取收率的影响，结论如下： 1 、大豆种皮应进行预清洗和浸泡过程，清洗有利于提高果胶的质 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章大豆种皮果胶的酸提取工艺研究 量，浸泡溶胀细胞壁，有利于果胶的提取，在浸泡液p h 为2 0 时浸泡 2 4 小时即可； 2 、单因素分析及正交实验表明：酸提取工艺中，p h 对果胶收率的 影响最大，其它依次为反应时间、料液比、反应时间；果胶提取的最佳 条件是：提取温度为9 5 、提取液p h 为1 5 、提取时间为5 0 r a i n 、料液 比为l ：8 ： 3 、提取液浓缩工艺有利于果胶的沉淀和过滤，浓缩倍数为34 时， 果胶收率最高； 4 、果胶沉析工艺中，果胶收率随乙醇用量的增加先提高后降低，乙 醇的最佳浓度为5 0 一6 0 。 石油大学( 华东) 硕士论文 第3 章果胶分析 第3 章果胶分析 在上一章，我们对盐酸提取大豆种皮果胶的提取工艺进行了研究， 得到了较佳的果胶提取工艺。从2 0 0 0 年开始国际上才有有关大豆种皮 果胶的研究开发报道，到目前为止，仅有l 项专利和不到5 篇公开文 章，而我国关于从大豆种皮中提取果胶的研究未见报道。因此，有关 大豆种皮果胶性质的数据很少，并且，不同产地、不同成熟程度、不 同存放时间的大豆种皮中果胶的含量和性质会有所不同。 果胶的性质决定果胶的应用。果胶就其应用而言通常分为高酯果 胶和低酯果胶，两类果胶的应用领域不同。大豆种皮果胶做为果胶中 的新品种，为定位其应用范围和拓展其应用领域，必须对大豆种皮果 胶的性质进行研究，本章将对所提取的大豆种皮果胶的性质如果胶中 半乳糖醛酸含量和酯化度等进行分析。 3 1 用重量法和分光光度法测定果胶半乳糖醛酸含量 3 11 重量法测定果胶半乳糖醛酸含量 ( 1 ) 主要试剂 0 1 n 氢氧化钠溶液：称取4 克化学纯氢氧化钠加水溶解，然后稀 释至1 0 0 0 毫升。 1 n 醋酸溶液：取5 8 3 毫升化学纯冰醋酸，加水稀释至1 0 0 0 毫升。 o ，1 mc a c l ，溶液：称取5 5 克分析纯无水氯化钠，加水溶解后， 稀释至5 0 0 毫升。 2 m c a c i ，溶液：称取1 1 0 9 9 克分析纯无水氯化钙，加水溶解后， 稀释至5 0 0 毫升。 f 2 ) 实验方法 取0 0 5 9 盐酸提取的果胶混合样品，其量相当于能生成果胶酸钙 约2 5 毫克。将果胶放入1 0 0 0 毫升烧杯中溶解，中和后，加水至3 0 0 石油大学( 华东) 硕士论文第3 章果胶分析 毫升，加入o 1 n 氢氧化钠1 0 0 毫升，充分搅拌，放置过夜以皂化之( 脱 去甲氧基，使生成果胶酸钙) 。加入1 n 醋酸溶液5 0 毫升。5 分钟后， 加入0 1 m 氯化钙溶液2 5 毫升，然后，一边滴加2 m 氯化钙溶液2 5 毫 升，一边充分搅拌。放置l 小时后，加水煮沸5 分钟，趁热以直径为 1 5 厘米的折叠滤纸过滤，用热水洗