海南菠萝蜜果皮中果胶的提取及性质研究.doc

琼州学院本科毕业论文 (设计)2013年度本科生毕业论文（设计）海南菠萝蜜果皮中果胶的提取及性质研究学 院： 理工学院 专 业： 化 学 年 级： 09 级 学生姓名： xxx 学 号： sss 导师及职称： xxxx讲师 2013年5月2013Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate Hainan jackfruit pectin extraction and properties of the skinDepartment: School of science and technologyMajor: Chemistry Grade: 2009Students Name: Student No.: Tutor: Li Finished by June, 2013毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解琼州学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名：日期： 日期： 毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单姓名职称单位备注摘要果胶是一种新型，天然，功能型的食品添加剂，是食品添加剂联合委员会推荐的公认安全的食品添加剂。果胶作为凝胶剂广泛用于生产果酱，果冻，果脯，蜜饯，软糖，烘烤食品与饮料，还可以作为增稠剂和稳定剂，此外它还可能被作脂肪替代品，菠萝蜜果皮中富含果胶类物质是较好的果胶资源，从菠萝蜜果皮中提取果胶可以起到资源的充分利用，变废成宝，这对海南菠萝蜜的深入研究及开发利用有着很重要的意义。文中以海南菠萝蜜皮为原料采用乙醇沉析法在料液比为1:10，pH分别为1.00、2.00、3.00、4.00，提取时间分别为1h、1.5h、2h、2.5h，提取温度分别为65、75、85、95。通过控制因素确定最优的工作条件。结果表明提取最佳工艺参数为：pH值为1.00、提取温度为75、提取时间为2h。通过控制因素确定最优的工作条件。主要研究结论如下：（1）实验提取过程中，随着温度的升高，果胶得率不断增加，但温度过高会造成果胶降解，同时果胶溶液颜色逐渐加深，因此提取的最佳温度为75。（2）随着提取时间的延长，果胶产率不断增加，本实验中在2h提取率最高，2.5h后果胶得率逐渐不明显，说明时间过长果胶会分解。（3）pH值对果胶产率影响显著， pH值过高使得提取率较低，本实验表明最佳pH值为1.00。（4）同时通过实验得菠萝蜜果胶在pH值为2时溶解度为80.2%、pH值为4时溶解度为83.7%、pH值为6时溶解度为86.7%、pH值为8时溶解度为81.5%。也测得果胶的酯化度为84.5%。关键词：菠萝蜜；果胶；溶解度；酯化度 ABSTRACTPectin is a new kind, natural, functional food additives, food additives is recommended by the joint commission recognized safe food additive. Pectin as gels are widely used in the production of jams, jellies, preserved fruit, candied fruit, jelly, and roast food and drink, also can be used as a thickener and stabilizer, in addition it may also be as fat substitute, jackfruit are rich in pectin class material in the skin, is a better pectin resources, extracted from jackfruit peel pectin can rise to make full use of resources, waste ChengBao, this in-depth research and development and utilization of hainan jackfruit has very important significance. Hainan jackfruit skin as raw materials using ethanol is used to sink chromatography in the solid-liquid ratio of 1:10, pH 1.00, 2.00, 3.00, 4.00, respectively, extracting time 1.5 h, 1 h, 2 h, respectively, 2.5 h, extraction temperature, respectively, 65 , 75 , 85 and 75 . By controlling the factors that determine the optimal working conditions. Results showed that the optimum process parameters for extraction: the pH value of 1.00, extraction temperature is 75 , the extraction time is 2 h. By controlling the factors that determine the optimal working conditions. Main research conclusion is as follows: (1) Experimental extraction process, with the increase of temperature, pectin yield increasing, but the temperature is too high will cause the pectin degradation, and the pectin solution gradually deepened, so extracting the best temperature is 75 .(2) With the extension of extracting time, the pectin yield increased, the extraction yield is highest in this experiment in 2 hours, 2.5 h pectin yield is not obvious gradually, that time is too long will pectin decomposition. (3) The pH influence on pectin yield significantly, the pH is too high makes the extraction yield is low, the experiments show that optimum PH value of 1.00. (4) At the same time, through the experiment to jackfruit pectin solubility when pH value is 2 80.2%, pH value of 4 solubility of 83.7%, when the pH value is 6 solubility was 86.7%, pH value is 8 solubility was 81.5%. Also measured the esterification degree of pectin is 84.5%.Keywords: Jackfruit; Pectin; Solubility; Esterification degree; dry moisture目 录第一章 前言1页1.1菠萝蜜概述1页1.2果胶的结构与性质1页1.3果胶的应用1页1.4提取果胶的方法1页1.4.1螯合剂法2页1.4.2酸提取法2页1.4.3超声波提取法2页1.4.4乙醇沉析法3页第二章 实验部分4页2.1引言4页2.2仪器和试剂4页2.3果胶的制备4页2.3.1工艺流程4页2.3.2实验步骤5页2.4酯化度DE的测定5页2.5溶解度的测定6页第三章 结果与讨论7页3.1 pH值对产率的影响7页3.2提取时间对产率的影响7页3.3提取温度对产率的影响8页3.4果胶的酯化度10页3.5果胶的溶解度10页第四章 结论11页参考文献12页致谢13页琼州学院本科毕业论文 (设计)第一章 前言1.1 菠萝蜜概述菠萝蜜是属于桑科乔木树种的，别名有木菠萝，树菠萝，果实硕大，素有“热带珍果”之称，是著名的热带水果1。菠萝蜜热能较高，果实富含矿物质，维生素A，维生素C等。具有独特风味，其种子也可经煮熟后食用，果皮和树叶乃优良性牲畜饲料，木材十分珍贵，不怕白蚁蛀食2。菠萝蜜原产印度，目前在缅甸、泰国、斯里兰卡、印度尼西亚、菲律宾、澳大利亚、孟加拉国等热带国家均有栽培。中国引入菠萝蜜已有一千多年历史，现广东、广西、海南、云南、福建和四川南部以及中国台湾省均有栽培。以海南种植最多，其它地区多为分散性栽培。菠萝蜜作为一种优良的热带果树，受到国内外诸多学者的重视，并对其展开了多方面的研究3。1.2 果胶的结构与性质果胶是一种胶体性多糖类化合物，其结构单元为D-吡喃半乳糖醛酸，以1，4-糖苷键连接成长链状，通常以部分甲酯化状态存在，在果胶物质的主链上还有其他糖类，包括L-阿拉伯糖、D-半乳糖、D-山梨糖、L-鼠李糖，分子量为10,000400,000，相应的聚合度超过1,000单位。它存在于高等植物的叶、根、茎、果实的细胞壁内，与植物细胞彼此黏合在一起，尤其在果实和叶中的质量分数较多，果胶是胞间层黏连细胞的主要成分4。同时它还具有良好的胶凝化和乳化稳定作用，颜色为白色至黄褐色，几乎无臭、无味，口感粘滑，溶于热水，在冷水中微溶，需要强力搅拌作用下方可溶，不溶于乙醇5。1.3 果胶的应用果胶是一些药物、保健品以及化妆品不可缺少的辅助原料 6。它还作为一种新型，天然，功能型的食品添加剂，是食品添加剂联合委员会推荐的公认安全的食品添加剂。果胶作为凝胶剂广泛用于生产果酱，果冻，果脯，蜜饯，软糖，烘烤食品与饮料，还可以作为增稠剂和稳定剂，此外它还可能被作脂肪替代品7。1.4 提取果胶的方法果胶以原果胶、果胶酸及盐的形态广泛存在于植物组织中。原果胶是不溶于水的物质，但可在酸、碱、盐等化学试剂或酶的作用下，分解转化成水溶性果胶。第一章 前言果胶的提取即是不溶性果胶转变为可溶性果胶和可溶性果胶向液相转移的过程。果胶的提取方法主要有螯合剂法酸提取法、酸提取法、超声波提取法、乙醇沉析法等。1.4.1 螯合剂法螯合剂法是通过螯合剂与植物组织中的高价阳离子如钙等螯合,从而使果胶能够溶出更完全更迅速,提取率升高。离子交换树脂是一种提取果胶时常用的螯合剂,同时它对果胶中影响色泽的金属离子、色素和一些杂质也有去除的作用,从而得到品质更优良的果胶。此种方法,对果胶提取的影响条件除了料液比、温度、时间、pH等,离子交换树脂的用量是关键。戴玉锦等使用占干橙皮重5%的732型阳离子交换树脂,得到了22.55%的果胶。张燕等使用占南丰蜜桔皮干皮重10%的0.037树脂用量,得到了15.236%的果胶。封红梅等使用占柑橘皮干粉重4%的强酸性苯乙稀系阳离子交换树脂,纯化后仍能得到18.88% 果胶。除离子交换树脂外,还常用一些其他的螯合剂如草酸铵、EDTA等。王媛莉等使用草酸铵质量浓度8g/L和液料比50:l(mL/g),并采用超声波辅助提取豆腐柴中的果胶。黄永春等使用0.45%浓度的草酸铵,果皮质量与草酸铵体积比为1: 35,并结合了逆流萃取法使得西番莲果皮中果胶的提取率升高了1.6%。螯合剂法提高了果胶生产率,工艺简单尤其是离子交换树脂法得到的产品质量较高,但其涉及到的回收利用以及对自然环境的影响问题还没有得到有效解决,而EDTA和草酸铵的产品品质不如离子交换树脂理想。同时加入的螯合剂量与提高的产率相比,对成本的节约并没有很大贡献8。1.4.2 酸提取法酸提取法是一种最常用的果胶提取方法，原理是利用果胶耐酸的性质，用热的酸性水溶液使原料中的不溶性果胶转化成水溶性果胶分散到水中，目前国内外生产果胶多用此法。El-Nawawi等人用热的无机酸提取橘皮中的果胶，通过优化实验得到高得率和低降解度的提取条件。Canteri-schemin等人在用柠檬酸提取了苹果渣中的果胶，优化了柠檬酸提取苹果渣果胶的提取条件。宁海凤等人用混合酸提取了豆腐柴叶中的果胶，结论证明混合酸可以提高果胶得率，同时对果胶提取液的颜色有所改善，有利于后续脱色处理9。1.4.3 超声波提取法天然物中的果胶往往包埋在有表皮保护的细胞壁及液泡内，而超声波可使细胞破碎，溶出植物有效成分。与传统提取法方法相比，超声波提取法提取时间短、产率高、无需加热。张初署等对菠萝皮渣果胶超声波提取工艺条件进行研究。果胶得率作为测定指标，通过正交实验，确定了菠萝皮渣果胶最佳提取工艺条件。结果最佳提取条件为：草酸铵浓度0.4、料液比140、pH=5.0、温度70、超声波频率47kHz、提取时间90min，菠萝皮渣中的果胶提取率达到90%10。1.4.4 乙醇沉析法醇沉淀法是普遍使用的工业化方法，此方法只要是在酸性条件下通过水解破坏原果胶与多糖分子之间的相互链接得到游离的果胶，再依据果胶不溶于醇类的特点，将大量的醇加入果胶的水溶液中，一般将果胶提取液进行浓缩，再添加乙醇，使果胶沉淀，然后过滤得到果胶沉淀物。 2第二章 实验部分第二章 实验部分2.1 前言本实验采用乙醇沉析法提取果胶，果胶的提取是通过酸解将不溶性果胶转化为可溶性果胶转移入液相，再通过乙醇将果胶物质沉淀出来的过程。但由于植物细胞中含有大量酶，酶可将果胶物质分解成单糖，因此灭除酶，抑制果胶物质分解是制备果胶重要的一个步骤。同时pH值、提取温度和提取时间也影响着果胶的提取率，本实验部分使用不同的pH值、不同的提取时间及不同的提取温度研究果胶的提取率，也对果胶的性质做了初步的探索。2.2 仪器与试剂仪器：RE-52旋转蒸发器 （上海亚荣生化仪器厂）SHB-循环水式多用真空泵 （郑州长城科工贸有限公司）DZF-OB真空干燥箱 （金坛市盛蓝仪器制造有限公司）HH-Z数显恒温水浴锅 （金坛市盛蓝仪器制造有限公司）CP214型电子分析天平 （奥豪斯仪器上海有限公司制造）PHS-2F型pH计 （上海精科）DHG-9245A电热恒温鼓风干燥箱 （金坛市盛蓝仪器制造有限公司）TGL-18C台式离心机 （金坛市盛蓝仪器制造有限公司）试剂：乙醇（AR） (西陇化工厂有限公司)盐酸（AR） (广州化学试剂厂)氢氧化钠（AR） (西陇化工厂有限公司)2.3 果胶的制备2.3.1 工艺流程 图21 工艺流程图2.3.2 实验步骤（1）菠萝蜜果皮的处理，取新鲜成熟的菠萝蜜皮切为小块，取20g用清水浸泡洗涤后，在90的热水中热烫30分钟以钝化酶，再用冷水冷却清洗，以除去菠萝蜜中的色素糖类及一些杂质，并压挤以除去大部分水分。（2）酸解提取，按1:10的质量体积比加入纯水，用1mol/L的盐酸调pH值，在不同提取温度及不同提取时间为研究对象对处理好的原料进行酸解提取。（3）抽滤，分离菠萝蜜皮渣和提取液。（4）减压蒸馏，通过减压浓缩上述过滤所得的提取液至原过滤液体积的一半左右，等体积加95乙醇进行沉淀析出，然后静置40min。（5）抽滤，抽滤沉淀析出的果胶。（6）干燥并称量，把所得果胶置于55左右在真空干燥箱中干燥果胶，并称量所得果胶的重量。 （7）结果计算，见式2-1 （2-1）2.4 酯化度(DE)的测定称取菠萝蜜果皮0.5g果胶移入250mL锥形瓶中，用2mL乙醇润湿，加入100mL的纯水，用瓶塞塞紧，不断地振荡，使样品全部溶解。加入5滴酚酞，用0.1 mol/L 的氢氧化钠标准溶液进行标定，记录所消耗氢氧化钠的体积V1即为初滴定度。继续加入20mL、0.5 mol/L的氢氧化钠标准溶液，加塞后振荡15 min，加入20mL、 0.5mol/L的盐酸溶液，振摇至粉红色消失为止。然后加入3滴酚酞指示剂，用0.1 mol/L氢氧化钠溶液滴定至呈微红色。记录所消耗氢氧化钠的体积V2，即为皂化滴定度，平行三组实验，计算公式为： （2-2） 4第二章 实验部分式中V1表示样品溶液的初滴定度，mL；V2表示样品溶液的皂化滴定度，mL；DE表示果胶的酯化度%。2.5 溶解度的测定取菠萝蜜皮果胶0.5g于100mL的烧杯中，加入50mL的蒸馏水，用0.1mol/L的盐酸溶液和0.1mol/L的氢氧化钠溶液把果胶液的pH值调至28，在40下保30min后于25、3000/min条件离心20min，取上清液置于已恒重的烧杯中，然后将其放入90 的水浴锅中蒸干，在105 的电热恒温鼓风干燥箱中烘干至恒重，并按下式计算果胶的溶解度，计算公式为： （2-3）式中G1表示上清液烘干的重量,g ；G2表示果胶产品的干重,g。第三章 结果与讨论3.1 pH值对产率的影响本实验以20g菠萝蜜皮为原料，料液比为1:10、提取时间为1h，提取温度为为65，pH值分别为1.00、2.00、3.00、4.00时，pH值对产率的影响，得到的实验数据列入表3-1。并以果胶的产率对pH值作图如图3-1。表3-1 pH值对果胶产率的影响料液比 pH值提取温度（）提取时间（h）产率（）1:101.0065120.21:102.006515.71:103.006511.3 6第三章 结果与讨论1:104.006510.5从表31中可以看出pH值对果胶的产率影响很大，根据实验的实际情况我们选择pH值为1.00的值作为果胶提取的最优值。图31 pH值对果胶提取率的影响由图3-1可以看出随着pH值的升高，果胶产率的下降幅度明显增大。这是因为提取液在一定酸度的范围内，可以使果胶充分的水解释放出来。pH值过高时，果胶稳定性下降，易水解导致含量急剧下降。实验结果表明，菠萝蜜皮果胶提取最适pH值为1.00。3.2 提取时间对产率的影响本实验以20g菠萝蜜皮为原料，料液比为1:10、提取温度为65、提取的pH值为1.00，提取的时间分别为1h、2h、2.5h、3h时，提取时间对产率的影响，得到的实验数据列入表3-2。并以果胶的产率对提取时间作图如图3-2。表3-2 提取时间对果胶产率的影响料液比提取时间（h）提取温度（）pH值产率（）1:101651.0020.21:101.5651.0021.81:102651.0023.51:102.5651.0010.3从表3-2中可以看出在其他因素不变的条件下提取时间为2h时所得的产率最高，根据实验的实际情况选择提取时间为2h作为果胶提取的最优值。图32 提取时间对果胶产率的影响由图3-2可知，在12h之间果胶产率逐渐升高，这是由于提取时间过短，菠萝蜜皮中的果胶不能充分的溶解于水中，果胶产率就相对低；提取时间大于2h后，果胶产率逐渐下降，这是由于提取时间过长，菠萝蜜皮中的果胶在溶液中被水解，造成果胶产率下降。由此可知，果胶提取过程中的最佳提取时间为2h。 83.3 提取温度对产率的影响本实验以20g菠萝蜜皮为原料，料液比为1:10、提取时间为2h、提取的pH值为1.00，提取温度分别为65、75、85、95时，提取温度对产率的影响，得到的实验数据列入表3-3。并以果胶的产率对提取温度作图如图3-3。表3-3 提取温度对果胶产率的影响料液比提取温度（）提取时间（h）pH值产率（）1:106521.0023.51:107521.0031.41:108521.0024.51:109521.007.5从3-3表中可以看出在其他因素不变的条件下提取温度为75时所得的产率最高，根据实验数据的实际情况选择提取温度为75作为提取果胶过程中的最优值。图3-3 提取温度对果胶提取率的影响由图3-3可知，当其他提取条件指定时，在6575范围内,果胶提取率随提取温度的升高而升高；这是因为在适度的温度范围内，菠萝蜜果皮中的果胶充分溶解于水中。7595之间，果胶产率随提取温度的升高果胶的产率而下降，这是因为果胶在高温下，容易裂解导致产量下降。实验表明，果胶的提取温度应该控制在75为宜。3.4 果胶的酯化度表3-4 果胶的酯化度次数123平均值酯化度（%）85.782.485.384.5由表3-4可得出果胶酯化度的平均值为84.5%，属于高酯果胶。3.5 果胶的溶解度表3-5 不同pH值下果胶的溶解度pH值2.004.006.008.00溶解度(%)80.283.786.781.5由表3-5可见，酸度对于菠萝蜜皮果胶的溶解性影响并不显著，果胶的溶解度主要受提取过程和干燥过程的影响，在提取过程中一些杂质的存留对溶解度有一定的影响。在干燥过程中，果胶分子间的羧基和羧基、羟基和羟基、羧基和羟基会形成氢键等。由于这些氢键的结合使果胶在干燥后牢固结合在一起，因而把果胶放入水中时，水分子与果胶分子的作用力不易于破坏果胶大分子之间的相互作用力，从而使果胶的溶解度降低。 10 琼州学院本科毕业论文 (设计) 12 第四章 结论从实验得出当料液比为1:10、提取温度为65、提取时间为1h的研究条件下，pH值为1.00时果胶产率为20.2%，pH值为2.00时果胶的产率为5.7%，pH值为3.00时果胶的产率为1.3%，pH值为4.00时果胶的产率为0.5%，从这些数据可得出在pH值为1.00、2.00、3.00、4.00这四个不同的pH中得出最佳的pH值为1.00。当料液比为1:10、提取温度为65、pH值为1.00的研究条件下，提取时间为1h时果胶产率为20.2%，提取时间为1.5h时果胶产率为21.8%，提取时间为2h时果胶产率为23.5%，提取时间为,2.5h时果胶产率为10.3%，从这些数据可得出在提取时间为1h、1.5h、2h、2.5h这四个不同的提取时间中得出最佳的提取时间为2h。当料液比为1:10、提取时间为2h、pH值为1.00的研究条件下，提取温度为65时果胶产率为23.5%，提取温度为75时果胶产率为31.4%，提取温度为85时果胶产率为24.5%，提取温度为95时果胶产率为7.5%，从这些数据可得出在提取温度为65、75、