果胶的提取分离.doc

长春理工大学毕业论文编号 本科生毕业论文果胶的提取分离The Extraction and Separation of the Pectin 学生姓名专 业学 号指导教师学 院生命科学技术学院二一三年六月23毕业设计（论文）原创承诺书1本人承诺：所呈交的毕业设计（论文） 果胶的提取分离 ，是认真学习理解学校的长春理工大学本科毕业设计（论文）工作条例后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。2本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。3在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。4本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内容。以上承诺的法律结果将完全由本人承担！作 者 签 名： 年 月日长春理工大学毕业论文摘 要从目前我国柑橘皮加工程度来看，综合利用加工水平极为落后，几乎所有的柑橘皮都是直接被丢弃，既造成了大量的资源浪费，又带来了环境的污染。然而，柑橘皮中的果胶含量特别高，果胶质量较好，具有良好的开发利用价值。因此，从柑橘皮中提取果胶，生产出优质果胶，将具有较好的经济和社会效益。 果胶生产目前在我国尚处于起步阶段，主要原因是传统的用酒精沉淀的生产方法成本过高，而低成本的盐析方法在技术上还不成熟。本研究立足于这一现状，以干燥后的柑橘皮为研究材料，采用酸解盐析法对柑橘皮中果胶的提取工艺及纯化技术进行研究，主要包括萃取剂的选择、提取果胶最佳工艺参数的确定、脱色方法的比较、糖和蛋白质脱除方法的初步尝试、盐析法沉淀果胶工艺参数确定、脱盐条件等。关键词：柑橘皮 果胶 分离提取 酸解法 盐析AbstractMore and more orange peel has turned out to be a problem of waste of resourse and environmental pollution. view of the current level of processing point of orange peel in China, utilization level of processing is extremely backward, almost all of the orange peel is discarded directly, both caused a large waste of resources and environmental pollution. However, orange peel contents high and good quality pectin particularly. It has good utilization value. So, extracting pectin from orange peel and producting high-quality pectin is of great economical and social significance. At present，the production of pectin in China is still lagging. Because the traditional production in which alcohol is the precipitant costs higher，but the technology of salting out which costs lower is not prefect. Based upon the present condition，we studied the extracting and purifying technology about pectin from orange peel. It involved the following aspects: choosing the optimal acidolysis reagent，determining the optimal parameters of extracting technology of pectin，comparing the effect of pectin decoloration，attempting the methods of purification，determining the optimal Parameters of technology of pectin precipitation with salt，determining the condition of desalting and so on.Keyword: orange peel; pectin;separation and extraction;acid hydrolysis method; salting目 录摘要IAbstract第1章 绪论.11.1 柑橘资源的概述.11.2 果胶的研究开发状况1第2章 柑橘皮预处理的研究52.1 主要的实验试剂及设备52.2 实验内容及方法5第3章 果胶提取工艺的研究93.1 材料与方法93.2 实验内容及方法9第4章 果胶的分离纯化17第5章 结论19参考文献21致谢23第1章 绪论1.1 柑橘资源的概述柑橘皮渣资源巨大，但是浪费严重，而且污染环境，函待综合利用。食品生产工业上需求量极大的果胶能大量转化柑橘皮渣资源，是提高其附加值的首选。目前我国柑橘年产量1600万吨，居世界第二位。在柑橘总产量中，用于加工的柑橘果实在美国占75%，巴西占69%，中国仅为5%1。随着我国食品工业的发展，柑橘加工业必然快速增长。柑橘类果实榨汁后会产生40%-50%的皮渣2。据计算，目前我国伴随果汁榨汁，产生32万吨的柑橘皮渣，随着柑橘种植和加工业的发展，这个数字还会增长。传统加工业将这些皮渣进行填埋处理或加工成动物饲料。皮渣极易霉变发臭，绝大部分柑橘皮渣因霉烂变质而被丢弃，对环境造成严重污染，而加工成饲料通常需要干燥处理，耗费大量能源，转化率低。一个中型橙汁加工厂，一天就有10多吨柑橘皮渣排放，因此要支付相当大的一笔环保费用。为此，世界上许多国家对柑橘副产品加工利用途径都进行了探讨和尝试3,4。柑橘生产大国如巴西、美国早在20世纪初对柑橘的综合利用开发就非常重视，除制成果汁外，还利用大批废料皮渣制成桔皮营、果胶、活性炭等一系列副产品而不留下任何废弃物，经济效益甚高5。所以，对柑橘皮渣的综合利用迫在眉睫。如果将这一资源加以综合利用，就会变废为宝，减少环境污染，还可极大地提高柑橘产业的经济效益。开发柑橘皮深加工产品不仅促进了经济的发展，也促进了农业效益的提高，对于摆脱我国农业低效益、低产值状况是一种有效的途径。1.2 果胶的研究开发状况1.2.1 果胶的概述果胶是植物中的一种酸性多糖物质，它通常为白色至淡黄色粉末，稍带酸味，具有水溶性，工业上即可分离，其分子量约5万-30万，主要存在于植物的细胞壁和细胞内层，为内部细胞的支撑物质。在适宜条件下其溶液能形成凝胶和部分发生甲氧基化（甲酯化，也就是形成甲醇酯），其主要成分是部分甲酯化的-1,4-D-聚半乳糖醛酸。残留的羧基单元以游离酸的形式存在或形成铵、钾钠和钙等盐。柑橘、柠檬、柚子等果皮中约含30%果胶，是果胶的最丰富来源。1.2.2 果胶的功能与应用 果胶在食品工业上的应用：果胶是高档的天然食品添加剂和保健品，果胶在食品中作胶凝剂、增稠剂、稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增香增效剂，果胶在医药保健品中可显著降低血糖、血脂，减少胆固醇，疏通血管。果胶对糖尿病、高血压、便秘、解除铅中毒都存有明显作用，果胶并可用于化妆品，对保护皮肤、防止紫外线辐射、冶疗创口、美容养颜都存一定的作用。果胶用途：在果酱、果子冻、果冻的制作中起胶凝作用，成品细腻，富有弹性和韧性，增加香味，使口感爽滑。棒冰、冰淇淋：起乳化稳定作用，成品口感细腻，滑爽。酸奶，乳酸菌，果汁：起稳定，增稠作用，可延长制品的保存期，具有天然水果风味。熔烤食品：提高面团的透气性，增强口感。延长保质期。果胶软糖：使软糖晶莹透明，富有弹性，不粘牙，酸甜可口6。 果胶在医疗上的作用：医学界研究发现，果胶具有以下几方面功效7：黏附重金属离子，清除体内毒素；促进小肠蠕动，缓解习惯性便秘；吸收肝脏分泌的消化液，降低血清胆固醇含量；延缓胰岛素消失，调节血液浓度；刺激内源生长因子产生，加速溃肠面的愈合；引起胞浆内空泡样变，导致菌体破裂死亡；抑制癌细胞的聚集，阻止其扩散转移等。研究认为果胶具有良好的抗腹泻、抗癌、减肥、降低血糖和胆固醇、治疗糖尿病和心血管硬化及延长抗菌素的作用，在医药工业上通常用果胶来制造轻泻剂、止血剂、血浆代用品、毒性金属解毒剂等，防止血液凝固、肠出血、治疗便秘及作为金属中毒时的解药等8。1.2.3 果胶的提取工艺(1) 酸解法 这是工业生产果胶最普遍的方法。根据果胶在稀酸中加热可转变为水溶性果胶的原理，将原料粉碎、漂洗后加入适量的水，用酸将溶液pH调至2.0左右，在80-90范围内加热抽提一段时间，将大部分果胶提取出来。所用的酸多是硫酸、盐酸、磷酸等无机酸，为了改善果胶成品的色泽，也可用亚硫酸。酸提取过程中存在一些难于避免的缺点，如果胶分子易发生局部水解，致使果胶分子量降低，从而影响果胶的产率和质量，同时提取时的温度、pH、时间、酸的种类、固液比在不同的工艺中变化很大。但该方法操作简单、生产成本低、适用性强。(2) 离子交换树脂提取法 该法工艺流程是将粉碎后的果渣、离子交换树脂柑橘果渣中果胶的提取及纯化技术研究和水（按1:0.3:30）在pH1.3-1.6制成浓浆液，在搅拌下加热提取，过滤浓浆用酒精、异丙醇等沉淀果胶。在制备果渣与离子交换剂的含水浓浆时，水量太少会延缓果胶的增溶作用，水量太多果胶难以沉淀，以水量为渣重的3060倍为佳。浓浆液在6595加热2h3h，加热时间过长，会降低果胶的得率和胶凝度；温度低于60，则果胶提取效果不好；高于95，果胶分子发生降解。离子交换树脂的用量为渣重的30%-40%。所用离子交换树脂必须在100不发生降解、在中等酸性条件下不发生水解。但该法生产成本高，目前生产中使用较少。(3) 微生物法 阪井拓夫等经试验发现，帚状丝抱酵母及其变异株能从植物组织中分离出果胶。其原理是将帚状丝抱酵母接种到植物组织中，经过静止、搅拌、振荡培养或者在酵母培养基中培养后，用所得的培养液或该培养液的提取物作用于植物组织，随着微生物的产生，产生了使果胶从植物组织中游离出来的酶，这种酶能选择性的分解植物组织中的复合多糖体，从而可有效地提取出植物组织中的果胶。通常是在原料中加入2倍的水，接入帚状丝抱酵母菌种，在30左右发酵15h-20h，利用酵母产生的果胶酶将果胶分解出9,10。该法要求的工艺条件较严格。(4) 草酸铵提取 N. Shibuga等采用草酸铵提取果胶，将果皮洗净，用0.25%的草酸铵溶液在90处理24h，过滤得果胶提取液。此法可使不溶性果胶酸钙转化为可溶性铵盐，Ca2+以草酸钙沉淀的形式除去。亦可用鳌合剂六偏磷酸钠，使不溶性果胶的溶解性增加，效果较好，但周期较长。(5) 微波萃取法 柑橘果皮、苹果皮渣、向日葵托盘中均含有果胶。果胶含量特别高的是柚皮，其不但果胶含量丰富，而且提取的果胶凝胶强度也高。我国是柑桔的主要产地之一，从柚皮中提取果胶产量高、成本低、效果好，具有较高的经济效益和社会效益。柚皮果胶的提取主要采用喷雾干燥法、酒精沉淀法、离子交换法和盐析法等。与其他方法相比，微波工艺操作时间短，溶剂耗量小，并且能极大限度地保留分离组分的天然活性。且没有浓缩步骤，脱钙工艺只需常压加热，工时缩短 1/3 左右，酒精用量节约 2/3；与盐沉淀法相比，此工艺操作容易控制，劳动强度小，产品质量有保证，色泽、溶解性、粘度等更佳。此方法能耗低，在微波加热条件下只需萃取10min，能耗是其他方法的 1/6，具工业化生产前景。1.2.4 果胶的分离方法 乙醇沉淀法 乙醇沉淀法分离果胶，是利用果胶不溶于醇类溶剂的特点，将大量的乙醇加入果胶的水溶液中形成乙醇-水的混合液，将果胶沉淀出来。此方法生产工艺简单，所得果胶纯度高、色泽好、产率高（2030，以干质计），但乙醇用量大，回收时能耗也大，生产成本较高。 盐析沉淀法 盐析法分离果胶常采用铝盐或高价铁盐等作沉淀剂，利用果胶中游离羧基带有与盐溶液中的盐离子相反电荷的特性，通过中和作用产生沉淀。该法可以不用浓缩果胶液而直接沉淀，能耗低，但是产品灰分高，溶解性差，且工艺条件不易控制。目前存在的主要困难是脱盐难，造成果胶品质不高。用铝盐沉淀，果胶产率较低（7左右，以干质计）沉淀颗粒较小、难以分离；用高价铁盐产率较高，但沉淀颜色较深11。赵伟良曾采用铁铝混合溶液提取柑橘皮果胶，相对于单一盐析法，得到的产品沉淀色泽好，产率高。正交试验得到的较佳工艺条件：饱和铁盐与铝盐溶液配比为2:1，p控制在3.8左右，温度为80，沉析时间为1.5。由此看来，混合盐析可以综合两者的优点，可以一定程度地提高产品质量。 膜分离法 膜分离法的原理是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集12。它是一种分子水平上分离技术，将提取得到的粗果胶提取液通过膜来达到果胶与其他物质的分离，再经过干燥即得果胶产品。与真空浓缩相比，膜分离浓缩技术具有能耗低，操作工艺简单，可选择性去除果胶 提 取 液 中 的 糖 分 和 低 聚 物，从 而 提 高 果 胶 的 品质13。目前，发达国家已将膜分离技术开始应用于果胶生产中，中国也已开始这方面的研究。但是膜难于清洗且容易堵塞，价格也较为昂贵，使膜分离技术难以普及。目前中国应用较多的果胶分离方法为乙醇沉淀法和盐析沉淀法。国外大多采用膜分离技术分离果胶。1.2.5 果胶的市场展望果胶是一种水溶性食物纤维，在食品加工等方面有很高价值，果胶有降低胆固醇和血糖的作用，可用于治疗心血管硬化及糖尿病。果胶用途广泛，目前国内外市场销售很好，果胶在轻化工、化妆品和医药行业中正在进一步拓展其应用领域。果胶在食品、化妆品以及医药中用途广泛，国内外需求量很大。作为食品添加剂，以其优良的口感和具有低糖、低热量的性能，在国内外市场上销路很好，在国内外市场上果胶以 45的年增长率发展，但仍供不应求。近年来，国际市场导航的果胶的价格一直居高不下（15-20万元/吨），货源供应较为紧张。有关资料表明：全世界果胶的年需求量约20000t，其中美国就高达4500t。据有关专家预计果胶的需求量在相当长的时间内仍将以每年15%的速度增长。据不完全统计，我国每年约消耗1500t以上，其中从国外进口约占90%，同世界平均水平相比，其需求量仍呈高速增长趋势。果胶主要生产国有丹麦、英国、美国、以色列、法国等，亚洲国家产量极少，特别是消费量约占世界产量10%的日本几乎完全依靠进口，中国国内市场所需果胶大部分从美国和丹麦等国进口14,15。从农副产品中提取果胶，具有很大的经济效益和社会效益。果胶市场需求量大，原料价格较低，果胶是一个发展前景广阔、又适合乡镇企业生产的产品16。第2章 柑橘皮预处理的研究柑橘皮中含有原果胶酶，会对果胶分子产生降解作用，因此在提取果胶之前需要对柑橘皮进行预处理。国外对果胶原料预处理研究比较多，而国内对其研究很少。通过对果胶原料的预处理可以去除里面的苦味、色素、小分子等杂质，最主要的是要灭活果胶酯酶、果胶裂解酶等果胶酶的活性，防止其在提取过程中对果胶进行生物降解。美国研究发现在近100oC下将剁碎的果皮加热不超过10分钟可以破坏果胶酶。日本研究发现通过强酸处理（pH0.1-0.2）同样可以灭活果胶酶17,18。本实验一是研究蒸汽、沸水漂烫、高温烘干（鼓风干燥）这三种灭酶方式，寻求一种有效的灭活各种果胶酶并且可工业化操作的灭酶方式。二是初步研究提橙皮中的橙皮色素工艺，这样既可综合利用橙皮资源，又可以缓解果胶脱色工艺的压力，降低果胶产品中的颜色。2.1 主要的实验试剂及设备2.1.1 实验试剂材料柑橘皮：购于水果批发市场。乙醇（食用级，95%），盐酸。2.1.2 实验设备M20粉碎磨（德国IKA）； RCTbasic磁力搅拌器（德国IKA）；DELrA320pH计（METTLER）；AE2400分析天平（METTLER）；DHG-9145A鼓风干燥箱（上海一恒）；LXJ-nB离心机（上海安亭仪器厂）；恒温水浴锅（上海爱朗仪器有限公司）；12L真空冷冻干燥机（美国LABCONCO公司）；JJ-1电动搅拌器（江苏金坛荣华仪器厂）； BrookfieldDv-lll+流变仪（美国 BrookfieldEngineering）；低温循环槽（MP-20C，上海一恒科技有限公司）等。2.2 实验内容及方法2.2.1 柑橘皮灭酶鼓风烘箱干燥、沸水漂烫两种灭酶处理的橙皮和晒干的橙皮，分别提取果胶，通过对比果胶得率比较三个灭酶方式的优劣。(1) 鼓风烘箱干燥灭酶：取一定量的晒干的橙皮粉于120鼓风干燥10min。(2) 沸水漂烫灭酶：取一定量的晒干的橙皮，沸水漂烫10min后，65烘干，粉碎。三种方式处理过的橙皮，于料液比1:35，pH=2（HCl调节），温度80的条件下，提取90min后，乙醇沉淀，果胶沉淀物真空冷冻干燥后称重。实验结果如图所示，果胶酯酶的灭活程度和果胶的得率有着很大的关系，漂烫处理灭酶效果较为彻底，所以果胶得率最高，比未经任何灭酶处理的晒干原料的得率高3.7%。 图2-1 不同处理方式果胶得率2.2.2 柑橘皮色素提取工艺色素对于温度比较敏感，如果直接用水提可能会造成果胶的损失，所以本课题提取色素采用室温下用食用乙醇提取。2.2.2.1 浸提剂浓度对色素提取的影响称取一定量的橙皮，加入到不同浓度的乙醇溶液中，在40水浴条件下提取一定时间，提取液用相同浓度的提取液稀释10倍，于370nm测吸光度。如图2-2所示，吸光度随着乙醇浓度的增大而增加，乙醇浓度达到95%后，浓度增加，吸光度增加不明显，从经济的角度出发，采用浓度为95%的乙醇作浸提剂比较理想。图2-2 乙醇浓度对色素粗提取物提取率的影响2.2.2.2 料液比对色素提取的影响用95%乙醇为浸提剂，对比1:3、1:4、1:5的料液比对橙皮色素提取得率的影响，用磁力搅拌器1200rpm室温条件下搅拌6h。得率以重量计，提取后的柑橘皮烘干称重，与原柑橘皮相比减少的重量比上原柑橘皮重量为色素提取得率。实验结果如图2-3所示，色素提取率随液料比的增加而增大，选取料液比1:4时，色素提取率变化曲线出现拐点，此时色素粗提物的提取率为22.7%，出于节约成本的考虑，选取料液比为1:4。 图2-3 料液比对色素粗提取物提取率的影响曲线2.2.2.3 提取时间对色素提取的影响用95%乙醇为浸提剂，对比于1:3料液比，室温条件下，用磁力搅拌器1200r/m搅拌4h、6h、8h、10h后，色素得率的变化。得率以重量计，提取后的柑橘皮烘干称重，与原柑橘皮相比减少的重量比上原柑橘皮重量为色素提取得率。实验结果如图所示，色素提取率随提取时间的增长而增加，当提取时间超过6h以后，色素提取率变化趋于平缓，料液比为1:4，提取时间为6h时色素粗提物的得率为22.7%。对比了三种果胶酶灭活效果和初步探索用乙醇提取柑橘皮色素的实验条件，得出以下结论：1. 121的漂烫处理5min，橙皮灭酶效果最好。如果柑橘皮的质量较差，如柑橘皮烘干过程中因高温导致黑褐颜色和刺鼻气味，选用漂烫方式，可以去除部分色素和刺鼻气味。烘干方式灭酶效果最差。2. 乙醇提取色素最佳条件为：乙醇浓度为95%，料液比为1:4，提取时间为6h，在此条件下色素得率为22.7%。图2-4 时间对色素粗提取物提取率的影响曲线第3章 果胶提取工艺的研究目前果胶的工业化生产多采用酸解乙醇沉淀方法。乙醇沉淀虽然效果好，但浓缩能源耗费大，而且我国大量乙醇还须从国外进口。乙醇本身价格高，用量多而溶剂回收处理又困难，造成了生产成本高，企业利润低。盐析法较乙醇沉淀法成本低，但工艺复杂难控制。若对其工艺加以深入研究和改进，将能克服以上不足，取得较好的经济利益。以往的研究仅对盐析条件作了试验研究，没有对整个过程进行系统研究。本研究立足于我国目前果胶生产的实际以及果渣资源丰富的现状，从经济角度出发，采用低成本的酸解盐析法提取果胶，较全面系统地对整个工艺过程进行了探讨，可为柑橘皮渣的综合利用及果胶的提取提供技术支持。3.1 材料与方法3.1.1 实验材料、试剂与仪器3.1.1.1 实验材料柑橘皮：购买于水果批发市场新鲜柑橘果皮3.1.1.2 实验试剂盐酸、亚硫酸、磷酸、草酸、硅藻土、硫酸铝、硫酸铵、浓氨水、乙醇、其它为实验室常规试剂。3.1.1.3 主要仪器设备PHS-3C型精密酸度计 上海精密科学仪器有限公司三用恒温水箱 北京化玻联医疗器械有限公司VIS-723型可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司FW100型高速万能粉碎机 天津泰斯特仪器有限公司 791型磁力加热搅拌机 南汇电讯器材厂DHG-9145鼓风干燥机 上海一恒科技有限公司离心沉淀机 上海医用分析仪器厂分析天平 上海精密科学仪器有限公司其它及玻璃仪器为实验室常用的仪器设备。3.2 实验内容及方法3.2.1 实验流程(1) 新鲜柑橘皮沸水漂烫70烘干粉碎（40目）提取果胶（料液比1:35）酸法提取离心分离盐沉淀脱盐洗涤干燥粉碎标准化处理果胶成品(2) 操作要点干燥、粉碎：先将湿果渣置于烘箱中，在70左右下烘干，温度不可过高，并不时翻动，也可晾晒。干燥至水分含量约8%，然后粉碎过40目筛网。酸解：按固液比1:2540加入水，用磷酸和亚硫酸（l:2）的混合酸调溶液的pH，在一定温度下恒温水浴水解。将水解后的果胶液趁热用滤布过滤，并将滤渣洗涤至滤液不粘稠，合并滤液。盐沉淀：每100mL纯化处理的果胶液中加入一定量的饱和硫酸铝溶液，用浓氨水调溶液的pH，在一定温度下保温沉淀。脱盐、洗涤：将果胶盐沉淀置于一定体积的酸乙醇溶液中，均匀搅拌一段时间后过滤。然后用70%乙醇或弱碱性乙醇洗涤脱盐后的果胶，至pH2.8左右。干燥：于70左右在鼓风干燥箱中干燥果胶，或用冷冻干燥机冻干。标准化处理：主要针对胶凝度而言，通过混合工序实现。即在果胶中加入一定的蔗糖或葡萄糖混合至预定的胶凝度。糖的加入量=(A/X)*G-G式中：A-果胶样品的胶凝度；X-加糖后果胶的胶凝度；G-果胶质量3.2.2 萃取剂的选择果胶提取用酸的种类很多，不同种酸对不同种类原料提取效果不同19。因此，试验时须针对不同种酸提取果胶的效果来确定适合本研究所用原料的酸。植物组织中的原果胶只有在一定pH（1.02.5）下才能转化为果胶物质，有机酸的酸性一般弱于无机酸，提取果胶的效率也很低20,21，因此，目前多用无机酸来提取。本试验只选用酸性较强的几种无机酸以及具有氧化漂白作用的弱酸亚硫酸进行萃取效果的比较，以确定最佳的萃取剂。方法：取20克干的柑橘皮渣粉，漂洗后加入12倍水充分混合，分别用9种类型的酸（1.HCl；2.H2S04；3.H3PO4；4.HNO3；5.H2SO3；6.HCl+ H2SO3；7. H2S04+H2SO3；8. HNO3+ H2SO3；9.H3PO4+H2SO3）作萃取剂调溶液pH至2.0左右，在9095保温2.0h左右，过滤并收集滤液，测果胶液中果胶含量和果胶液透光率，以此为指标比较不同酸的提取效果。实验通过对几种酸性较强的无机酸以及具有漂白氧化作用的弱酸-亚硫酸等提取效果的比较发现，不同的酸萃取效果不同，而且差异较显著。从图3-1中可以看出，单独用磷酸，提取率达14.3%，溶液的透光率24.5%；亚硫酸提取时，虽然色泽最好，但由于亚硫酸属于弱酸，而且酸解过程温度高容易挥发，导致溶液酸度降低，使得提取率较低；使用磷酸和亚硫酸混合酸时，粗果胶得率达到14.5%，透光率29.60%，提取率最高，色泽稍弱于单独用亚硫酸的效果。其它几种酸，如盐酸、硫酸、硝酸以及这三种酸分别与亚硫酸混合使用所提取的果胶，无论得率还是色泽都次于磷酸和亚硫酸混合酸的提取效果。从试验目的考虑，应以果胶提取率为主，因此，试验认为用磷酸和亚硫酸的混合酸酸解效果最好。图3-1 不同酸酸解效果图3.2.3 果胶提取料液比的确定在果胶提取过程中，水的比率增大，果胶的产率也会增加，同时也相对的降低溶液粘度，有利于工业化生产上过滤单元的操作。但耗时耗能，同时设备体积过大，造价高。根据初步试验条件的摸索，我们采用了不同的料液比（g/mL）进行实验以获得一个最佳的料液比。称取柑橘皮粉各10克，分别按料液比1:25、1:30、1:35、1:40， pH=2.0，温度80摄氏度，反应2h。通过上述的一系列实验，结果如图3-2所示 图3-2 料液比对果胶得率的影响从图中可以看出液固比对果胶提取的过滤难易程度和果胶提取率的影响较大。由于果胶从生物体析出是一个内外平衡的过程，当料液比过小时，不易于果胶的析出，而且不易搅拌，提取后过滤处理时果胶损失将会加大。图中显示随着料液比的增加，提取率逐渐增大，当料液比增大至1:35后，提取率变化不明显，趋于平衡。因此我们选定果胶提取时的料液比为1:35。3.2.4 酸提取法3.2.4.1 单因素实验(1) 不同pH：选择提取温度为80，料液比为1:35，提取2h，pH分别为1.0、1.5、2.0、2.5。(2) 不同提取温度：选择提取pH为1，料液比为1:35，提取2h，提取的温度分别选为60、70、80和90。(3) 不同提取时间：选择提取pH为1，温度为80，料液比为1:35，提取时间分别为60min、90min、120min、150min。3.2.4.2 单因素实验结果(1) 不同pH对果胶提取的影响从图3-3中可知，果胶的得率随pH的增大而降低，在pH为1时，得率最高。pH越低越有助于非水溶性原果胶转化为水溶性果胶，使得果胶得率增高，但是酸性环境会加大糖苷键和酯键的水解程度，使得果胶分子中性糖侧链被水解消除掉，降低了果胶的分子量，从而果胶溶液的粘度随提取pH的降低而降低。图3-3 pH对果胶得率的影响(2) 不同提取温度对果胶提取的影响温度对果胶提取的提取率、色泽以及分子量大小，凝胶特性的影响较大。萃取温度过高时，易引起果胶的降解，而温度过低，则需很长的萃取时间，易造成果胶的过度脱酯。不同提取温度对橙皮果胶提取率的影响如图3-4：如图所示，酸提取法制备果胶的工艺中最佳提取温度为80。低于80时，随着温度的升高，得率逐渐提高，当温度超过80后，得率反而降低。因为温度的升高有利于果胶质的水化溶出，但温度过高，会使果胶分子发生降解，从而使果胶得率降低。图3-4 提取温度对果胶得率的影响 (3) 不同提取时间对果胶提取的影响时间对试验结果有一定的影响，但若萃取时间太短，则提取不完全，导致提取率低。延长萃取时间有利于果胶质充分水解，果胶产量提高；但萃取时间过长会造成过度水解，影响最终果胶的质量。图3-5 提取时间对果胶得率影响如图3-5所示，传统酸提取法制备果胶的工艺中，最佳提取时间为2h。浸提时间过短，柑橘皮中的果胶不能完全溶解出来，得率低，但浸提时间过长，可能因溶液中的果胶在较高温度下发生降解而使得率降低。3.2.5 盐的选择盐析法是利用果胶分子结构中的羧基能被铝、铜、镁、铁等离子中和生成不溶于水的果胶盐而从溶液中分离出来的方法。为确定不同的盐对果胶沉淀效果的影响，试验分别用（NH4）2S04、CuCl2、MgCl2、FeCl3和AL2（S04）3五种盐进行沉淀。方法22：称取上述几种盐各5克，分别加入100mL果胶溶液中，搅拌均匀后用浓氨水调节pH值至5.0左右，60保温1h，然后离心分离沉淀，脱盐，干燥得果胶。以果胶得率为指标，结合产品质量，比较不同种盐的沉淀效果。不同种盐对果胶沉淀效果差异显著，如图3-6所示。用CuCl2沉淀，果胶得率最高，达到9.67%；其次是Al2（S04）3，得率为8.79%；用（NH4）2S04；沉淀得率最低为3.75%；FeCl3和MgCl2效果次于Al2（SO4）3。这是因为CuCl2属于重金属盐类，具有很强的鳌合作用，特别对胶体物质的鳌合作用极强，因此所得果胶的得率最高，其他几种盐属于中性盐，因此盐析效果次于CuCl2。Al2（SO4）3虽是中性盐，但由于Al2（SO4）3本身又是一种胶体，带有与果胶相反的电荷（Al盐带正点荷，果胶带负电荷)，两种相反电荷的中和作用很容易引起沉淀的产生，因此盐析效果又较其它三种中性盐好。虽然CuCl2沉淀所得果胶得率最高，但其沉淀后果胶成品的颜色不好，呈褐色。而且由于Cu2+的鳌合作用强，脱盐时Cu2+不易除掉，过多的Cu2+残留在果胶中会造成产品重金属超标，对果胶质量影响较大。FeCl3的果胶颜色呈浅灰色，MgCl2和（NH4）2S04沉淀的颜色虽浅，但其得率太低，而用Al2（SO4）3沉淀果胶，不仅得率高，色泽好（呈淡黄色），而且脱盐也容易。因此，试验认为应选用Al2（SO4）3作为果胶沉淀的盐较为理想。图3-6 不同盐种类对盐析的影响3.2.6 脱盐条件采用盐析法沉淀果胶，脱盐效果是此方法应用成功与否的关键。脱盐是否彻底，直接影响果胶最终的质量。影响脱盐效果的主要因素有脱盐液组成中酸所占比例、脱盐液的用量、及脱盐时间等8,20,23。(1) 脱盐液中酸的比例将5克粉碎后的果胶盐分别置于200mL脱盐液中。固定脱盐液组成中乙醇比例为60%（V/V），盐酸分别为1%、2%、3%、4%、5%、6%，其余部分为水。充分搅拌若干时间后过滤，干燥果胶。分别测定果胶产量，以此为指标确定酸的比例，并由此确定脱盐液的组成。(2) 脱盐液用量按上述(1)确定的脱盐液比例分别配制I00mL、150mL、200mL、250mL、300mL、350mL、400mL脱盐液，均加入5克果胶盐，充分搅拌若干时间后过滤，干燥。分别测定果胶产量，以此为指标确定脱盐液的用量。(3) 脱盐时间按(1)确定的脱盐液比例，(2)确定的脱盐液用量配制6份相同的脱盐液，加入5克果胶盐，分别搅拌I0min、20min、30min、40min、50min、60min，过滤，干燥。分别测定果胶产量，以此为指标确定脱盐时间。实验结果：(1) 盐酸用量对果胶脱盐效果的影响果胶盐脱盐时，脱盐液中盐酸的用量（盐酸在脱盐液中所占比例，V/V）对产品质量有很大的影响。酸量不足时，果胶沉淀中的Al3+很难被置换完全，从而影响果胶的溶解度，且金属残留越多溶解性越差；相反，酸量过多时，果胶的色泽加深，二者有显著的正相关性。而且过多的酸会造成果胶降解，影响成品质量。从图3-7中可看出，盐酸用量小于2%时，由于Al3+未能完全置换出而使得果胶产量不真实地增大；当酸用量大于3%时，果胶产量趋于稳定；再增加酸的用量，产量开始明显下降，这是由于酸度过高，果胶被降解的缘故。综合考虑对果胶质量和色泽的影响，脱盐时盐酸用量宜选择3%。即脱盐液组成为：60%乙醇+3%盐酸+37%水（V/V）。图3-7 盐酸用量对结果的影响（2）脱盐液用量对果胶脱盐效果的影响结果显示，脱盐液用量对果胶脱盐效果影响较大（如图3-8所示）。试验按60%乙醇+3%盐酸+37%水（V/V）组成配制不同量的脱盐液若干份。脱盐液用量太少，Al3+置换不彻底，果胶产量不真实而且果胶沉淀形态差；脱盐液用量大虽有利于Al3+的置换及果胶的沉淀，但用量太大成本高，浪费大；当脱盐液用量增至200mL时，果胶产量趋于稳定，脱盐基本彻底。因此试验认为每5克果胶盐应用200mL脱盐液。图3-8 脱盐液用量对结果的影响(3) 时间对果胶脱盐效果的影响脱盐时间也影响果胶的脱盐效果，脱盐时间太短，Al3+置换不彻底，使得果胶产量不真实地增大；但脱盐时间过长，由于脱盐液酸性较强，将引起果胶降解，使果胶的得率降低。由图3-9果胶产量随脱盐时间的变化趋势可看出，脱盐30min左右，既可较充分脱盐，又可避免果胶的降解。图3-9 脱盐时间对结果的影响综合以上结果分析，得出果胶盐的脱盐条件为5克果胶盐置于200mL组成为60%乙醇+3%盐酸+37%水的溶液中，充分搅拌30min左右后，过滤，干燥。在此条件下，果胶产量为0.7645克。第4章 果胶的分离纯化大量色素的存在会导致果胶在烘干过程中因色素发生褐变而使果胶变黑，影响产品的感官品质。提取出的果胶液经过脱色处理，不仅可以除去果胶溶液中大部分色素，同时可除去预处理残留的部分糖分、苦味和异味，并可捕获一部分重金属。目前脱色主要有两种方法：活性炭脱色和树脂脱色。（1）活性炭脱色24研究表明在活性炭用量0-2.0g/100mL范围内，随着用量的增大，其脱色能力逐渐增强，透光率由原液的29.6%提高至75.7%，而果胶得率却随之有所降低。当用量增至2.0g/100mL时，活性炭对色素的吸附能力趋于平衡，再增加活性炭用量，果胶溶液的透光率变化平缓，而果胶得率己持续下降。综合考虑，活性炭用量宜取2.0g/100mL。温度对果胶的脱色效果影响同样较为显著。在2070范围，随着温度升高，活性炭吸附能力逐渐增强，透光率由原液的29.6%提高至77.6%，果胶色泽明显改善，而对果胶得率影响并不大；当温度升至70时，活性炭吸附能力趋于平衡，果胶溶液色泽变化己不明显，且温度过高，能源耗费大不经济。因此，适宜的脱色温度应为70。脱色时间对果胶的脱色效果也有影响，在开始的20min内，随时间的延长，活性炭充分吸附色素物质，果胶溶液的透光率变化显著，由原液的29.6%提高至77.4%，但对果胶得率的影响不大。随时间进一步延长，吸附趋于平衡而果胶得率却有所降低，这是由于脱色的同时果胶不可避免被吸附造成的。因此，果胶脱色适宜的时间应为20min。综合以上三个因素，认为使用活性炭对果胶进行脱色的最佳工艺条件为：活性炭，用量2.0g/100mL、70保温20min。(2) 树脂脱色25,26对用活性炭脱色沉淀后的果胶和树脂脱色后沉淀的果胶形态进行了考察。试验用硫酸铝沉淀果胶，结果发现，用活性炭脱色的果胶干燥后呈灰褐色，而用树脂脱色的呈淡黄色。而且试验还发现，活性炭脱色的果胶产品灰分含量高达7.85%，而树脂脱色的灰分含量为4.34%，前者比后者的高41%，这主要是因为活性炭脱色后除碳不彻底造成的。因此，试验认为用树脂对果胶脱色较为可行，特别是工业化生产中，树脂可再生连续使用，这种方法比较经济实用的。前人研究结果表明树脂脱色的最佳工艺条件为：温度6070、流速200mL/h，在此条件下果胶得率为13.76%、透光率为76.5%。第5章 结论1柑橘皮预处理灭酶最佳方法是漂烫处理，色素提取工艺最佳条件是95%酒精，料液比1:4，提取6h，色素得率22.7%。2采用酸解盐析法生产果胶的工艺流程为新鲜柑橘皮沸水漂烫70烘干粉碎（40目）提取果胶（料液比1:35）酸法提取离心分离盐沉淀脱盐洗涤干燥粉碎标准化处理果胶成品。3以本次试验所用的果渣为原料提取果胶，应选用H3PO4；和H2SO3（1:2）混合酸作为萃取剂调溶液的pH值，所得粗果胶无论是产率还是色泽都优于其它酸萃取的效果。4酸解法提取果胶的最佳工艺参数为：温度80、pH1.0、时间2.0h、料液比1:35，在此条件下测得粗果胶的提取率为14.62%。5确定Al2（S04）3为果胶最佳的沉淀剂。6果胶盐脱盐的条件为：每5g果胶盐置于200mL脱盐液（组成为60%乙醇+3%盐酸+37%水V/V）中，脱盐30min左右。所得果胶产量0.7645g。7用树脂脱色比用活性炭脱色效果好，所得果胶无论得率还是质量都优于活性炭脱色，尤其是该方法适宜于大工业化生产；对于试验中所用规格的层析柱，树脂脱色的最佳工艺参数为：温度60、流速200mL/h。8采用酸解盐析法所得果胶的质量基本可以达到GBn246-85标准规定，说明试验所采用的技术方法是可行的，本研究可为低成本生产果胶提供技术依据。参考文献1 叶兴乾主编.柑橘加工与综合利用M.中国轻工业出版社，2005,2-3.2 Rusosell L,RousefF.Health and Natritioned Benefits of citrus components.Food Tech，1994(11):125.3 BRADDOCK 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