盐析法从苹果皮中提取果胶的工艺设计研究报告

1、-PAGE . z.学 士 学 位 论 文盐析法从苹果皮中提取果胶的工艺研究摘要以新鲜苹果皮为原料研究果胶的提取工艺，采用传统的酸水解法进展提取，并应用盐析法沉淀别离果胶。实验结果说明最正确条件为在温度90，料液比为1:8，提取时间为1.5h，pH=2进展酸水解，在温度60，盐用量为5mL，时间为1h，pH=5条件下进展沉淀，果胶提取率最大为11.4%。【关键词】苹果皮；果胶；提取；盐析AbstractTo study the e*traction process of pectin with fresh apple peel as raw material, Samples were e*t

2、racted with the traditional acid hydrolysis, and application of precipitation separation pectin salting-out method. This e*periment measured properly for 90 temperature, ratio of material and liquid was 1:8, e*tracting time for 1.5 h, pH value was 1.5, for the acid solution, and that measured proper

3、ly for 60 temperature, the salt amount was 5 mL, Salting time is one hour,pH value was 5, for the precipitation, the largest for 11.3%.【keywords】Apple peel;Pectin;E*tract;Salting out目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc26538 第1章 前言1 HYPERLINK l _Toc10790 1.1 果胶的概况1 HYPERLINK l _Toc23364 1.1.1 果胶的简介1 HYPE

4、RLINK l _Toc20457 1.1.2 果胶的价值1 HYPERLINK l _Toc17647 1.2 盐析法的简介1 HYPERLINK l _Toc27691 1.3 果胶的工业现状2 HYPERLINK l _Toc9727 第2章 材料与方法3 HYPERLINK l _Toc25247 2.1 实验材料3 HYPERLINK l _Toc17495 2.1.1 原料与试剂3 HYPERLINK l _Toc5778 2.1.2 实验仪器3 HYPERLINK l _Toc16169 2.2 实验方法3 HYPERLINK l _Toc5947 2.2.1 工艺流程3 HYP

5、ERLINK l _Toc19055 2.2.2 实验操作要点3 HYPERLINK l _Toc16169 2.3 果胶的测定4 HYPERLINK l _Toc11206 第3章 结果与分析6 HYPERLINK l _Toc20311 3.1 单因素对苹果皮水解的影响实验6 HYPERLINK l _Toc9364 3.1.1 pH对水解的影响6 HYPERLINK l _Toc24833 3.1.2 水解温度对果胶提取的影响6 HYPERLINK l _Toc17274 3.1.3 水解时间对果胶提取的影响7 HYPERLINK l _Toc12353 3.1.4 料液比对提取果胶的影

6、响8 HYPERLINK l _Toc12353 3.1.4 水解条件的优化选择8 HYPERLINK l _Toc23308 3.2 单因素对果胶盐析的影响实验9 HYPERLINK l _Toc15929 3.2.1 pH对果胶盐析的影响9 HYPERLINK l _Toc1337 3.2.2 温度对果胶盐析的影响10 HYPERLINK l _Toc19725 3.2.3 沉淀时间对果胶盐析的影响10 HYPERLINK l _Toc5057 3.2.4 盐用量对果胶盐析的影响11 HYPERLINK l _Toc18182 3.2.5 盐析条件的优化选择11 HYPERLINK l _

7、Toc12613 第4章 结论14 HYPERLINK l _Toc22481 参考文献15 HYPERLINK l _Toc22481 致17-. z.第1章 前言1.1 果胶的概况1.1.1 果胶的简介果胶Pectin是一种重要的水溶性膳食纤维，属于异性分支heterogeneous branched多糖1，存在于初级细胞壁和细胞间质，其分子中除主链的-D-(1，4)-半乳糖醛酸基外，还包括20%的中性多糖侧链：D-半乳糖、L-阿拉伯糖和L-鼠糖。是细胞壁的一种组成成分，伴随纤维素而存在，分子量为140万2。果胶是一种粉末状物质，浅白色或浅黄色。果胶是一组聚半乳糖醛酸。在适宜条件下其溶液能

8、形成凝胶和局部发生甲氧基化甲酯化，也就是形成甲醇酯，其主要成分是局部甲酯化的聚半乳糖醛酸。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。按果胶的组成可有同质多糖和杂多糖两种类型：同质多糖型果胶如D-半乳聚糖、L-阿拉伯聚糖和D-半乳糖醛酸聚糖等；杂多糖果胶最常见，是由半乳糖醛酸聚糖、半乳聚糖和阿拉伯聚糖以不同比例组成，通常称为果胶酸。不同来源的果胶，其比例也各有差异。局部甲酯化的果胶酸称为果胶酯酸。天然果胶中约20%60%的羧基被酯化。果胶的粗品为略带黄色的白色粉状物，溶于20份水中，形成粘稠的无味溶液，带负电。1.1.2 果胶的价值果胶是一种天然高分子化合物，具有良好的胶凝化和乳化

9、稳定作用。果胶是一种完全无毒的天然食品添加剂，广泛用于食品工业，主要作为凝胶剂、稳定剂和增稠剂3。果胶可作为食品添加剂用于果酱、果冻、点心等食品，医学上可作为重金属或放射性金属中毒的解毒剂，可用于防止血液凝固肠出血和治疗便秘等病症 4,5。果胶具有成膜的特性，因此可用于造纸和纺织的施胶剂。果胶和果胶的铝盐可抑制肠道对胆固醇和三酸甘油酯的吸收，可用作动脉硬化等心血管疾病的辅助治疗6,7。也可利用酸水解法提取苹果皮渣中对人体有益的膳食纤维8。1.2 盐析法的简介盐析法的原理是盐溶液中的盐离子带有与果胶中游离羧基相反的电荷，两种相反电荷的电中和作用产生沉淀。利用这一特性，加氨水中和果胶溶液，参加电解

10、质金属盐类，即产生不溶于水的果胶酸盐。经别离后，用酸化醇进展洗涤脱盐，使酸与金属离子发生置换反响生成果胶。生成的果胶不溶于醇而沉淀下来，金属离子溶于醇溶液而被洗去。盐析法的优点是生产本钱低、产率高9。1.3 果胶的工业现状由于果胶具有胶凝作用，所以常用作食品的添加剂。果胶大局部是从柑橘的果皮中提取，利用含果胶丰富的苹果渣作原料生产果胶，具有重要生产价值10,11。从苹果渣中提取是刚起步，条件还不太成熟，正在探讨阶段。其提取是将果皮渣中不溶性果胶转变为可溶性果胶，并使可溶性果胶向液相转移而别离出来，工艺研究主要集中于果胶提取方法、提取液纯化、浓缩、沉淀枯燥等步骤上。近年来，国外已将超滤浓缩等新技

11、术开场应用于果胶生产中。目前果胶的提取方法主要是酸提取沉淀法，酸提取沉淀法生产本钱低，其中的沉淀法分为乙醇沉淀法和盐析法，是目前工业上广泛采用的提取方法。还有酶提取法、微波辅助提取法、超声波提取法12。随着研究工作的深入，果胶更多的用途不断被开发出来，同时，人们对绿色食品理念的倡导，使得有关果胶的研究成为天然产物提取领域的研究热点之一。与乙醇沉淀法相比，盐析法提取果胶优越之处：工艺较简单，工时缩短1/3，乙醇消耗量降低30-50%，蒸汽耗量降低30%。因而大大降低本钱，并可较大幅度扩产，可增产一倍以上，因不必受浓缩工艺限制，固而从原材料节约方面和劳动生产率提高等方面有较大改善。第2章 材料与方

12、法2.1 实验材料2.1.1 原料与试剂新鲜苹果皮、硫酸铝、95%乙醇、盐酸、氨水、蒸馏水等，试剂均为分析纯。2.1.2 实验仪器 电子分析天平 奥豪斯国际贸易PHS-3C型精细pH计 仪电科学仪器股份DK-S26数显恒温水浴锅 三发科学仪器电热恒温鼓风枯燥箱 仪电科学仪器股份低速台式离心机 安亭科学仪器厂2.2 实验方法2.2.1 工艺流程 新鲜苹果皮枯燥粉碎加热酸提热过滤盐析离心别离脱盐枯燥粉碎果胶成品2.2.2 实验操作要点2.2.2.1 原料预处理 新鲜苹果皮含水量较高且极易腐败变质，将湿苹果皮在705下枯燥，然后粉碎备用13。2.2.2.2 漂洗取制备好的干苹果皮粉末10g，加水10

13、0mL浸泡一定时间，然后除去水分，再用温水洗涤以洗去苹果皮中的可溶性糖分及局部色素类物质14,15。2.2.2.3 酸提取 将处理好的原料用盐酸进展水解16，以pH值、时间、温度、料液比进展单因素实验以确定最正确条件，并收集滤液。2.2.2.3.1pH的测定按料液比1:8，在温度90下，分别在pH=1、pH=2、pH=3、pH=4、pH=5的条件下水解90min以确定最适pH值。2.2.2.3.2温度的测定按料液比1:8参加pH=2的盐酸，分别在60、70、80、90、100温度下水解90min，以确定最正确温度。 水解时间的测定按料液比1:8，在pH=2、温度90的条件下，分别水解30min

14、、60min、90min、120min、150min，以确定最正确时间。2.2.2.3.4料液比的测定按料液比1:4、1:8、1:12、1:16、1:20分别参加适量体积pH=2的盐酸，在90下水解90min，确定最适料液比。 在单因素实验的根底上，进展四因素三水平的正交实验确定最正确水解条件。2.2.2.4 盐析选用硫酸铝作为果胶沉淀剂17，分别以pH值、温度、沉淀时间、盐用量进展单因素实验确定最正确条件，并在沉淀中参加脱盐液搅拌，过滤，洗涤，脱盐废液回收乙醇18。沉淀枯燥并称重。2.2.2.4.1pH值的测定在90下，提取液分别在pH=3、pH=4、pH=5、pH=6、pH=7的条件下参加

15、5mL饱和硫酸铝溶液盐析1h，确定最正确pH值。2.2.2.4.2温度的测定提取液参加5mL的饱和硫酸铝溶液，在pH=5的条件下，分别在30、40、50、60、70温度下盐析1h以确定最适温度。 盐析时间的测定提取液参加5mL的饱和硫酸铝溶液，在pH=5，60的条件下，分别盐析30min、40min、50min、60min、70min以得最正确时间。2.2.2.4.4盐用量的测定在pH=5，60的条件下，提取液分别参加3mL、4mL、5mL、6mL、7mL饱和硫酸铝溶液盐析沉淀1h确定最适盐用量。 在以上单因素实验的根底上，进展四因素三水平的正交实验确定最正确盐析条件。2.3 果胶的测定采用果

16、胶酸钙法测定果胶19。盐析沉淀用由60%乙醇、3%盐酸、37%水组成的脱盐夜脱盐过滤，乙醇洗涤沉淀，枯燥后称重。第3章 结果与分析3.1 单因素对苹果皮水解的影响实验3.1.1 pH对水解的影响称取10g的干苹果皮粉末5份，按料液比1:8，在温度90下，分别在pH=1、pH=2、pH=3、pH=4、pH=5的条件下水解90min，测得果胶产量并绘制图3-1：图3-1 pH对水解的影响由图3-1结果分析可知在pH2时，果胶产量随pH值的升高而增加，在pH2时果胶产量随pH的升高而降低。这可能是由于水解过于强烈，果胶易水解成果胶酸，会降低果胶的胶凝度，从而导致果胶提取量下降。酸度过小，果胶不稳定，

17、会使局部果胶脱酯裂解，易水解成果胶酸，从而影响果胶产量，所以水解时pH为2较为适宜。3.1.2 水解温度对果胶提取的影响称取10g的干苹果皮粉末5份，按料液比1:8参加pH=2的盐酸，分别在60、70、80、90、100温度下水解90min，测得果胶产量并绘制图3-2：图3-2 水解温度对果胶提取的影响由图3-2可知，温度越高水解越快，温度高于90时，由于果胶会发生水解，产量降低，因此选择8590进展水解较适宜。3.1.3 水解时间对果胶提取的影响称取10g的干苹果皮粉末5份，按料液比1:8，在pH=2、温度90的条件下，分别水解30min、60min、90min、120min、150min，

18、测得果胶产量并绘制图3-3：图3-3 水解时间对提取果胶的影响由图可知，水解时间为90min时，果胶产量最高。水解时间过短，苹果皮中的果胶提取不够充分，使果胶产量较低；如果水解时间过长，果胶会水解为果胶酸，也会降低果胶产量。3.1.4 料液比对提取果胶的影响称取10g的干苹果皮粉末5份，按料液比1:4、1:8、1:12、1:16、1:20分别参加适量体积pH为2的盐酸，在90下水解90min，测得果胶产量并绘制图3-4：图3-4 料液比对提取果胶的影响由图3-4可知，在其他条件一样的情况下，不同的料液比对果胶提取的影响不同。开场时，果胶的产量随着盐酸体积的增加而上升，在1:8时到达最大，随后果

19、胶的产量根本上保持不变。所以最适料液比为1:8，过大会造成料液的浪费。3.1.5 水解条件的优化选择在以上单因素水平实验的根底上，以温度、料液比、水解时间、pH值4个因素做正交实验分析20，因素水平设计见表3-1：表3-1 正交实验因素水平因素A温度因素B料液比因素C水解时间min因素DpH值水平1801:8701.5水平2851:10802水平3901:12902.5采用酸法水解提取果胶，以果胶产量作为考察指标，通过正交试验分析确定最正确的水解条件，结果见表3-2：表3-2 正交实验结果因素温度(A)料液比(B)时间(C)pH(D)果胶产量g/10g实验111110.9558实验212220

20、.9738实验313331.0164实验421230.9867实验522310.9489实验623121.0198实验731321.1153实验832131.0995实验933210.9792均值10.9821.0261.0250.961均值20.9851.0070.9801.043均值31.0711.0051.0331.034极差0.0890.0210.0530.082由表可知：由极差分析可以得出各因素对提取的影响顺序为ADCB，最优方案为A3B1C3D2，即提取温度90、料液比1:8、水解时间90min、pH值为2，果胶产量最高为1.1153g/10g。验证试验：在提取温度90、料液比1:

21、8、水解时间90min、pH=2条件下提取，果胶产量为1.1236g/10g。3.2 单因素对果胶盐析的影响实验3.2.1 pH对果胶盐析的影响盐析时溶液的pH值对沉淀的形成及产量有影响，为确定最适pH，在90下，提取液分别在pH=3、pH=4、pH=5、pH=6、pH=7的条件下参加5mL饱和硫酸铝溶液盐析1h，结果如图3-5：图3-5 pH对果胶盐析的影响由图可见，pH值小于5时，果胶产量随pH值的升高而增加，在pH=5时果胶产量最大，pH值再增加时，果胶产量根本不变，还会略微降低，但pH太高沉淀形态不好，对脱盐带来不利影响，因此，选择pH=5为宜。3.2.2 温度对果胶盐析的影响盐析时温

22、度影响果胶的最终产量，为确定最适温度，提取液参加5mL的饱和硫酸铝溶液，在pH=5的条件下，分别在30、40、50、60、70温度下盐析1h，结果如图3-6：图3-6 温度对果胶盐析的影响由图可知，盐析温度太低，果胶沉淀慢，沉淀不完全；温度太高时会导致局部沉淀溶解，降低产量，从图中可以看出60较好。3.2.3 沉淀时间对果胶盐析的影响沉淀时间对果胶的沉淀形成及产量有影响，为确定最正确时间，提取液参加5mL的饱和硫酸铝溶液，在pH=5、60的条件下，分别盐析沉淀30min、40min、50min、60min、70min，结果如图3-7：图3-7 沉淀时间对果胶盐析的影响由图可知，溶液沉淀时间过短

23、，果胶沉淀不完全；如果沉淀时间过长，果胶产量反而会有所降低，应选择沉淀时间60min。3.2.4 盐用量对果胶盐析的影响Al2(SO4)3用量的多少直接影响到果胶的产量。为确定最适的盐用量，在pH=5、60的条件下，提取液分别参加3mL、4mL、5mL、6mL、7mL饱和硫酸铝溶液盐析沉淀1h，结果如图3-8：图3-8 盐用量对果胶盐析的影响由图可知，盐析时盐用量过少，果胶不能沉淀完全，影响果胶的产量；如果盐用量过多会造成盐的浪费，也会给脱盐造成不便，从图中可以看出5mL为最正确。3.2.5 盐析条件的优化选择在以上单因素水平实验的根底上，以温度、盐用量、沉淀时间、pH值4个因素做正交实验分析

24、，因素水平设计见表3-3：表3-3 正交实验因素水平因素A温度因素B盐用量mL因素C沉淀时间min因素DpH值水平1554.5504水平2605554.5水平3655.5605采用盐析法沉淀果胶提取液，以果胶产量为考察指标，通过正交实验分析确定最正确的盐析条件，结果见表3-4：表3-4 正交实验结果因素温度(A)盐用量(B)沉淀时间(C)pH值(D)果胶产量g/10g实验111110.8974实验212220.9762实验313331.1059实验421230.9497实验522311.1328实验623121.0118实验731320.9348实验832131.1005实验933210.98

25、42均值10.9930.9271.0030.997均值21.0241.0620.9700.974均值31.0061.0341.0501.052极差0.0310.1350.0800.078由正交实验结果分析可得其最优水平组合为A2B2C3D3，即盐析条件为温度60、盐用量5mL、沉淀时间为60min、pH值为5。盐用量作为提取液沉淀的影响因素影响较大，其次为时间。验证试验：在温度60、盐用量5mL、沉淀时间为60min、pH=5条件下，进展验证试验，果胶产量为1.1365g/10g。第4章 结论通过实验可知从苹果皮提取果胶的最正确工艺为在温度90，料液比为1:8，提取时间为1.5h，pH为2进展

26、酸水解，在温度60，盐用量为5mL，时间为1h，pH为5条件下进展沉淀，果胶的最高产率达11.4%。参考文献1 吴东儒.糖类的生物化学M.:高等教育,2006.2 鸿巢章二,桥本用久.水产利用化学M.:中国农业,1994.3 笔钧.食品化学M.:科学,2004.4 王宪青,何淑清.从苹果渣中提取果胶的研究J.农产品加工学刊,2005, 36(4):32- 35.5方修贵,祝慕,益清.果胶及其生产工艺J.食品工业科技,1999(6):34-35.6D Hichman,TJ sima, CA Miles. Isinglass/collagen: denaturation andfunctionality. Journal of biotechnology,2000,79:425-429.7 Dieter Swatschek, Wolfgang Schatton, Josef Kellermann.marine sponge collagen: isolation,characterization and effects on the skin parameters surface-pH moisture