盐析法从苹果皮中提取果胶的工艺研究.docx
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盐析法从苹果皮中提取果胶的工艺研究
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行提取，并应用盐析法沉淀分离果胶。
实验结果表明最佳条件为在温度90℃，料液比为1:
8，提取时间为1.5h，pH=2进行酸水解，在温度60℃，盐用量为5mL，时间为1h，pH=5条件下进行沉淀，果胶提取率最大为11.4%。
【关键词】苹果皮；果胶；提取；盐析
Abstract
Tostudytheextractionprocessofpectinwithfreshapplepeelasrawmaterial,Sampleswereextractedwiththetraditionalacidhydrolysis,andapplicationofprecipitationseparationpectinsalting-outmethod.Thisexperimentmeasuredproperlyfor90℃temperature,ratioofmaterialandliquidwas1:
8,extractingtimefor1.5h,pHvaluewas1.5,fortheacidsolution,andthatmeasuredproperlyfor60℃temperature,thesaltamountwas5mL,Saltingtimeisonehour,pHvaluewas5,fortheprecipitation,thelargestfor11.3%.
【keywords】Applepeel;Pectin;Extract;Saltingout
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（heterogeneousbranched）多糖[1]，存在于初级细胞壁和细胞间质，其分子中除主链的α-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1—40万[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。
部分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，加入电解质金属盐类，即产生不溶于水的果胶酸盐。
经分离后，用酸化醇进行洗涤脱盐，使酸与金属离子发生置换反应生成果胶。
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成本低、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。
果胶大部分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分离出来，工艺研究主要集中于果胶提取方法、提取液纯化、浓缩、沉淀干燥等步骤上。
近年来，国外已将超滤浓缩等新技术开始应用于果胶生产中。
目前果胶的提取方法主要是酸提取沉淀法，酸提取沉淀法生产成本低，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%。
因而大大降低成本，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有限公司
PHS-3C型精密pH计上海仪电科学仪器股份有限公司
DK-S26数显恒温水浴锅上海三发科学仪器有限公司
电热恒温鼓风干燥箱上海仪电科学仪器股份有限公司
低速台式离心机上海安亭科学仪器厂
2.2实验方法
2.2.1工艺流程
新鲜苹果皮→干燥→粉碎→加热酸提→热过滤→盐析→离心分离→脱盐
→干燥→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70±5℃下干燥，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100mL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部分色素类物质[14,15]。
2.2.2.3酸提取
将处理好的原料用盐酸进行水解[16]，以pH值、时间、温度、料液比进行单因素实验以确定最佳条件，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加入pH=2的盐酸，分别在60℃、70℃、80℃、90℃、100℃温度下水解90min，以确定最佳温度。
2.2.2.3.3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、60min、90min、120min、150min，以确定最佳时间。
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分别加入适量体积pH=2的盐酸，在90℃下水解90min，确定最适料液比。
在单因素实验的基础上，进行四因素三水平的正交实验确定最佳水解条件。
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、盐用量进行单因素实验确定最佳条件，并在沉淀中加入脱盐液搅拌，过滤，洗涤，脱盐废液回收乙醇[18]。
沉淀干燥并称重。
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的条件下加入5mL饱和硫酸铝溶液盐析1h，确定最佳pH值。
2.2.2.4.2温度的测定
提取液加入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。
2.2.2.4.3盐析时间的测定
提取液加入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以得最佳时间。
2.2.2.4.4盐用量的测定
在pH=5，60℃的条件下，提取液分别加入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基础上，进行四因素三水平的正交实验确定最佳盐析条件。
2.3果胶的测定
采用果胶酸钙法测定果胶[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，干燥后称重。
第3章结果与分析
3.1单因素对苹果皮水解的影响实验
3.1.1pH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3-1pH对水解的影响
由图3-1结果分析可知在pH＜2时，果胶产量随pH值的升高而增加，在pH＞2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，会使部分果胶脱酯裂解，易水解成果胶酸，从而影响果胶产量，所以水解时pH为2较为合适。
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加入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85～90℃进行水解较合适。
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，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分别加入适量体积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，在其他条件相同的情况下，不同的料液比对果胶提取的影响不同。
开始时，果胶的产量随着盐酸体积的增加而上升，在1:
8时达到最大，随后果胶的产量基本上保持不变。
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基础上，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D
pH值
水平1
80
1:
8
70
1.5
水平2
85
1:
10
80
2
水平3
90
1:
12
90
2.5
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佳的水解条件，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1
1
1
1
1
0.9558
实验2
1
2
2
2
0.9738
实验3
1
3
3
3
1.0164
实验4
2
1
2
3
0.9867
实验5
2
2
3
1
0.9489
实验6
2
3
1
2
1.0198
实验7
3
1
3
2
1.1153
实验8
3
2
1
3
1.0995
实验9
3
3
2
1
0.9792
均值1
0.982
1.026
1.025
0.961
均值2
0.985
1.007
0.980
1.043
均值3
1.
1.005
1.033
1.034
极差
0.
0.
0.
0.082
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A>D>C>B，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:
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
3.2.1pH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的条件下加入5mL饱和硫酸铝溶液盐析1h，结果如图3-5：
图3-5pH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，果胶产量基本不变，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
盐析时温度影响果胶的最终产量，为确定最适温度，提取液加入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；温度太高时会导致部分沉淀溶解，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，为确定最佳时间，提取液加入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，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，提取液分别加入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为最佳。
3.2.5盐析条件的优化选择
在以上单因素水平实验的基础上，以温度、盐用量、沉淀时间、pH值4个因素做正交实验分析，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D
pH值
水平1
55
4.5
50
4
水平2
60
5
55
4.5
水平3
65
5.5
60
5
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佳的盐析条件，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1
1
1
1
1
0.8974
实验2
1
2
2
2
0.9762
实验3
1
3
3
3
1.1059
实验4
2
1
2
3
0.9497
实验5
2
2
3
1
1.1328
实验6
2
3
1
2
1.0118
实验7
3
1
3
2
0.9348
实验8
3
2
1
3
1.1005
实验9
3
3
2
1
0.9842
均值1
0.993
0.927
1.003
0.997
均值2
1.
1.062
0.970
0.974
均值3
1.006
1.034
1.050
1.052
极差
0.
0.135
0.080
0.078
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，进行验证试验，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佳工艺为在温度90℃，料液比为1:
8，提取时间为1.5h，pH为2进行酸水解，在温度60℃，盐用量为5mL，时间为1h，pH为5条件下进行沉淀，果胶的最高产率达11.4%。
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致谢
在本论文成稿之际，我衷心感谢我的指导老师金老师的悉心指导和殷切关怀！
本实验从选题、实验设计实施到论文的撰写都是在指导老师金老师的悉心指导下完成的。
一年来，导师一直以严谨的治学态度，精益求精的工作作风，忘我的工作精神和谦虚的处事作风对我进行殷殷教诲。
论文写作过程中老师既给予细心指导，又给我锻炼自己实验技能的机会，使我的科研思维和动手能力有了很大提高！
在此，学生对金老师给予自己的辛勤培养表示最衷心的感谢。
在实验过程中，还得到了宇、、王孝辉等同学的帮助，在此向各位校友表示感谢！
再次向课题实验开展一年来所有给予我关心和帮助的老师和同学们致以最诚挚的敬意！
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