果胶的提取分离.doc

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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

TheExtractionandSeparationofthePectin

学生姓名

专业

学号

指导教师

学院

生命科学技术学院

二〇一三年六月

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

Abstract

Moreandmoreorangepeelhasturnedouttobeaproblemofwasteofresourseandenvironmentalpollution.viewofthecurrentlevelofprocessingpointoforangepeelinChina,utilizationlevelofprocessingisextremelybackward,almostalloftheorangepeelisdiscardeddirectly,bothcausedalargewasteofresourcesandenvironmentalpollution.However,orangepeelcontentshighandgoodqualitypectinparticularly.Ithasgoodutilizationvalue.So,extractingpectinfromorangepeelandproductinghigh-qualitypectinisofgreateconomicalandsocialsignificance.Atpresent，theproductionofpectininChinaisstilllagging.Becausethetraditionalproductioninwhichalcoholistheprecipitantcostshigher，butthetechnologyofsaltingoutwhichcostslowerisnotprefect.Baseduponthepresentcondition，westudiedtheextractingandpurifyingtechnologyaboutpectinfromorangepeel.Itinvolvedthefollowingaspects:

choosingtheoptimalacidolysisreagent，determiningtheoptimalparametersofextractingtechnologyofpectin，comparingtheeffectofpectindecoloration，attemptingthemethodsofpurification，determiningtheoptimalParametersoftechnologyofpectinprecipitationwithsalt，determiningtheconditionofdesaltingandsoon.

Keyword:

orangepeel;pectin;separationandextraction;acidhydrolysismethod;salting

目录

摘要 I

Abstract……………………………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章绪论..........................................................................................................1

1.1柑橘资源的概述.....................................................................................1

1.2果胶的研究开发状况 1

第2章柑橘皮预处理的研究 5

2.1主要的实验试剂及设备 5

2.2实验内容及方法 5

第3章果胶提取工艺的研究 9

3.1材料与方法 9

3.2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α-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

⑴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]。

⑵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]：

①黏附重金属离子，清除体内毒素；②促进小肠蠕动，缓解习惯性便秘；③吸收肝脏分泌的消化液，降低血清胆固醇含量；④延缓胰岛素消失，调节血液浓度；⑤刺激内源生长因子产生，加速溃肠面的愈合；⑥引起胞浆内空泡样变，导致菌体破裂死亡；⑦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30~60倍为佳。

浓浆液在65℃~95℃加热2h~3h，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

⑴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（20％～30％，以干质计），但乙醇用量大，回收时能耗也大，生产成本较高。

⑵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，pＨ控制在3.8左右，温度为80℃，沉析时间为1.5ｈ。

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。

⑶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4％～5％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