新兴蔬菜黄秋葵果胶提取工艺
摘要: 介绍了一种以黄秋葵为原料生产果胶的工艺, 用酸解盐析的方法从黄秋葵中提取果胶, 并筛选出其生产的工艺条件。
黄秋葵这种植物广泛生长于热带和地中海地区, 是一种分布于热带到亚热带的植物。美、英、法、日等国都把他列入新世纪绿色食品名录之中。美国人还给了他一个更容易被记住的名字 -“植物伟哥”, 日本人称之为“绿色人参”, 他还被许多国家定为运动员的优选蔬菜, 是一种具有较高营养价值的新型保健蔬菜。黄秋葵各个部分都含有半纤维素、纤维素和木质素。嫩果含有丰富的蛋白质、游离氨基酸、丰富的 Vc、VA、VE和磷、铁、钾、钙、锌、锰等矿质元素及由果胶和多糖等组成的粘性物质。
果胶物质是细胞壁的基质多糖, 多存在于细胞壁及细胞之间。果胶物质通常以部分甲酯化的形式存在, 完全去甲酯化的果胶称果胶酸, 其中羧基不同程度被甲酯化的线形聚半乳糖醛酸或聚鼠李半乳糖醛酸称果胶。羧基大部分被甲酯化的果胶称果胶酯酸。存在于植物中与纤维素和半纤维素等结合的水不溶性的果胶物质称原果胶。原果胶受植物体内聚半乳糖醛酸酶 ( 也称果胶酶) 的作用或经稀酸处理, 则转变为水溶性的果胶。
目前从许多物质中可以提取果胶物质, 有报道从木瓜、马铃薯、海红果、苹果渣、仙人掌、西瓜、芒果渣、桔柚皮等多种物质中提取果胶。但从黄秋葵中提取果胶的研究鲜有报道。
1 材料与方法
1.1 实验原料与试剂
HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4、柠檬酸、草酸、无水乙醇、NaOH、硫酸铝、3, 5 - 二硝基水杨酸。黄秋葵: 产于浙江金华。
1.2 实验仪器
多功能食品加工机、Basic pH Meter PB - 10、循环水式多用真空泵 SHB - IIA、HH - 2 数显恒温水浴锅、TH - 500 梯度混合器、766 远红外辐射干燥箱、TE601 - L 天平、L - 550 台式低速大容量离心机、湘仪离心机、UV- 2102PC 型紫外可见分光光度计、电子分析天平、酒精计、常规玻璃仪器。
1.3 工艺流程
黄秋葵清洗→搅碎( 组织搅碎浆) →加水→加入六偏磷酸→加热( 灭酶) →冷却→调节 pH 值→酸解→纱布粗滤→真空泵抽滤→收集清液→脱色→加入三氯乙酸溶液 ( 脱蛋白) →静置→离心( 3000 r /min, 15 min) →得蛋白沉淀和果胶酸液→取果胶酸解液→加入质量分数 10 %Al2(SO4)3盐析→酸化乙醇脱盐→体积分数 50 %乙醇洗涤二次→无水乙醇洗涤→40 ℃低温干燥→成品果胶。
1.4 测定方法
果胶产量: 根据所用工艺流程制得果胶低温干燥称重。
果胶透光率: 以溶液透光率( λ= 630 nm) 测定。
上清液果胶的测定: DNS 显色法。
2 实验设计和方案
2.1 酸解实验设计
首先确定用于提取果胶的酸的种类; 然后由单因素实验结果选定酸解 pH 值、温度、时间、料液质量比的值。
2.2 脱色实验设计
本实验选用常用脱色物质, 活性炭和硅藻土对果胶液进行脱色, 由脱色后的果胶液, 确定出用硅藻土进行脱色时脱色时间、温度、及硅藻土加入量; 另外确定出用活性炭进行脱色时脱色时间、温度、不同加入量。
2.3 盐析实验设计
选取 75 ℃、90 min 分别作为盐析时的温度及时间, 用定性的方法确定盐析时质量分数 10 %Al2(SO4)3盐溶液的加入量及 pH 值。
2.4 脱盐实验设计
通过盐析沉淀所得到的果胶盐,盐析后还进行脱盐处理。铝离子可溶于酸, 试验用酸化乙醇来脱去铝离子, 其中所用的酸选用盐酸, 主要是因为Cl-除了与 Ag+形成沉淀外, 很难与其他离子形成沉淀物, 避免了脱盐过程中其它杂质的形成。将脱盐产品干燥称重确定脱盐液中的盐酸加入量、脱盐液用量、脱盐时间。
3 结果与分析
3.1 不同条件对黄秋葵中果胶提取的影响
3.1.1 酸的类型对黄秋葵中果胶提取的影响
目前大多提取用的酸多为无机酸, 如 HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4等。在酸解温度为 90 ℃、酸解时间 100 min、酸解 pH 值为 2, 料液质量比为1∶10 时, 不同萃取酸对产量的影响。可以看出H2SO4提取率为较高, 故选择 H2SO4作为萃取酸。
3.1.2 不同 pH 值对果胶产量的影响
以硫酸为萃取酸, 选取酸解温度 90 ℃、酸解时间为 100 min、料液质量比为 1∶10 时, 调节不同的 pH 值所得到果胶产量不同,通过曲线可以看到 pH = 3 时果胶产量为较大。另外可以看出萃取液的 pH 值小于 1.5, 果胶会因为水解太强烈而脱脂裂解, 致使产量很低; 当 pH 大于 3.0 后,由于酸解强度比较弱, 果胶产量会有下降。选取pH = 3 为的酸解 pH 值。
3.1.3 萃取时间对果胶产量的影响
可以看出在一定时间范围内, 果胶产量是随着萃取时间的延长而增加, 在 90 min 时果胶产量达到较大。低于 90 min 时原果胶并没有完全被酸解成水溶性果胶; 在达到 90 min 左右, 果胶产量较高; 若萃取时间太长, 果胶就会被分解, 致使产量在过 90 min发生下降。
3.1.4 萃取时料液质量比对果胶产量的影响
由于黄秋葵中果胶含量丰富, 在磨碎过程中加入相对较多的水则有利于其果胶的浸出。用硫酸作为萃取酸调节 pH = 3, 酸解温度为 90 ℃, 酸解时间为 90 min 时。黄秋葵原料和加水量的质量比为 1∶20 时, 果胶产量较大, 当高于此料液质量比, 果胶产量会有所下降。这是因为萃取剂少不利于果胶顺利转移至液相中, 萃取剂量过大, 导致果胶浓度小, 不利于果胶析出, 给以后操作带来困难。
3.1.5 萃取温度对果胶产量的影响:
用硫酸作为萃取酸, 调节 pH = 3, 酸解时间为 90 min, 料液质量 比 为 1∶20 时 , 由于萃取温度高, 有利于原果胶转化为水溶性果胶。在 70 ℃时果胶产量达到较大; 高于 70 ℃时, 果胶质水解致使果胶裂解, 产量呈下降趋势。
由于果胶的耐热性较差, 高温不利于果胶的提取,过高的温度还会引起果胶结构的破坏。
3.2 不同条件对黄秋葵果胶脱色的影响
3.2.1 硅藻土脱色效果的影响
硅藻土用量 0 ~ 1.75 g / 50 mL 范围内, 在过 0.25 g / 50 mL 时, 随着用量的增大,其脱色能力并未有太大的提高; 在 0.25 g / 50ml时硅藻土对色素的吸附能力趋于平衡, 再增加硅藻土的用量, 果胶的透光率变化比较平缓。综合考虑, 硅藻土的用量宜为 0.25 g/ 50 mL。
3.2.2 活性炭用量对脱色效果的影响
在活性炭用量 0 ~ 1.5 g/ 50 mL 范围内, 在过 0.125 g / 50 mL 时, 随着用量的增大, 其脱色能力并未有太大的提高。选取活性炭的用量为 0.125g / 50 mL。
3.2.3 硅藻土的脱色时间对透光率影响
脱色时间在开始的前 10 min 时的影响效果明显, 随着时间的延长, 硅藻土充分吸附色素物质, 果胶溶液的透光率变化显著, 由原来的61.9 %上升到 82.6 %。但是时间进一步延长, 当过 10 min 时, 时间对于脱色的效果影响并无太大提高, 硅藻土吸附能力已经趋于平衡, 所以用硅藻土脱色的脱色时间为 10 min。
3.2.4 活性炭的脱色时间对透光率影响
脱色时间在开始的前 10 min 时的影响效果也很明显, 活性炭充分吸附色素物质, 果胶溶液的透光率变化显著, 由原来的 57 %上升到92 %。但是时间进一步延长, 当过 10 min 时, 时间对于脱色效果的影响并无太大提高, 活性炭吸附能力已经趋于平衡, 所以用活性炭脱色的脱色时间也为 10 min。
3.2.5 硅藻土的脱色温度对透光率影响
选取相同的脱色时间、硅藻土用量为 0.25 g/ 50 mL、脱色温度为 30 ℃时, 透光率由原来的 68.2 %上升到 81 %。硅藻土在高于 30 ℃后对脱色的效果几乎并无太大的提高。硅藻土的吸咐能力趋向平衡, 果胶溶液色泽变化不明显。故适宜的温度选择 30 ℃。
3.2.6 活性炭的脱色温度对透光率影响
选取相同的脱色时间、活性炭用量为 0.125g/50 mL、脱色温度为 30 ℃时, 透光率由原来的 69.1 %上升到 81.5 %。活性炭在高于 30 ℃后对脱色的效果无提高。活性炭的吸咐能力趋向平衡, 果胶溶液色泽变化不明显。故适宜的温度选择 30 ℃。
3.3 不同条件对果胶盐析的影响
3.3.1 Al2(SO4)3溶液加入量对盐析的影响
盐析采用质量分数 10%的 Al2(SO4)3溶液, 当Al2(SO4)3用量不足时, 离心上清液有絮状沉淀,较混浊, 说明仍有果胶残留; 当质量分数 10%的Al2(SO4)3溶液与萃取液体积比达到了 7∶100 时, 可达到较佳盐析效果, 此时, 上清液基本无果胶残留, 易离心分离。
3.3.2 盐析时 pH 值调节的影响:
采用 NaOH 调节盐析时的 pH 值, 当 NaOH 用量不足时, 上清液会发生混浊和沉淀; 当 NaOH 用量过大时, 会导致果胶沉淀状态差, 并且颜色也变深。故要在果胶完全沉淀并保障沉淀果胶效果好,应选取盐析 pH 值为 4.5。
3.4 不同条件对果胶脱盐的影响
3.4.1 盐酸用量对果胶脱盐效果的影响
酸的用量不够, 脱盐不; 酸的用量太多,又会引起脱盐后的果胶的降解。当盐酸的体积分数小于 4 %时, Al3+并未被完全置换出来, 故使果胶的产量不真实的增大; 当酸的体积分数大于 4 %时, 果胶的产量趋于稳定; 再增加酸的用量也对果胶的产量无明显的影响。而且大量酸加入最终会导致果胶产量的下降, 而且果胶的质量和色泽也受到影响。考虑以上因素, 选择盐酸的体积分数为 4 % ( 盐酸在脱盐液中的体积分数) , 此时脱盐液的组成 ( 以体积分数计) 为: 乙醇 60 %、盐酸 4 %、水 36 %。
3.4.2 脱盐液的用量对果胶脱盐的影响
随着脱盐液用量的增加, 果胶的产量随之下降, 说明果胶脱盐比较; 虽然增加脱盐液的量会有利于脱盐, 但是过多的脱盐液也会造成乙醇的浪费。
故选择脱盐比较又比较节省的每 2.5 g 黄秋葵原料 ( 50 mL 萃取液) 用 35 mL 的脱盐液。
3.4.3 脱盐时间对果胶盐脱盐效果的影响
脱盐的时间太短则 Al3+置换不完全, 脱盐不; 脱盐时间过长, 果胶与脱盐液的作用时间太长会使果胶降解, 试验结果如图 14 所示, 在低于 40min 时果胶脱盐不。从实验过程中也看到细小块状絮凝物存在; 高于 40 min 时,果胶的产量急骤下降, 这是由于果胶降解, 故选取脱盐时间为 40 min 时为。
来源：惠合冷热缸
