一种甜菜果胶的绿色制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种甜菜果胶的绿色制备方法。该方法以甜菜糖厂废料甜菜粕为原料，首先将甜菜粕用蒸馏水洗涤，过滤后烘干；将甜菜粕与蒸馏水配成液固比为100:1～10:1的料液，置于静电场和超声场条件下进行预处理，电场强度为8～32kV，超声强度为0.35～0.88W/cm2；在亚临界水条件下，提取果胶，温度为100～300℃，压力为2MPa～20MPa，压力变换周期为1～3次，提取总时间为5min～90min；过滤、浓缩后用异丙醇沉淀，离心后再用异丙醇洗涤，冷冻干燥，得甜菜果胶。本发明方法具有绿色无污染、工艺流程用时短、产品得率高、性质稳定、食用安全性高的特点。
【专利说明】一种甜菜果胶的绿色制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种甜菜果胶，特别是涉及一种甜菜果胶的绿色制备方法，属于食品绿色加工领域。
【背景技术】
[0002]果胶是一种主要由半乳糖醛酸组成的天然高分子化合物，具有良好的凝胶性和乳化性，已广泛应用于食品、医药、日化及纺织行业。根据果胶中酯化度和中性糖的含量可以有不同的用途，一般可分为高酯速凝果胶、高酯慢凝果胶、低酯果胶，制药果胶和特种低酯果胶。目前产业化的果胶主要是从苹果渣和橘皮类果皮中提取获得，甜菜干柏中含有丰富的膳食纤维，其中水溶性膳食纤维——果胶的含量较高，平均含量达到28%，并且甜菜果胶乳化性比苹果果胶和柑橘果胶要好，因此甜菜果胶的发展潜力非常大。
[0003]传统上果胶的提取主要采用酸提取法，如盐酸、硫酸、硝酸、有机酸等。此种方法，由于细胞壁坚韧不易破坏，提取过程用时较长，提取率低；提取过程中用到大量酸碱等试剂，对设备要求较高，并且容易造成环境污染和资源浪费。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对目前酸法提取果胶的弊端，提供一种提取率高并且绿色无污染的甜菜果胶生产方法。
[0005]本发明利用超声和静电场技术协同预处理甜菜柏，并在不含酸碱等化学试剂的亚临界水提取甜菜果胶，是一种绿色制备方法。绿色化学已经成为当今化学科学发展的前沿，是21世纪化学发展的重要方向。本发明从绿色化学的角度出发，以糖厂废料甜菜柏为原料，采用静电场、超声、`亚临界水三种绿色技术，有效地避免了酸碱的使用所造成严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题。通过研究预处理和提取条件，提出了一条绿色制备甜菜果胶的新工艺，其特点是产品得率高、用时短、绿色无污染、食用安全性高。
[0006]本发明的目的通过下述技术方案实现:
[0007]—种甜菜果胶的绿色制备方法，含有以下步骤:
[0008]( I)将甜菜柏用蒸馏水洗涤，过滤后烘干；
[0009](2)将步骤(1)所得甜菜柏与蒸馏水配成液固比为100:1~10:1的料液，置于静电场和超声场条件下进行预处理，电场强度为8~32kV，频率为5~70kHz，超声强度为
0.35~0.88W/cm2，频率为20~50kHz，处理时间为5~30min，温度为25~50°C ；
[0010](3)在亚临界水条件下，以步骤(2)所得料液为原料提取果胶，温度为100~300°C，压力为2MPa~20MPa，压力变换周期为I~3次，提取总时间为5min~90min ;所述的压力变换周期是指先将料液从标准大气压升到2MPa~20MPa设定压力，恒压提取后再降到标准大气压，恒压提取的时间为提取总时间除以压力变换周期数；所述提取总时间是指所有压力变换周期中在设定压力和设定温度下恒压提取时间的总和；不包括升温时间，升压时间和降压时间；[0011](4)将步骤(3)所得料液过滤、浓缩后用异丙醇沉淀，离心后再用异丙醇洗涤，冷冻干燥，得甜菜果胶。
[0012]为进一步实现本发明目的，优选地，2、所述洗涤是将甜菜柏用40°C _45°C的蒸馏水洗脱8-15min，以除去甜菜柏中残留蔗糖、葡萄糖、无机盐等小分子。所述烘干是将洗涤后的甜菜柏用尼龙布过滤后烘干；甜菜柏烘干后的水分质量含量不大于6%。所述料液过滤采用尼龙布过滤。所述浓缩是在50~70°C下真空浓缩至原体积的5%。所述异丙醇的体积为料液的I~4倍。所述离心的转速为8000-10000rpm。所述冷冻干燥是在_60°C~_55°C，0.1~0.2MPa真空度下干燥20~24h，干燥后的果胶中所含水平的质量分数不大于5%。
[0013]本发明中，亚临界水是指在一定压力但低于水的临界压力22.1MPa条件下，将水将热到100°c以上临界温度374.2V以下的高温，水体仍然保持在液体状态。
[0014]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0015](I)与传统酸提取处理技术相比，本发明整个提取过程采用绿色无污染的方法，避免了酸碱造成的环境污染和资源浪费。
[0016](2)与传统技术相比，本发明采用亚临界水提取甜菜果胶，其制备时间不超过60min,比传统高压低热法的2~8小时的制备时间缩短了 2~8倍。
[0017](3)与传统技术相比，本发明采用亚临界水提取甜菜果胶，提取主过程采用不含酸碱等化学试剂的亚临界水进行提取，可以有效的避免酸所造成的果胶分子降解，使产品性质更加稳定，可食用性高。
【具体实施方式】
[0018]为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地说明，发明人对通过深入研究和试验，已经有许多成功的实施例，下面列举四个具体的实施例，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
[0019]实施例1:
[0020]第一步将甜菜柏在40°C的蒸馏水中洗脱IOmin以去除甜菜柏中残留的蔗糖、葡萄糖、无机盐等小分子，用尼龙布过滤后在40°C下烘干，控制甜菜柏中水分质量含量低于6% ；
[0021]第二步将烘干的甜菜柏与蒸馏水配成液固比为100:1的料液置于静电场和超声场条件下进行预处理。电场强度为8kV，频率为5kHz，超声强度0.35ff/cm2,频率为20kHz，处理时间为5min，温度为25°C ；
[0022]第三步将预处理过的料液在置于亚临界水(IOO0C，2MPa条件下的蒸馏水)条件下提取果胶。先以4°C /min的速率升温到设定温度(100°C)，然后快速升压(Imin内)到设定压力(2MPa)，保温(100°C )恒压(2MPa) 5min，快速(5s内)将压力降到标准大气压，取出料液；
[0023]第四步将第三步所得提取液过滤后在50°C下浓缩至原体积的5%，用一倍体积的异丙醇沉淀、SOOOrpm离心后用异丙醇洗涤，在_60°C，0.1MPa真空度下干燥24h，干燥后的果胶中所含水平的质量分数不大于5%，即得到甜菜果胶。经称重法得甜菜果胶的得率为
15.42%ο
[0024]本实施例甜菜果胶制备时间仅为IOmin (包括预处理时间和提取总时间)10min，大大低于传统酸提取法的2~8小时；该方法所得果胶由于没有受到酸的降解，分子量经GPC测定为120kDa，比酸性条件下提取的甜菜果胶分子量(< IOOkDa)大；提取液中除甜菜果胶外，滤渣主要为纤维素和半纤维素等可降解成分，滤液主要为水溶性碳水化合物，不含酸碱等有毒化学试剂，对环境无污染。
[0025]实施例2:
[0026]第一步将甜菜柏在40°C的蒸馏水中洗脱IOmin以去除甜菜柏中残留的蔗糖、葡萄糖、无机盐等小分子，用尼龙布过滤后在40°C下烘干，控制甜菜柏中水分质量含量低于6% ；
[0027]第二步将烘干的甜菜柏与蒸馏水配成液固比为10:1的料液置于静电场和超声场条件下进行预处理。电场强度为32kV，频率为70kHz，，超声强度0.88ff/cm2,频率为50kHz，处理时间为30min，温度为50°C ；
[0028]第三步将预处理过的料液在亚临界水(300°C，20MPa下的蒸馏水)条件下提取果胶。该步骤先以4°C /min的速率升温到设定温度(300°C)，三个压力变换周期后取出料液；三个变换周期提取总时间90min。其中将料液从标准大气压快速升压(Imin内)到设定压力(20MPa)，保温(300°C)恒压(20MPa)条件下提取30min，快速(5s内)将压力降到标准大气压，为一个压力变换周期；提取总时间是指所有压力变换周期中在设定压力和设定温度下恒压提取时间的总和；不包括升温时间，升压时间和降压时间；
[0029]第四步将第三步所得提取液过滤后在70°C下浓缩至原体积的5%，用四倍体积的异丙醇沉淀、1000Orpm离心后用异丙醇洗涤，在-60°C，0.1MPa真空度下干燥24h，干燥后的果胶中所含水平的质量分数不大于5%，即得到甜菜果胶。经称重法得甜菜果胶的得率为
15.38%ο
[0030]本实施例甜菜果胶制备时间仅为60min，该时间包括预处理时间和提取总时间，大大低于传统酸提取法的2~8小时；该方法所得果胶由于没有受到酸的降解，分子量经GPC测定为112kDa，比酸性条件 下提取的甜菜果胶分子量(< IOOkDa)大；提取液中除甜菜果胶外，滤渣主要为纤维素和半纤维素等可降解成分，滤液主要为水溶性碳水化合物，不含酸碱等有毒化学试剂，对环境无污染。
[0031]实施例3:
[0032]第一步将甜菜柏在40°C的蒸馏水中洗脱IOmin以去除甜菜柏中残留的蔗糖、葡萄糖、无机盐等小分子，用尼龙布过滤后在40°C下烘干，控制甜菜柏中水分质量含量低于6% ；
[0033]第二步将烘干的甜菜柏与蒸馏水配成液固比为50:1的料液置于静电场和超声场条件下进行预处理。电场强度为12kV，频率为60kHz，，超声强度0.55ff/cm2,频率为40kHz，处理时间为lOmin，温度为30°C ；
[0034]第三步将预处理过的料液在亚临界水(150°C，15MPa下的蒸馏水)条件下提取果胶。先以4°C /min的速率升温到设定温度(150°C)，两个压力变换周期(将料液从标准大气压快速升压(Imin内)到设定压力(15MPa)，保温(150°C )恒压(15MPa)条件下提取15min，快速(5s内)将压力降到标准大气压，完成一个压力变换周期)后取出料液。两个变换周期提取总时间30min ；
[0035]第四步将第三步所得提取液过滤后在60°C下浓缩至原体积的5%，用三倍体积的异丙醇沉淀、9000rpm离心后用异丙醇洗涤，在-60°C，0.1MPa真空度下干燥24h，干燥后的果胶中所含水平的质量分数不大于5%，即得到甜菜果胶。经称重法得甜菜果胶的得率为
16.42%ο[0036]本实施例甜菜果胶制备时间仅为40min，该时间包括预处理时间和提取总时间，大大低于传统酸提取法的2~8小时；分子量经GPC测定为116kDa，比酸性条件下提取的甜菜果胶分子量(< IOOkDa)大；提取液中除甜菜果胶外，滤渣主要为纤维素和半纤维素等可降解成分，滤液主要为水溶性碳水化合物，不含酸碱等有毒化学试剂，对环境无污染。
[0037]实施例4:
[0038]第一步将甜菜柏在40°C的蒸馏水中洗脱IOmin以去除甜菜柏中残留的蔗糖、葡萄糖、无机盐等小分子，用尼龙布过滤后在40°C下烘干，控制甜菜柏中水分质量含量低于6% ；
[0039]第二步将烘干的甜菜柏与蒸馏水配成液固比为70:1的料液置于静电场和超声场条件下进行预处理。电场强度为28kV，频率为55kHz，，超声强度0.70ff/cm2,频率为30kHz，处理时间为30min，温度为40°C ；
[0040]第三步将预处理过的料液在亚临界水(120°C，IOMPa下的蒸馏水)条件下提取果胶。先以4°C /min的速率升温到设定温度(120°C)，两个压力变换周期(将料液从标准大气压快速升压(Imin内)到设定压力(lOMPa)，保温(120°C )恒压(IOMPa)条件下提取lOmin，快速(5s内)将压力降到标准大气压，完成一个压力变换周期)后取出料液。两个变换周期提取总时间20min ；
[0041]第四步将第三步所得提取液过滤后在65°C下浓缩至原体积的5%，用四倍体积的异丙醇沉淀、9000rpm离心后用异丙醇洗涤，在-60°C，0.1MPa真空度下干燥24h，干燥后的果胶中所含水平的质量分数不大于5%，即得到甜菜果胶。经称重法得甜菜果胶的得率为18.32%。
[0042]本实施例甜菜果胶制备时间仅为40min，该时间包括预处理时间和提取总时间，大大低于传统酸提取法的2~8小时；；分子量经GPC测定为118kDa，比酸性条件下提取的甜菜果胶分子量(< IOOkDa)大；提取液中除甜菜果胶外，滤渣主要为纤维素和半纤维素等可降解成分，滤液主要为水溶性碳水`化合物，不含酸碱等有毒化学试剂，对环境无污染。
[0043]从以上实施例可以看出，经不同条件的静电场和超声预处理以及亚临界水提取的甜菜果胶，可制备出满足工业生产和食用安全性高的甜菜果胶产品。与传统提取技术相比，采用亚临界水所需时间不超过60min，比传统酸提取法的2~8小时的制备时间缩短了 2~8倍。同时，也可以避免酸性条件下果胶分子的降解。由于提取过程中不加入有毒有害化学试剂，避免了环境的污染。
【权利要求】
1.一种甜菜果胶的绿色制备方法，其特征在于含有以下步骤: (1)将甜菜柏用蒸馏水洗涤，过滤后烘干； (2)将步骤(1)所得甜菜柏与蒸馏水配成液固比为100:1~10:1的料液，置于静电场和超声场条件下进行预处理，电场强度为8~32kV，频率为5~70kHz，超声强度为0.35~0.88W/cm2，频率为20~50kHz，处理时间为5~30min，温度为25~50°C ； (3)在亚临界水条件下，以步骤(2)所得料液为原料提取果胶，温度为100~300°C，压力为2MPa~20MPa，压力变换周期为I~3次，提取总时间为5min~90min ;所述的压力变换周期是指先将料液从标准大气压升到2MPa~20MPa设定压力，恒压提取后再降到标准大气压，恒压提取的时间为提取总时间除以压力变换周期数；所述提取总时间是指所有压力变换周期中在设定压力和设定温度下恒压提取时间的总和；不包括升温时间，升压时间和降压时间； (4)将步骤(3)所得料液过滤、浓缩后用异丙醇沉淀，离心后再用异丙醇洗涤，冷冻干燥，得甜菜果胶。
2.根据权利要求1所述的甜菜果胶的绿色制备方法，其特征在于:所述洗涤是将 甜菜柏用40°C _45°C的蒸馏水洗脱8-15min。
3.根据权利要求1所述的甜菜果胶的绿色制备方法，其特征在于:所述烘干是将洗涤后的甜菜柏用尼龙布过滤后烘干；甜菜柏烘干后的水分质量含量不大于6%。
4.根据权利要求1所述的甜菜果胶的绿色制备方法，其特征在于:所述料液过滤采用尼龙布过滤。
5.根据权利要求1所述的甜菜果胶的绿色制备方法，其特征在于:所述浓缩是在50~70°C下真空浓缩至原体积的5%。
6.根据权利要求1所述的甜菜果胶的绿色制备方法，其特征在于:所述异丙醇的体积为料液的I~4倍。
7.根据权利要求1所述的甜菜果胶的绿色制备方法，其特征在于:所述离心的转速为8000-10000rpmo
8.根据权利要求1所述的甜菜果胶的绿色制备方法，其特征在于:所述冷冻干燥是在-60°C~_55°C，0.1~0.2MPa真空度下干燥20~24h，干燥后的果胶中所含水平的质量分数不大于5%。
【文档编号】C08B37/06GK103483465SQ201310381569
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】扶雄, 陈海明, 罗志刚 申请人:华南理工大学