专利名称：制备高稳定性甘薯果胶乳化液的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备高稳定性甘薯果胶乳化液的方法。
背景技术：
·甘薯中果胶含量较高，每IOOg鲜甘薯中，果胶含量约为O. Slgo目前，甘薯除鲜食夕卜，有45%用作食品加工原料，而这其中有绝大部分用于淀粉和淀粉类产品加工，甘薯渣是甘薯淀粉及淀粉类产品生产过程中副产物，通常情况下被当作废弃物丢弃或作为饲料简单利用，造成资源浪费和环境污染。甘薯渣中富含果胶，约占干渣重量20%。果胶是一类由半乳糖醛酸通过α-1，4糖苷键链接而成的杂多糖，半乳糖醛酸约占70%左右，除半乳糖醛酸外，果胶中还含有鼠李糖。半乳糖、阿拉伯糖等中性糖；半乳糖、阿拉伯糖和木糖主要存在于果胶侧链中。根据主链长短及构成、侧链多少及构成不同，可以将果胶分子分为半乳糖醛酸聚糖(HGA)，占总果胶的55-65% ;鼠李半乳糖醛酸聚糖I(RG- I )，占总果胶20-35% ;鼠李半乳糖醛酸聚糖II (RG- II )，在果胶中约占0_10%。果胶亲水性强，属于水溶性膳食纤维，不能被肠道中酶消化，但能被结肠中微生物发酵生成短链脂肪酸。前人研究表明，果胶具有影响脂质和蛋白等营养物质代谢，调节肠道菌群生长，从而有减肥降脂，降低心血管系统疾病发病率，防治糖尿病等功效；此外，果胶还可促进癌细胞凋亡，抑制肿瘤生长和转移以及具有较强金属离子结合能力等生理活性。在食品工业中，利用果胶胶凝特性和增稠稳定性，将果胶作为配料或辅料添加到食品中，起到提高粘度、产生胶体结构、控制结晶、防止脱水、改善结构、防止风味物质流失以及延长食品体系稳定性等。在药品行业，果胶可单独或与其它赋形剂混合配制软膏、膜齐U、栓剂及微胶囊等药物制剂，还可以用作肠溶衣的材料。此外，在污水处理中，可利用果胶对金属离子的吸附能力，去除废水中的重金属。前人研究表明，果胶是除大豆可溶性多糖、阿拉伯胶、瓜尔豆胶等物质外，具有乳化能力的天然多糖，它具有形成乳化液并维持乳化液稳定性的作用。描述果胶乳化特性的指标主要包括乳化液粒度、乳化活性(Emulsion Activity, EA)、乳化稳定性(Emulsionstabilization's)等。在前人研究中，有关柑桔和甜菜果胶乳化特性报道较多，乳化液中果胶浓度、油相体积分数以及PH值等因素是影响果胶乳化液形成和稳定的关键因素。甘薯果胶来源广泛，对影响甘薯果胶乳化液形成和稳定性的因素进行探讨，摸索出高稳定甘薯果胶乳化液制备工艺，为甘薯果胶作为乳化剂、乳化稳定剂在食品工业中应用提供理论依据和技术支持很有必要。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种原料为淀粉加工副产物，且来源广泛，生产工艺简单可行，甘薯果胶乳化液稳定性高的制备高稳定性甘薯果胶乳化液的方法。本发明目的的实现方式为，制备高稳定性甘薯果胶乳化液的方法，具体步骤如下，(I)淀粉生产甘薯渣预处理甘薯渣60°C下烘干至水分含量< 5%，粉碎后过100目筛，按料液比1:20悬浊，100°C糊化5min-15min，冷却至室温，调节pH值至4. 0-7. 0，加入α-淀粉酶，于50°C -80°C下，水浴酶解20min-45min，后100°C下灭酶5 min，酶解液5 000g下离心15 min,弃上清,收集沉淀干燥备用，酶液浓度I. 0% w/v，酶液用量为O. 5ml/g甘薯渣；(2)甘薯果胶制备上述干燥后沉淀按料液比1:20-1:50，加水悬浊，调节pH值至
I.0-3. O, 700C -100。。下，50rpm 振荡水浴提取 I. Oh-3. Oh, IOOOOg 离心 5min_15min,收集上清，上清液用截留分子量IOkDa超滤膜浓缩至原体积1/5，浓缩液用1-5倍体积无水乙醇沉淀30min后，5000g离心15min，收集沉淀，沉淀分别用60%、75%、90%乙醇清洗2次，后溶于蒸馏水，冻干得甘薯果胶；甘薯果胶中半乳糖醛酸含量60%_80%之间，酯化度20%_50%之间，水分含量5%_8%之间，灰分含量< 3%,蛋白含量< 1%
(3)甘薯果胶溶液配制将甘薯果胶与蒸馏水按质量体积比O. 5% — 4. 0%混合，调节pH值至2. 0-7. 0，在室温下搅拌过夜后静置24h，得甘薯果胶水溶液；(4)甘薯果胶乳化液配制将甘薯果胶水溶液与大豆油混合，大豆油在混合液中的体积比为5%—40%,采用高压均质机,在20000rpm下将混合液均质Imin后得分散均勻的甘薯果胶乳化液。本发明的原料一甘薯渣为甘薯淀粉工业副产物，且来源广泛；采用酸法从甘薯渣中提取的甘薯果胶生产工艺简单可行；制备的甘薯果胶乳化液，粒径< 8. 05 μ m,放置7d后，乳化稳定性> 80%,稳定性高。本发明为甘薯果胶在食品工业中作为乳化剂、乳化稳定剂大规模应用提供了技术支持。采用本发明能将甘薯果胶作为乳化剂和乳化稳定剂应用于食品、化妆品和药品行业，极大提高甘薯果胶的应用范围。
图I为浓度为2. 0%的新鲜甘薯果胶乳化液显微图；图2为放置7d后，浓度为2. 0%的甘薯果胶乳化液显微图；图3为浓度为4. 0%的甘薯果胶乳化液显微图；图4是甘薯果胶水溶液浓度对乳化液粒径影响对甘薯果胶乳化液粒径影响图；图5是油相体积分数对乳化液粒径影响对甘薯果胶乳化液粒径影响图；图6是pH值对乳化液粒径影响对甘薯果胶乳化液粒径影响图；图7是甘薯果胶水溶液浓度对乳化液粒径影响对对乳化液甘薯果胶乳化液对乳化液乳化活性和乳化稳定性影响图；图8是油相体积分数对乳化液粒径影响对对乳化液甘薯果胶乳化液对乳化液乳化活性和乳化稳定性影响图；图9是pH值对乳化液粒径影响对对乳化液甘薯果胶乳化液对乳化液乳化活性和乳化稳定性影响图。
具体实施例方式本发明的技术流程为甘薯渣预处理，甘薯果胶制备，甘薯果胶水溶液配制，甘薯果胶水溶液与大豆油混合，均质混匀得高稳定性甘薯果胶乳化液。最佳的是，果胶按质量体积比I. 0% — 3. 0%与蒸馏水混合，调节pH值至4. O—6. O。将果胶水溶液与大豆油混合，大豆油在混合液中的体积比为5%—40%,混合液在20000rpm下均质lmin。大豆油在混合液中的体积比最佳为10%—30%。下面用具体实施例详述本发明。例I、(I)淀粉生产甘薯渣预处理甘薯渣烘干至水分含量< 5%，粉碎后过100目筛，按料液比1:20悬浊，100°C糊化lOmin，冷却至室温，调节pH值至5. O，加入α -淀粉酶60°C下水浴酶解30 min后，100°C下灭酶5 min,酶解液5 OOO g下离心15 min,弃上清,收
集沉淀干燥备用，酶液浓度I. 0% w/v,酶液用量为O. 5ml/g甘薯渣。(2)甘薯果胶制备上述干燥后沉淀按料液比1:30，加水悬浊，调节pH值至I. 5，95 °C下，50rpm振荡水浴提取2. 2h，IOOOOg离心IOmin，收集上清，上清液用截留分子量IOkDa超滤膜浓缩至原体积1/5，浓缩液用3倍体积无水乙醇沉淀30min后，5000g离心15min,收集沉淀，沉淀分别用60%、75%、90%乙醇清洗2次，后溶于蒸馏水，冻干得甘薯果胶。甘薯果胶中半乳糖醛酸含量70%，酯化度40%，水分含量6%，灰分含量< 3%，蛋白含量< 1%。(3)甘薯果胶水溶液配制将甘薯果胶按质量体积比I. 0%与蒸馏水混合，调节pH值至3. O，在室温下搅拌过夜后静置24h，得甘薯果胶水溶液。(4)甘薯果胶乳化液配制将甘薯果胶水溶液与大豆油混合，大豆油在混合液中的体积比为40%,采用高压均质机,在25000rpm下均质混合液2min后得分散均勻的甘薯果胶乳化液。例2，同例1，不同的是，甘薯渣100°C糊化5min，冷却至室温，调节pH值至4. O，加入α-淀粉酶50°C下水浴酶解45 min。干燥后的甘薯渣沉淀按料液比1:20，加水悬浊，调节pH值至I. O，70°C下，50rpm振荡水浴提取I. Oh, IOOOOg离心5min，收集上清，上清液用截留分子量IOkDa超滤膜浓缩至原体积1/5，浓缩液用I倍体积无水乙醇沉淀30min。冻干所得甘薯果中半乳糖醛酸含量60%，酯化度20%，水分含量5%。将甘薯果胶按质量体积比O. 5%与蒸馏水混合，调节pH值至2. O ;甘薯果胶水溶液与大豆油混合，大豆油在混合液中的体积比为5%。例3，同例I，不同的是，甘薯渣100°C糊化15min，冷却至室温，调节pH值至7. O，加入α-淀粉酶80°C下水浴酶解20 min。干燥后的甘薯渣沉淀按料液比1:50，加水悬浊，调节pH值至3. O，80°C下，50rpm振荡水浴提取3. Oh, IOOOOg离心5min，收集上清，上清液用截留分子量IOkDa超滤膜浓缩至原体积1/5，浓缩液用5倍体积无水乙醇沉淀30min。冻干所得甘薯果胶中半乳糖醛酸含量80%,酯化度50%，水分含量8%。将甘薯果胶按质量体积比2. 0%与蒸馏水混合，调节pH值至5. O ;甘薯果胶水溶液与大豆油混合，大豆油在混合液中的体积比为20%。例4,同例I,不同的是,甘薯洛100°C糊化5min,冷却至室温,调节pH值至4. O,加入α-淀粉酶50°C下水浴酶解20 min。
干燥后的甘薯渣沉淀按料液比1:30，加水悬浊，调节pH值至I. 0，95°C下，50rpm振荡水浴提取I. Oh, IOOOOg离心5min，收集上清，上清液用截留分子量IOkDa超滤膜浓缩至原体积1/5，浓缩液用I倍体积无水乙醇沉淀30min。冻干所得甘薯果胶溶液中半乳糖醛酸含量65%，酯化度30%，水分含量5%。将甘薯果胶按质量体积比3. 0%与蒸馏水混合，调节pH值至4. O ;甘薯果胶水溶液与大豆油混合，大豆油在 混合液中的体积比为30%。例5，同例1，不同的是，甘薯渣100°C糊化5min，冷却至室温，调节pH值至4. 0，加入α-淀粉酶50°C下水浴酶解20 min。冻干所得甘薯果胶溶液中半乳糖醛酸含量75%，酯化度25%，水分含量7%。干燥后的甘薯洛沉淀按料液比1:20,加水悬池,调节pH值至L 0,100°C下，50rpm振荡水浴提取I. Oh, IOOOOg离心5min，收集上清，上清液用截留分子量IOkDa超滤膜浓缩至原体积1/5，浓缩液用I倍体积无水乙醇沉淀30min。将甘薯果胶按质量体积比I. 5%与蒸馏水混合，调节pH值至6. O ;甘薯果胶水溶液与大豆油混合，大豆油在混合液中的体积比为10%。例6，同例1，不同的是，甘薯渣100°C糊化5min，冷却至室温，调节pH值至4. 0，加入α-淀粉酶50°C下水浴酶解20 min。冻干所得甘薯果胶溶液中半乳糖醛酸含量75%，酯化度25%，水分含量7%。干燥后的甘薯渣沉淀按料液比1:20，加水悬浊，调节pH值至I. 0，90°C下，50rpm振荡水浴提取I. 5h，IOOOOg离心5min，收集上清，上清液用截留分子量IOkDa超滤膜浓缩至原体积1/5，浓缩液用I倍体积无水乙醇沉淀30min。将甘薯果胶按质量体积比4. 0%与蒸馏水混合，调节pH值至7. O ;甘薯果胶水溶液与大豆油混合，大豆油在混合液中的体积比为25%。本申请人用例3的甘薯果胶水溶液作了甘薯果胶乳化液配制根据油相体积分数不同，将果胶溶液与大豆油混合，最终混合液中油相体积比分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，随后采用高压均质机20000rpm下均质Imin后得分散均匀的甘薯果胶乳化液。甘薯果胶浓度为2. 0% (油相体积比20%、pH 5. O)的新鲜果胶乳化液显微图见图1，从图中可见浓度2. 0%时，甘薯果胶乳化颗粒在显微镜下呈较为规则的圆形，采用Mint图像分析系统对显微镜图像进行分析后发现，其粒径为9. 61 μ m。甘薯果胶浓度为2. 0% (油相体积比20%、pH 5. O)的乳化液放置7d后的显微图见图2，从图中可以看出，放置7d后乳化液粒径增大，平均粒径达到10. 64 μ m0甘薯果胶浓度为4. 0% (油相体积比20%、pH 5.0)的新鲜乳化液显微图见图3，从图中可以看出，果胶浓度4. 0%时，乳化液平均粒径明显小于果胶浓度2. 0%时乳化液粒径，图像分析结果表明，其平均粒径仅为5. 35 μ m。本申请人用例I的甘薯果胶作了甘薯果胶水溶液浓度、油相体积分数、pH值对乳化液粒径影响对甘薯果胶乳化液粒径影响试验，试验结果见图4、图5、图6 (图中分别显示了不同处理下，新鲜甘薯果胶乳化液、以及乳化液放置Id、放置7d后平均粒径)，从图中可见，果胶溶液按质量体积比I. 0%—3. 0%与蒸馏水混合，体积比为10% — 30%，pH值为4. O—
6.O为优选方案。
本申请人用例I的甘薯果胶作了甘薯果胶水溶液浓度、油相体积分数、pH值对乳化液甘薯果胶乳化液对乳化液乳化活性和乳化稳定性影响试验，试验结果见图7、图8、图9 (图中分别显示了不同处理下甘薯果胶乳化液的乳化稳定性)，从图中可见，当果胶浓度高于2. 0%, pH值5. O,油相体积分数10-30%之间，能形成粒径小、稳定性高的乳化液。本申请人用例I的甘薯果胶作了甘薯果胶乳化液粒径测定试验。试验采用配有循环分散器的激光粒度分布仪分别测定新鲜、放置I d和7 d后乳化液粒径。粒径大小用体积平均粒径值d4，3表示，d4；3= SniCli4/XniCli3, Iii表示颗粒数量，(Ii表示颗粒直径。试验结果见图4，5，6，从图中可以看出，随着果胶浓度升高，乳化液粒径呈下降趋势，当果胶浓度大于2. 0%时，新鲜乳化液粒径小于8. 05 μ m,且放置时间(ld、7d)对乳化液 粒径无显著影响；随着油相体积分数升高，乳化液粒径增大，与新鲜乳化液粒径相比，当油相体积分数高于25%，放置Id和7d后的乳化液粒径均显著增大，而当油相体积分数低于25%时，放置时间对乳化液粒径无显著影响。当油相体积分数低于20%时，乳化液粒径小于8. 05 μ m ;随着pH值升高，乳化液粒径呈先下降后上升趋势，pH值5. O时，乳化液粒径最小。本申请人用例I的甘薯果胶作了甘薯果胶乳化稳定性测定试验。分别将新鲜乳化液置于透明带刻度的玻璃试管中，室温下3 000 g离心5 min，测量初始乳脂层体积V1，分别将上述离心后的乳化液于室温下放置7 d后，在3 000 g下离心5min,测量此时乳脂层体积V2,乳化液乳化稳定性(Emulsion stability ES) (%)=100XV2/
V试验结果见图7，8，9，从图中可以看出，随着果胶浓度升高，乳化液的稳定性呈上升趋势，当果胶浓度大于I. 5%时，乳化液乳化稳定性高于80%，各浓度间无显著性差异；随着油相体积分数升高，乳化液的稳定性呈先上升后下降趋势，油相体积分数10%-30%之间时，乳化液乳化稳定性大于80% ;随着pH值升高，乳化液乳化稳定性呈先上升后下降趋势，pH值5. O时，乳化稳定性最高，pH值4. 0-7. O之间，乳化稳定性大于80%。本申请人用例3的甘薯果胶水溶液作了甘薯果胶乳化颗粒显微镜观察试验。利用倒置光学显微镜，采用压片法观察果胶乳化液在不同放置时间、油相体积分数条件下形态及结构的变化，采用连接有单反镜头的尼康数码相机拍照，放大倍数为100倍，并用Mivnt图像分析系统对显微图片进行分析。图1，2，3分别是果胶浓度2. 0% (油相体积比20%、pH 5.0)新鲜乳化液显微图片，果胶浓度2. 0% (油相体积比20%、pH 5.0)放置7d后乳化液显微图片，果胶浓度4. 0% (油相体积比20%、pH 5. O)新鲜乳化液显微图片。从图中可以看出，显微镜下，果胶乳化颗粒呈规则的球形，果胶浓度2. 0%乳化液放置7d后，乳化颗粒增大；果胶浓度升高到4. 0%时，乳化颗粒明显减小。
权利要求
1.制备高稳定性甘薯果胶乳化液的方法，其特征在于具体步骤如下， (1)淀粉生产甘薯渣预处理甘薯渣60°c下烘干至水分含量<5%，粉碎后过100目筛，按料液比1:20悬浊，100°C糊化5min-15min，冷却至室温，调节pH值至4. 0-7. 0，加入α -淀粉酶,于50°C-80°C下，水浴酶解20min-45min，后100°C下灭酶5 min，酶解液5 000 g下离心15 min,弃上清,收集沉淀干燥备用， 酶液浓度I. 0% w/v,酶液用量为O. 5ml/g甘薯渣； (2)甘薯果胶制备上述干燥后沉淀按料液比1:20-1:50，加水悬浊，调节pH值至I. 0-3. O, 700C -100。。下，50rpm 振荡水浴提取 I. Oh-3. Oh, IOOOOg 离心 5min_15min,收集上清，上清液用截留分子量IOkDa超滤膜浓缩至原体积1/5，浓缩液用1-5倍体积无水乙醇沉淀30min后，5000g离心15min，收集沉淀，沉淀分别用60%、75%、90%乙醇清洗2次，后溶于蒸馏水，冻干得甘薯果胶； 甘薯果胶中半乳糖醛酸含量60%-80%之间，酯化度20%-50%之间，水分含量5%-8%之间，灰分含量< 3%,蛋白含量< 1% (3)甘薯果胶水溶液配制将甘薯果胶与蒸馏水按质量体积比O.5% — 4. 0%混合，调节pH值至2. 0-7. 0，在室温下搅拌过夜后静置24h，得甘薯果胶水溶液； (4)甘薯果胶乳化液配制将甘薯果胶水溶液与大豆油混合，大豆油在混合液中的体积比为5% — 40%，采用高压均质机，在20000rpm下将混合液均质Imin后得分散均匀的甘薯果胶乳化液。
2.根据权利要求I所述的制备高稳定性甘薯果胶乳化液的方法，其特征在于将果胶水溶液按质量体积比I. 0% — 3. 0%与蒸馏水混合，调节pH值至4. 0—6. O。
3.根据权利I或2所述制备高稳定性甘薯果胶乳化液的方法，其特征在于将果胶水溶液与大豆油混合，大豆油在混合液中的体积比为10% — 30%。
全文摘要
本发明涉及一种制备高稳定性甘薯果胶乳化液的方法，以淀粉生产甘薯渣为原料，水浴酶解后的甘薯渣加水悬浊，调节pH值，振荡水浴提取，离心、超滤膜浓缩，用无水乙醇沉淀，离心、乙醇清洗、冻干得甘薯果胶；果胶与蒸馏水混合，调pH值，室温下搅拌过夜后静置24h得甘薯果胶；甘薯果胶水溶液与大豆油采用高压均质机均质2min后得分散均匀的甘薯果胶乳化液。本发明原料为废物利用，且来源广泛，生产工艺简单可行，制备的甘薯果胶乳化液，粒径≤8.05μm，乳化液放置7d后，乳化稳定性≥80%；可大规模作为乳化剂或乳化稳定剂用于食品、药品工业中。本发明极大提高了甘薯淀粉加工副产物综合利用程度，提升了甘薯加工的经济效益。
文档编号C08K5/103GK102718990SQ20121015593
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者何建军, 关健, 木泰华, 梅新, 陈学玲 申请人:湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所