从百香果果壳中提取低酯果胶和柠檬酸钙的系统的制作方法

本实用新型属于食品胶体领域，特别涉及一种运用膜分离及连续离子交换技术提取纯化百香果果壳低酯果胶和柠檬酸钙系统。

背景技术：

百香果，又名鸡蛋果，是西番莲科西番莲属的草质藤本植物，果可生食或作蔬菜、饲料。入药具有兴奋、强壮之效。果瓤多汁液，加入重碳酸钙和糖，可制成芳香可口的饮料，还可用来添加在其他饮料中以提高饮料的品质，目前对百香果的开发主要集中于果汁饮料领域，但对果壳的开发却鲜有报道。

果胶是一种广泛存在于陆生植物细胞壁中的复杂结构多糖。在烘焙食品、酸性乳饮料、果汁等食品加工中，果胶作为亲水胶体，具有胶凝、稳定及增稠等作用。同时，果胶也是天然的水溶性膳食纤维，具有调节人体肠道微环境，降低血脂等有益功效。低酯果胶是指酯化度低于50%的果胶，低酯果胶作为稳定剂、凝胶剂以及增稠剂可独特应用于低糖、低热量功能性食品，如低糖果酱、冰淇淋、果肉型饮料、烘烤食品底料。低糖、低热量食品正好符合现代人们的消费观念，再加上其独特的药用价值，低酯果胶日益受到消费者青睐，故有广阔的市场前景。在我国广西、福建等地广泛种植百香果，蕴藏丰富的天然低酯果胶资源。

目前工业上果胶提取方法主要为酸法提取后，再用乙醇沉淀，即利用酸水解细胞壁释放果胶，之后利用果胶不溶于醇的特性实现果胶与其他物质的分离。但过程中需耗费大量乙醇，造成回收能耗大、环保治理成本高等问题；而采用碱法、酰胺法提取低酯果胶，则同样面临过程中用到强碱或者酶活性控制的问题。因此，考虑采用膜分离技术结合离子交换技术等安全节能的分离纯化技术对果胶进行分离纯化。

对百香果果壳的开发鲜有案例，采用膜分离技术结合离子交换技术等分离纯化技术对百香果果壳低酯果胶进行分离纯化尚未见任何报道。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种易于工业化、安全简便的天然低酯果胶制备技术，采用柠檬酸钠提取结合超滤纯化的方法提取果胶，在获得高提取率和高纯度产品的同时，提高了产品安全性，降低生产成本。

为达到上述目的，本实用新型提出的技术方案为：一种从百香果果壳中提取低酯果胶和柠檬酸钙的系统，其特征在于：包括依次连接的粉碎装置、提取装置、板框压滤装置、陶瓷膜设备；所述的陶瓷膜设备的浓缩液出口连接连续离子交换系统，连续离子交换系统的料液出口连接第二反渗透设备，第二反渗透设备的透析液出口连接回用水罐、浓缩液出口连接减压浓缩、喷雾装置；所述的陶瓷膜设备的透析液出口连接第一反渗透设备，第一反渗透设备的透析液出口连接回用水罐，浓缩液出口连接搅拌罐，搅拌罐连接过滤或离心设备。

进一步的，所述的陶瓷膜设备中采用的陶瓷膜过滤孔径为50～200nm。

进一步的，所述的连续离子交换系统包括装填阴离子交换树脂第一离子交换装置和装填阳离子交换树脂第二离子交换装置。

进一步的，所述的第一离子交换装置和第二连续离子交换装置分别内置20个分离单元，第一离子交换装置和第二连续离子交换装置采用进料区相互串联，再生区彼此独立的方式连接，第一离子交换装置和第二连续离子交换装置具体划区如下：

吸附区：第一离子交换装置和第二连续离子交换装置各包括6个分离单元，分为三段，进料方式为正向进料；其中

第一离子交换装置第一段包括串联的2个分离单元，进料为陶瓷膜浓缩液，出料进入第一中间罐；第二段包括并联的2个分离单元，进料为第五中间罐的料液，出料进入第二中间罐；第三段包括并联的2个分离单元，进料为第二离子交换装置第二段的出料，出料进入第三中间罐；第二离子交换装置第一段包括串联的2个分离单元，进料为第一中间罐料液，出料进入第五中间罐；第二段包括并联的2个分离单元，进料为第二中间罐料液，出料进入第六中间罐；第三段包括并联的2个分离单元，进料为第三中间罐料液，出料进入低聚果胶产品罐；

进料后水洗区：包括4个串联的分离单元，采用正向进纯水方式，第一离子交换装置的进料后水洗区出口并入进料区第一中间罐中，第二离子交换装置的进料后水洗区出口并入进料区第五中间罐中；

再生区：包括6个分离单元，其中第一离子交换装置分为碱再生区和稀碱再生区，碱再生区包括串联的2个分离单元，稀碱再生区包括串联的4个分离单元，碱再生区与稀碱再生区间设第四中间罐，采用逆流逐级再生原理，再生液为碱；第二离子交换装置分为酸再生区和稀酸再生区，酸再生区包括串联的2个分离单元，稀酸再生区包括串联的4个分离单元，酸再生区与稀酸再生区间设第七中间罐，采用逆流逐级再生原理，再生液为酸；稀酸再生区和稀碱再生区的出料进入中和罐中中和。

再生后水洗区：包括4个串联分离单元，正向进纯水，用于洗涤残留在树脂罐内的再生剂，第一离子交换装置再生后水洗区出水连接第四中间罐，第二离子交换装置再生后水洗区出水连接第七中间罐。

进一步的，所述的阴离子交换树脂为由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联的带有季铵基的大孔树脂。

进一步的，所述的阳离子交换树脂为由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联的带有磺酸基的大孔树脂。

采用上述技术方案，本实用新型所述的从百香果果壳中提取低酯果胶和柠檬酸钙的系统，运用的膜分离技术，分离精度高，杂质去除率好，与连续离子交换技术相结合的方法，连续进料连续出料，工序简单，产品纯度高，设备自动运行，大量节省运行成本和人力成本；百香果果壳天然低酯果胶提取率可达到12～18％(按半乳糖醛酸计，对原料)，陶瓷膜脱盐可脱除85％以上的盐分，制得的低酯果胶酯化度为20～30％，酰胺化度为4～8％，半乳糖醛酸含量70～85％(对果胶)，重均分子量200～300kDa，经过反渗透后加入氢氧化钙可实现回收柠檬酸钙。相比传统乙醇沉淀法，本本系统用于处理百香果果壳工艺更简单、节能、环保，连续进料连续出料，运行稳定，产品含量高，系统全自动运行，大量节省人力物力，适合工业推广。

附图说明

图1为本实用新型的所述的系统示意图；

图2本实用新型所述系统的工艺流程图；

图3为本实用新型所述的连续离子交换系统示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型所述的从百香果果壳中提取低酯果胶和柠檬酸钙的系统，包括依次连接的粉碎装置11、提取装置12、板框压滤装置13、陶瓷膜设备14；所述的陶瓷膜设备14的浓缩液出口连接连续离子交换系统15，连续离子交换系统15的料液出口连接第二反渗透设备17，第二反渗透设备17的透析液出口连接回用水罐21、浓缩液出口连接减压浓缩、喷雾装置18；所述的陶瓷膜设备14的透析液出口连接第一反渗透设备16，第一反渗透设备16的透析液出口连接回用水罐21，浓缩液出口连接搅拌罐19，搅拌罐连接过滤或离心设备20。

进一步的，陶瓷膜设备14中采用的陶瓷膜过滤孔径为50～200nm。

进一步的，连续离子交换系统15包括装填阴离子交换树脂第一离子交换装置151和装填阳离子交换树脂第二离子交换装置152。

进一步的，所述的第一离子交换装置151和第二连续离子交换装置152分别内置20个分离单元，第一离子交换装置151和第二连续离子交换装置152采用进料区相互串联，再生区彼此独立的方式连接，第一离子交换装置151和第二连续离子交换装置152具体划区如下：

吸附区：第一离子交换装置和第二连续离子交换装置各包括6个分离单元（5#-10#和25#-30#），分为三段，进料方式为正向进料；其中

第一离子交换装置151第一段包括串联的2个分离单元（5#-6#），进料为陶瓷膜浓缩液，出料进入第一中间罐；第二段包括并联的2个分离单元（7#-8#），进料为第五中间罐的料液，出料进入第二中间罐；第三段包括并联的2个分离单元（29#-30#），进料为第二离子交换装置第二段的出料，出料进入第三中间罐；第二离子交换装置152第一段包括串联的2个分离单元（25#-26#），进料为第一中间罐料液，出料进入第五中间罐；第二段包括并联的2个分离单元（27#-28#），进料为第二中间罐料液，出料进入第六中间罐；第三段包括并联的2个分离单元（29#-30#），进料为第三中间罐料液，出料进入低聚果胶产品罐；

进料后水洗区：包括4个串联的分离单元（1#-4#和21#-24#），采用正向进纯水方式，第一离子交换装置151的进料后水洗区出口并入进料区第一中间罐中，第二离子交换装置152的进料后水洗区出口并入进料区第五中间罐中；

再生区：包括6个分离单元（15#-20#和35#-40#），其中第一离子交换装置分为碱再生区（15#-16#）和稀碱再生区（17#-20#），碱再生区包括串联的2个分离单元（15#-16#），稀碱再生区包括串联的4个分离单元（17#-20#），碱再生区与稀碱再生区间设第四中间罐，采用逆流逐级再生原理，再生液为碱；第二离子交换装置分为酸再生区（35#-36#）和稀酸再生区（37#-40#），酸再生区包括串联的2个分离单元（35#-36#），稀酸再生区包括串联的4个分离单元（37#-40#），酸再生区（35#-36#）与稀酸再生区（37#-40#）间设第七中间罐，采用逆流逐级再生原理，再生液为酸；稀酸再生区（37#-40#）和稀碱再生区（17#-20#）的出料进入中和罐中中和。

再生后水洗区：包括4个串联分离单元（11#-14#和31#-34#），正向进纯水，用于洗涤残留在树脂罐内的再生剂，第一离子交换装置151再生后水洗区出水连接第四中间罐，第二离子交换装置152再生后水洗区出水连接第七中间罐。

进一步的，阴离子交换树脂为由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联的带有季铵基的大孔树脂。

进一步的，阳离子交换树脂为由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联的带有磺酸基的大孔树脂。

实施例1

步骤1粉碎：取10kg百香果果壳粉碎为能通过100目筛的粉末；

步骤2酸解提取：按照1∶5的料液比(百香果果壳干粉：柠檬酸钠)准备，百香果果壳干粉先经过80～100℃高温水洗后，在60℃下并用酸调节体系pH为2，配合搅拌，酸解2h，之后用200目滤布板框压滤，除渣取滤液，得到45L；

步骤3陶瓷膜脱盐浓缩：用50nm的陶瓷膜对所得滤液进行除杂脱盐并浓缩，操作压力为2-5bar，温度为60℃-90℃，回收陶瓷膜浓缩液，脱盐浓缩过程中对浓缩液进行加水洗涤，当体系电导率降低至约600μs/cm以下时停止加水，陶瓷膜透析液则进入反渗透系统进行产水回用，得到42L浓缩液和89L透析液；

步骤4连续离交脱盐除杂：将陶瓷膜浓缩液以4L/h流量进入连续离子交换系统，第一连续离子交换系统装填大孔强碱阴离子交换树脂（由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联的带有季铵基的大孔树脂），每柱装填280ml，总装填量5.6L，第二连续离子交换系统装填大孔强酸阳离子交换树脂（由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联的带有磺酸基的大孔树脂），每柱装填280ml，总装填量5.6L，陶瓷膜浓缩液中的杂质和盐分被去除，得到高纯度的百香果低酯果胶溶液65L；

步骤5反渗透预浓缩：将经连续离子交换系统除脱盐除杂后的高纯度低酯果胶进行反渗透预浓缩，回收浓缩液，反渗透透析液产水回用；

步骤6喷雾干燥：将反渗透浓缩液进行喷雾干燥，喷雾干燥进风温度为180℃，出风温度为60℃，流速为10mL/min，可获得粒径为5～10μm的粉末果胶产品，得粉末果胶产品，得率为13％(按半乳糖醛酸计，对原料)，酯化度为22％，酰胺化度4.1％，重均分子量216kDa。

步骤7柠檬酸钙回收：陶瓷膜透析液进入反渗透浓缩，操作压力为5bar，温度为40℃，当反渗透透析液电导率高于600μs/cm时，停止反渗透，透析液回用于生产，反渗透浓缩液中添加固体氢氧化钙，直至体系pH为中性，通过过滤得到柠檬酸钙沉淀，在60℃下烘干后得到白色柠檬酸钙粉末。

实施例2

步骤1粉碎：取50kg百香果果壳粉碎后通过50目筛的粉末；

步骤2酸解提取：按照1∶15的料液比(百香果果壳干粉：柠檬酸钠)，在90℃下并用酸调节体系pH为4，配合搅拌，酸解1h，之后用100目滤布板框压滤，除渣取滤液，得到700L；

步骤3陶瓷膜脱盐浓缩：用100nm的陶瓷膜对所得滤液进行除杂脱盐并浓缩，操作压力为2-5bar，温度为60℃-90℃，回收陶瓷膜浓缩液，过程中对浓缩液进行加水洗涤，当体系电导率降低至约600μs/cm以下时停止加水，陶瓷膜透析液则进入反渗透系统进行产水回用，得到681L浓缩液和1455L透析液；

步骤4连续离交脱盐除杂：将陶瓷膜浓缩液以25L/h流量进入连续离子交换系统，第一连续离子交换装置装填大孔强碱阴离子交换树脂，每柱装填960ml，总装填量19.2L，第二连续离子交换装置装填大孔强酸阳离子交换树脂，每柱装填960ml，总装填量19.2L，陶瓷膜浓缩液中的杂质和盐分被去除，得到高纯度的百香果低酯果胶溶液947L；

步骤5反渗透预浓缩：将经连续离子交换系统除脱盐除杂后的高纯度低酯果胶进行反渗透预浓缩，回收浓缩液，反渗透透析液产水回用；

步骤6喷雾干燥：将纳滤浓缩液进行喷雾干燥，喷雾干燥进风温度为200℃，出风温度为80℃，流速为20mL/min，可获得粒径为5～10μm的粉末果胶产品，得粉末果胶产品，得率为13.7％(按半乳糖醛酸计，对原料)，酯化度为30.2％，酰胺化度7.9％，重均分子量216kDa。

步骤7柠檬酸钙回收：陶瓷膜透析液进入反渗透浓缩，操作压力为20bar，温度为5℃，当反渗透透析液电导率高于600μs/cm时，停止反渗透，透析液回用于生产，反渗透浓缩液中添加固体氢氧化钙，直至体系pH为中性，通过过滤得到柠檬酸钙沉淀，在60℃下烘干后得到白色柠檬酸钙粉末。

实施例3

步骤1粉碎：取50kg百香果果壳粉碎后通过50目筛的粉末；

步骤2酸解提取：按照1∶10的料液比(百香果果壳干粉：柠檬酸钠)，在80℃下并用酸调节体系pH为3，配合搅拌，酸解1h，之后用100目滤布板框压滤，除渣取滤液，得到1860L；

步骤3陶瓷膜脱盐浓缩：用200nm的陶瓷膜对所得滤液进行除杂脱盐并浓缩，操作压力为2-5bar，温度为60℃-90℃，回收陶瓷膜浓缩液，过程中对浓缩液进行加水洗涤，当体系电导率降低至约600μs/cm以下时停止加水，陶瓷膜透析液则进入反渗透系统进行产水回用，得到1690L浓缩液和3680L透析液；

步骤4连续离交脱盐除杂：将陶瓷膜浓缩液以25L/h流量进入连续离子交换系统，第一连续离子交换装置装填大孔强碱阴离子交换树脂，每柱装填1800ml，总装填量36L，第二连续离子交换装置装填大孔强酸阳离子交换树脂，每柱装填1800ml，总装填量36L，陶瓷膜浓缩液中的杂质和盐分被去除，得到高纯度的百香果低酯果胶溶液2200L；

步骤5反渗透预浓缩：将经连续离子交换系统除脱盐除杂后的高纯度低酯果胶进行反渗透预浓缩，回收浓缩液，反渗透透析液产水回用；

步骤6喷雾干燥：将纳滤浓缩液进行喷雾干燥，喷雾干燥进风温度为200℃，出风温度为80℃，流速为20mL/min，可获得粒径为5～10μm的粉末果胶产品，得粉末果胶产品，得率为14.5％(按半乳糖醛酸计，对原料)，酯化度为31.5％，酰胺化度7.3％，重均分子量216kDa。

步骤7柠檬酸钙回收：陶瓷膜透析液进入反渗透浓缩，操作压力为20bar，温度为5℃，当反渗透透析液电导率高于600μs/cm时，停止反渗透，透析液回用于生产，反渗透浓缩液中添加固体氢氧化钙，直至体系pH为中性，通过过滤得到柠檬酸钙沉淀，在60℃下烘干后得到白色柠檬酸钙粉末。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。