一种利用盐从向日葵青盘中提取果胶的方法与流程

本发明属于果胶提取工艺技术领域，具体涉及一种利用盐从向日葵青盘中提取果胶的方法。

背景技术：

我国向日葵种植面积广泛，向日葵盘大量废弃，造成环境污染和资源浪费。向日葵盘含15-25%的果胶，资源丰富，廉价易得。因此大力开发我国丰富的向日葵盘资源，提高其利用率，具有一定的社会和经济意义。向日葵果胶是具有独特分子结构、生物活性和功能性的天然高分子，发现至今一直是化工、制药和食品领域的研究热点。大量的研究工作致力于改善品质和提高产率，但脱色过程中近20-30%的果胶不可避免的降解而损耗。

果胶是一种胶凝性较好的多糖，主要由半乳糖醛酸以α-1-4糖苷键连接，富有多羟基和羧基，广泛应用食品、医药和化工各个领域。果胶最主要和最基本的结构单元如图1所示的化学结构式，因果胶原料的不同、提取工艺的不同，还会有精细结构的差异，但所有应用型果胶都是这个结构单元，其中有三个结构因素影响果胶的结构，从而影响其性能和应用领域：1.n的大小，也就是果胶产品的结构中有多少重复单元，n越大，果胶的分子量越大，具有了高分子性质。不同范围n值的果胶，具有不同的理化性质，应用性能和范围也相应改变。所以，果胶的分子量及其分布是果胶重要的表征参数，决定着果胶的理化性质、应用性质和应用领域。2.酯基-cooch3和羧基cooh在果胶中的含量，果胶一定，总的酯基和羧基量一定。酯基含量高于50%的是高酯果胶，在控制酸度和糖度的条件下，容易形成凝胶，应用于各个领域。但成凝胶必须有蔗糖和严格控制ph值，有gb标准的高酯果胶测定方法。当酯基含量低于50%，就是低酯果胶，低酯果胶具有完全不同的胶凝机理，低酯果胶形成凝胶不依赖蔗糖的存在，不依赖溶液酸度，只需要有金属离子存在和一定的分子量，所以低酯果胶是低糖低热量食品的良好添加剂。但自然存在的低酯果胶较少，目前主要是高酯果胶通过降酯工艺得到。但是，向日葵果胶是天然低酯果胶的来源。酸法和盐法都可以得到分子量分布不同的低酯果胶，加以应用，前景广阔。3.果胶中酯基-cooch3和羧基cooh在果胶中的分布方式，也影响果胶性能。

根据酯化度不同，果胶分为低脂和高脂两类，酯化度影响其应用领域和条件。向日葵盘是提取低脂果胶的重要来源之一，向日葵干盘是目前果胶提取的唯一原料，粉碎后不同工艺提取得到果胶。盐提法也应用于干盘果胶的提取，但所得粗提果胶颜色为深棕色或褐色，必须进行脱色。会影响果胶品质，降低果胶提取率。

向日葵干盘由新鲜向日葵盘进行烘干或者长时间晾晒后得到，自然干燥过程中容易发霉，干燥发生褐变，盘颜色呈深褐色，深色素含量高，提取中大量色素引入果胶，影响果胶的色泽和感官。所以，以向日葵干盘为原料的果胶提取都必须有脱色工艺。目前，干盘向日葵果胶的盐提取工艺，料液比大于1：30，水用量较大。使用盐浓度大于0.5%，有机盐随料液比相应增大，过滤、醇沉等液体处理工作量大。

技术实现要素：

本发明针对现阶段向日葵盘果胶提取中的缺陷，提供了一种利用盐从向日葵青盘中提取果胶的方法。

本发明由如下技术方案实现的：一种利用盐从向日葵青盘中提取果胶的方法，以向日葵青盘为原料，≥95℃恒温水浴锅中灭酶15-22min，过滤，弃去灭酶液；沉淀中以料液比为1:5-15加入蒸馏水，加入固体草酸铵或柠檬酸钠，控制反应体系中草酸铵或柠檬酸钠的浓度为0.2-1.0%进行提取，提取温度为80-90℃，提取时间为20-60min；过滤，滤液减压旋转蒸馏，浓缩至原溶液体积的0.3-0.5倍，得到浓缩的向日葵盘提取液；浓缩液用乙醇进行沉淀，静置后过滤得到果胶，所得果胶用无水乙醇洗涤1-2次脱水过筛，自然晾干或40℃以下烘干，粉碎得果胶粉末。

脱籽新鲜向日葵盘，用清水漂洗数遍，除去泥沙、尘土，沥干，切成0.8-1.5cm的块；所述新鲜向日葵盘的含水量为80-90%。优选：脱籽新鲜向日葵盘，用清水漂洗数遍，除去泥沙、尘土，沥干，切成1.0cm的块。

灭酶后用150-300目尼龙布过滤；醇沉静置后300-500目尼龙布过滤；脱水后过60目筛。提取完成后在≥70℃下进行过滤。所述减压蒸馏的温度为60-70℃。乙醇沉淀所用的乙醇浓度为90%以上的乙醇，用量为浓缩液体积的1-3倍，醇沉顺序为提取液导入乙醇中，醇沉时间为20-24h。所获得的果胶的酯化度20~34%，分子量范围500kd-100kd。

沥干清洗的向日葵盘表面的水，向日葵的结合水和自由水变化不大。青盘不能粉碎，会影响下一步过滤，青盘块径影响提取率。所述的过滤温度不低于70℃，低于70℃，提取液变稠，难过滤，损失大。所述果胶的提取率1.2~11.0%（换算成干盘提取率为9.2~36.7%），颜色呈白色或浅黄色。

本发明青盘选择无腐烂，无褐变。青盘的颜色也关系到产品的颜色。青盘的自然含水量不低于80%，青盘干燥失水的过程中，一方面果胶会有明显的结构变化，另一方面果胶的色泽会加深。前期大量实验验证，青盘自然含水量越高，果胶的提取工艺越稳定，产品色泽和产率都能保证。

青盘切块，工艺简单。从提取原理上讲，原料粒径越小，越容易和溶剂接触，提取越容易进行。但青盘含水量大，粉碎后，颜色会很快褐变，颜色加深。且粉碎易成泥状，不利于后面的过滤等操作。粒径大于1.5cm也可得到产品，但产率会随粒径增大而减少，粒径太少不易过滤，影响灭酶和后续工艺。在盐工艺中，青盘的溶解差于酸工艺，所以为了保证提取率，又兼顾后续工段，控制粒径0.8-1.5cm，最佳是1cm。青盘较硬且其中的酶活性较高，且灭酶的过程也是让块状原料的外壳和海绵体收缩的过程。所以灭酶温度为95℃以上，时间为15-30min,粒径减少，灭酶时间减少。

对于盐工艺，草酸铵和柠檬酸钠都应用于向日葵果胶提取，盐提也是果胶最经典和传统的方法。两种盐都单独可以用于提取果胶，且控制料液比、温度和时间可以得到向日葵果胶。已有的提取方法，最佳料液比在1：40-1：50之间，提取温度高于90℃，盐的用量以浓度计算。但之前的工艺都是只衡量果胶的提取率，得到果胶的粗品，并没有关注果胶的色泽，以及所用工艺条件下是否得到结构基本固定的果胶，固定结构就固定了应用范围。本盐提工艺中，料液比最高是原来的30%，用水量显著降低。控制盐浓度，用水量降低，那么盐的用量显著降低。提取温度为80-90℃，最佳为85℃；提取时间为20-60min，最佳为45min；温度升高，时间加长，对产率的影响不显著，但果胶色泽加深。

本发明所述的盐提工艺条件下，想得到的是分子量大的，尽可能避免降解断链的果胶，同时在工艺条件尽可能保证果胶的色泽。这部分高分子果胶在酸性条件下具有一定的增稠和胶凝性，所以提取结束，料液分离时，必须严格控制分离温度。温度低于70度，液体明显变稠，提取液中果胶胶凝，不利于分离，这分子量较大果胶的特有理化特性。

减压浓缩步骤，温度的控制是为保证果胶的色泽。温度越高，浓缩效率越高，但提取液颜色会显著加深。盐提果胶溶液的粘度低于酸提果胶溶液，且流动性更好。所以，浓缩倍数控制在0.3-0.5，有利于后续的醇沉，节约成本。

醇沉的步骤中，必须是将冷却至室温以下的浓缩液缓慢加入至90-95%乙醇中，加样顺序不能改变。醇沉步骤中，浓缩液温度高，加入乙醇中，效果不明显，不利于果胶析出。所以，浓缩液至少冷却至室温。如果将乙醇加入提取液中，则析出的果胶成粉条状，而且是局部析出，醇沉效果不佳。所以，醇沉时加样顺序要严格控制。根据醇沉原理，乙醇和提取液的醇沉体积控制时，乙醇用量略大有利于析出大分子的果胶。本工艺最佳用量为1.2-1.6倍的乙醇。干燥条件的选择是为了避免果胶颜色加深。

以上理化性质的果胶产品，胶凝性略差。可以在胶凝过程中形成软凝胶，可用于制备药用果胶铋。也可用于降血糖、降血脂，还可以用于解除铅中毒，解酒剂，代餐粉等保健品。总之，此产品应用于对果胶胶凝性没有严格要求的领域。

与现有的向日葵盘果胶提取技术相比，本发明操作简单，实验步骤少，无需脱色处理，果胶提取率高，纯度高，外观好，使用新鲜向日葵青盘提取果胶，果胶产量高，料液比小，成本低，易于生产工业化。

新鲜的向日葵盘含水量高，显著降低提取工艺的料液比，减少盐的用量。用盐提工艺从新鲜向日葵盘提取果胶，直接得到白色或者浅黄色向日葵盘果胶产品。新鲜向日葵青盘含水量高达70~90%，可以减小提取料液比，有效节省水和盐的用量，降低能耗。本发明原料利用率高、生产成本低，易于工业化，后处理简单，安全简便的向日葵盘果胶提取方法。

附图说明

图1为果胶最主要和最基本的结构单元；图2为青盘草酸铵工艺的向日葵果胶红外光谱图；图3为青盘柠檬酸钠工艺的向日葵果胶红外光谱图；图4为向日葵果胶的凝胶色谱图；图5为干盘胶凝度为90-95的果胶；图6为胶凝度为95-100的青盘果胶。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的权利要求作进一步说明，但不局限于这些实施例。

实施例1：一种利用盐从向日葵青盘中提取果胶的方法，包括以下步骤：

步骤（1）：选取脱籽新鲜向日葵盘，用清水漂洗数遍，除去泥沙、尘土，沥干，所述新鲜向日葵盘的含水量为80-90%；

步骤（2）：青盘切块，块径为0.8cm；

步骤（3）：块状向日葵青盘放入恒温水浴锅中95℃以上灭酶15min，用150目尼龙布过滤，滤饼备用；

步骤（4）：将步骤（3）中所得滤饼作为提取原料，按料液比1:15加入蒸馏水，加入浓度为0.3%的草酸铵对原料进行果胶提取，80℃下提取60min；

步骤（5）：过滤，渣液分离，收集滤液；

步骤（6）：将步骤（5）中所得滤液70℃减压旋转蒸馏，浓缩至原溶液体积的0.5倍，得到浓缩的向日葵盘提取液；

步骤（7）：将步骤（6）中得到的浓缩液用浓度为90%以上的乙醇，用量为浓缩液体积的1-3倍进行醇沉，醇沉顺序为提取液导入乙醇中，醇沉时间为24h。用500目尼龙布过滤得到果胶，将所得果胶用无水乙醇洗涤3次脱水，过60目筛，40℃以下烘干，粉碎得果胶粉末。

实施例2：一种利用盐从向日葵青盘中提取果胶的方法，包括以下步骤：青盘切成1.0cm的块；块状向日葵青盘放入恒温水浴锅中95℃以上灭酶18min，用200目尼龙布过滤，滤饼备用；滤饼作为提取原料，按料液比1:5加入蒸馏水，加入浓度为0.2%的草酸铵对原料进行果胶提取，85℃下提取45min；过滤，滤液60℃减压旋转蒸馏，浓缩至原溶液体积的0.3倍，得到浓缩的向日葵盘提取液；用浓度为90%-95%的乙醇，用量为浓缩液体积的1.2-1.6倍进行醇沉，醇沉顺序为提取液导入乙醇中，醇沉时间为22h。用300目尼龙布过滤得到果胶，将所得果胶用无水乙醇洗涤2次脱水，过60目筛，自然晾干，粉碎得果胶粉末。其余方法同实施例1所述方法。

实施例3：一种利用盐从向日葵青盘中提取果胶的方法，包括以下步骤：青盘切成1.5cm的块；块状向日葵青盘放入恒温水浴锅中95℃以上灭酶22min，用300目尼龙布过滤，滤饼备用；滤饼作为提取原料，按料液比1:10加入蒸馏水，加入浓度为0.8%的柠檬酸钠对原料进行果胶提取，90℃下提取20min；过滤，滤液65℃减压旋转蒸馏，浓缩至原溶液体积的0.4倍，得到浓缩的向日葵盘提取液；用浓度为90%-95%的乙醇，用量为浓缩液体积的2倍进行醇沉，醇沉顺序为提取液导入乙醇中，醇沉时间为20h。用400目尼龙布过滤得到果胶，将所得果胶用无水乙醇洗涤1次脱水，过60目筛，自然晾干，粉碎得果胶粉末。其余方法同实施例1所述方法。

实施例4：一种利用盐从向日葵青盘中提取果胶的方法，包括以下步骤：青盘切成1.3cm的块；块状向日葵青盘放入恒温水浴锅中95℃以上灭酶22min，用200目尼龙布过滤，滤饼备用；滤饼作为提取原料，按料液比1:10加入蒸馏水，加入浓度为1.0%的柠檬酸钠对原料进行果胶提取，83℃下提取60min；过滤，滤液68℃减压旋转蒸馏，浓缩至原溶液体积的0.4倍，得到浓缩的向日葵盘提取液；用浓度为90%-95%的乙醇，用量为浓缩液体积的2.5倍进行醇沉，醇沉顺序为提取液导入乙醇中，醇沉时间为23h。用500目尼龙布过滤得到果胶，将所得果胶用无水乙醇洗涤3次脱水，过60目筛，40℃以下烘干，粉碎得果胶粉末。其余方法同实施例1所述方法。

实施例5：一种利用盐从向日葵青盘中提取果胶的方法，包括以下步骤：青盘切成1.1cm的块；块状向日葵青盘放入恒温水浴锅中95℃以上灭酶22min，用200目尼龙布过滤，滤饼备用；滤饼作为提取原料，按料液比1:5加入蒸馏水，加入浓度为0.7%的柠檬酸钠对原料进行果胶提取，87℃下提取50min；过滤，滤液70℃减压旋转蒸馏，浓缩至原溶液体积的0.5倍，得到浓缩的向日葵盘提取液；用浓度为97%的乙醇，用量为浓缩液等体积的乙醇进行醇沉，醇沉顺序为提取液导入乙醇中，醇沉时间为20h。用300目尼龙布过滤得到果胶，将所得果胶用无水乙醇洗涤3次脱水，过60目筛，40℃以下烘干，粉碎得果胶粉末。其余方法同实施例1所述方法。

实验例：青盘草酸铵工艺所制备的果胶进行红外检测，红外谱图见图2，在果胶产品的红外谱图中，在1000-3500cm^-1的吸收范围内显示果胶结构应有的全部特征吸收，证明果胶的结构。并从1000-1800cm^-1的吸收更加明确了果胶的精细结构，1745cm^-1和1630cm^-1分别是果胶结构中酯基-cooch3和羧基-cooh的特征吸收。可以通过这两个特征吸收峰的强弱来判断该果胶是高酯果胶还是低酯果胶，从该红外谱图可以清楚观察到该果胶产品的酯基吸收比羧基吸收明显弱，羧基吸收强而明显，判断为低酯果胶，且酯化度较低。接近3500cm^-1是果胶中-oh的吸收峰，2800-2900cm^-1是c-h的伸缩吸收，1000-1400cm^-1是糖环中c-o键和环的特征吸收。

青盘柠檬酸钠工艺所制备的向日葵果胶进行红外检测，红外谱图见图3，在果胶产品的红外谱图中，在1000-3500cm^-1的吸收范围内表现出果胶结构应有的全部特征吸收，证明果胶的结构。并从1000-1800cm^-1的吸收更加明确了果胶的精细结构，1745cm^-1和1630cm^-1分别是果胶结构中酯基-cooch3和羧基-cooh的特征吸收。可以通过这两个特征吸收峰的强弱来判断该果胶是高酯果胶还是低酯果胶，从这张红外谱图可以清楚观察到该果胶产品的酯基吸收明显很弱，羧基吸收强而明显，判断为低酯果胶，且酯化度较低。接近3500cm^-1是果胶中-oh的吸收峰，1000-1400cm^-1是糖环中c-o键和环的特征吸收。

实验例2：产品的酯化度化学分析：

1.滴定法测定果胶的酯化度：

称取0.5g待测果胶样品于250ml锥形瓶中，加入1ml无水乙醇润湿。加入100ml无二氧化碳水。待果胶完全溶解后，加入4滴0.5%(g/ml)酚酞指示剂，用0.1mol/l氢氧化钠溶液滴定，空白和样品消耗的氢氧化钠体积分别记为v0和v1。向各样液中加入20ml浓度为0.5mol/l的氢氧化钠溶液，剧烈搅拌15min后，加入20ml0.5mol/l盐酸溶液。加入4滴0.5%酚酞指示剂，再次用0.1mol/l氢氧化钠溶液滴定，样品消耗氢氧化钠的体积记为v2。按照式计算果胶酯化度。酯化度/%=(v2/v1+v2-v0)×100，该工艺下果胶的酯化度范围：25-34，是典型的低酯果胶。

2.滴定法测定果胶的酯化度（国标方法）：

采用国家质量标准中的分析步骤测定样品中的甲酯化度。首先准确称取各果胶样品5.0g于烧杯中，分别加入100ml盐酸乙醇溶液，充分搅拌10min。用干燥至恒重的砂芯漏斗（m0）过滤，并用乙醇洗至不含cl^-，干燥后称重为m1。准确称取1/10干燥后的样品于250ml锥形瓶中，加入2ml无水乙醇润湿，再加入100ml新煮沸的蒸馏水充分溶解，加入2滴酚酞指示剂，用0.1mol/lnaoh标准滴定液进行滴定，记录其消耗的体积v1（初始滴定度）。加入20.0ml0.5mol/l的naoh溶液，混合均匀并静置15min果胶充分皂化，加入20.0ml0.5mol/l的hcl溶液，混合均匀，中和掉其中的naoh，再用0.1mol/lnaoh标准滴定液进行滴定，记录其消耗的体积v2（皂化滴定度）。样品中总半乳糖醛酸含量和甲酯化度的计算公式分别如下所示：酯化度/%=（v2/v1+v2）×100,其中，v1为初始滴定度，ml；v2为皂化滴定度。该工艺下果胶的酯化度范围：25-34，是典型的低酯果胶。

3.产品的分子量及其分布分析：

用高效液相尺寸排阻色谱分析样品的分子量及其分布，根据尺寸排阻色谱的分离原理，分子量越大的物质越先通过色谱柱，最早被检测器检测到。精确称量40.0mg果胶样品于锥形瓶中，加入10ml流动相，流动相为0.05mol/lna2so4溶液，将锥形瓶置于40℃水浴振荡器中，至果胶完全溶解，然后将该溶液置于离心机中离心(6000rpm，20min)，上清液用0.22µm微孔滤膜过滤，最后利用20µl的微量进样器进样色谱条件：流动相为0.5mol/lna2so4，柱温30℃，凝胶色谱柱为固定相，分子量分别为20kd，62kd，111kd，310kd和390kd的葡聚糖作标品，进行样品测定。对照标准品的凝胶色谱图，分子量最大的标品（标品400kd），其保留时间是13.58min。该工艺下所得果胶产品的保留时间在12.15-14.12min，初步推测样品的分子量都介于300-400kd，测试的分子量范围mp为1.7-3.8x10⁵d。凝胶色谱图如图4所示。

4.低脂果胶的胶凝度分析：

先称取3g样品，再加入15g蔗糖，再一同加入210ml煮热的蒸馏水中（之前水中已经加进5ml柠檬酸钠溶液、2.5ml柠檬酸溶液），一同煮沸；再加入75g糖煮沸；不断搅拌下加入12.5mlcacl2溶液，煮沸，恒重至净重300g，倒进胶凝度测试杯中，倒满杯后，静置20-24小时，查看胶凝情况。《美国食品用化学品法典》标准规定标准胶凝度为100。实测胶凝度为100±5为合格产品，中国qb2484-2000，采用干盘所提取的果胶进行胶凝度测试，见图5，胶凝度为90-95；本发明所制备的果胶产品见图6。

样品胶凝度测试过程中，加入cacl2溶液，胶凝现象明显，样品一经接触cacl2溶液，迅速胶凝，溶液变稠凝结。加入cacl2溶液8ml以上，成软胶冻，完全加入12.5mlcacl2溶液，遇冷成没有流动性的软凝胶，可以初步判断使胶凝良好的低酯果胶。趁热导入测量杯中，过夜，胶凝20-24小时。即可从胶凝杯倒出成型的胶冻，测试胶凝度大于95-100。胶冻完全不变性，高度略有下陷，胶冻底部直径轻微变宽，可维持数小时，轻轻挤压会很快恢复。将胶冻弄碎，内部结构均匀，性质统一。通过测试经验，也可以通过测试过程加入cacl2溶液的胶凝细节来判断胶凝度。溶液遇冷会加速胶凝，但会减弱凝胶强度，使胶冻变脆，但仍然可以达到胶凝度95以上。该工艺下干盘即使脱色的产品色泽也会变黄，甚至轻微褐色。而青盘果胶清亮无黄色。图5是干盘盐工艺的产品，料液比是1：25.图6是本发明工艺所得产品，二者的产品胶凝度都符合要求。但图5的胶冻是黄色或轻微褐色，颜色影响胶冻的透明性。图6的胶冻无色透明，光泽很好。所以，两种产品应用时要考虑色泽要求。

低酯果胶的胶凝度计算公式:胶凝度=(600/w)×[2.00-(读数十4.5)/25.0]；其中：w—所取果胶试样克数，读数—下陷率。换算因子=胶凝度/标准胶凝度=2.00-(读数+4.5)/25.0；

以上理化性质的果胶产品，胶凝性略差。可以在胶凝过程中形成软凝胶，可用于制备药用果胶铋。也可用于降血糖、降血脂，还可以用于解除铅中毒，解酒剂，代餐粉等保健品。总之，此产品应用于对果胶胶凝性和色泽没有严格要求的领域。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，凡在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。