一種從向日葵盤中提取天然低酯果膠的方法
【專利摘要】一種從向日葵盤中提取天然低酯果膠的方法，其步驟包括：水洗、提取、超濾脫鹽、離子交換脫除殘余鹽分、噴霧干燥、反滲透、回收檸檬酸鈣。其中提取所用螯合劑為檸檬酸鈉，濃度為0.4～1.0％(檸檬酸鈉：水)，提取固液比為1∶20～1∶50(向日葵盤干粉：水)，并將pH調(diào)節(jié)至2～4；之后用截留分子量5000～10000Da的超濾膜脫除大部分鹽分，用離子交換去除殘余鹽分。本發(fā)明的優(yōu)點在于果膠提取率可達到10～15％(按半乳糖醛酸計，對原料)，超濾脫鹽可脫除90％以上的鹽分，制得的低酯果膠酯化度為25～30％，酰胺化度為3～10％，半乳糖醛酸含量65～80％(對果膠)，重均分子量200～300kDa。檸檬酸鈉作為螯合劑具有很高安全性，經(jīng)過反滲透后加入氫氧化鈣可實現(xiàn)回收檸檬酸鈣。
【專利說明】一種從向日葵盤中提取天然低酯果膠的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于食品膠體領(lǐng)域，特別涉及一種新型螯合劑提取結(jié)合超濾純化的天然低 酯果膠的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 果膠是一種廣泛存在于陸生植物細胞壁中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)多糖。在烘焙食品、酸性乳 飲料、果汁等食品加工中，果膠作為親水膠體，具有膠凝、穩(wěn)定及增稠等作用。同時，果膠也 是天然的水溶性膳食纖維，具有調(diào)節(jié)人體腸道微環(huán)境，降低血脂等有益功效。
[0003] 果膠可分為高酯果膠（酯化度>50% )和低酯果膠（酯化度〈50% )。目前商業(yè)果 膠多為高酯果膠，其原料主要為橘科果實皮渣、蘋果皮渣和甜菜皮渣等。低酯果膠作為穩(wěn)定 齊IJ、凝膠劑以及增稠劑可獨特應(yīng)用于低糖、低熱量功能性食品，如低糖的果醬、果凍、軟糖、 冷凍甜點、冰淇淋、酸奶果肉底料、焙烤制品上光等的生產(chǎn)。目前全球低酯果膠市場需求約 5000噸/年，并以10?20 %的速度遞增。向日葵盤中的果膠即為天然低酯果膠，我國向日 葵種植面積達到960000m2,蘊藏豐富的天然低酯果膠資源。
[0004] 目前工業(yè)上果膠提取方法主要為酸法提取后，再用乙醇沉淀，即利用酸水解細胞 壁釋放果膠，之后利用果膠不溶于醇的特性實現(xiàn)果膠與其他物質(zhì)的分離。其中，酸法提取中 常加入乙二胺四乙酸二鈉、磷酸鹽、草酸銨等螯合劑輔助提取，但會提高果膠后處理成本及 引起安全風險；乙醇沉淀過程需耗費大量乙醇，造成回收能耗大、環(huán)保治理成本高等問題。 因此，可以考慮采用膜分離等安全清潔的物理分離技術(shù)對果膠進行分離純化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種易于工業(yè)化、安全簡便的天然低酯果膠制備技術(shù)，采用 朽1fe酸納提取結(jié)合超濾純化的方法提取果I父，在獲得1?提取率和1?純度廣品的同時，提1? 了產(chǎn)品安全性，降低生產(chǎn)成本，消除環(huán)保問題。
[0006] 本發(fā)明的原理為：天然果膠與Ca2+形成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，不利于果膠提取。檸檬酸鈉作為 螯合劑能奪取與果膠中絡(luò)合的Ca 2+，促進果膠溶于水中；調(diào)節(jié)反應(yīng)pH為2?4可部分水解 細胞壁中的纖維素和半纖維素，有利果膠溶出；調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度為60?90°C可促進果膠分子 運動，有利于其溶出；選擇截留分子量5000?lOOOODa的超濾膜，利用果膠分子量與鹽分子 量的顯著差異實現(xiàn)脫鹽。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)實現(xiàn)：
[0008] -種從向日葵盤中提取天然低酯果膠的方法，該方法步驟如下：
[0009] (1)水洗：將向日葵盤粉碎為能通過60?80目篩的粉末，在常溫下，按1 : 15? 1 : 30的料液比，將向日葵盤粉末加入到水中，以100?150轉(zhuǎn)/min攪拌20?30min，之 后用200目尼龍紗布過濾，取濾餅；
[0010] ⑵提?。喊凑? : 20?1 : 50的料液比（向日葵盤干粉：水），將水洗過后的向 日葵盤濕料分散在水中，然后加入0.4?1.0% (檸檬酸鈉：水）檸檬酸鈉作為提取劑，并 用酸調(diào)節(jié)體系pH為2?4,在60?90°C下以100?150轉(zhuǎn)/min攪拌提取1?4h，之后用 200目尼龍紗布過濾，取濾液；
[0011] (3)超濾脫鹽：用超濾對所得濾液進行脫鹽，操作壓力為5?20bar，溫度為10? 40°C，當體系電導(dǎo)率降低至500 μ s/cm以下時，停止超濾，回收截留液，并暫時保留濾過液；
[0012] (4)離子交換：按先添加陰離子交換樹脂，后添加陽離子交換樹脂的順序，向超濾 所得截留液中添加樹脂，20?30°C下進行攪拌，陰離子樹脂添加量為40?70g/L，攪拌時間 15?30min ;陽離子樹脂添加量為5?20g/L，攪拌時間15?30min ;
[0013] (5)噴霧干燥：將離子交換處理后的果膠溶液進行噴霧干燥，進風溫度為180? 200°C，出風溫度為60?80°C，流速為10?20mL/min，可獲得粒徑為5?10微米的粉末果 膠產(chǎn)品；
[0014] (6)反滲透：將膜分離所得濾過液進行反滲透處理，操作壓力為5?20bar，溫度為 10?40°C，當濾過液電導(dǎo)率高于500 μ s/cm時，停止反滲透，取截留液；
[0015] (7)回收檸檬酸鈣：常溫下，向反滲透截留液中添加固體氫氧化鈣或氫氧化鈣溶 液，直至體系pH為中性，通過過濾或離心得到檸檬酸鈣沉淀，在60?80°C下烘干后得到白 色檸檬酸鈣粉末。
[0016] 特別地，所述的提取劑為檸檬酸鈉，所用酸可以是檸檬酸、鹽酸、硫酸、硝酸等其中 的一種或它們的混合物。
[0017] 特別地，所述的超濾膜為截留分子量為5000?lOOOOODa的聚砜膜或陶瓷膜。
[0018] 特別地，所述的陰離子交換樹脂，具體為由苯乙烯和二乙烯苯共聚交聯(lián)的，帶有磺 酸基的大孔結(jié)構(gòu)樹脂；陽離子交換樹脂，具體為由苯乙烯和二乙烯苯共聚交聯(lián)的，帶有季銨 基的大孔結(jié)構(gòu)樹脂。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：使用本方法工藝，向日葵盤中天然低酯果膠提取率可達到 10?15% (按半乳糖醛酸計，對原料），超濾脫鹽可脫除90%以上的鹽分，制得的低酯果膠 酯化度為25?30 %，酰胺化度為3?10 %，半乳糖醛酸含量65?80 % (對果膠），重均分 子量200?300kDa。檸檬酸鈉相比于草酸銨、磷酸鹽、乙二胺四乙酸二鈉等螯合劑，具有更 高安全性，經(jīng)過反滲透后加入氫氧化鈣可實現(xiàn)回收檸檬酸鈣。相比傳統(tǒng)乙醇沉淀法，本方法 工藝更簡單、節(jié)能、環(huán)保。

【具體實施方式】
[0020] 為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的 內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0021] 實施例1
[0022] (1)水洗：將20g過60目篩的向日葵盤粉末，在常溫下，加入到400mL去離子水中， 以100轉(zhuǎn)/min攪拌30min，之后用200目尼龍紗布過濾，取濾餅；
[0023] (2)提?。簩⑺催^后的向日葵盤濕料分散在800mL0. 6%檸檬酸鈉溶液中，并用 硫酸調(diào)節(jié)體系pH為2. 50,在80°C下以100轉(zhuǎn)/min攪拌提取2h，之后用200目尼龍紗布過 濾，取濾液；
[0024] (3)超濾脫鹽：用超濾對所得濾液進行脫鹽，操作壓力為12bar，溫度為25°C，當體 系電導(dǎo)率降低至500 μ s/cm以下時，停止超濾，回收截留液，并暫時保留濾過液；
[0025] (4)離子交換：按先添加陰離子交換樹脂，后添加陽離子交換樹脂的順序，向超濾 所得截留液中添加樹脂，25°C下進行攪拌，陰離子樹脂添加量為50g/L，攪拌時間30min ;陽 離子樹脂添加量為l〇g/L，攪拌時間30min ;
[0026] (5)噴霧干燥：將離子交換處理后的果膠溶液進行噴霧干燥，進風溫度為180°C， 出風溫度為65°C，流速為15mL/min，可獲得粉末果膠產(chǎn)品，得率為11% (按半乳糖醛酸計， 對原料），酯化度為21 %，酰胺化度3%，重均分子量216kDa。
[0027] 實施例2
[0028] (1)水洗：將80g過60?80目篩的向日葵盤粉末，在常溫下，加入到1500mL去離 子水中，以150轉(zhuǎn)/min攪拌20min，之后用200目尼龍紗布過濾，取濾餅；
[0029] (2)提取：將水洗過后的向日葵盤濕料分散在3500mL0. 8%檸檬酸鈉溶液中，并用 硫酸調(diào)節(jié)體系pH為3. 00,在90°C下以150轉(zhuǎn)/min攪拌提取2. 5h，之后用200目尼龍紗布 過濾，取濾液；
[0030] (3)超濾脫鹽：用超濾對所得濾液進行脫鹽，操作壓力為18bar，溫度為40°C，當體 系電導(dǎo)率降低至500 μ s/cm以下時，停止超濾，回收截留液，并暫時保留濾過液；
[0031] (4)離子交換：按先添加陰離子交換樹脂，后添加陽離子交換樹脂的順序，向超濾 所得截留液中添加樹脂，30°C下進行攪拌，陰離子樹脂添加量為60g/L，攪拌時間20min ;陽 離子樹脂添加量為15g/L，攪拌時間20min ;
[0032] (5)噴霧干燥：將離子交換處理后的果膠溶液進行噴霧干燥，進風溫度為200°C， 出風溫度為75°C，流速為18mL/min，可獲得粉末果膠產(chǎn)品，得率為12% (以半乳糖醛酸計， 對原料），酯化度為27 %，酰胺化度5 %，重均分子量247kDa。
【權(quán)利要求】
1. 一種從向日葵盤中提取天然低酯果膠的方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 水洗：將向日葵盤粉碎為能通過60?80目篩的粉末，在常溫下，按1 : 15?1 : 30 的料液比，將向日葵盤粉末加入到水中，以100?150轉(zhuǎn)/min攪拌20?30分鐘，之后用 200目尼龍紗布過濾，取濾餅； (2) 提?。喊凑? : 20?1 : 50的料液比（向日葵盤干粉：水），將水洗過后的向日葵 盤濕料分散在水中，然后加入〇. 4?1. 0% (檸檬酸鈉：水）檸檬酸鈉作為提取劑，并用酸 調(diào)節(jié)體系pH為2?4,在60?90°C下以100?150轉(zhuǎn)/min攪拌提取1?4h，之后用200 目尼龍紗布過濾，取濾液； (3) 超濾脫鹽：用超濾對所得濾液進行脫鹽，操作壓力為5?20bar，溫度為10?40°C， 當體系電導(dǎo)率降低至500 μ s/cm以下時，停止超濾，回收截留液，并暫時保留濾過液； (4) 離子交換：按先添加陰離子交換樹脂，后添加陽離子交換樹脂的順序，向超濾所得 截留液中添加樹脂并進行攪拌，陰離子樹脂添加量為40?70g/L，攪拌時間15?30min ;陽 離子樹脂添加量為40?70g/L，5?20g/L，攪拌時間15?30min ; (5) 噴霧干燥：將離子交換處理后的果膠溶液進行噴霧干燥，進風溫度為180?200°C, 出風溫度為60?80°C，流速為10?20mL/min，可獲得粒徑為5?10 μ m的粉末果膠產(chǎn)品； (6) 反滲透：將膜分離所得濾過液進行反滲透處理，操作壓力為5?20bar，溫度為 10?40°C，當濾過液電導(dǎo)率高于500 μ s/cm時，停止反滲透，取截留液； (7) 回收檸檬酸鈣：常溫下，向反滲透截留液中添加固體氫氧化鈣或氫氧化鈣溶液，直 至體系pH為中性，通過過濾或離心得到檸檬酸鈣沉淀，在60?80°C下烘干后得到白色檸檬 酸鈣粉末。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種從向日葵盤中提取天然低酯果膠的方法，其特征在于步驟 (2) 所述的提取劑為檸檬酸鈉，所用酸可以是檸檬酸、鹽酸、硫酸、硝酸等其中的一種或它們 的混合物。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種從向日葵盤中提取天然低酯果膠的方法，其特征在于步驟 (3) 所述的超濾膜為截留分子量為5000?lOOOOODa的聚砜膜或陶瓷膜。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種從向日葵盤中提取天然低酯果膠的方法，其特征在于步驟 (4) 所述的陰離子交換樹脂，具體為由苯乙烯和二乙烯苯共聚交聯(lián)的，帶有磺酸基的大孔結(jié) 構(gòu)樹脂；陽離子交換樹脂，具體為由苯乙烯和二乙烯苯共聚交聯(lián)的，帶有季銨基的大孔結(jié)構(gòu) 樹脂。
【文檔編號】C08B37/06GK104151445SQ201410190823
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】華霄, 康佳琪, 楊瑞金, 陳穎, 張文斌, 趙偉 申請人:江南大學