超声波辅助联合果胶酶提取菠萝皮果胶的工艺研究化工毕业论文

1、超声波辅助联合果胶酶提取菠萝皮果胶的工艺研究摘 要果胶是一种亲水性的植物胶，由-1，4-糖苷键联接的半乳糖醛酸与鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖等中性糖聚合而成，是重要的食品添加剂之一。本文综述了果胶生产工艺五个步骤包括提取、脱色、浓缩、沉淀和干燥。果胶的提取方法主要有酸提取法、酶提取法、超声波提取法、微波提取法、微生物法、草酸铵提取法，脱色的方法主要有活性炭脱色法、双氧水脱色法，沉淀的方法主要有乙醇沉淀法、酸化乙醇法、盐析法，干燥的方法主要有常压低温干燥、真空冷冻干燥、喷雾干燥等。本论文以菠萝皮为原料，探讨采用超声波辅助联合果胶酶法提取果胶的工艺研究。以果胶得率为考察指标，通过单因素试验确定超声波提

2、取的最佳条件为：提取温度70，提取时间20min。通过单因素试验和正交试验确定果胶酶法提取的最佳条件：液料比1：4，提取温度50，提取时间60min，果胶酶用量0.08%。 以最适反应体系提取菠萝皮中的果胶的得率为0.90%，与对比试验相比，果胶得率提高0.09%。关键词：菠萝皮 提取 脱色 干燥 超声波辅助 果胶酶study on the pineapple peel pectin extraction by ultrasonic assisted with pectinesteraseabstractpectin is a hydrophilic gum, consists of -1,

3、4-galacturonic acid and rhamnose, glucose, galactose, arabia neutral sugar 4-glycosidic bond coupling polymerization, is one of the important food additives. this paper reviewed the pectin production process comprises five steps of extraction, decoloration, concentration, precipitation and drying. p

4、ectin extraction methods are mainly acid extraction, enzyme extraction, ultrasonic extraction, microwave extraction, microbial method, ammonium oxalate extraction, decolorizing methods include activated carbon decolorization, hydrogen peroxide bleaching method, precipitation method with ethanol prec

5、ipitation, acid alcohol method, salting-out method, drying method a low temperature drying, vacuum freeze drying, spray drying.in this paper, on the basis of single factor experiment, ultrasonic assisted with pectinase was used to extract pectin from pineapple peel, the optimal conditions were as fo

6、llows, temperature 70，time of heat preservation 20 min. on the basis of single factor test and orthogonal test, determine the best conditions of pectin extraction, and solid liquid ratio 1:4, extraction temperature 50, extraction time 60min, pectin enzyme dosage of 0.08%. optimal reaction system of

7、extraction of pectin from pineapple was 0.9%. when compared with the comparison test, pectin-yield was 0.09%.key words: pineapple peel; extract; decoloring; dryness; ultrasonic assisted; pectin目录1 引言11.1菠萝及菠萝皮的研究简介11.1.1菠萝的简介11.1.2菠萝皮的简介21.1.3菠萝皮的应用研究21.1.4菠萝皮的研究前景51.2果胶51.2.1果胶的来源51.2.2果胶的化学组成61.2.

8、3果胶的应用61.2.4果胶的制备方法81.3菠萝皮渣果胶121.3.1菠萝皮果胶结构121.3.2菠萝皮果胶提取的研究现状131.3.3立题背景与意义132 试验142.1试验所用仪器及试剂142.1.1主要仪器142.1.2原料及试剂142.2试验原理142.3试验方法152.4最适反应条件的确定163 结果与分析183.1最适超声波提取温度的确定183.2最适超声波提取时间的确定183.3最适酶法提取果胶酶用量的确定193.4最适酶法提取温度的确定203.5最适酶法提取时间的确定203.6最适酶法提取料液比的确定213.7正交法确定最佳酶法提取条件223.8对比试验223.9果胶含量的确

9、定224 结论24谢辞25参考文献261 引言1.1菠萝及菠萝皮的研究简介1.1.1菠萝的简介菠萝，台语称为凤梨。菠萝是一种原产南美洲巴西、巴拉圭的亚马逊河流域一带的热带水果，16世纪从巴西传入中国，有70多个品种，它是岭南四大名果之一。 菠萝皮中含有丰富的营养物质，糖类物质占菠萝湿重的6.1%，还原糖占2.5%，果胶占1.7%，蛋白质占0.64%，脂肪占0.31%，还有微量的脂肪和维生素c1。菠萝皮中富含菠萝酶，有丰富的药用价值，据国外专家20多年实验，长期食用菠萝，会使心脑血管，糖尿病发病率显著降低，并有一定的抗癌效果。菠萝是著名热带水果之一，其可食部分主要由肉质增大之花序轴、螺旋状排列于

10、外周的花组成，花通常不结实，宿存的花被裂片围成一空腔，腔内藏有萎缩的雄蕊和花柱。叶的纤维甚坚韧，可以用作织物、制绳、结网和造纸。菠萝茎短，叶多数呈莲座式排列，剑形，长4090厘米，宽47厘米，顶端渐尖，有锐齿，腹面呈绿色，背面呈粉色，边缘和顶端常带褐色，生于花序顶部的叶变小，常呈红色。花序于叶丛中抽出，形状如松球，长68厘米，结果时增大；苞片基部绿色，上半部淡红色，三角状卵形；萼片宽卵形，肉质，顶端带红色，长约1厘米；花瓣长椭圆形，端尖，长约2厘米，上部紫红色，下部白色。聚花果肉质，长15厘米以上。花期夏季至冬季。菠萝已广泛地分布在南北回归线之间，成为世界上重要的水果之一。16世纪中期由葡萄牙

11、的传教士带到澳门，然后引进到广东各地，后在广西、福建、台湾等省栽种，经过长期的选育，陆续产生了许多品种。菠萝属于凤梨科，菠萝属多年生草本果树植物，营养生长迅速，生产周期短，年平均气温23以上的地区终年可以生长。菠萝顶有冠芽，性喜温暖。台湾菠萝表皮没有大陆产的菠萝那么粗糙，有的略呈倒圆锥形，肉质比普通菠萝细腻得多，基本没有涩味，水分充足。菠萝果形美观，汁多味甜，有特殊香味，是深受人们喜爱的水果。多年生单子叶常绿草本植物。矮生，高0.51m，无主根，具纤维质须根系；肉质茎为螺旋生长的叶片所包裹，叶呈剑形；花序顶生着生许多小花；肉质复果由许多子房聚合在花轴上而成。喜温暖，以年均温度2427生长最适合

12、。15以下生长缓慢，5是受冻的临界温度，43高温即停止生长。耐旱，但仍需一定水分，以10001500mm的年雨量且分布均匀为宜。比较耐阴，但是充足的阳光生长良好、糖的含量高、品质佳。对土壤适应性广，喜疏松、排水良好、富含有机质，ph值55.5的砂质壤土或山地红壤较好。菠萝株高0.71.5米，茎短粗，呈褐色，基部有吸芽抽出。叶自茎的上部丛生。穗状花序自叶丛中抽生。果实肉质，似松果状复果，多呈圆筒形，果肉黄色。菠萝广泛分布于南北回归线之间，是世界重要的水果之一，原产中、南美洲，16世纪传入我国，17世纪已有种植。现世界有80多个国家和地区作为经济栽培，主要产区集中在泰国、菲律宾、印尼、越南、巴西、

13、南非和美国等国。我国是菠萝十大主产国之一，主要分布在广东、海南、广西、福建、云南等热区省。目前，世界约有90多个国家和地区把菠萝作为经济作物栽培，主要产区集中在泰国、巴西、菲律宾、印尼、中国、印度和哥斯达黎加等国。菠萝是我国热带、亚热带地区最具特色和优势的热带水果品种之一，也是目前华南外销水果之一，现在已经成为华南主产区农村经济的一大支柱产业，为促进农民增收和扩大城乡居民就业做出了积极贡献。1.1.2菠萝皮的简介菠萝果实由于不易贮存，除极少部分直接销售外，大部分用于加工成罐头和果脯。菠萝果实加工产生的果皮渣（包括外皮、两端和果眼）约占全果总重量的40%50%，如果不加以利用而遗弃于河流、公路两

14、旁或加工厂附近，既浪费水果资源，又严重污染环境。经分析表明，菠萝果皮中的水分、柠檬酸和总糖等成分比例与果肉相差不大，粗蛋白和灰分的含量还高于果肉，分别是果肉中果胶的2.5倍3.0倍2。因此这些宝贵资源充分利用是菠萝加工中必不可少的一环。菠萝的品质优良，营养丰富，经分析得：每100克果肉中含糖1216克、有机酸0.6克、蛋白质0.40.5克、粗纤维0.30.5克，并含多种维生素，其中维生素c含量可高达42毫克。另外，钙、铁、磷等含量丰富。菠萝中含菠萝蛋白酶，它能够溶血栓，防止血栓形成，减少脑血管病和心脏病的死亡率。1.1.3菠萝皮的应用研究目前，国内外对菠萝果皮的综合利用方面做了大量的研究，在食

15、品领域、制造饲料、发酵制品、化工领域等都取得了很多的成果。（一） 食品领域 在食品领域中，主要用于制造菠萝果酒、果醋、白兰地、果冻、酸乳饮料等。（1）菠萝果酒李瑛3对菠萝皮酿制低度果酒进行了研究，其加工工艺流程：果皮破碎so2灭菌，配糖（偏重亚硫酸钾作抑菌剂，7%蔗糖）接种主发酵（2830，410d）二次补糖（13%蔗糖，发酵至少泡或无泡，浮渣下沉）后发酵（榨出果酒，密闭发酵1525d）陈酿。产品颜色淡黄透明，带有果香，酒度适中，口感较好，但是由于单宁、生物碱等物质的余味中仍略带苦味。因此，要获得较成熟的产品仍然需要进一步的研究。（2）果醋蓝卫4对菠萝皮酿制果醋的工艺流程进行了研究，果皮破碎调

16、节糖酸（白砂糖，柠檬酸添加量根据最终产品的预期酸度进行计算）乙醇发酵（活干酵母，加入量为原料质量的0.05%）醋酸发酵（活性醋酸菌，加入量为原料的0.05%）陈酿澄清（加入量2.5%）过滤，灭菌（6070，30min）。菠萝果醋清澈透明，呈琥珀色，菠萝香气浓郁，酸味柔和，含有丰富的vc和多种人体所需的矿物质，不仅可以作为一般用醋使用，还可用于配制营养丰富和有疗效作用的保健果醋饮料。（3）白兰地陈玉水5等人研究了菠萝皮制备白兰地的加工工艺流程：果皮破碎调整糖酸（ph，糖浓度15%）灭菌（巴氏灭菌）传统发酵（酵母as2，346种子液2%，常温3032，78 h）蒸馏调配陈酿。所得产品澄清透明，色、

17、香、味俱美，具有典型白兰地风格，可与我国名牌产品烟台白兰地和金奖白兰地相媲美。（4）果冻黄奋良6以菠萝皮为原料加工果冻的方法经行了研究，先将菠萝皮经过破碎，压榨取汁，再经过过滤，除去悬浮的颗粒，然后进行澄清处理，可以把菠萝汁加热至沸腾12 min，速冷，静置数小时；或者直接在过滤后的菠萝汁中加入3%新鲜蜂蜜以及使用远天33酶制剂澄清等。澄清后用虹吸方法吸取上清液，所得上清液即为制果冻用澄清菠萝汁。然后加入柠檬酸、糖浆、果冻凝固剂等配料，按照传统的果冻加工工艺加工制成具有菠萝口味的果冻。（5）酸乳饮料朱玉强7等菠萝皮发酵乳酸饮料的制作工艺进行了研究，其工艺流程：菠萝皮清洗打浆（质量分数0.1%的

18、na2so3溶液与菠萝皮等质量混合，打浆至0.30.4cm3颗粒大小）鲜乳杀菌（110杀菌15min）接种发酵（2831，6d）。该方法制得的乳酸饮料菠萝味较好，酸味较柔和并且出汁率高。（二） 饲料菠萝皮渣作为饲料主要用来喂养肉猪和乳牛。（1）喂养肉猪彭超威8在经过密封青贮20d的菠萝渣中加入质量分数为15%25%的基础日粮，进行肉猪育肥试验。结果表明，饲养100d后，猪的生长速度和肉的品质与对照没有明显差异，然而成本降低了2.72%12.06%。（2）喂养乳牛黄连基等人9利用青贮菠萝皮喂养乳牛，试验结果表明，菠萝皮不仅能够代替像草、红薯藤等从而降低成本，而且能够增加乳牛的体重和产奶量，尤其是

19、对于冬季增强乳牛的体质，减少乳牛死亡的作用。此外，果胶还具有促进犊牛发育、防止舔食脏物等恶习、减少疾病发生的效果。（三） 发酵制品用菠萝皮渣还可以对其进行发酵后再次进行加工利用。（1）沼气经过研究菠萝皮在不同的水压维持时间下沼气的产量，试验结果表明，在较低的水压维持时间下，可以获得较高的气体产生速率。菠萝皮在水压维持时间10d的条件下，气体的最大生产速率可以达到0.93l，甲烷的含量为49%，而基质利用率为58%。先将菠萝皮青贮6个月，然后再接种沼气发酵液进行甲烷的生产，研究表明气体的产量为0.67m3/kg挥发性固形物，甲烷的含量为65%。该方法可将生化需氧量降低91%，并且没有异味产生，发

20、酵后的浆状物质还可以用作家畜、家禽的饲料。（2）乙醇以菠萝皮为原料进行乙醇的连续发酵，菠萝皮破碎，压榨取汁热处理（80加热15min，以减少固形物含量及微生物数量）冷却，离心（15min）调节上清液添加(nh4)2hpo4 0.6 g/l，(nh4)2so4 2.5g/l，mgso47h2o 0.5g/l，温度80，油酸0.1g/l，玉米浆5g/l，防沫剂0.1ml/l，调节ph4.5接种（接种量5%）连续发酵（80，ph 4.5，泵入原汁保持稀释率0.20.25/h）。研究表明：在稳定状态下，乙醇的最大得率为（0.4660.01）g/g基质。此外，还对固定化细胞连续发酵乙醇进行了研究，乙醇的

21、得率可以提高11.5倍。（3）柠檬酸对菌株固态发酵柠檬酸进行了研究，菠萝皮用微波炉60干燥2d，磨碎过筛成1.21.6mm粒子，取5g该粒子放于250ml锥形烧瓶中，蒸馏水溶解调节水分含量分别至50%、60%、70%、80%，121灭菌1h，自然冷却至室温，接种悬浮液（2107孢子/ml）30培养8d（接种前以及灭菌后分别添加40 g/l的甲醇溶液）。结果表明：当水分含量为70%时，柠檬酸的得率最大。此外，张海生10等人利用a.acm 3996菌株对菠萝皮渣进行固态发酵，发现柠檬酸产量比苹果渣和麸糠都高，柠檬酸的质量分数最高可达到1.61%，利润可达到62.4%。（4）酚类抗氧化剂利用豆豉真菌

22、固态发酵生产酚类抗氧化剂的工艺，菠萝皮用微波炉70干燥5h，磨成细粉，取5g与等量的大豆粉混合，置于250 ml烧瓶中，高压灭菌（121，10min），接种，加入10ml灭菌蒸馏水，用纱布封盖，2022培养12d。结果表明：豆豉真菌产生的葡萄糖苷酶将处于结合态的酚类物质裂解为游离态，使总酚产量最终达到5.2mg/g基质。（四）化工领域在化工领域中，菠萝皮提取液主要用作碳钢缓蚀剂和胶乳生物凝固剂等。（1）碳钢缓蚀剂赵时仁11研究发现菠萝皮提取液在稀hcl溶液中对碳钢具有较好的缓蚀性能，在50，质量分数5%hcl中单独使用，其缓蚀速率大于90%。此外，它还与其他缓蚀剂具有良好的协同作用，而且热稳定

23、性好，即使发酵30d后缓蚀性能仍能基本不变。此工艺不仅能充分利用菠萝皮将其变废为宝，而且工艺简单，成本低，无毒，没有三废污染。（2）胶乳生物凝固剂古和平等人12将菠萝皮汁液用作天然胶乳的生物凝固剂进行了研究，分析研究了菠萝皮汁的成分：酶活性、总糖、总酸、挥发酸、ph值5项基本指标，最终提出菠萝皮作为生物凝固剂的技术规格应达到：ph3.8（25型酸度计），总酸2.0%（酸碱中和法），挥发酸0.40%（蒸馏中和法），总糖3.0%（斐林法），酶活性300u/g。1.1.4菠萝皮的研究前景菠萝皮是在菠萝深加工生产过程中产生的副产品，具有很大的开发利用价值。它的有效利用将为菠萝加工企业解决菠萝皮如何处理

24、的难题提供新的思路，不仅保护了环境，而且为企业创造了一定的经济价值。1.2果胶1.2.1果胶的来源果胶是一种高分子碳水化合物，它存在于几乎所有绿色植物的细胞壁和内壁中，为内部细胞的支撑物质，在各种水果中占植物纤维的40%左右，直接影响植物组织的完整性和坚实度13。在植物体中，果胶存在于相邻细胞壁的中胶层，其作用既把相邻细胞连接起来，形成一个整体，又有缓冲作用，不会阻碍细胞生长，并且成为病原微生物入侵的天然屏障。在根、茎、叶、果实等器官中，以果实中果胶的含量最高。比如草莓、山植、苹果、柑桔等的果实中含量丰富。此外，胡萝卜的根、向日葵的花盘等也含有大量果胶。目前，具有工业生产价值的果胶来源是柑桔果

25、皮和苹果废渣。一般说来，果实的硬度取决于果胶物质的种类和数量。例如，未成熟的果实，细胞间含有大量原果胶，因而果实坚硬；随着果实逐渐成熟，在原果胶酶的作用下，使原果胶降解为水溶性的果胶，于是果肉变软而且有弹性，在细胞汁中，在果胶酶和果胶酸酶的作用下，果胶最终分解为半乳糖醛酸。 1.2.2果胶的化学组成果胶物质在化学分类上应该属于碳水化合物的衍生物。它的基本组成单位是d-半乳糖醛酸，并且以-1，4-糖苷键连接而形成的高分子化合物（即多聚半乳糖醛酸），分子量为3422000000。其部分分子式如下：果胶物质通常以甲基化形式存在。存在于植物体内的果胶物质一般有三种形式：（1）原果胶原果胶呈长链，是与纤

26、维素等细胞壁组成结合在一起的多聚半乳糖醛酸，少部分发生甲酯化，不溶于水，只存在于细胞壁中。（2）果胶果胶也呈长链存在，羧基已经发生不同程度甲酯化的多聚半乳糖醛酸，溶于水，存在于细胞液中。（3）果胶酸这是羧基完全游离的多聚半乳糖醛酸长链，微溶于水，在细胞壁与细胞液中都有。1.2.3果胶的应用果胶作为一种可溶性膳食纤维，具有不可替代的功能特性，在许多领域都有它的应用。（1）医药工业的应用果胶是一种来自天然水果或蔬菜的水溶性膳食纤维，不仅具有一般水溶性膳食纤维的生理功能和营养价值，而且具有独特的生理功能和营养价值。果胶不能被人体内唾液、胃液、胰液、肠液中的酶类所分解，部分可在人体大肠内被微生物发酵产

27、生的酶类分解为短链脂肪酸，从而降低肠道ph值，杀死肠道有害菌，并促进有益菌增殖，增强大肠肠道功能，果胶、氢氧化铝和氧化镁的混合物对于治疗胃溃疡和十二指肠溃疡的效果很明显。果胶可以配制软膏、膜剂、栓剂、微囊等药物制剂。因为它有抗菌、止血、降血脂等作用，可以用于治疗某些疾病。关于食用植物纤维治疗糖尿病的报道日渐增多，植物纤维对许多营养物质的消化、吸收和代谢起着重要作用。实验表明，果胶治疗可使血糖明显下降，可作为糖尿病的辅助治疗。李春明等14研究了不同用量的果胶对高脂血症大鼠的血脂和抗氧化功能的影响，结果表明：各种不同用量的果胶都会大大降低大鼠的摄食量。车前子是一种轻泻剂，果胶则有抗腹泻功能，按适当

28、比例配制可抑制胃溃疡15，该药长期服用无任何副作用；果胶有降血脂作用，制成颗粒剂可治疗动脉硬化；果胶可减低抗癌药物对胃肠黏膜的损害，服用果胶可减轻某些抗炎药引起的腹部不适；果胶与奎宁、磺胺嘧啶等制成长效口服制剂，具有延效作用，提高药物的生物有效度。果胶可以阻止前列腺癌、乳腺癌、黑毒素或胎记瘤、咽喉癌细胞的转移与扩散。它的基本原理是果胶中的半乳糖分子与细胞表面具有信息传递功能的糖蛋白分子结合，阻断了癌细胞与正常细胞的信息传递以及癌细胞间的聚合和接触，进而阻断了癌细胞的转移。（2）食品工业的应用在许多糖果制品中，高酯果胶可用来制造水果软糖和胶冻夹心，使天然水果成分或合成香料来增强香味的产品，这时果

29、胶可表现出很好的组织和口感、极好的香味的优点，使产品具有高度的透明性和不沾牙的品质16。在冰冻和冷饮食品中，果胶能减缓冷冻时晶体的生长速度，通过控制冰晶的大小改善冻藏食品的结构，减少融化时糖浆的损失。果胶能阻止冰袋和雪糕中风味物质和色素逸出。低甲氧基果胶能改善冰淇淋制品中水果的品质。在果酱和果冻中，会大量使用果胶，果酱制造过程是简单蒸煮水果使原果胶质变成可溶性果胶并释放出果汁，根据需要可以在加工过程中添加固体或液体果胶。果胶的作用是在运输中组织不发生变化，便于香味释放，并且抑制了水现象的发生。在焙烤食品中，高甲氧基果胶具有热稳定性，可以用于制备焙烤食品使用的果冻。在配方中增加纤维素含量可以使凝

30、胶结构更加稳定。在较高的固溶物含量和较宽的酸度范围内，可以使用低甲氧基果胶生产焙烤食品用的果酱或果冻。配方中的低甲氧基果胶的添加量要高于高甲氧基果胶的添加量才能达到与其相同的凝胶强度。（3）动物营养中的作用果胶作为非淀粉多糖的一种，是单胃动物营养中的抗营养因子17，它在细胞壁中的结构和黏性会影响自身和其他营养物质的消化和吸收。经过研究发现，添加柑橘类果胶会降低肉鸡的生产性能和饲料中干物质、有机物、粗脂肪、淀粉及氨基酸的消化率，同时降低了氮的存留率和能量的代谢率，肉鸡的饮水量增加，后肠道的食糜黏性提高导致营养物质的吸收量降低。与单胃动物相比，果胶不仅作为反刍动物饲料的营养成分，还对其瘤胃内环境的

31、稳定有极强的调控作用18。果胶可在瘤胃内很快降解，产生半乳糖醛酸，抑制酸性乳酸菌发酵，提高瘤胃液ph；大量含有果胶的饲料与ca2、na+、k 和mg2等金属离子有较强的亲和力和离子交换能力，当瘤胃液的ph下降时，这类饲料中的纤维可以将带电阳离子释放到瘤胃液，起到一定的缓冲作用；果胶在瘤胃中的发酵产物以乙酸较多，丙酸较少，使乙酸、丙酸的比例提高19；果胶使纤维物质、有机物质的降解率和短链脂肪酸的生成量增加，同时加大了从瘤胃流向十二指肠的氮流量和小肠中氮的吸收率。（4）其他果胶也可用于化妆品行业，其对保护皮肤、防止紫外线辐射、治疗创口、美容美颜都有一定的作用；果胶还是维持身体健康的重要物质，具有增

32、强胃肠蠕动，促进营养吸收的功能，对防治高血压、肠癌、肥胖症等病症有较好的疗效。果胶具有成膜的特性，因此，可用于造纸和纺织的施胶剂，例如用于尿不湿，可保护婴幼儿皮肤。随着近年来研究工作的深入，果胶的用途不断被发掘出来，发展潜力很大。1.2.4果胶的制备方法果胶生产工艺主要包括果胶的提取、脱色、浓缩、沉淀、干燥五个步骤，其中最关键的两步是果胶的提取和沉淀。（一）果胶的提取原果胶是不溶于水的物质，但是可以在酸、碱、盐等化学试剂和酶的作用下，水解成水溶性果胶。在预处理后的原料，经过酸碱或果胶酶的处理，可分解形成可溶性的果胶，然后加入乙醇或盐类，使果胶沉淀析出。目前，最常用的萃取方法是：酸提取法、酶提取

33、法、超声波提取法、微波提取法、微生物法20、草酸铵提取法等。（1）酸提取法酸提取法是最常用的方法，其原理是利用稀酸将果皮细胞中的非水溶性原果胶转化成水溶性果胶，然后在果胶液中加入乙醇或多价金属盐类，使果胶沉淀析出，经过滤、干燥、粉碎，即成固体粉末果胶产品。目前常用的酸有盐酸、六偏磷酸、草酸、磷酸、亚硫酸等。提取的一般步骤为原料预处理酸液过滤沉淀干燥成品。酸提取沉淀法生产成本低，是目前工业上广泛使用的方法。传统酸提取法的缺点：提取过程中果胶分子易发生局部水解，降低了果胶的相对分子质量，影响果胶收率和质量，提取条件对提取效果影响也较大；由于提取液粘度大，过滤较慢，生产周期长，效率低。例如，过程一般

34、采用较高的温度和长时间的加热，使原料中含有的果胶不可避免地产生变性和分解破坏，质量较差。采用混合酸提取可以在一定程度上解决这个问题，但是目前尚处于研究阶段。（2）酶提取法酶提取法的一般步骤是在磨成粉的原料中加入含有酶的缓冲液，于恒温水浴振荡器内提取。反应结束后抽滤，乙醇沉淀，过滤分离，干燥，粉碎得果胶成品。分别用0.1mol/l盐酸（酸法）、纤维素酶、半纤维素酶和糖苷酶（酶法）从南瓜提取果胶，结果表明，酶法提取果胶的产量比酸法要高，其中纤维素酶的产量最高，是酸法的两倍多；酶法提取的果胶，多聚半乳糖醛酸的含量低于酸法提取的。由于酶法提取果胶反应时间较长，酶制剂用量大，阻碍了此方法的应用。但是将酸

35、法与酶法结合，先用酸法提取少量果胶，再用酶法提取剩余的果胶，将大大缩短反应时间，减少酶的用量。随着酶制剂成本的不断降低，酶法提取果胶会有很好的发展前景。酶提取法与传统的碱酸法相比较，具有提取时间短、产品质量高和节省能耗等优点，但是由于不同原料对酶的要求不一，因此增加了实验的难度。酶的活性受温度的影响较大，提取时需要严格控制温度；另外酶极高的价格也在一定程度上限制了其规模化的工业生产。以后的研究关键是寻找价格低廉的酶。此外，可用酶经过初步处理后再采用其他方法提取果胶，将酶法提取与其他提取方法的优点结合，还是比较可行的。 （3）超声波提取法超声波提取法，又称超声波辅助提取法，超声波高于人耳所能听到

36、的频率范围的声波，频率一般在20khz以上，在水中传播可产生释放巨大能量的激化和突发，即“空化效应”，超声波“空化效应”可产生高达数百个大气压的局部瞬间压力，形成冲击波，使固体表面及液体介质受到极大冲击，从而使细胞破碎，溶解出植物有效成分。超声波提取法是一种比较成熟并且有广泛应用前景的技术，具有提取时间短、不需要加热、产率高、环境污染小和安全无害等优点，还可以辅助其他方法来提高产率。但是在提取过程中如果操作不当，会使原料过度破碎使得副产物增多，给后续的分离与精制带来极大的困难。但是由于其容易实现工业化，且提取成本低，超声波还可辅助其他方法来提取果胶，对其他方法进行优化，因此此种方法被广泛应用在

37、工业中。（4）微波提取法微波提取法，又称微波辅助提取法，是用微波加热与样品相接触的溶剂，将所需化合物从样品中分离进入溶剂。利用微波辅助提取柑橘果胶，用电子显微镜观察发现，微波加热会破坏原料的薄壁组织细胞。经过微波处理的原料多孔渗透性和吸水能力都有提高，加热处理还可灭活果胶酶。实验表明，经微波处理后果胶的提取率提高，质量较好，酯化度较高，相对分子质量大，胶凝强度大。微波法提取果胶选择性强，操作时间短，与传统的酸提取法相比，提取时间由12h缩短为几十秒钟；溶剂用量小，受热均匀，目标组分得率高，而且不会破坏果胶的长链结构，收率和质量都有提高，是一种可行的方法。微波具有很强的热效应和化学效应。微波辅助

38、提取是用微波加热与样品相接触的溶剂，将所需化合物从样品基体中分离进入溶剂，然后再进行精制与分离等步骤。这种方法具有选择性强、操作时间短、溶剂用量小、受热均匀、目标组分得率高等优点。微波的辐射功率和辐射时间对提取果胶有一定的影响，微波功率升高可促进不溶性果胶的水解，但是过高又会使果胶分解。目前，微波萃取技术应用于果胶的提取主要是在酸性的条件下萃取以及醇或硫酸铝沉淀法，它拥有快速、高效、选择性强、能耗少、环境污染小、提取率高等优点。微波提取法极大限度地保留了原料天然活性，不会破坏果胶组分结构，同时还降低了能耗。此外，提取溶剂用量少，受热均匀，工艺操作也容易控制，降低了劳动强度，产品凝胶性能、色泽、

39、溶解性也都较高了。但是微波提取过程中温度升高很快，不易控制，如何控制好微波提取温度是目前科研人员亟待解决的问题。（5）微生物法微生物法是利用微生物如真菌、细菌等产生的果胶酶，将不溶性果胶分解为可溶性果胶。研究出一种利用微生物发酵从中国蜜桔皮中萃取果胶的方法，不用对原料进行处理，避免了过滤时的麻烦。将粉碎的原料浸入杀过菌的水中，放入发酵罐中，接种5%的溶液30振荡培养，利用微生物产生的酶的作用可使果胶从植物组织中游离出来。这种酶能选择性分解植物组织中的复合多糖体，从而可有效地提取出植物组织中的果胶，其作用一定时间后，过滤培养液，得到果胶提取液。酸萃取法时原料因打碎、加热而成胶粘的糊状，使萃取液过

40、滤困难，同时易腐蚀设备，而微生物法低温发酵提取果胶易过滤。实际上微生物法和酶法提取果胶原理相似，都用酶将果胶从植物组织中提取出来。采用微生物发酵法萃取的果胶分子量大，果胶的胶凝度高，质量稳定，很有发展潜力。（6）草酸铵提取法采用草酸铵代替盐酸提取果胶，效果会很好。将果皮洗净，再用0.25%草酸铵溶液在90的条件下处理24 h，过滤后得果胶提取液。此方法可使不溶性果胶酸钙变成可溶性铵盐，ca2+ 以草酸钙沉淀的形式除去。也可以用鳌合剂六偏磷酸钠，增加非水溶性果胶的溶解性，以获得较好的提取效果，但是周期比较长。（二）果胶的脱色在提取果胶的过程中，植物细胞破裂，其中的色素不可避免的会一起提取出来。果

41、胶的色泽对果胶的质量影响很大，因此在提取果胶的过程中必须要进行脱色。（1）活性炭脱色活性炭在食品、制药等工业生产的脱色工艺中运用广泛。它是一种黑色粉末、粒状或丸状的无定性具有多孔的碳，大量的孔隙结构和比较大的比表面积，又有很强的吸附性能力。张晨21在研究柚皮提取果胶脱色工艺中，确定了最佳的脱色条件：0.3%活性炭、脱色温度60。脱色时间30min。但是采用活性脱色，由于活性炭颗粒细小，容易造成过滤难而使得果胶中混入杂质，影响果胶的质量。（2）双氧水脱色双氧水脱色的优点有：强烈的氧化作用，能将果胶中残留的色素氧化。双氧水脱色的缺点有：由于利用双氧水的强氧化作用，在果胶生产过程中又引入了新的杂质。

42、并且双氧水的强氧化性同样会使果胶分子被氧化，导致果胶质量下降。如果这种方法提取的果胶应用于食品或医药行业，会严重危害人体的健康。（三）果胶的浓缩果胶含量一般为0.5%1%，如果直接沉淀、干燥，则处理量太大，生产比较困难，因此进行果胶的浓缩处理。（1）真空浓缩在传统的果胶生产中一般采用真空浓缩。真空浓缩温度在60左右，浓缩果胶时杂质的含量也相应提高，这样不仅果胶部分会有降解，而且在杂质之间进行反应，造成果胶溶液发生了褐变，既影响了果胶品质，也又增加了酒精洗涤的负荷。（2）超滤 采用超滤法进行浓缩，效果极佳，这种方法可将果胶液浓缩至4.21%，并且具有生产用地面积少，生产费用低等优点。一般采用超滤

43、器处理滤液，操作压力为0.1mpa0.5mpa，温度350450，浓缩至果胶液固形物含量5%8%。与真空浓缩相比，膜分离浓缩技术具有能耗低，操作工艺简单，选择性强；可以去除果胶提取液中的糖分和低聚物质，从而提高果胶的品质；不需要加热，对果胶品质没有损害22，其杂质含量为真空浓缩的1/5，其产品有良好的纯度与凝胶度。（四）果胶的沉淀果胶溶液还需要进行沉淀处理，使果胶有更好的品质和色泽。（1）乙醇沉淀法 最早实现工业化的方法是乙醇沉淀法。它是利用果胶不溶于有机溶剂的特点，将大量的乙醇加入到果胶提取液中，形成醇水混合液将果胶沉淀出来。乙醇沉淀法的优点：工艺简单、色泽好、纯度高。它的缺点：乙醇的用量大

44、、不易回收、生产成本高、不利于大规模的生产。（2）酸化乙醇法在果胶沉淀过程中，乙醇能降低果胶溶液介电常数，同时使果胶脱水，从而使果胶从溶液中沉淀出来。如果在痕量电解质存在的条件下，沉淀会更加完全，即使果胶浓度很低，也能从溶液中沉淀出来。这可能是由于离子在果胶分子之间形成桥梁，使果胶分子连接、聚合，使果胶沉淀。在工业上，一般选用hcl作为电解质，从而避免了引进其他离子。（3）盐析法盐析法是盐溶液中的盐离子带有与果胶中游离的羧基相反的电荷，两种相反电荷的电中和作用产生沉淀。利用这一特性，先加氨水中和果胶溶液，然后加入电解质金属盐类，会有不溶于水的果胶酸盐和少量盐的氢氧化物沉淀以及其它杂质产生。一般

45、采用的盐有铝盐、铁盐、钙盐，目前常采用的是al2(so4)3盐。盐析法的优点：产率较高，乙醇耗量少，成本低，得到的果胶酯化度比乙醇沉淀法高，凝胶强度大。杨韩晖23 采用盐析法从南瓜皮中提取食用果胶，在单因素试验的基础上用正交试验进行工艺参数的优化，得到其较佳的工艺条件：液料比为1：70，ph值为2.0，温度为90，时间为90min，并选用硫酸铝作沉淀剂。在此工艺条件下，南瓜皮的果胶提取率达14.30%。（五）果胶的干燥果胶残留的色素、过氧化酶以及多酚氧化酶在果胶干燥过程中易引起酶促褐变反应影响果胶质量，因此，很有必要对果胶进行干燥。（1）常压低温干燥技术在常压下，温度低于60时进行干燥，设备比

46、较简单，但是这种方法干燥后产品溶解性较差，色泽较深。（2）喷雾干燥技术喷雾干燥技术是通过喷雾干燥机对果胶溶液进行干燥，在130160瞬时雾化干燥得到果胶成品，干燥后的产品经过60目标准筛筛成粉末。喷雾干燥技术的优点：得到的果胶纯度高，杂质较少。它的缺点：对前处理要求比较严格。（3）真空冷冻干燥技术真空冷冻干燥技术是将含有大量水分的物料进行预先的冷冻，使游离水结晶，冻结成固体，然后在高真空度下使物料中的冰晶升华，待冰晶升华后除去部分的吸附水，即得到残留水分为1%4%左右的成品。真空冷冻干燥技术的优点：生产的产品不仅能够保持色、香、味、形不变，营养物质分布均匀，而且所得到果胶溶解性较好，色泽较浅，

47、果胶性质基本不变。1.3菠萝皮渣果胶1.3.1菠萝皮果胶结构 果胶产生于高等植物初级细胞壁和细胞内层，果胶是由a-1，4-糖苷键连接的聚半乳糖醛酸天然多糖。可以采用条件温和的方法从菠萝皮中提取果胶，尽量不要破坏其结构完整性，提取得到的果胶包括低度酯化的果胶和有钙离子存在的高凝胶性果胶。菠萝皮果胶多糖单糖组成大致为葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、半乳糖醛酸中的一种或几种。可以用分子量为3422000000的葡聚糖标准品作为对照，其相对分子量可采用高效凝胶色谱法来测定。1.3.2菠萝皮果胶提取的研究现状目前，国内外有关菠萝皮果胶提取工艺的研究和报道很少，且大多数不成熟。孙悦，任铁强24等利

48、用酸法从废弃物菠萝皮中提取果胶，研究了影响果胶提取率的料液比、浸提时间、浸提温度、浸提液ph值4个因素，得出了最佳提取条件即浸提温度90、浸提的时间为60min、ph为2、料液比为1：20，该条件下果胶提取率达5.1。翁婷婷，张春尧25等采用盐酸溶液和超声波辅助方法从菠萝皮中提取果胶，最佳工艺条件为提取溶液ph为2、料液比1：25、反应温度70、反应时间3h、超声功率100w。张初署，秦小明26等探讨采用草酸铵作为提取溶剂和超声波振荡处理法提取菠萝皮渣果胶的工艺条件，确定了菠萝皮渣果胶最佳提取工艺条件是草酸铵浓度0.4、料液比1：40、ph5.0、温度70、超声波频率47khz、提取时间90m

49、in，菠萝皮渣中的果胶提取率达90%。1.3.3立题背景与意义目前，在工业生产中利用菠萝果肉，会留下菠萝皮，如果大量堆积会占用很大的场地，并且菠萝皮不易于储存和运输，氧化腐败后会产生恶臭，常常造成环境污染。在国内通常直接作为垃圾处理，利用程度很低，菠萝皮中含有丰富的果胶，是一种良好的果胶提取原料，如果能将菠萝皮作为生产果胶的原料不仅可以增加菠萝加工的附加值，也丰富了果胶生产的原料来源。天然果胶是一种安全无毒的新型产品，从废弃物中提取果胶成本低并且能有效的利用废弃资源，提高社会效益和经济效益。随着可持续发展观念的深入普及，人们的环保和绿色观念逐渐增强，从废弃物中提取果胶将是今后生产果胶的一条新的

50、途径。无论从研究现况上看，还是从加工所得产品的市场前景上考虑，菠萝皮果胶具有很大的开发潜力，还是一种廉价而且来源丰富的资源，本课题就是就如何有效地从菠萝皮中提取果胶来进行研究和探讨的。2 试验2.1试验所用仪器及试剂2.1.1主要仪器主要试验仪器如下表所示： 表2-1试验所用主要仪器仪器名称规格型号生产厂家托盘药物天平hg-tp11-1型上海精密科学仪器有限公司天平制造厂循环水式真空泵shz-d（）型巩义市予华仪器有限责任公司数显恒温水浴锅hh-z型江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司电热恒温鼓风干燥箱dhg-9123a型上海一恒科技有限公司电子天平fa22048上海精密科学仪器有限公司超声波清洗

51、器kq3200b 昆山市超声波仪器有限公司离心机tdl-40b无锡瑞江离心机2.1.2原料及试剂（1）原料：新鲜菠萝（产地：海南）（2）主要试验试剂如下表所示： 表2-2 试验所用主要试剂试剂名称生产厂家hcl唐山市路北区化工厂果胶酶上海蓝季科技发展有限公司浓硫酸唐山市路北区化工厂咔唑上海晶纯试剂有限公司无水乙醇天津市永大化学试剂有限公司sigma果胶北京梦怡典生物科技有限公司注：以上试剂均为分析纯。hcl溶液：配置成0.5mol/l的溶液待用（所用盐酸中盐酸的36%38%）0.15%咔唑无水乙醇溶液2.2试验原理本试验采用乙醇沉淀和超声波辅助联合果胶酶处理方法从菠萝皮中提取果胶，研究了提取工

52、艺条件对果胶收率的影响。基本原理：（1）当超声波的频率在20khz以上，在水中传播可产生释放巨大能量的激化和突发，即“空化效应”，使固体表面及液体介质受到极大冲击，将细胞破碎，溶出植物中的有效成分。（2）果胶酶催化不溶于水的原果胶水解，将原果胶分解为水溶性的高聚合度果胶。（3）利用果胶在酸性溶液中的可溶性，将果胶从植物组织中提取出来。（4）利用果胶不溶于有机溶剂的特点，将大量的乙醇加入到果胶提取液中，形成醇水混合液将果胶提取出来。2.3试验方法（一）原料处理用托盘天平称取50g新鲜菠萝皮，用清水洗净后放入烧杯中，加入5倍的蒸馏水，把烧杯放入恒温水浴锅中在90下保持510min，使酶失去活性。用

53、蒸馏水冲洗后粉碎成35mm的颗粒，用50热水漂洗35次至无色，用纱布挤压原料以除去原料中的苦涩物质、色素以及残余的糖酸等杂质，并除去大部分水分。（二）果胶的提取（1）加入一定量蒸馏水作溶剂，用配置好的0.5mol/l盐酸调节溶液ph为5，置于数控超声波清水器中，在频率20khz，功率为150w超声波作用下处理一定的时间和温度。待混合液冷却至室温后再用配置好的盐酸调节ph为5，再加入一定量的果胶酶，置于恒温水浴锅中，在一定的温度和一定时间下提取果胶。将所得到的提取液在90下，灭酶510min，趁热抽滤，取滤液，室温冷却。 （2）将上述得到的滤液用无水乙醇处理将果胶沉淀析出，乙醇用量为滤液的1.5

54、倍，加入乙醇时用玻璃棒轻轻搅拌，而后静置20min，待果胶呈絮状析出。（3）将含果胶的溶液放入离心机中，在5000r/min下离心10min。分离沉淀出的果胶，再用95%乙醇清洗两次，每次6min，以除去色素和游离的中性糖，将果胶置于60的真空干燥箱中干燥制得成品。（三）对比试验在不用超声波，不加果胶酶的情况下，方法同上，料液比1：4，提取时间50，提取时间60min下进行对比试验。（四）果胶产率的计算= 果胶得率纯果胶质量/菠萝皮原料质量100%（五）所提取果胶的纯度的测定果胶是半乳糖醛酸（g.a.）的聚合多糖，对其含量的测定方法主要有：重量法、容量法、确定比色法、滴定法等。本试验采用比色法

55、，比色法是通过测定样品中半乳糖醛酸含量，从而确定果胶的含量。在本次试验中，采用sigma果胶作为标样，取sigma果胶0.1000g，用蒸馏水溶解后定容于100ml容量瓶中分别移取0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0ml的溶液于6个100ml容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，分别移取标准稀释液1.0ml于6支试管中，加5.0ml浓硫酸，摇匀，在75水浴中加热15分钟，冷却后加入0.15%咔唑无水乙醇溶液0.2ml，摇匀，在室温、暗处放置2个小时，用1cm比色皿，以空白试剂做参比，测定吸光度。绘制吸光度浓度标准曲线。准确称取一定量菠萝皮果胶（0.092g），用蒸馏水溶解后，定容100ml容量

56、瓶中，移取1.0ml该液于100ml容量瓶中并定容，移取1.0ml于100ml比色管中，再按上述方法进行显色操作，在波长530nm处，测量吸光度。2.4最适反应条件的确定（一）最适超声波提取温度的确定本试验在50、60、70、80、90下进行的提取试验，确定最适超声波提取的温度。反应体系：50g新鲜的菠萝皮，确定超声波提取时间20min，酶法提取料液比1：4，酶法提取时间60min，酶法提取温度50，酶法提取果胶酶用量0.08%，按照2.3的试验方法测定不同超声波提取温度下的果胶得率。（二）最适超声波提取时间的确定本试验在10min、15min、20min、25min、30min下进行提取试验，确定最适超声波提取时间。反应体系：50g新鲜的菠萝皮，确定超声波提取温度70，酶法提取料液比1：4，酶法提取时间60min，酶法提取温度50，酶法提取果胶酶用量0.08%，按照2.3的试验方法测定不同超声波提取时间下的果胶得率。（三）最适酶法提取果胶酶用量的确定本试验果胶酶用量分别为0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%，进行提取试验，确定最适酶法提取温度。反应体系：50g新鲜菠萝皮，确定超声波提取时间20