超声波提取柚皮中的果胶

超声波提取柚皮中的果胶

果胶是一种天然的高分子聚合物。它是在植物材料中制备的多聚体。它是食品纤维的主要成分。1材料和方法1.1实验仪器和设备柚皮从市场购得;去离子水自制;醋酸-醋酸钠缓冲溶液、果胶酸酶(2×10数控超声波发生器杭州成功超声设备有限公司;101A数显鼓风干燥箱吴江峻宇机械设备有限公司;JJ-2-高速组织捣碎机金坛市鑫鑫实验仪器有限公司;pHS-828精密型酸度计北京华瑞博远科技发展有限公司;HH-2电热恒温水浴锅上海比朗仪器有限公司;TDZ5-WS低速离心机长沙维尔康湘鹰离心机有限公司;660傅立叶变换红外光谱仪安捷伦科技有限公司。1.2果胶酸酶提取取粒度为50目的柚皮粉末50g,加入一定量的醋酸-醋酸钠缓冲溶液,置于数控超声波发生器中,在一定功率的超声波作用下处理一定时间。待混合液冷却至室温后加入一定量的果胶酸酶,置于恒温水浴锅中,在一定的温度和一定时间下提取1~4次,将所得到的提取液经过5000r/min离心10min。用蒸馏水清洗残渣,离心,合并上清液。上清液85℃水浴灭酶5min,冷却,用95%的乙醇清洗,5000r/min离心6min,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50℃的真空干燥箱中干燥2.5h,计算出得率。采用常规水浴加热提取法在相同的工艺条件下进行对比实验。1.3单次提取时间和参数在探索性实验的基础上,用酶提取3次,以超声波功率(A)、超声频率(B)、超声波处理时间(C)、单次提取时间(D)、缓冲液pH(E)、酶提取温度(F)、酶液用量(G)为研究对象,采用L1.4测试指标按照GB25533-2010用Varian660傅立叶变换红外光谱仪对果胶进行红外光谱分析,扫描范围4000~500cm2单次提取条件的影响果胶得率通过一系列的探索性实验发现,超声波处理时间与功率、超声波频率和缓冲液pH、酶法提取温度和酶液用量、单次提取时间和提取次数等因素对果胶的得率有较大的影响。下面就根据探索性实验的基本数据对单工艺因素进行探讨。2.1单因素实验2.1.1提取功率的确定图1是超声波功率分别为120、160、200、240W时不同反应时间下果胶提取量的变化关系图。由图1可知,超声波功率对果胶提取量的影响很大,功率低时,果胶提取量较低;随着功率的升高,果胶提取量不断升高,但20min后,功率为200W的提取量与240W的相接近,考虑到生产成本,将功率确定为200W。同时,从图1中还发现:当功率为200W时,16min后,果胶提取量增幅趋缓,随着时间的延长,提取量曲线几乎接近水平,这是因为超声波能促使植物细胞组织破壁或变形,使胞内物质释放出来,在提取初期,时间越长,胞内物质释放物越多,果胶的提取量也就越高,随着时间的延长,胞内释放物的含量逐步减少,果胶提取量增加不明显。故将正交实验中超声波处理时间确定为16min。2.1.2超声波提取频率的选择图2是超声波频率分别为20、24、28、32kHz时,不同缓冲液pH与果胶提取量的变化关系图。由图2可知,频率为20kHz时提取量最大,32kHz的最小,24和28kHz的居于中间。这是因为:频率低的振幅大,固体物料与流体混合越均匀,提取量越大;但频率也不是越低越好,因为频率低,能耗高,对设备的要求也高,而20kHz的果胶提取量略高于24kHz的果胶提取量,但考虑到生产成本及对设备的要求,选择24kHz为超声波频率。同时,图2中也显示,在处理频率为24kHz、缓冲液pH为5左右时的果胶提取量较高,超过5后减少,这可能是因为pH为5左右时酶的活性较好的缘故,因此选定正交实验中缓冲液的pH为5。2.1.3酶法提取温度和酶溶液的用量对提取量的影响升高温度能够提高反应体系的活化能进而提高反应速度,但太高的温度又会使酶液失活2.1.4不同提取次数对果胶总提取量的影响图4中显示了不同提取次数和不同单次提取时间对果胶提取量的影响:随着提取次数的增加,果胶总提取量不断增加,4次提取果胶总提取量略高于3次提取果胶总提取量,从生产成本角度考虑提取次数以3次为宜。由图4还可知,在提取次数为3次时,随着提取时间的延长,果胶总提取量逐渐增加,当提取时间超过50min后再延长时间,果胶提取量减小。这是因为随着提取时间的延长,果胶分子链会在酶的作用下发生降解,最终影响果胶的提取量2.2正交实验分析正交实验见表2,由表2可知,影响果胶提取量的因素顺序为A>B>F>C>D>E>G,工艺的最佳组合为:A2.3红外光谱分析果胶的红外光谱见图5所示,3200~3500cm2.4总乳糖醛酸含量本实验所得果胶产品的干燥减量、二氧化硫、酸不溶灰分、总半乳糖醛酸、酰胺化度和重金属铅的含量等均符合GB25533-2010的要求,总半乳糖醛酸含量达到66.21%,高于GB25533-2010中的规定。各项指标如表3所示。3最佳工艺条件的确定采用超声波联合复合酶法提取柚皮果胶,将两种独立的提取方法协同使用,避免了因高温对果胶类化合物结构的破坏,能够提高果胶的提取量与纯度。同时,经过优化后的最佳工艺条件为:超声波功率240W、超声频率24kHz、超声波处理时间20min、单次提取