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工艺条件不同对桔皮果胶钙产量的影响

2021-4-9 | 营养学论文

本论文研究酸度、温度、时间、钙化合物添加量等因素对桔皮果胶钙产量的影响,从而为桔皮资源的开发、果胶钙的生产和应用、桔皮果胶的提取等方面提供理论基础和技术依据。

材料与方法

1.材料与仪器

桔皮:新鲜柑橘购于广州石牌东农贸市场,桔皮烘干后粉碎,过20目筛、密封备用;浓氨水、盐酸、氯化钙、氢氧化钙、乙醇均为分析纯。内径8cm,长度100cm的玻璃柱广州精科化玻仪器有限公司;FC204型电子天平上海精科天平厂;PL602-S型电子天平梅利勒-托利多中国地区;DHG-9070电热恒温鼓风干燥箱上海一恒科技有限公司;KDC-1044低速离心机科大创新股份有限公司;精密pH计上海安亭雷磁仪器厂;冷冻干燥机北京博医康实验仪器有限公司。

2.实验方法

1)工艺流程桔皮过筛(20目)→渗漉脱色→晾干→酸法提取→过滤→调节滤液pH→盐析沉淀→离心→冷冻干燥→果胶钙成品。

2)操作要点

①渗漉:将桔皮粉装入玻璃柱中,以60%乙醇渗漉,直至渗出液为淡黄色,将桔皮粉取出晾干后备用。此过程用以除去桔皮中的色素、橙皮苷等物质。

②提取:称取一定量经过渗漉的干燥桔皮粉,按质量体积比加入20倍蒸馏水,用浓盐酸调节pH=2,加热微沸1h,趁热用纱布过滤。提取两次,合并滤液,得到果胶提取液。

③盐析沉淀:浓氨水调节果胶提取液的pH,以0.013molCa/100g干桔皮的比例加入一定量氯化钙,不同温度水浴一定时间。选择盐析pH、水浴时间、水浴温度、氯化钙用量为研究对象,通过单因素实验,观察不同因素对果胶钙产量的影响。④离心3500r/min离心15min后,分别收集上清液和沉淀,测上清液的可溶性固形物含量并记下体积。

⑤冷冻干燥:将沉淀于-70℃冻结后进行冷冻干燥。

3.实验设计

1)单因素实验设计

①pH对果胶钙产量的影响:将由25g桔皮提取得到的果胶提取液均分为8等份,分别调节提取液的pH为8.25、8.50、8.75、9.00、9.25、9.50、9.75、10.00,固定其余各因素为:60℃水浴3h,每份加入4.0mL1.0mol/LCaCl2,考察pH对果胶钙产量的影响。②温度对果胶钙产量的影响:将由25g桔皮提取得到的果胶提取液调节pH后,均分为6等份,分别于20、30、40、50、60、70℃水浴,固定其余各因素为:pH=9.0,水浴3h,每份加入4.5mL1.0mol/LCaCl2,考察温度对果胶钙产量的影响。③时间对果胶钙产量的影响:由25g桔皮提取得到的果胶提取液调节pH后,均分为5等份,分别水浴2、4、6、8、10h,固定其余各因素为:pH=9.0,60℃水浴,每份加入6.5mL1.0mol/LCaCl2,考察时间对果胶钙产量的影响。④CaCl2用量对果胶钙产量的影响:将由25g桔皮提取得到的果胶提取液调节pH后,均分为6等份,分别加入0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mol/LCaCl2溶液4.5mL,固定其余各因素为:pH=9.0,60℃水浴3h,考察CaCl2用量对果胶钙产量的影响。

2)正交试验设计根据单因素实验结果,以pH、温度、时间、CaCl2用量为实验因素,果胶钙产量为实验指标,进行正交试验,其因素水平见表1(略)。1.4果胶钙产量果胶钙产量的计算公式如下:1010()100mVVm果胶钙产量/%=式中:m1为冻干果胶钙的质量,g;V0为离心前提取液体积,mL;V1为离心后上清液体积,mL;ρ为离心上清液的可溶性固形物含量,%;m0为干燥桔皮的重量,g。1.5数据处理本实验数据均为3个平行样的平均值,采用Excel软件作图,利用SPSS17.0对实验数据进行方差分析。

结果与分析

1)盐析pH对果胶钙产量的影响:盐析pH对桔皮果胶钙产量得影响如图1所示。图1表明,当pH为8.25~8.75时,果胶钙产量迅速增加;pH=8.75~9.75时,随着pH的升高,果胶钙产量增加趋势变缓,在pH=9.75达到最高;继续提高pH,产量下降。在一定范围内pH越高,越有利于果胶钙形成。其原因应当是在碱性条件下,桔皮中的高甲氧基果胶能够脱去甲氧基,暴露出更多的羧基阴离子而与阳离子钙结合,最大限度地使所有半乳糖醛酸链的游离羧基与钙离子络合形成“蛋箱结构”(图2,略),进而形成凝胶[11]。有研究表明,在中性或微酸性条件下,高甲氧基果胶容易发生β-消除反应,糖苷键断裂、果胶分子量变小,不利于分子间交联[12-13]。因此,碱性条件下形成果胶钙与有关理论是一致的。但是pH过高,果胶脱酯反应更迅速,果胶酯化度降低[14],这虽然有助于果胶钙形成,但是得到的果胶的胶凝力降低。所以,初步选定盐析pH为9.75。

2)盐析温度对果胶钙产量的影响:盐析温度对桔皮果胶钙产量的影响如图3(略)所示。由图3可知,随温度升高,果胶钙产量先升后降,温度过高不利于果胶的盐析,因此,初步选取盐析温度为50℃。该现象不符合温度越高、分子运动越快而提高提取率的一般规律。这是因为在低温和碱性介质中,果胶发生皂化反应被脱酯,加钙离子容易凝胶;温度较高的碱性条件下,半乳糖醛酸链的α-1,4糖苷键的断裂更容易发生。这点与CatherineGarnier等[11]的研究结果一致。为了减少这一情况的发生,盐析温度不宜过高。

3)盐析时间对果胶钙产量的影响:盐析时间关系到果胶与钙离子是否能充分结合,该因素对桔皮果胶钙产量的影响如图4(略)所示。图4表明,盐析时间在2-10h内,随着时间的延长,果胶钙产量呈增长后下降的趋势,8h时产量最高,因此初步选定盐析时间为8h。

4)CaCl2用量的影响:氯化钙用量对果胶钙产量的影响如图5(略)所示,图5表明,果胶钙产量随氯化钙添加量的增加而提高。在果胶溶液中,随着体系钙离子浓度的提高,果胶与钙离子形成越来越多的“蛋箱”结合区,易构成凝胶的三维结构。同时,钙离子结合两条果胶分子链上的羧基离子,这样疏水的甲酯基暴露在凝胶体外表面,协助果胶分子间脱水,更有助于果胶钙结合区的稳定[13,15],这两方面的作用使更多的果胶被分离出来。但是,当果胶链上与钙离子的结合区饱和后,再添加钙离子只是增加了一些微弱的静电力,对果胶钙凝胶的贡献非常小[16]。所以,初步选定氯化钙用量为9.6g/100g桔皮。

5)正交实验分析:根据以上单因素实验得出的条件,设计L9(34)正交试验以优化提取条件。由于正交设计中没有空白列,因此实验误差只能通过重复实验获得[17-18]。实验结果见表2和表3(略)。根据表2,各因素水平的优劣顺序为A3>A2>A1,B1>B3>B2,C1>C2>C3,D1>D2>D3,影响因素主次顺序为C>A>B>D,确定的最佳组合为A3B1C1D1,即pH为10,盐析温度40℃,盐析时间为6h,氯化钙用量7.2g/100g桔皮。由表3的方差分析结果可知,pH、温度、时间三个因素对实验结果的影响均达到极显著水平(p<0.01),CaCl2对实验结果影响不显著(p>0.05)。验证实验得果胶钙的产量为19.67%,优于正交实验中的9组实验最高值(17.60%),说明优化后的组合为最佳组合。

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