高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯制備柑橘皮低酯果膠

王曾文，曾 真，王為國(guó)

(1.湖北省武昌實(shí)驗(yàn)中學(xué)，湖北 武漢 430060；2.武漢工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430205； 3.武漢工程大學(xué) 化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430205)

果膠是植物中的一種酸性多糖物質(zhì)，果膠多糖的主要成分為半乳糖醛酸，果膠多糖的半乳糖醛酸分子上的羧基通常會(huì)部分甲酯化,被甲基酯化的半乳糖醛酸占半乳糖醛酸總數(shù)的比值即為甲基化度(DM)。按照酯化度不同，通常把DM>50%(甲氧基含量>7%)的果膠稱為高酯果膠(HMP)，把DM<50%(甲氧基含量<7%)的果膠稱為低酯果膠(LMP)。高酯果膠制備方法是將在植物體中的水不溶性果膠原分解為水溶性果膠，并從固體中溶出，再把溶出的高酯果膠從液體中分離出來。果膠的提取方法主要有沸水抽提法、酸提取法、離子交換樹脂法、草酸銨提取法、微波提取法、超聲波提取法、酶法等[1]。低酯果膠可以通過酸法、堿法、酶法對(duì)含果膠的新鮮原料或成品高酯果膠脫酯得到[2]。柑橘皮是我國(guó)生產(chǎn)果膠的主要原料，柑橘皮干粉中果膠一般為HMP，含量大約為10%～30%。本文以柑橘皮干粉為原料，采用酸法浸取-鹽析法沉淀-堿溶脫酯-醇酸脫鹽制備低酯果膠(LMP)的過程進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯的可行性，為該工藝在商業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

干柑橘皮：來源于湖北宜昌地區(qū)，干柑橘皮置于60℃的真空恒溫干燥箱中干燥48h，然后粉碎過100目篩備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

乙醇(AR，95%)，硫酸(GR)，D-半乳糖醛酸(Sigma)，鹽酸(36%～38%)、十八水硫酸鋁、濃氨水(25%～28%)、氫氧化鈉、硫酸、酚酞、溴化鉀，均為市售分析純。

1.3 主要儀器和設(shè)備

DZF-6020-T臺(tái)式真空干燥箱(上海丙林電子科技有限公司 )；QE-200高速萬能粉粹機(jī)(浙江屹立工貿(mào)有限公司)；SHB-D(Ⅲ)循環(huán)水式多用真空泵(河南省予華儀器有限公司)；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)；KS50R臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)(鹽城凱特實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備有限公司)；HN-12P酸度計(jì)(上海越磁電子有限公司)；722可見分光光度計(jì)(上海菁華儀器有限公司)。

2 制備低酯果膠的實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果

以柑橘皮為原料制備果膠的過程被廣泛研究，本文目的是驗(yàn)證高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯的可行性，因此，其它實(shí)驗(yàn)條件是綜合文獻(xiàn)[2-8]的基礎(chǔ)上確定的。

2.1 酸浸

將pH值=1.5的350 mL稀鹽酸水加入500 mL燒瓶中，加熱到80℃。再將10.0 g 干柑橘皮粉的加入燒瓶中，恒溫?cái)嚢? h后，停止加熱，用10%氫氧化鈉調(diào)節(jié)提取液的pH值≈3。趁熱用200目尼龍網(wǎng)濾袋袋濾，并壓榨濾渣得果膠粗提取液。用離心法分出粗提取液的少量殘?jiān)霉z澄清提取液約300 mL。

2.2 鹽析

將pH值≈3的果膠澄清提取液(約300 mL)加入500 mL 燒杯中，攪拌，待提取液冷卻至接近室溫加入30%的硫酸鋁溶液，再用10%氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的設(shè)定pH值。靜置1h后，用200目尼龍網(wǎng)自然過濾(不擠壓)、瀝干得高酯果膠鋁鹽析物。當(dāng)30%的硫酸鋁溶液用量30 mL，鹽析pH值為5時(shí)，高酯果膠鋁鹽析物(包括水)約120 g。

2.3 脫酯

將高酯果膠鋁鹽析物(約120 g)置入500 mL 三口燒瓶中，控溫25℃。在攪拌狀態(tài)下，滴入10%氫氧化鈉調(diào)節(jié)體系的pH值分別為9.0、10.0和11.0，攪拌一定時(shí)后，滴入鹽酸調(diào)調(diào)節(jié)溶液的pH值≈5得低酯果膠鋁鹽析物。

2.4 脫鋁

在攪拌狀態(tài)下，將含3%氯化氫的90%乙醇溶液300 mL緩慢流加到pH值≈5的低酯果膠鋁鹽析物(流加時(shí)間約10min)，加完后，靜置30min，再用200目尼龍網(wǎng)自然過濾(不擠壓)、瀝干得低酯果膠初脫鹽物(約60 g)。用95%乙醇50 mL洗滌低酯果膠初脫鹽物6次，每次洗滌均攪拌10min，靜置10min，用200目尼龍網(wǎng)自然過濾(不擠壓)、瀝干。脫鹽完成后得含乙醇低酯果膠(約30 g)。

2.5 干燥

將脫鹽完成后的含乙醇低酯果膠(約30 g)壓榨至含乙醇約80%的低酯果膠，再粉碎至1～3 mm 后 置于60℃的真空恒溫干燥箱中干燥24h得低酯果膠產(chǎn)品。

2.6 產(chǎn)品分析

采用滴定法測(cè)定低酯果膠的甲基化度，采用咔唑硫酸法測(cè)定低酯果膠的半乳糖醛酸含量[8]。

3 高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文提出以柑橘皮干粉為原料，采用酸法浸取-鹽析法沉淀-堿溶脫酯-醇酸脫鹽制備低酯果膠，高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯是過程實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵。

3.1 高酯果膠鋁鹽析物制備條件

圖1 鹽析pH值對(duì)低酯果膠質(zhì)量收率的影響Fig.1 Effect of salting out pH on the yield of low methoxy pectin

圖1為鹽析pH值對(duì)低酯果膠質(zhì)量收率的影響，獲得此圖的其它條件為30%的硫酸鋁溶液用量30 mL，高酯果膠鋁鹽析物在pH值9.0溶液中脫酯30min。由圖1可見，pH值在4.5到5.5間低酯果膠質(zhì)量收率最高，主要原因?yàn)椋簆H值等于5時(shí)，鋁離子在水溶液中主要以[Al(OH)(H2O)5]2+的形式存在[12]，[Al(OH)(H2O)5]2+與果膠分子上羧酸根離子進(jìn)行反應(yīng)生成果膠鋁鹽析物沉淀，使果膠從提取液中分離出。pH值過小，果膠分子上羧酸不能完全電離，pH值過大，鋁離子在水溶液中形式發(fā)生了變化，均減弱鋁離子與果膠分子上羧酸結(jié)合能力。

圖2 硫酸鋁的用量對(duì)低酯質(zhì)量收率的影響Fig. 2 Effect of aluminum sulfate on the yield of low methoxy pectin

圖2為硫酸鋁的用量對(duì)低酯果膠質(zhì)量收率的影響，獲得此圖的其它條件為鹽析pH值≈5，高酯果膠鋁鹽析物在pH值9.0溶液中脫酯30min。由圖2可見，30%硫酸鋁的用量30%的硫酸鋁溶液超過30 mL，低酯果膠質(zhì)量收率增加不明顯，表明此時(shí)提取液中高酯果酯果膠沉淀已基本完全。

3.2 高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯條件

由圖3～5分別表示，高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯，溶液堿性及脫酯時(shí)間對(duì)低酯果膠質(zhì)量產(chǎn)品收率、低酯果膠產(chǎn)品酯化度與低酯果膠產(chǎn)品半乳糖醛酸含量的影響。獲得3、4與5的其它條件為高酯果膠鹽析時(shí)，30%的硫酸鋁溶液用量30 mL，鹽析pH值≈5。由圖3～5可見，隨著脫酯溶液pH值增大及脫酯時(shí)間的延長(zhǎng)，低酯果膠產(chǎn)品的質(zhì)量收率、酯化度與半乳糖醛酸含量均有不同程度降低。因此，可根據(jù)產(chǎn)品要求，確定高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯條件。從獲得低酯果膠產(chǎn)品角度出法，高酯果膠鋁鹽析物在pH值9.0溶液中脫酯30min是的較為適宜條件，此時(shí)，低酯果膠的質(zhì)量收率為8.43%，果膠產(chǎn)品中酯化度與半乳糖醛酸含量分別為40.5%和82.5%。

圖3 溶液堿性及脫酯時(shí)間對(duì)低酯果膠質(zhì)量收率的影響Fig.3 Effect of solution alkaline and de-esterification time on the yield of low methoxy pectin

圖4 溶液堿性及脫酯時(shí)間對(duì)酯化度的影響Fig.4 Effect of solution alkaline and de-esterification time on the degree of esterification

圖5 溶液堿性及脫酯時(shí)間對(duì)半乳糖醛酸含量的影響Fig.5 Effect of solution alkaline and de-esterification time on the content of galacturonic acid

高酯果膠鋁鹽析物能夠直接堿溶脫酯原因?yàn)椋琾H值大于8時(shí)，鋁離子在水溶液中主要以[Al(OH)4(H2O)2]-沉淀的形式存在[12]，[Al(OH)4(H2O)2]-不能與果膠分子上羧酸根離子進(jìn)行反應(yīng)，因此，pH值大于8時(shí)，果膠鋁鹽析物分解為[Al(OH)4(H2O)2]-沉淀與果膠，高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯與高酯果膠水溶后堿法脫酯的本質(zhì)是相同的。

4 結(jié)論

(1)本文對(duì)以柑橘皮為原料，采用酸法浸取-鹽析法沉淀-堿溶脫酯-醇酸脫鹽制備低酯果膠的過程進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)表明，高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯是可行。高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯方法，它與高酯果膠水溶后堿法脫酯相比，縮短低酯果膠制備流程，它與果膠提取液直接堿法脫酯相比，減少脫酯過程的物料處理量。

(2)實(shí)驗(yàn)表明，高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯，隨著脫酯溶液pH增大及脫酯時(shí)間的延長(zhǎng)，低酯果膠產(chǎn)品的酯化度、質(zhì)量收率與半乳糖醛酸含量均有不同程度降低。高酯果膠鋁鹽析物在pH值=9.0溶液中脫酯30min，低酯果膠質(zhì)量收率為8.43%(以干柑橘皮為基準(zhǔn))，成品低酯果膠中的酯化度與半乳糖醛酸含量分別為40.5%和82.5%。

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(本文文獻(xiàn)格式：王曾文，曾真，王為國(guó).高酯果膠鋁鹽析物直接堿溶脫酯制備柑橘皮低酯果膠[J].山東化工,2018,47(7):36-38.)