桃膠水解工藝的研究*

郭衍俊 相恒學(xué) 王光福 王仕林 鞏學(xué)勇 董 建

(泰山醫(yī)學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，山東 泰安 271016)

桃膠又名桃樹膠，是桃或山桃等薔薇科植物樹干受機(jī)械傷(如蟲咬、切傷等)或致病后分泌出來的膠質(zhì)半透明物質(zhì)。在樹干上風(fēng)干或采用其他脫水方法而形成的固態(tài)物質(zhì)稱為原桃膠[1]。桃膠采收便利、貯藏容易、價(jià)格低廉，經(jīng)過加工后可以很好地應(yīng)用到醫(yī)藥、食品、化工、印染、電子等行業(yè)。但原桃膠粘稠不易溶解，難以直接在工業(yè)上應(yīng)用[2]。原桃膠經(jīng)去雜、水解或改性、脫色、脫鹽、干燥等工藝處理后所得產(chǎn)品為商品桃膠[3]。商品桃膠較原桃膠粘度大大降低，且溶解度大大提高，更利于在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。

水解是商品桃膠生產(chǎn)工藝中重要環(huán)節(jié)。目前桃膠水解普遍采用堿水解法[4]，但生產(chǎn)中存在工藝路線長(zhǎng)、水解時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)工費(fèi)時(shí)、耗能大、產(chǎn)品質(zhì)量不高等問題，這給桃膠的應(yīng)用帶來了很大影響，嚴(yán)重影響了桃膠市場(chǎng)的進(jìn)一步開發(fā)。本實(shí)驗(yàn)以原桃膠為原料，以桃膠水解液的粘度為主要指標(biāo)，對(duì)桃膠水解工藝中的固液比、pH值、溫度和時(shí)間進(jìn)行了研究，以達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化桃膠水解工藝的目的。

1 材料與方法

1.1 儀器

FC204電子分析天平：上海恒平科學(xué)儀器有限公司；標(biāo)準(zhǔn)篩(80目)：天津市津百順實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；D90-2F電動(dòng)攪拌機(jī)：杭州儀表電機(jī)有限公司；HH·SY11-Ni電熱恒溫水浴鍋：北京長(zhǎng)風(fēng)儀器儀表公司；NDJ-85數(shù)字顯示粘度計(jì)：上海精天電子儀器有限公司；Anke7DL-40B離心機(jī)：上海飛鴿儀器有限公司；真空干燥箱：上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司。

1.2 材料與試劑

原桃膠：采集于泰山醫(yī)學(xué)院內(nèi)成年桃樹；商品桃膠：山東泰安市鼎力膠業(yè)有限公司產(chǎn)品；實(shí)驗(yàn)所用浸泡劑和水解劑均為不同pH值的碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖溶液，自制。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1原桃膠預(yù)處理

將原桃膠去除泥沙和大部分樹皮等雜物，漂洗后干燥。將干燥的桃膠粉碎后，過80目篩，得原桃膠粉末。稱量10 g粉末桃膠，加入計(jì)量的浸泡劑浸泡溶脹8～10 h。

1.3.2溶解與水解

將浸泡后的原桃膠和一定量的水解劑放在三口燒瓶中，恒溫電動(dòng)攪拌。考察固液比、水解液pH值、溫度和時(shí)間對(duì)桃膠水解程度的影響。

1.3.3過濾、漂白

將水解液過濾，去除不溶物。向水解液中加入次氯酸鈉， 50℃恒溫?cái)嚢?，至溶液變?yōu)槿榘咨珵橹埂?/p>

1.3.4濃縮、干燥

將漂白后的桃膠溶液放在真空干燥箱，溫度設(shè)定為50℃，真空干燥6 h。研磨，最后得白色粉末狀成品。

1.3.5后處理

稱量產(chǎn)品的質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)率。

2 結(jié)果與討論

2.1 桃膠水解工藝條件的確定

2.1.1固液比對(duì)桃膠水解液粘度的影響

圖1 不同固液比的桃膠水解的粘度-時(shí)間曲線

固液比是指原料與水解劑的重量比。本研究固定水解溫度為85℃，水解液pH值為10.5，得到了不同固液比的桃膠水解的粘度-時(shí)間曲線。水解過程中發(fā)現(xiàn)，固液比≥8%，桃膠溶解速度慢，水解3 h仍有較多的未溶桃膠，不利于均勻攪拌，且影響后續(xù)的脫色工藝；固液比≤6%時(shí)，固態(tài)原料可完全溶解，但固液比≤2%，水解液的粘度小，雖然能給過濾、攪拌等操作帶來方便，但又會(huì)使?jié)饪s困難，造成耗能大、提取周期長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。由圖1可見，當(dāng)固液比為4%和6%時(shí)，水解液的粘度均在2 h左右達(dá)到最大值。固液比取6%左右既能充分利用設(shè)備，又可適當(dāng)提高產(chǎn)率，從而達(dá)到較高的生產(chǎn)效率。

2.1.2pH值對(duì)桃膠水解液粘度的影響

體系的pH值是桃膠水解的關(guān)鍵因素。pH值<9的條件下會(huì)使桃膠的水解過快而難以控制，且易使膠質(zhì)徹底水解成單糖，導(dǎo)致桃膠的提取率顯著降低，甚至得不到合格的桃膠產(chǎn)品[4]。所以，本研究選擇在pH值≥9的堿性條件水解。固定水解溫度為85℃，固液比為6%，得到了不同pH值條件下的桃膠水解的粘度-時(shí)間曲線。由圖2可見，隨著水解時(shí)間的延長(zhǎng)，5條粘度-時(shí)間曲線均出現(xiàn)了先增加后緩慢降低的趨勢(shì)。我們認(rèn)為，桃膠水解液在達(dá)到最大粘度之前，桃膠的溶解與水解同時(shí)發(fā)生，開始時(shí)桃膠的溶解速率大于水解速率，粘度表現(xiàn)為逐漸增大；隨著水解進(jìn)行，溶液接近飽和，粘度達(dá)到最大值；最大粘度之后，桃膠的溶解速率下降，水解成為影響粘度的主要因素。以最大粘度處為觀察點(diǎn)，選取粘度變化較小的時(shí)間段為研究區(qū)間，可保證一定固液比下桃膠具有最大溶解度并使最終得到的產(chǎn)品具有較小的分子量分布。pH值為10.5和11.0都能達(dá)到一個(gè)較高的粘度值，但pH值為11.0時(shí)，粘度達(dá)到最大值后下降較快，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制；且堿度太大，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備及后續(xù)工序(除鹽工序)均會(huì)帶來不利的影響。綜合分析，pH值控制在10.5左右為宜。

圖2 不同pH值的桃膠水解的粘度-時(shí)間曲線

2.1.3水解溫度對(duì)桃膠水解液粘度的影響

固定固液比為6%，pH值為10.5，得到了不同溫度下的桃膠水解的粘度-時(shí)間曲線。由圖3可見，水解溫度越高的體系，水解液粘度越早達(dá)到峰值，且到達(dá)最大粘度之后1 h內(nèi)的粘度變化越大。我們認(rèn)為，隨著水解溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)更劇烈，有利于多糖分子擺脫自身分子間作用力而溶解在水中，所以達(dá)到最大粘度的時(shí)間明顯提前；但當(dāng)溫度過高時(shí)，使多糖分子鏈斷裂，水解成單糖的速度加快，導(dǎo)致其粘度下降。所以溫度高于90℃時(shí)，粘度峰值不高，且到達(dá)最大粘度之后1 h內(nèi)的粘度變化增大，這將使最終的桃膠產(chǎn)品的分子量分布較寬，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。所以，溫度控制在80～85℃較為適宜。

圖3 不同水解溫度的桃膠水解粘度-時(shí)間曲線

2.1.4最佳水解時(shí)間的確定

圖4 長(zhǎng)時(shí)間下桃膠水解液粘度-時(shí)間曲線

由圖4可見，水解液的粘度先增加后降低，當(dāng)水解時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，粘度趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)樗鈺r(shí)間過長(zhǎng)會(huì)使桃膠部分水解為單糖，造成粘度明顯降

低，直至最終桃膠徹底水解為單糖，從而使粘度趨于恒定。由圖3可知，水解液的粘度-時(shí)間曲線在2 h左右達(dá)到最大粘度值，且此時(shí)粘度變化較小，所以水解時(shí)間以2 h為宜。

2.1.5最佳水解工藝條件

最終確定的最佳水解條件為：水解溫度80～85℃，水解時(shí)間2 h，水解液pH值10.5，固液比6%。

表1 本工藝與傳統(tǒng)方法的對(duì)比

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量分析(表2)

表2 產(chǎn)品與市售商品桃膠理化性質(zhì)的對(duì)比

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)確定的最佳水解條件為：水解溫度80～85℃，水解時(shí)間2 h，水解液pH值10.5，固液比6%。

與傳統(tǒng)方法相比，本工藝水解時(shí)間大大縮短，水解溫度下降，可顯著降低生產(chǎn)成本，提高桃膠的生產(chǎn)效率(表1)。與商品桃膠相比，實(shí)驗(yàn)所得桃膠產(chǎn)品的質(zhì)量有所提高，但灰分稍大，有待進(jìn)一步改進(jìn)(表2)。

[1] 賀近恪，李啟基.林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)全書(第三卷)[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社，2001.2205.

[2] 王文嶺.商品桃膠的制備及其組成研究[D].暨南大學(xué)，2006.

[3] 黃雪松.桃膠的性質(zhì)、加工及其開發(fā)利用[J].特產(chǎn)研究，2004,26(1): 47.

[4] 劉曉庚，徐剛.桃膠提取研究[J].糧油食品科技，1998,20(3): 23-27.