浸取工藝參數(shù)對(duì)大豆皮果膠得率和純度的影響

魯慧芳，付苗苗

（1.河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南鄭州450001；2.河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南鄭州450052）

浸取工藝參數(shù)對(duì)大豆皮果膠得率和純度的影響

魯慧芳1，付苗苗2

（1.河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南鄭州450001；2.河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南鄭州450052）

采用先鹽酸浸提然后乙醇沉淀的方法來制備大豆皮，文中主要考察了鹽酸的濃度和沉淀劑的pH對(duì)果膠得率和純度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，用鹽酸浸提乙醇沉淀法從大豆皮中提取果膠時(shí)，鹽酸的強(qiáng)度和乙醇的pH對(duì)果膠的得率有很顯著的影響。在沉淀劑pH為3.5的情況下，當(dāng)鹽酸濃度為0.05 mol/L和0.1 mol/L時(shí)，果膠的得率最高，分別為26%和28%。用0.2 mol/L或0.3 mol/L的鹽酸浸提果膠或者沉淀體系pH為2.0時(shí)，果膠的得率降低。浸提果膠所用酸的強(qiáng)度和沉淀體系的pH對(duì)于產(chǎn)品果膠的純度和酯化度沒有顯著影響。成品果膠的半乳糖醛酸含量和酯化度分別為68%～72%和56%～60%。

大豆皮；果膠；得率；純度

果膠被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中，如作為膠凝劑用于果醬和果凍中；作為填充物或者穩(wěn)定劑用于糖果、奶制品、水果配料、烘焙用餡料、糖衣和糖霜等。以果膠為基礎(chǔ)開發(fā)的脂肪替代品已廣泛應(yīng)用于涂抹原料、色拉醬調(diào)料、冰激凌和乳化肉制品中。果膠是一種存在于植物細(xì)胞壁和胞間層的復(fù)雜碳水化合物。商業(yè)果膠有不同的酯化度。商業(yè)果膠一般是以柑橘皮或者蘋果皮為原料，先用酸浸提然后用2-異丙醇沉淀的方法來提取的。柑橘皮和蘋果皮中果膠含量分別是25%和12%。以柑橘皮為原料提取果膠，其得率在25%左右。

甜菜泥和向日葵頭殘?jiān)üz含量大致在10%～20%）也曾被用來作為提取果膠的原料。甜菜泥果膠和向日葵（頭殘?jiān)┕z的提取和特性也曾被研究報(bào)道過。大豆皮來源廣泛，是提取果膠很好的原料。Gnanasambandam和Proctor的研究結(jié)果（1999年）表明，提取柑橘果膠的方法可以用來提取大豆皮果膠，實(shí)驗(yàn)中得到干燥的果膠制品中的果膠含量為76%，得率為15%。如果把大豆皮用甘露聚糖酶（含有甘露聚糖酶和木聚糖酶）進(jìn)行預(yù)處理，得到的提取物中果膠含量增加到88.3%，得率變化不大。商業(yè)粉狀柑橘果膠（果膠含量為70%）的得率為20%～26%。因此，大豆皮（大豆行業(yè)的一種副產(chǎn)品），是一種廉價(jià)的果膠來源，而且數(shù)量龐大。大豆皮可以不經(jīng)任何處理進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸，而柑橘皮和蘋果皮需要經(jīng)過干燥處理來防止儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中的劣變。為了使大豆皮果膠的生產(chǎn)具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品的果膠含量和得率應(yīng)該與柑橘皮果膠不相上下。因此，有必要對(duì)大豆皮果膠的浸提和沉淀?xiàng)l件進(jìn)行優(yōu)化，以提高其得率和純度，改善其功能特性。本研究的目的是考察浸提過程中所用酸的強(qiáng)度和沉淀劑的pH對(duì)果膠得率和純度的影響以及獲得提取大豆皮果膠的最優(yōu)條件。

1材料和方法

市購大豆皮，并用離心式碾磨機(jī)將其磨碎（碾磨3次，每次3 min）。

1.1果膠制備

把碾碎的大豆皮（100 g）分別置于0.05、0.2、0.3 mol/L HCl（300 mL）中進(jìn)行浸提（溫度90℃時(shí)間45 min）。浸提物冷卻至室溫后，在2 700×g條件下離心15 min。取上清液，并將其與等體積的2-異丙醇混合，當(dāng)此分散體系的pH被調(diào)節(jié)至2.0（0.1 mol/L HCl提取液的pH，再次pH下，果膠溶解性較好，前期研究中被用于果膠沉淀）或3.5（在此pH下果膠的溶解性最小）時(shí)，果膠就沉淀下來了，靜置4 h。取下層沉淀，離心，并用70%的2-異丙醇進(jìn)行清洗，攪拌30 min，離心，再次用70%的2-異丙醇清洗后，用100%的70%的2-異丙醇進(jìn)行清洗。最終產(chǎn)品中含有25 mL～30 mL的去離子水，冷凍干燥后，置于室溫下（23℃～25℃）儲(chǔ)存。

1.2果膠含量

樣品的果膠含量（以半乳糖醛酸的含量表示），是用比色法來測(cè)定的（用對(duì)羥基聯(lián)苯）。測(cè)定前，果膠樣品要先溶解，具體方法是將10 mg樣品置于50 mL 1 mol/L的硫酸溶液中，室溫下攪拌30 min，然后在90℃的水浴鍋中保溫1 h。

1.3灰分和水分含量

果膠樣品的灰分含量是通過660℃，8 h灰化法測(cè)定的。水分含量是通過干燥法（AACC，1997）測(cè)定的。110℃烘12 h后的失重被記錄為水分含量。

1.4酯化度

我們實(shí)驗(yàn)室的漫反射傅里葉變換紅外光譜儀法被用來測(cè)定大豆皮果膠的酯化度。

1.5結(jié)構(gòu)分析

漫反射傅里葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜儀被用來分析果膠化學(xué)結(jié)構(gòu)方面的信息。傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜試驗(yàn)參數(shù)：100inteferograms，Impact410mol/Licoletinstrument。

1.6數(shù)據(jù)分析

果膠得率和含量是通過3次平行試驗(yàn)數(shù)據(jù)平均得到的。數(shù)據(jù)用方差分析來處理，這些平均值被按照最小顯著差異（P＜0.05）來分類。

2結(jié)果與討論

2.1果膠得率

本研究中大豆皮果膠的浸取溫度和時(shí)間和柑橘果膠的浸取溫度和時(shí)間是一致的。初步研究中（以0.1 mol/L HCl為浸取劑），結(jié)果顯示，降低浸取溫度或者縮短浸取時(shí)間會(huì)使果膠得率降低，但是再提高浸取溫度或延長(zhǎng)浸取時(shí)間對(duì)果膠的得率影響也不大。在大豆皮果膠提取過程中，浸取果膠時(shí)酸的強(qiáng)度和沉淀果膠時(shí)異丙醇的pH對(duì)于果膠的得率有顯著的影響，見表1。

表1　大豆皮果膠的純度、得率和灰分含量aTable 1Pectin content，pectin yield，and ash content of soyhull pectinsa

對(duì)酸浸取果膠來說，沉淀體系的pH為3.5時(shí)比pH2.0的果膠得率要高得多，見表2。

表2　大豆皮果膠的純度、得率和灰分含量aTable 2Pectin content，pectin yield，and ash content of soyhull pectinsa

如果繼續(xù)提高浸取時(shí)酸的強(qiáng)度，果膠得率會(huì)下降。浸取時(shí)酸的強(qiáng)度為0.05 mol/L和0.1 mol/L時(shí)，果膠的得率達(dá)到最高，分別為26%和28%（沉淀劑異丙醇的pH為3.5）。當(dāng)用0.2 mol/L HCl和0.3 mol/L HCL為浸取劑時(shí)，果膠的得率降低，分別為18%和21%。原因可能是強(qiáng)酸溶液使果膠部分水解，形成可溶性分子量小的果膠分子，而這些小分子果膠在異丙醇沉淀時(shí)不能被沉淀下來，所以強(qiáng)酸浸取會(huì)使果膠的得率降低。果膠的酸電離常數(shù)pKa是3.5，所以，在pH為3.5時(shí)，果膠處于50%電離狀態(tài)，為了在親水和非親水間達(dá)到平衡，果膠會(huì)形成很強(qiáng)的凝膠結(jié)構(gòu)，而這一點(diǎn)使其在50%或更高濃度的異丙醇溶液中的溶解度很低，從而被最大程度地沉降下來。一般來說，果膠在pH為3.2～3.5時(shí)，果膠的凝膠強(qiáng)度最大。pH為2.0時(shí)，只有3%的果膠處于電離狀態(tài)。由于處于電離狀態(tài)的果膠含量不同，果膠分子間的相互作用也不一樣，當(dāng)用pH2.0的異丙醇沉淀果膠時(shí)，果膠的得率比用pH2.0的異丙醇沉淀時(shí)要低得多。繼續(xù)提高沉淀劑的pH（大于pH3.5）對(duì)果膠的得率沒有顯著影響。另外，提高浸取時(shí)的溫度（比如100℃）或者延長(zhǎng)浸取時(shí)間，對(duì)果膠的得率影響也不大。

2.2果膠純度、灰分和水分含量

浸取果膠時(shí)所用的酸的強(qiáng)度或沉淀果膠時(shí)沉淀劑的pH，對(duì)于產(chǎn)品中果膠的純度影響不大，產(chǎn)品中果膠純度和水分含量一般分別為68%～72%和6%～7%。當(dāng)用0.05 mol/L HCl浸取果膠時(shí)，產(chǎn)品的灰分含量達(dá)到最低，分別為1.24%（沉淀劑pH為3.5）和1.21%（沉淀劑pH為2.0）。產(chǎn)品的灰分含量隨著浸取時(shí)所用酸強(qiáng)度的增加而增加，其中的原因可能是隨著浸取酸強(qiáng)度的增加，其溶解大豆殼中物質(zhì)的能力增強(qiáng)，這些被溶解的物質(zhì)隨后跟果膠一起在醇沉淀中被沉淀下來。果膠產(chǎn)品中的灰分都是可溶于酸的，在任何一份果膠產(chǎn)品中，都沒有檢測(cè)到酸不溶性灰分的存在。

因此，從得率和純度上考慮，對(duì)于大豆果膠生產(chǎn)來說，用0.05 mol/L或0.1 mol/L酸浸取，在pH 3.5條件下沉淀是最佳條件。但是，用0.05 mol/L酸浸取比0.1 mol/L酸浸取用明顯的優(yōu)勢(shì)：灰分含量低；酸成本較低。大豆果膠的純度和產(chǎn)品得率與柑橘果膠差不多，所以大豆皮作為一種新的商業(yè)果膠生產(chǎn)原料是非常前景的。與柑橘皮相比較，大豆皮還有一些其他的優(yōu)勢(shì)，比如大豆皮在用于果膠提取前，可以不經(jīng)任何進(jìn)一步的處理就可以進(jìn)行貯存或運(yùn)輸。

2.3酯化度

大豆皮果膠的酯化度為53%～60%（用FTIR測(cè)定），從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度看，沒有顯著差異性。浸取酸的強(qiáng)度或異丙醇的pH對(duì)于酯化度沒有顯著的影響。采用不同酸強(qiáng)度的HCl進(jìn)行浸取，隨后分別用pH2.0和pH3.5的異丙醇沉淀，得到的大豆皮果膠的酯化度見表3。

表3　大豆皮果膠的酯化度aTable 3Degree of esterification of soyhull pectina

2.4大豆皮果膠結(jié)構(gòu)

FTIR光譜在1 000 cm-1～2 000 cm-1范圍內(nèi)能鑒別出果膠中的主要化學(xué)基團(tuán)，還能提供一些可用來比較不同類型果膠的結(jié)構(gòu)上的信息。FTIR光譜顯示，用不同條件提取的果膠在結(jié)構(gòu)上差別不大。用0.05 mol/L HCl浸取后用醇沉淀（沉淀劑pH3.5和2.0）的果膠與2種商業(yè)柑橘果膠的漫反射紅外光譜見圖1。

圖1　幾種果膠的FTIR光譜Fig.1FTIR spectra of soy hull pectins

165 0 cm-1和1 750 cm-1處的吸收峰是由自由的和酯化的羧基基團(tuán)引起的。2 400 cm-1和3 600 cm-1范圍內(nèi)的吸收峰是由果膠樣品中吸附的水分造成的。3 000 cm-1處的吸收峰值是由甲酯基團(tuán)中甲基的伸縮振動(dòng)引起的。在大豆皮果膠中的光譜中，1 500 cm-1處的吸收帶是由羥基的彎曲振動(dòng)引起的，商業(yè)果膠在1 500 cm-1處沒有吸收帶，其中的原因可能是由于實(shí)驗(yàn)室冷凍干燥和工業(yè)上噴霧干燥2種不同的工藝造成的2種果膠產(chǎn)品表面結(jié)構(gòu)不同。在1 100 cm-1處和1 200 cm-1處的吸收主要是由果膠分子中的醚基（R-O-R）和C-C環(huán)鍵引起的。

4結(jié)論

本研究表明，從大豆皮中提取果膠的最優(yōu)條件是用0.05 mol/L HCl浸取，醇沉淀pH為3.5。在此條件下得到的果膠產(chǎn)品，純度超過70%，得率超過26%，在果膠純度（以半乳糖醛酸的百分比計(jì)）和得率方面與商業(yè)柑橘果膠是差不多的。

［1］May C D.Industrial pectins:sources，production，and application［J］. Carbohydrate Polymers，1990，12（1）:79-84

［2］Gnansambandam R，Proctor A.Preparation of Soy hull pectin［J］. Food Chemistry，1999，65（4）:461-467

［3］Gnansambandam R，Proctor A.Determination of pectin degree of esterification by diffuse reflectance fourier transform infrared spectroscopy［J］.Food Chemistry，1999，68（3）:327-332

［4］Kravtchenko T P，Vorgan A G J，Pilnik W，et al.Analytical comparisonofthreeindustrial pectinpreparations［J］.Carbohydrate Polymers，1992，18（1）:17-22

［5］Michael F，Thibault J F，Mereier C，et al.Extraction and characterization of pectins form sugar beet pulp［J］.Journal of Food Science，1985，50（5）:1499-1503

［6］Wellner N，Kacurakova M，Malovikaova A，et al.FT-IR study of pectate and pectinate gels formed by divalent cations［J］.Carbohydrate Research，1998，308（1）:123-131

Effect of Acid Extraction and Alcohol Precipitation Conditions on the Yield and Purity of Soy Hull Pectin

LU Hui-fang1，F(xiàn)U Miao-miao2
（1.Henan Vocational College of Agriculture，Zhengzhou 450001，Henan，China；2.Henan Industry and Trade Vacational College，Zhengzhou 450052，Henan，China）

Soy hull pectin was prepared by hydrochloride acid extraction，followed by alcohol precipitation，and the effect of extracting acid concentration and the pH of precipitating solvent on the yield and purity of pectin were investigated.Strength of acid used for extracting pectin from soy hull and the pH of precipitation had significant effects on the pectin yield.Highest yield of 26%and 28%were obtained when the acid strength was 0.05 mol/L and 0.1 mol/L，respectively，and the pH of the precipitating solution was 3.5.Extraction of pectin with 0.2 mol/L and 0.3 mol/L acid，or precipitation of pectin at pH 2.0，reduced pectin yield.Strength of acid used for extraction or pH of the solution during precipitation did not significantly affect the purity or degree of esterification of the product.Galacturonic acid content and degree of esterification of the products varied from 68%-72%and 56%-60%，respectively.

soy hull；pectin；yield；purity

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.17.020

2014-08-30

魯慧芳（1982—），女（漢），講師，碩士，研究方向：食品加工技術(shù)。