專利名稱：向日葵低酯果膠的提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及果膠的提取方法，更確切地說(shuō)涉及從向日葵的花盤和桿中提取低酯果膠的方法。
果膠廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中，果膠常被用作膠凝劑、增稠劑、穩(wěn)定劑和乳化劑等。
迄今為止，果膠大多數(shù)都是由柑桔的皮和蘋果加工的廢渣中提取。在這些原料中，果膠的大部分都是以游離的高酯果膠的形式存在，這種果膠易溶于水，因此提取容易，工藝和所需設(shè)備都比較簡(jiǎn)單。但是，高酯果膠在口感上過(guò)甜并過(guò)酸，因此在食品工業(yè)中使用時(shí)不能適合很多人的口味。近年來(lái)有人通過(guò)酰胺化作用將高酯果膠轉(zhuǎn)化成低酯果膠(半合成低酯果膠)。使用這類低酯果膠制成的食品雖然克服了過(guò)甜和過(guò)酸的缺點(diǎn)并提高了口感，但是由于酰胺化作用帶進(jìn)了一些有害物質(zhì)，因此它就不象天然低酯果膠(例如向日葵低酯果膠)那樣受人歡迎。另外，這種半合成低酯果膠的生產(chǎn)成本也相當(dāng)高。
向日葵中含有較大量的低酯果膠，但是它主要是以不溶于水的鈣鹽(原質(zhì)果膠)形式存在，因此難以提取。早在70年代，加拿大的M.J.Y.Lin等人就從向日葵的花盤和秸桿中提取出向日葵低酯果膠[M.J.Y.Lin et al.Extration of pectins from sunflower heads，J.Can. Inst. Food Sci.Technol.，Vol.9，No.2 p70(1976)]。其工藝特點(diǎn)是用六偏磷酸鈉作螯合劑，使存在于向日葵植株內(nèi)的果膠鈣鹽轉(zhuǎn)化成水溶性果膠，從而把果膠提取出來(lái)。由于在該工藝的提純步驟中，殘留的六偏磷酸鹽不易被酒精洗凈，造成果膠產(chǎn)品中的灰分高達(dá)14%，超過(guò)了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值(＜10%)，而且該產(chǎn)品的顏色過(guò)深，因此該工藝沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
1985年，上海市食品研究所提出了一份關(guān)于從向日葵中提取低酯果膠的方法的申請(qǐng)(CN85106947A)，該方法的主要特點(diǎn)是在常溫常壓下用鹽酸脫鈣，使果膠鈣鹽轉(zhuǎn)變成易溶于水的果膠。由于脫鈣的副產(chǎn)物氯化鈣在酒精洗滌步驟中易被洗去，因此克服了產(chǎn)品灰分過(guò)高的缺點(diǎn)。其工藝過(guò)程如下1、原料粉碎將向日葵盤和桿粉碎成約60目的粉末;
2、脫色向粉碎后的原料中加水和堿，使原料中的堿溶性色素溶解出來(lái);
3、脫鈣向脫色后的濾渣中加水和鹽酸，使果膠鈣鹽中的鈣轉(zhuǎn)變成氯化鈣而溶解出來(lái)并因此使不溶于水的原質(zhì)果膠轉(zhuǎn)變成易溶于水和堿性溶液中的果膠;
4、果膠提取向脫鈣后的濾渣中加入約相當(dāng)于原料重量20倍的水，然后用堿將pH值調(diào)至3.5-5，使果膠溶解于水中;
5、絮凝利用果膠不溶于酸性較強(qiáng)的溶液中的性質(zhì)，向提取出來(lái)的果膠水溶液中加入相當(dāng)于原料重量30-40%的濃鹽酸，使果膠凝聚成塊狀，然后進(jìn)行固液分離;
6、提純利用果膠不溶于酒精，其雜質(zhì)(例如氯化鈣和脂溶性的色素)則溶于酒精的性質(zhì)，用酒精充分洗滌;
7、烘干在約60℃的條件下真空烘干;
8、粉碎和包裝。
以上工藝雖然解決了灰分過(guò)多的問(wèn)題，但是由于全過(guò)程都是在常溫的條件下進(jìn)行的，因此脫鈣和果膠提取都不完全。根據(jù)我們對(duì)該流程的試驗(yàn)，其提取率一般只有4-6%(重量，按原料干重計(jì)，下同)，并且由于該流程的絮凝步驟采用鹽酸作絮凝劑，這樣形成的果膠凝塊不容易打碎，因此在純化時(shí)膠塊的內(nèi)部得不到充分洗滌，一些雜質(zhì)和脂溶性的色素仍留在凝膠塊的內(nèi)部，因此產(chǎn)品的顏色較深。由于上述的缺點(diǎn)，致使該工藝也未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
本發(fā)明的目的是提供一種不存在上述缺點(diǎn)的，可供工業(yè)化生產(chǎn)的方法，并且該方法應(yīng)能達(dá)到低酯果膠的提取率高、脫色完全以及低酯果膠的質(zhì)量全面達(dá)到國(guó)際通用的食用和藥典標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，我們做了如下一系列研究工作。
1、脫色步驟我們分別用熱水、室溫堿水和熱堿水進(jìn)行脫色試驗(yàn)。在這些脫色試驗(yàn)中，原料皆為<2.25mm(60目)的向日葵盤和桿的粉末100克，水的用量皆為1500克(相當(dāng)于原料重量的15倍)，脫色時(shí)間皆為30分鐘(攪拌)。試驗(yàn)結(jié)果如下(1)熱水脫色使用普通自來(lái)水，水溫80℃，將水與原料攪拌30分鐘后過(guò)濾，濾液粘稠，其pH值為3.4，濾渣的顏色相當(dāng)深?？梢?jiàn)熱水脫色的效果不好，其原因主要是向日葵的天然色素難溶于酸性水溶液中。
(2)室溫堿水脫色原料量與用水量與熱水脫色試驗(yàn)(1)相同，但水溫為室溫(約25℃)，另外加入3克純堿，攪拌30分鐘后過(guò)濾，濾液較粘稠，其pH值為8左右，濾渣的顏色仍較深，經(jīng)2次水洗后濾液的顏色仍較明顯。這說(shuō)明室溫堿水脫色的效果仍不理想。
(3)熱堿水脫色除了水溫為70℃外，其他條件與室溫堿水脫色試驗(yàn)(2)相同，過(guò)濾后濾液粘稠，其pH值為7左右。把濾液的pH值調(diào)到4以下時(shí)，天然色素的沉淀量明顯比前面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的沉淀量多，特別是濾渣的顏色比前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的濾渣顏色淺得多。經(jīng)過(guò)兩次水洗后，濾液的顏色已非常淺。
從以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以看出，熱堿水的脫色效果最好。后來(lái)又經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，更進(jìn)一步證明上述結(jié)論。而且，大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，脫色液的溫度和pH值都是較關(guān)鍵的條件，只要脫色液的溫度在50℃以上，最終pH值在6以上，即可獲得明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的效果，但溫度不宜超過(guò)90℃，最終pH值不宜超過(guò)8.5，否則對(duì)果膠有不利影響。也就是說(shuō)，脫色時(shí)的適宜溫度為50°-90℃，較佳為60°-80℃，適宜的最終pH值為6-8.5，較佳為6.5-7.5。至于堿的種類，沒(méi)有嚴(yán)格的限制，但它一般是無(wú)機(jī)堿，例如它可以是Na2CO3、K2CO3、NaOH、KOH等，其中較佳為Na2CO3。堿的使用量也沒(méi)有嚴(yán)格的限制，這要取決于堿的種類、水的用量和原料的來(lái)源，一般堿的用量以原料的2-5%(重量)為宜，通?？上燃尤?%(重量)的Na2CO3，如果在脫色過(guò)程中pH值逐漸降低到6以下，則應(yīng)補(bǔ)充適量的堿以使pH保持在6-8.5，較佳為6.5-7.5。
2、脫鈣步驟脫鈣在本發(fā)明的工藝流程中不是關(guān)鍵性的步驟，試驗(yàn)結(jié)果表明，脫鈣步驟可以使用鹽酸、硫酸等無(wú)機(jī)酸，也可使用醋酸，但最好是用鹽酸。酸的濃度至少應(yīng)0.1N，以保證鈣能充分溶解，一般以酸的濃度為0.1N至3N為宜。當(dāng)然，酸度再高些(例如5N)也是可以的。另外，我們發(fā)現(xiàn)，如果將脫鈣時(shí)的溫度適當(dāng)提高，可以獲得更好的效果，但在強(qiáng)酸條件下不宜將溫度提得過(guò)高，否則會(huì)對(duì)果膠起破壞作用，使產(chǎn)品的膠凝度降低。一般以室溫至45℃為宜，較佳為35°-40℃。脫鈣時(shí)間應(yīng)大于20分鐘，以20-30分鐘較佳。
3、果膠提取步驟果膠提取是關(guān)鍵性的步驟之一，它直接影響果膠的提取率。我們按照CN85106947A的工藝提取果膠，即在室溫下以碳酸鈉溶液提取，提取液的pH值為4.5左右，結(jié)果表明，果膠的提取率最高只達(dá)到6%(重量，按原料干重計(jì))。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要將溫度提高到70°-85℃，較佳為75-80℃，即可將提取率提高到9%(重量，按原料干重計(jì))左右。另外我們還發(fā)現(xiàn)，提取時(shí)溶液的pH值對(duì)提取率和產(chǎn)品的顏色有較大影響。如果pH值過(guò)低，則果膠不易溶出，致使提取率過(guò)低。如果pH值過(guò)高，又會(huì)使殘留在原料中的色素溶出。試驗(yàn)結(jié)果表明，pH值在2.2-4.0，較佳為2.6-3.6的范圍內(nèi)可以既保持果膠的高提取率(9%左右)，又可使所獲果膠液的顏色最淺，由這種果膠液沉析出的果膠成品的色澤也很好。另外，提取步驟中的用水量必須保證能將果膠充分溶解出來(lái)，但如果用水量過(guò)大，則果膠液的濃度過(guò)低，對(duì)果膠的沉析步驟有一定影響。所以，用水量一般應(yīng)為原料干重的7-12倍，較佳為8-10倍。提取時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格限制，但一般應(yīng)在20分鐘以上。在果膠提取步驟中用于調(diào)節(jié)pH值的堿沒(méi)有什么限制，它可以是上述脫色步驟所列堿中的任何一種或多種，但較佳是用碳酸鈉。
4、果膠沉析步驟果膠沉析也是本發(fā)明的關(guān)鍵步驟之一。在先有技術(shù)中利用果膠不溶于強(qiáng)酸溶液的性質(zhì)，往果膠液中加入鹽酸使果膠沉析，但如上所述，這樣沉析出的果膠會(huì)形成一種凝膠塊，這種凝膠塊在洗滌純化時(shí)不易打碎，凝膠塊的內(nèi)部得不到充分洗滌，致使一些雜質(zhì)和脂溶性的色素仍有相當(dāng)大的一部分留在果膠塊的內(nèi)部，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用果膠不溶于酒精中的性質(zhì)，用酒精來(lái)使果膠沉析，可以使果膠以晶粒形態(tài)沉析出來(lái)，由于這種果膠晶粒夾帶的水分很少，所以在過(guò)濾后再用酒精洗三次即可使果膠粒內(nèi)的雜質(zhì)和脂溶性色素充分溶解出來(lái)，同時(shí)也提高了半乳糖醛酸的含量。把經(jīng)過(guò)酒精洗滌的果膠粒置于真空干燥箱中在60℃下干燥，再經(jīng)粉碎即成為粉狀的果膠成品。在洗滌步驟中用過(guò)的廢酒精，可返回沉析步驟中作為沉析果膠之用。
經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，我們提供了一個(gè)明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的低酯果膠提取方法，該方法包括下面幾個(gè)主要步驟1、把干燥的向日葵盤和桿粉碎至0.25mm以下;
2、熱堿水脫色，脫色溫度為50°-90℃，較佳為60°-80℃;堿的加入量應(yīng)使最終pH值為6-8.5，較佳為6.5-7.5;
3、無(wú)機(jī)酸脫鈣，酸的濃度至少應(yīng)為0.1N，較佳為0.1至3N，脫鈣溫度一般為室溫至45℃，較佳為35°-40℃。
4、果膠提取，用熱水作為提取液，提取液溫度一般為70°-85℃，較佳為75°-80℃;用堿把提取液的最終pH值調(diào)節(jié)至2.2-4.0，較佳為2.6-3.6;提取液的用水量為原料干重的7-12倍，較佳為8-10倍。
5、果膠沉析往果膠液中加入酒精，使果膠溶液酒精的比例為1∶0.8至1∶2.0，較佳為1∶1至1∶1.5;酒精加入后攪拌30分鐘即有大量果膠的晶體狀顆粒析出。過(guò)濾并用酒精充分洗滌，然后將果膠顆粒真空烘干并加以粉碎，即獲得果膠成品。
因此，本發(fā)明的低酯果膠提取方法共包括原料粉碎、脫色、脫鈣、果膠提取和果膠沉析共5個(gè)步驟。但是，本發(fā)明的特征在于脫色、果膠提取和果膠沉析三個(gè)步驟。而對(duì)于這三個(gè)步驟來(lái)說(shuō)，其必要特征為脫色步驟為熱堿水脫色，水溫為50°-90℃，堿的加入量以水溶液的最終pH值等于6-8.5為準(zhǔn);果膠提取步驟為熱水提取，水溫為70°-85℃;用堿把提取液的pH值調(diào)節(jié)至2.2-4.0;水的用量等于原料干重的7-12倍;果膠沉析步驟為酒精沉析，果膠提取液與酒精之比為1∶0.8至1∶2.0。
只要在果膠提取工藝中采取上述的必要特征，就可以使本發(fā)明的工藝與現(xiàn)有技術(shù)相比獲得實(shí)質(zhì)性的顯著進(jìn)步。上述的其他特征屬于進(jìn)一步限定的、較佳的或附加的特征，在上述必要特征的基礎(chǔ)上加上其他特征，可使本發(fā)明的方法獲得更好的效果。
本發(fā)明的方法可以在果膠產(chǎn)品脫色、果膠提取率和果膠純度幾方面獲得顯著優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，尤其是提取率和作為果膠純度主要指標(biāo)之一的半乳糖醛酸含量這兩方面更為顯著。本發(fā)明方法的果膠提取率一般都達(dá)到9%(重量，按原料干重計(jì))，比現(xiàn)有技術(shù)高50%。用本發(fā)明的方法提取的果膠中的半乳糖醛酸含量達(dá)到了87.5%(重量)，約比現(xiàn)有技術(shù)(CN85106947A)所達(dá)到的66%高出20%。超過(guò)了美國(guó)FCC標(biāo)準(zhǔn)(食用標(biāo)準(zhǔn))所要求的≥70%，甚至超過(guò)了國(guó)際藥典所規(guī)定的82.3%。
為了更好地解釋本發(fā)明，下面列舉兩個(gè)較佳實(shí)施例實(shí)施例1向一個(gè)耐酸浸出槽中加入向日葵粉末(0.25mm以下)5000g、Na2CO3150g、普通水75L，在70℃的溫度下攪拌30分鐘，這里由于向日葵中的酸性物質(zhì)和天然色素與Na2CO3作用而使pH從強(qiáng)堿性范圍逐漸降低至7左右，由于該pH值處于6.5至7.5的較佳范圍內(nèi)，故不須再調(diào)pH值。用壓濾法除去脫色水溶液。將濾渣用70℃的熱水洗滌2次，再壓濾。把所得濾渣放入上述耐酸浸出槽中，加水50L、濃鹽酸2L，在40℃下攪拌30分鐘以溶解其中的鈣，過(guò)濾，用水洗滌2次，再壓濾，將經(jīng)過(guò)除鈣的濾渣放回浸出槽中，加水50L，并用Na2CO3將pH值調(diào)節(jié)和維持在3.0左右，在80℃的條件下攪拌30分鐘，壓濾。將所獲含果膠的濾液放入上述容器中，加入等體積的酒精(在前面實(shí)驗(yàn)中用于洗滌果膠晶粒的廢酒精)，攪拌30分鐘。這時(shí)果膠以晶粒狀從溶液中析出，然后壓濾。再將濾出的果膠晶粒放入另一容器中，用pH值調(diào)節(jié)至3.0左右的新鮮酒精洗滌三次，每次5L。最后過(guò)濾出果膠晶粒，在太陽(yáng)下曬干，獲得干燥的果膠475G〔提取率為9.5%(重量)〕。將產(chǎn)品送往國(guó)家食品質(zhì)量監(jiān)督檢查中心分析，其結(jié)果示于表1中。同時(shí)為了對(duì)比起見(jiàn)，將現(xiàn)有技術(shù)CN85106947A所獲結(jié)果與美國(guó)FCC標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的參數(shù)也一并列入表1中。
表1、 本發(fā)明產(chǎn)品和現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品的分結(jié)果及美國(guó)FCC標(biāo)準(zhǔn)
從表1的結(jié)果可以看出，本次實(shí)施例所獲產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)全部符合美國(guó)FCC標(biāo)準(zhǔn)，并且大部分指標(biāo)超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的指標(biāo)，其中以總半乳糖醛酸的含量更為顯著。應(yīng)予說(shuō)明，本次實(shí)施例產(chǎn)品的灰分含量較現(xiàn)有技術(shù)高，其原因是由于本次實(shí)施例的最終產(chǎn)品是在露天的條件下曬干而被灰塵混入的緣故。為此我們?cè)谫?gòu)置了真空干燥箱后又做了第二批實(shí)驗(yàn)(實(shí)施例2)。
實(shí)施例2除了最終產(chǎn)品采用真空干燥箱烘干而不是在露天條件下曬干之外，其他所有步驟與條件皆與實(shí)施例1相同。我們對(duì)產(chǎn)品的總灰分作了分析，測(cè)得其總灰分為0.53%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)FCC標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的≤10%，也在較大程度上低于現(xiàn)有技術(shù)的1.5%。除灰分以外的其他指標(biāo)基本上與實(shí)施例1相同。
以上列出了本發(fā)明的實(shí)施例，但是這些實(shí)施例不能作為對(duì)本發(fā)明的限定。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的構(gòu)思和權(quán)利要求所限定范圍的條件下，可對(duì)本發(fā)明作出各種改變，但是所有這類改變?nèi)詫儆诒景l(fā)明的范圍。另外還應(yīng)指出，雖然本發(fā)明的實(shí)施例只用向日葵的盤和桿進(jìn)行了試驗(yàn)，但是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易理解，凡是含有低酯果膠的植物皆適于采用本發(fā)明的方法來(lái)提取其中的低酯果膠，在此情況下，只要其必要技術(shù)特征在本申請(qǐng)的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)，仍應(yīng)被認(rèn)為屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.向日葵低酯果膠的提取方法，該方法包括把向日葵的盤和桿粉碎、堿水脫色、無(wú)機(jī)酸脫鈣、果膠提取和果膠沉析5個(gè)主要步驟，其特征在于所說(shuō)的堿水脫色步驟為熱堿水脫色，所用的水溫為50-90℃，堿的加入量以水溶液的最終pH值等于6-8.5為準(zhǔn)，所說(shuō)果膠提取步驟為熱水提取，水的用量等于原料干重的7-12倍，水溫為70-85℃，用堿將提取液的最終pH值調(diào)至2.2-4.0，所說(shuō)果膠沉析步驟為酒精沉析，果膠提取液與酒精之比為1∶0.8至1∶2.0。
2.如權(quán)利要求1的向日葵低酯果膠的提取方法，其特征在于，在堿水脫色步驟中所用的水溫為60-80℃。
3.如權(quán)利要求1的向日葵低酯果膠的提取方法，其特征在于，在堿水脫色步驟中的堿加入量以水溶液的最終pH值等于6.5-7.5為準(zhǔn)。
4.如權(quán)利要求1或3的向日葵低酯果膠的提取方法，其特征在于，在堿水脫色步驟中所用的堿為碳酸鈉。
5.如權(quán)利要求1的向日葵低酯果膠的提取方法，其特征在于，在果膠提取步驟中所用的水溫為75-80℃。
6.如權(quán)利要求1的向日葵果膠的提取方法，其特征在于，在果膠提取步驟中用于調(diào)節(jié)提取液pH值的堿為碳酸鈉。
7.如權(quán)利要求1的向日葵低酯果膠的提取方法，其特征在于，在果膠提取步驟中的水用量等于原料干重的8-10倍。
8.如權(quán)利要求1的向日葵低酯果膠的提取方法，其特征在于，在果膠沉析步驟中的果膠提取液與酒精之體積比為1∶1至1∶1.5。
全文摘要
向日葵低酯果膠的提取方法，以向日葵盤和稈為原料，全過(guò)程包括原料粉碎、熱堿水脫色、無(wú)機(jī)酸脫鈣、果膠熱水提取和果膠酒精沉析5個(gè)主要步驟。所獲果膠產(chǎn)品的全部指標(biāo)皆符合美國(guó)FCC標(biāo)準(zhǔn)(食用標(biāo)準(zhǔn))，并且明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。采用本發(fā)明方法提取低酯果膠的提取率高，達(dá)到9％以上(以原料干重為基準(zhǔn))，比現(xiàn)有技術(shù)約高50％。
文檔編號(hào)A23L1/0524GK1079871SQ9310683
公開日1993年12月29日 申請(qǐng)日期1993年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月10日
發(fā)明者張文沂 申請(qǐng)人:張文沂