本發(fā)明涉及一種果膠制備技術(shù)，特別是加壓輔助稀酸直接從甜菜濕粕中提取果膠的方法，屬于農(nóng)產(chǎn)品深加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
甜菜作為糖料作物栽培至今已有200年的歷史，當(dāng)今世界甜菜種植面積約占糖料作物的48％，次于甘蔗居第2位。甜菜粕是甜菜塊根切絲熱浸提糖后產(chǎn)生的副產(chǎn)物，濕粕經(jīng)過擠壓除去一部分水分后稱為壓粕，其水分含量約為75～80％，壓粕產(chǎn)量約占甜菜干物質(zhì)的20～30％，是量大集中的甜菜制糖副產(chǎn)物。糖廠都是在北方冬季生產(chǎn)，壓粕易于自然冷凍貯存。目前國內(nèi)外各甜菜糖廠的壓粕主要經(jīng)600～800℃干燥并擠壓成顆粒粕，作飼料用，沒有進(jìn)行高值化利用。甜菜果膠是一種廣泛存在甜菜細(xì)胞壁和細(xì)胞中間層的雜多糖，據(jù)我國不同地區(qū)的取樣分析證實(shí)，甜菜粕中含有15‐28％的果膠。甜菜果膠的結(jié)構(gòu)與原料的處理方式、提取和純化技術(shù)有關(guān)，研究表明甜菜粕果膠的中性糖、乙酰化度和蛋白含量均高于橘皮和蘋果渣來源的果膠，擁有很好的乳化、穩(wěn)定和增稠性能，與常用的阿拉伯膠相比，甜菜果膠的乳化活性更有優(yōu)勢，因此在食品和醫(yī)藥工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。目前在世界范圍內(nèi)甜菜果膠還沒有形成工業(yè)化生產(chǎn)，特別是我國以柑橘和蘋果渣皮為原料的果膠產(chǎn)量尚不能滿足市場需求。若能結(jié)合我國甜菜粕資源豐富的優(yōu)勢，開發(fā)性能良好的甜菜果膠產(chǎn)品，不僅能填補(bǔ)市場的空白，還能使價(jià)格低廉的甜菜粕升值，可為甜菜制糖行業(yè)的資源化利用帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)提取溶劑的種類，果膠提取方法可分為酸法、堿法和螯合劑法。酸法具有效率高、殘留少、操作簡便的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。通常，酸法以有機(jī)酸或無機(jī)酸為提取溶劑，通過熱酸作用將細(xì)胞壁中的(不溶性)原果膠轉(zhuǎn)化為可溶性果膠。這個(gè)過程一般在pH1.3～3.0、60～90℃、30～360min下進(jìn)行(YapoB.M.Pectinquantity,compositionandphysicochemicalbehaviourasinfluencedbythepurificationprocess[J].FoodResearchInternational.2009(8):1197–1202.)，因而也將其稱之為熱酸法。熱酸法存在的主要問題在于容易降解果膠分子結(jié)構(gòu)，尤其是甲氧基、中性糖側(cè)鏈等酸不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)(特別是阿拉伯糖殘基)(YapoB.M.,RobertC.,EtienneI.,etal.Effectofextractionconditionsontheyield,purityandsurfacepropertiesofsugarbeetpulppectinextracts[J].FoodChemistry.2007,100(4):1356–1364；Thibault,J.‐F.,Renard,C.M.G.C.,Axelos,M.A.V.,Roger,P.,&Cre′peau,M.‐J.(1993).Studiesofthelengthofhomogalacturonicregionsinpectinsbyacidhydrolysis.CarbohydrateResearch,238,271–286)。為了克服這種問題，國內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了更溫和的螯合劑方法，但由于螯合劑容易殘留，故限制了該法在工業(yè)上的進(jìn)一步應(yīng)用(LevigneS.,RaletM.,ThibaultJ.F.Characterisationofpectinsextractedfromfreshsugarbeetunderdifferentconditionsusinganexperimentaldesign[J].CarbohydratePolymers.2002,49(2):145–153)。甜菜果膠提取技術(shù)已有報(bào)道。張海燕等人公布了一種鹽法提取甜菜果膠的方法(專利申請?zhí)枺?01410326603.0)和一種微波輔助提取甜菜果膠的方法；木泰華等人公布了一種物理輔助提取甜菜果膠的方法(專利申請?zhí)枺?01310247157.X)；王勇等人公布了一種甜菜果膠及其提取方法(專利申請?zhí)枺?01310700191.8)。但現(xiàn)有甜菜果膠提取方案都是在以干粕為提取原料的基礎(chǔ)上建立的，且該方案的實(shí)施需要對甜菜濕粕進(jìn)行干燥、粉碎等預(yù)處理。這種方法不僅工藝繁瑣、耗能，在一定程度上也增大了原料的損失。其次，在提取過程中，甜菜濕粕吸水后的迅速膨脹增大體系的粘稠度，這影響了甜菜果膠傳質(zhì)效果。雖然延長提取時(shí)間能夠補(bǔ)償傳質(zhì)差產(chǎn)生的不良影響，但加熱時(shí)間的延長又加劇了果膠分子的降解程度，并最終導(dǎo)致果膠的品質(zhì)下降。因此，在保持提取率的提前下，開發(fā)一種有助于保持甜菜果膠結(jié)構(gòu)完整性的方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有果膠提取技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明從甜菜濕粕的物化特性出發(fā)，旨在提供一種反應(yīng)條件溫和、流程簡單、提取效率高的果膠制備方法。果膠的提取過程是原果膠不斷溶解，并向細(xì)胞壁外部容易擴(kuò)散的過程。從傳質(zhì)的角度看，這個(gè)過程可以再細(xì)分為：(1)果膠從植物組織內(nèi)擴(kuò)散到固定相表面；(2)固定相表面的果膠通過濃度梯度再擴(kuò)散到溶液中(MinkovS.,MinchevA.,PaevK.Modellingofthehydrolysisandextractionofapplepectin[J].JournalofFoodEngineering.1996,29(1):107–113)。在溫度、料液比、攪拌速度等因素相同的情況下，果膠的傳質(zhì)速率還與原料的物化特性密切相關(guān)。當(dāng)原料的膨脹系數(shù)大、粘稠度高時(shí)，果膠從植物組織向往擴(kuò)散的速度更慢。因此，根據(jù)原料的物化特性選擇合適的提取技術(shù)，對于提高果膠的提取效率具有重要的作用。本發(fā)明是以糖廠副產(chǎn)物壓粕為原料，特點(diǎn)是原料無須干燥和復(fù)水溶脹過程，對已開放的細(xì)胞通道在稀酸溶液中配合瞬間加壓的方式，有助于克服粘稠渣液傳質(zhì)差的問題，使果膠易于溶出擴(kuò)散到溶液中。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種稀酸‐加壓法制備甜菜果膠的方法，包括以下步驟：步驟1：以質(zhì)量百分比計(jì)，用含水75～80％的濕粕為原料制備新鮮壓粕，將新鮮壓粕或儲存的冷凍壓粕緩凍，清水洗滌、瀝干后裝入提取罐，加入去離子水；控制壓粕與去離子水質(zhì)量比為1:10‐20，用酸調(diào)節(jié)溶液的pH值為2.0‐3.4；加入的酸為鹽酸、硫酸、硝酸或檸檬酸，在65～85℃下浸泡；步驟2：在浸泡過程中對提取罐周期升壓至0.1～1.0Mpa，保持壓力1～5min，恢復(fù)到常壓20～60min后，再升壓和減壓恢復(fù)到常壓；壓力變換周期為1～3次，總浸泡時(shí)間為100～180min，包括壓力變換周期；步驟3：對提取罐內(nèi)物料進(jìn)行攪拌，控制攪拌速度60～200rpm，得粗濾液；步驟4：向粗濾液中加入碳酸鹽溶液，生成沉淀，吸附粗濾液中的懸浮物和可溶性鈣鎂鹽灰分，提取液經(jīng)機(jī)械除渣器分離沉淀和懸浮物后，進(jìn)入壓濾機(jī)進(jìn)行精過濾；加入的碳酸鹽為CaCO3或Na2CO3，加入量為使粗濾液的pH值為2.5～4.5；步驟5：將精過濾后的果膠提取液濃縮，向濃縮后的果膠溶液中漸進(jìn)式加入乙醇，使果膠脫水沉析；醇析后經(jīng)擠壓或離心脫除溶劑，干燥得到甜菜果膠。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述的壓濾機(jī)為蝶式或板框式壓濾機(jī)。優(yōu)選地，所述的漸進(jìn)式加入醇溶劑是在醇析罐的不同液位點(diǎn)同時(shí)滴入乙醇溶液，加入乙醇的質(zhì)量為果膠溶液的3～5倍。優(yōu)選地，所述的乙醇質(zhì)量濃度為75～95％。優(yōu)選地，所述的濃縮是將精過濾后的果膠提取液在40～60℃溫度下蒸發(fā)除去水分至含固形物質(zhì)量百分含量為1～5％；濃縮用的蒸發(fā)器為單效或多效串聯(lián)組合而成。優(yōu)選地，所述的干燥是指將離心脫溶劑的固體濕果膠在<60℃溫度下干燥得到含水量低于10％的果膠。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明方法直接用甜菜濕粕為原料，無須干燥、粉碎等預(yù)處理和提取時(shí)的復(fù)水過程，甜菜細(xì)胞經(jīng)過熱漲、凍融后增加了細(xì)胞通道，使果膠易于從組織內(nèi)擴(kuò)散到固相表面和溶液中；果膠分子擴(kuò)散容易，提取率高，流程短；2、本發(fā)明方法過程中用酸量少，其方法對果膠分子結(jié)構(gòu)的破壞小，產(chǎn)品的純度高，條件溫和，不腐蝕設(shè)備，不污染環(huán)境；3、本發(fā)明醇沉?xí)r采用漸進(jìn)式滴醇，避免局部含醇過高，果膠沉淀包裹雜質(zhì)，形成難溶顆粒；4、與傳統(tǒng)工藝相比，該技術(shù)反應(yīng)條件溫和、流程簡化，克服了甜菜濕粕吸收膨脹引起的傳質(zhì)差問題，還有助于避免果膠分子的降解和側(cè)鏈上中性糖的損失，提高果膠的收率和品質(zhì)，同時(shí)降低加工成本；技術(shù)路線簡單，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例中測定所得產(chǎn)品的半乳糖醛酸含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線；圖2為本發(fā)明實(shí)施例以及現(xiàn)有技術(shù)方法提取果膠樣品的分子量分布曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。實(shí)施例1稱取含水80％(質(zhì)量含量)的新鮮甜菜壓粕1200g，用25℃水噴洗去除殘?zhí)?，瀝干后裝入提取罐，加入去離子水，甜菜壓粕與去離子水的質(zhì)量比為1:18，加入濃度為2mol/L的鹽酸，調(diào)節(jié)pH值為3.0，50rpm攪拌均勻后，82℃下恒溫靜置30min，提取罐升壓至0.1Mpa，持壓4min，壓力表回位到0.0Mpa，80rpm攪拌30min靜置，再升壓至0.13Mpa，持壓3min，減到常壓，120rpm攪拌30min。曲篩過濾固液分離，向?yàn)V液中加入質(zhì)量濃度為5％的NaCO3溶液，維持pH值為4，濾布過濾，濾液用蒸發(fā)器在60℃下濃縮至原體積的30％。濾液移入醇沉罐內(nèi)，以二點(diǎn)式漸進(jìn)滴加質(zhì)量濃度85％的乙醇，加入量對濾液3.2倍體積。10℃以下靜置12小時(shí)，用10000rpm的離心機(jī)分離30min，再依次用質(zhì)量濃度分別為85％、90％的乙醇洗滌2次，洗去可溶性糖和醇溶性雜質(zhì)，離心分離，在55℃下真空干燥得到淺灰色粉末狀目標(biāo)產(chǎn)品。收集上述各級乙醇溶液以備回用。實(shí)施例2稱取‐15℃儲藏的甜菜壓粕2000g，緩凍后用35℃溫水噴洗去除壓粕表面殘?zhí)堑入s質(zhì)，瀝干后含水75％，裝入浸提罐，加入去離子水，甜菜壓粕與去離子水的質(zhì)量比為1:20，加入濃度為1.5mol/L的硝酸，調(diào)節(jié)pH值為2.5，45rpm攪拌均勻后，78℃下恒溫靜置35min，罐內(nèi)升壓至0.12Mpa，持壓3min，壓力表回位到0.0Mpa，90rpm攪拌20min靜置，再升壓至0.15Mpa，持壓4min，減到常壓，100rpm攪拌30min。過濾進(jìn)行固液分離，向?yàn)V液中加入質(zhì)量濃度為4％的NaCO3溶液，維持pH值為3.3，真空抽濾，濾液在57℃下濃縮至原體積的25％。濾液移入醇沉罐內(nèi)，以三點(diǎn)式漸進(jìn)滴加質(zhì)量濃度為87％的乙醇，加入量對濾液3.0倍體積。15℃以下靜置13小時(shí)，用12000rpm的離心機(jī)分離20min，再依次用質(zhì)量濃度分別為83％、85％、90％的乙醇洗滌3次，洗去醇溶性雜質(zhì)，離心分離，在60℃下真空干燥得到甜菜果膠。收集上述各級乙醇溶液以備回用。實(shí)施例3稱取‐5℃下儲藏的甜菜壓粕1800g，緩凍后用30℃水噴洗去除殘?zhí)?，瀝干后含水78％(質(zhì)量含量)，裝入提取罐內(nèi)，加入去離子水，甜菜壓粕與去離子水的質(zhì)量比為1:15，加入濃度為1.2mol/L的磷酸，調(diào)節(jié)pH值為3.2，50rpm攪拌均勻后，80℃下恒溫靜置50min，浸提罐升壓至0.15Mpa，持壓5min，壓力表回位到0.0Mpa，攪拌20min靜置，再升壓至0.20Mpa，持壓3min，減到常壓，120rpm攪拌30min。提取液經(jīng)板框過濾得到澄清濾液，再向?yàn)V液中加入質(zhì)量濃度為3％的NaCO3溶液，維持pH值為3.2，濾布過濾，濾液用蒸發(fā)器在55℃下濃縮至原體積的23％。濾液移入醇沉罐內(nèi)，以三點(diǎn)式漸進(jìn)滴加質(zhì)量濃度為83％濃度的乙醇，加入量對濾液3.5倍體積。8℃以下靜置10小時(shí)，用8000rpm的離心機(jī)分離30min，再依次用質(zhì)量濃度分別為82％、89％的乙醇洗滌2次，洗去可溶性糖和醇溶性雜質(zhì)，離心分離，在56℃下真空干燥得到甜菜果膠。收集上述各級乙醇溶液以備回用。比較實(shí)施例(實(shí)驗(yàn)樣)所得果膠樣品和改進(jìn)的傳統(tǒng)熱酸法工藝(傳統(tǒng)熱酸法工藝匯總，pH值為1.3～3.0，溫度為60～90℃、時(shí)間為30～360min，沒有加壓，更不涉及間歇加壓，原料為干料)制得果膠樣品(對照樣)在提取率和化學(xué)成分、果膠分子量、分子結(jié)構(gòu)等方面的差異。實(shí)施例樣品來自實(shí)施例2；對照樣制備過程中未進(jìn)行加壓處理，但以甜菜濕粕為提取原料，料液比為1:20、提取pH值為2.5、提取時(shí)間為100min；實(shí)驗(yàn)樣和對照樣的檢測按照GB/T25533-2010規(guī)定的方法和其他方法(見表1)進(jìn)行檢測，其結(jié)果如下：表1所得樣品的檢測指標(biāo)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)樣對照樣國標(biāo)規(guī)定檢驗(yàn)方法提取率，(w/％)11.710.3//干燥減量，(w/％)11.011.0≦12.0GB5009.3二氧化硫，(mg/kg)未檢出未檢出≦5.0GB/T5009.34酸不溶灰分，(w/％)<0.1<0.1≦1.025533‐2010鉛(Pb)，(mg/kg)1.21.3≦5.0GB5009.12總半乳糖醛酸，(w/％)68.067.0≥65.0紫外分光光度計(jì)法總灰分，(w/％)1.33.5/GB5009.4‐2010上述檢測結(jié)果表明，根據(jù)實(shí)施例2所得產(chǎn)品與對照樣的各項(xiàng)主要理化指標(biāo)均符合國標(biāo)‐果膠的要求，證明本發(fā)明能生產(chǎn)出合格的甜菜果膠。如表1所示，采用本發(fā)明生產(chǎn)的甜菜果膠的提取率為11.7％，而現(xiàn)有技術(shù)(傳統(tǒng)熱酸法)得到的甜菜果膠提取率僅為10.3％。這表明在相同的提取pH、提取溫度、料液比等條件下，本發(fā)明中在提取率方面顯著優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。從上述結(jié)果可知，本發(fā)明所述的稀酸‐加壓提取法能有效提高甜菜果膠的提取率并縮短提取時(shí)間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明之所以能夠加快甜菜果膠的提取效率，可能主要源于以下原因：1)加壓處理促進(jìn)了果膠的膠溶，壓縮了甜菜細(xì)胞壁內(nèi)部包含果膠的孔道，使果膠受到擠壓向外擴(kuò)散，從而加快了傳質(zhì)速度，并最終提高了甜菜果膠的提取效率。在食品體系中，果膠常用作乳化劑和增稠劑，用于防止油滴與水相分層和改善食品的質(zhì)地。甜菜果膠所能達(dá)到的效果與甜菜果膠的濃度直接相關(guān)，而相同用量下甜菜果膠的有效濃度又取決于甜菜果膠的純度。因此，在同等用量的條件下，提高甜菜果膠的純度能提高甜菜果膠的使用效果。如表1所示，本發(fā)明提供的稀酸‐加壓提取法得到的產(chǎn)品的總灰分含量僅為1.3％，顯著低于對照樣3.5％?？偦曳值暮颗c非果膠成分的含量成正比。因此，本發(fā)明所述的方法能夠得到純度較高的甜菜果膠產(chǎn)品。從以上實(shí)施例可以看出，用本發(fā)明的方法，可制備出提取率高、純度高的甜菜果膠。表2不同提取方法所得甜菜果膠的重均、數(shù)均分子量和多分散系數(shù)如表2所示，現(xiàn)有技術(shù)方法由于提取時(shí)間較長，果膠分子尤其是側(cè)鏈上的中性糖等酸不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)在提取過程中容易降解，導(dǎo)致果膠的分子量下降、多分散系數(shù)升高。圖1是采用體積排阻色譜—靜態(tài)激光光散射技術(shù)測得的果膠樣品分子量分布曲線。從中可以看出，與實(shí)驗(yàn)樣相比，對照樣品的吸收峰較寬，且出峰時(shí)間總體向后偏移，這間接反映了果膠分子在提取過程中受到了的降解；吸收峰變寬也表明產(chǎn)品的同質(zhì)性程度降低。結(jié)合表2和圖1的結(jié)果可以得出，本發(fā)明提供的稀酸‐加壓提取法能夠縮短甜菜果膠的提取時(shí)間，并降低甜菜果膠在熱酸環(huán)境中的降解程度，從而保持果膠分子結(jié)構(gòu)的完整性和均一性。如上所述，本發(fā)明甜菜果膠制備用濕粕為原料，無須烘干、粉碎、篩分，可極大簡化工藝流程，減少原料損失；稀酸液水解浸提，條件相對溫和，能減少果膠分子降解；提取液中除甜菜果膠外，濾渣主要為纖維素和半纖維素作為進(jìn)一步加工膳食纖維的原料，濾液主要為水溶性碳水化合物，稀酸和乙醇回收利用，對環(huán)境無污染。圖1、表1和表2指標(biāo)測定中所采用的方法：1.半乳糖糖醛酸檢測方法以三羥基聯(lián)苯為顯色劑，采用紫外分光光度計(jì)法測定甜菜果膠的半乳糖醛酸含量。(1)標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立：以D‐半乳糖醛酸為標(biāo)準(zhǔn)對照，配制成不同質(zhì)量濃度的D‐半乳糖醛酸溶液，取各0.4mL不同濃度的樣品與10mL帶塞試管中，置于冰浴中冷卻5min，空白管用去離子水代替。取2.4mL硫酸(含0.0125M四硼酸鈉)加入試管中，充分振蕩均勻后，在100℃沸水中顯色5min。顯色結(jié)束迅速后冷卻至室溫，再加入40μL的顯色劑，振蕩均勻后在室溫下顯色15min，然后在520nm測定溶液的吸光度?？瞻坠苡?0μL的0.5％氫氧化鈉溶液代替。標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。(2)樣品測定：準(zhǔn)確稱量5mg甜菜果膠樣品，溶解去離子水中，并用去離子水定容至100mL。取0.4mL樣品與10mL帶塞試管中，按照相同的方法進(jìn)行加熱、顯色、吸光度測定。半乳糖醛酸含量按照下式進(jìn)行計(jì)算：上式中：A表示待測樣品的吸光度；m表示甜菜果膠的含量，mg；V0表示待測果膠稀釋溶液的體積，mL；V表示定容體積，mL.2.果膠提取率計(jì)算方法取恒重、潔凈的鋁皿，用萬分之一分析天平記錄鋁皿的重量，再稱取2～3g甜菜粕、甜菜果膠，置于熱風(fēng)干燥箱中，在105℃下干燥10h。鋁皿從干燥箱中取出后立即置于干燥器中冷卻，待溫度降至室溫后稱量鋁皿的重量。甜菜果膠提取率按照公式2計(jì)算：上式中：m1表示甜菜粕的重量，干基重，g；m2表示甜菜果膠的重量，干基重，g.3.甜菜果膠的分子量、分子量分布曲線測定方法采用高效液相體積排阻色譜聯(lián)合多角度激光光散射(HPSEC‐MASL)測定甜菜果膠的分子量，色譜條件如下：流動(dòng)相，50mM硝酸鈉(含0.05％疊氮化鈉)；流速為0.6mL/min；色譜柱為Ultrahydrogel系列水溶性凝膠柱guardcolumn、Linear和1000(三根串聯(lián))，分離范圍為103～108g/mol；測試樣品濃度為1mg·mL‐1；dn/dc值為0.146mL·g‐1；分析溫度35℃；進(jìn)樣體積100μL。檢測器：DAWNHELEOSⅡ多角度激光檢測器；OptilabT‐rEX示差檢測器。