浸取工艺参数对大豆皮果胶得率和纯度的影响

鲁慧芳，付苗苗

（1.河南农业职业学院，河南郑州450001；2.河南工业贸易职业学院，河南郑州450052）

浸取工艺参数对大豆皮果胶得率和纯度的影响

鲁慧芳1，付苗苗2

（1.河南农业职业学院，河南郑州450001；2.河南工业贸易职业学院，河南郑州450052）

采用先盐酸浸提然后乙醇沉淀的方法来制备大豆皮，文中主要考察了盐酸的浓度和沉淀剂的pH对果胶得率和纯度的影响。实验结果显示，用盐酸浸提乙醇沉淀法从大豆皮中提取果胶时，盐酸的强度和乙醇的pH对果胶的得率有很显著的影响。在沉淀剂pH为3.5的情况下，当盐酸浓度为0.05 mol/L和0.1 mol/L时，果胶的得率最高，分别为26%和28%。用0.2 mol/L或0.3 mol/L的盐酸浸提果胶或者沉淀体系pH为2.0时，果胶的得率降低。浸提果胶所用酸的强度和沉淀体系的pH对于产品果胶的纯度和酯化度没有显著影响。成品果胶的半乳糖醛酸含量和酯化度分别为68%～72%和56%～60%。

大豆皮；果胶；得率；纯度

果胶被广泛应用于食品工业中，如作为胶凝剂用于果酱和果冻中；作为填充物或者稳定剂用于糖果、奶制品、水果配料、烘焙用馅料、糖衣和糖霜等。以果胶为基础开发的脂肪替代品已广泛应用于涂抹原料、色拉酱调料、冰激凌和乳化肉制品中。果胶是一种存在于植物细胞壁和胞间层的复杂碳水化合物。商业果胶有不同的酯化度。商业果胶一般是以柑橘皮或者苹果皮为原料，先用酸浸提然后用2-异丙醇沉淀的方法来提取的。柑橘皮和苹果皮中果胶含量分别是25%和12%。以柑橘皮为原料提取果胶，其得率在25%左右。

甜菜泥和向日葵头残渣（果胶含量大致在10%～20%）也曾被用来作为提取果胶的原料。甜菜泥果胶和向日葵（头残渣）果胶的提取和特性也曾被研究报道过。大豆皮来源广泛，是提取果胶很好的原料。Gnanasambandam和Proctor的研究结果（1999年）表明，提取柑橘果胶的方法可以用来提取大豆皮果胶，实验中得到干燥的果胶制品中的果胶含量为76%，得率为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）进行预处理，得到的提取物中果胶含量增加到88.3%，得率变化不大。商业粉状柑橘果胶（果胶含量为70%）的得率为20%～26%。因此，大豆皮（大豆行业的一种副产品），是一种廉价的果胶来源，而且数量庞大。大豆皮可以不经任何处理进行储存和运输，而柑橘皮和苹果皮需要经过干燥处理来防止储存和运输过程中的劣变。为了使大豆皮果胶的生产具有市场竞争力，产品的果胶含量和得率应该与柑橘皮果胶不相上下。因此，有必要对大豆皮果胶的浸提和沉淀条件进行优化，以提高其得率和纯度，改善其功能特性。本研究的目的是考察浸提过程中所用酸的强度和沉淀剂的pH对果胶得率和纯度的影响以及获得提取大豆皮果胶的最优条件。

1材料和方法

市购大豆皮，并用离心式碾磨机将其磨碎（碾磨3次，每次3 min）。

1.1果胶制备

把碾碎的大豆皮（100 g）分别置于0.05、0.2、0.3 mol/L HCl（300 mL）中进行浸提（温度90℃时间45 min）。浸提物冷却至室温后，在2 700×g条件下离心15 min。取上清液，并将其与等体积的2-异丙醇混合，当此分散体系的pH被调节至2.0（0.1 mol/L HCl提取液的pH，再次pH下，果胶溶解性较好，前期研究中被用于果胶沉淀）或3.5（在此pH下果胶的溶解性最小）时，果胶就沉淀下来了，静置4 h。取下层沉淀，离心，并用70%的2-异丙醇进行清洗，搅拌30 min，离心，再次用70%的2-异丙醇清洗后，用100%的70%的2-异丙醇进行清洗。最终产品中含有25 mL～30 mL的去离子水，冷冻干燥后，置于室温下（23℃～25℃）储存。

1.2果胶含量

样品的果胶含量（以半乳糖醛酸的含量表示），是用比色法来测定的（用对羟基联苯）。测定前，果胶样品要先溶解，具体方法是将10 mg样品置于50 mL 1 mol/L的硫酸溶液中，室温下搅拌30 min，然后在90℃的水浴锅中保温1 h。

1.3灰分和水分含量

果胶样品的灰分含量是通过660℃，8 h灰化法测定的。水分含量是通过干燥法（AACC，1997）测定的。110℃烘12 h后的失重被记录为水分含量。

1.4酯化度

我们实验室的漫反射傅里叶变换红外光谱仪法被用来测定大豆皮果胶的酯化度。

1.5结构分析

漫反射傅里叶转换红外线光谱仪被用来分析果胶化学结构方面的信息。傅里叶转换红外光谱试验参数：100inteferograms，Impact410mol/Licoletinstrument。

1.6数据分析

果胶得率和含量是通过3次平行试验数据平均得到的。数据用方差分析来处理，这些平均值被按照最小显著差异（P＜0.05）来分类。

2结果与讨论

2.1果胶得率

本研究中大豆皮果胶的浸取温度和时间和柑橘果胶的浸取温度和时间是一致的。初步研究中（以0.1 mol/L HCl为浸取剂），结果显示，降低浸取温度或者缩短浸取时间会使果胶得率降低，但是再提高浸取温度或延长浸取时间对果胶的得率影响也不大。在大豆皮果胶提取过程中，浸取果胶时酸的强度和沉淀果胶时异丙醇的pH对于果胶的得率有显著的影响，见表1。

表1　大豆皮果胶的纯度、得率和灰分含量aTable 1Pectin content，pectin yield，and ash content of soyhull pectinsa

对酸浸取果胶来说，沉淀体系的pH为3.5时比pH2.0的果胶得率要高得多，见表2。

表2　大豆皮果胶的纯度、得率和灰分含量aTable 2Pectin content，pectin yield，and ash content of soyhull pectinsa

如果继续提高浸取时酸的强度，果胶得率会下降。浸取时酸的强度为0.05 mol/L和0.1 mol/L时，果胶的得率达到最高，分别为26%和28%（沉淀剂异丙醇的pH为3.5）。当用0.2 mol/L HCl和0.3 mol/L HCL为浸取剂时，果胶的得率降低，分别为18%和21%。原因可能是强酸溶液使果胶部分水解，形成可溶性分子量小的果胶分子，而这些小分子果胶在异丙醇沉淀时不能被沉淀下来，所以强酸浸取会使果胶的得率降低。果胶的酸电离常数pKa是3.5，所以，在pH为3.5时，果胶处于50%电离状态，为了在亲水和非亲水间达到平衡，果胶会形成很强的凝胶结构，而这一点使其在50%或更高浓度的异丙醇溶液中的溶解度很低，从而被最大程度地沉降下来。一般来说，果胶在pH为3.2～3.5时，果胶的凝胶强度最大。pH为2.0时，只有3%的果胶处于电离状态。由于处于电离状态的果胶含量不同，果胶分子间的相互作用也不一样，当用pH2.0的异丙醇沉淀果胶时，果胶的得率比用pH2.0的异丙醇沉淀时要低得多。继续提高沉淀剂的pH（大于pH3.5）对果胶的得率没有显著影响。另外，提高浸取时的温度（比如100℃）或者延长浸取时间，对果胶的得率影响也不大。

2.2果胶纯度、灰分和水分含量

浸取果胶时所用的酸的强度或沉淀果胶时沉淀剂的pH，对于产品中果胶的纯度影响不大，产品中果胶纯度和水分含量一般分别为68%～72%和6%～7%。当用0.05 mol/L HCl浸取果胶时，产品的灰分含量达到最低，分别为1.24%（沉淀剂pH为3.5）和1.21%（沉淀剂pH为2.0）。产品的灰分含量随着浸取时所用酸强度的增加而增加，其中的原因可能是随着浸取酸强度的增加，其溶解大豆壳中物质的能力增强，这些被溶解的物质随后跟果胶一起在醇沉淀中被沉淀下来。果胶产品中的灰分都是可溶于酸的，在任何一份果胶产品中，都没有检测到酸不溶性灰分的存在。

因此，从得率和纯度上考虑，对于大豆果胶生产来说，用0.05 mol/L或0.1 mol/L酸浸取，在pH 3.5条件下沉淀是最佳条件。但是，用0.05 mol/L酸浸取比0.1 mol/L酸浸取用明显的优势：灰分含量低；酸成本较低。大豆果胶的纯度和产品得率与柑橘果胶差不多，所以大豆皮作为一种新的商业果胶生产原料是非常前景的。与柑橘皮相比较，大豆皮还有一些其他的优势，比如大豆皮在用于果胶提取前，可以不经任何进一步的处理就可以进行贮存或运输。

2.3酯化度

大豆皮果胶的酯化度为53%～60%（用FTIR测定），从统计学角度看，没有显著差异性。浸取酸的强度或异丙醇的pH对于酯化度没有显著的影响。采用不同酸强度的HCl进行浸取，随后分别用pH2.0和pH3.5的异丙醇沉淀，得到的大豆皮果胶的酯化度见表3。

表3　大豆皮果胶的酯化度aTable 3Degree of esterification of soyhull pectina

2.4大豆皮果胶结构

FTIR光谱在1 000 cm-1～2 000 cm-1范围内能鉴别出果胶中的主要化学基团，还能提供一些可用来比较不同类型果胶的结构上的信息。FTIR光谱显示，用不同条件提取的果胶在结构上差别不大。用0.05 mol/L HCl浸取后用醇沉淀（沉淀剂pH3.5和2.0）的果胶与2种商业柑橘果胶的漫反射红外光谱见图1。

图1　几种果胶的FTIR光谱Fig.1FTIR spectra of soy hull pectins

165 0 cm-1和1 750 cm-1处的吸收峰是由自由的和酯化的羧基基团引起的。2 400 cm-1和3 600 cm-1范围内的吸收峰是由果胶样品中吸附的水分造成的。3 000 cm-1处的吸收峰值是由甲酯基团中甲基的伸缩振动引起的。在大豆皮果胶中的光谱中，1 500 cm-1处的吸收带是由羟基的弯曲振动引起的，商业果胶在1 500 cm-1处没有吸收带，其中的原因可能是由于实验室冷冻干燥和工业上喷雾干燥2种不同的工艺造成的2种果胶产品表面结构不同。在1 100 cm-1处和1 200 cm-1处的吸收主要是由果胶分子中的醚基（R-O-R）和C-C环键引起的。

4结论

本研究表明，从大豆皮中提取果胶的最优条件是用0.05 mol/L HCl浸取，醇沉淀pH为3.5。在此条件下得到的果胶产品，纯度超过70%，得率超过26%，在果胶纯度（以半乳糖醛酸的百分比计）和得率方面与商业柑橘果胶是差不多的。

［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，FU 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

鲁慧芳（1982—），女（汉），讲师，硕士，研究方向：食品加工技术。