CN106046195A - 一种柑橘罐头加工碱处理水中阿拉伯聚糖的纯化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柑橘罐头加工碱处理水中阿拉伯聚糖的纯化方法，该方法先将碱处理水pH调节至中性；然后将中性液体在50℃下真空浓缩至总固形物的质量分数为1.5％～1.9％；将总固形物含量合格的浓缩液的pH调节至1.0～3.5后在83～95℃下均匀加热10min以上，产生絮凝物，滤布过滤含絮凝物混合液，收集滤液；滤液经过一次超滤，去除小分子杂质，得阿拉伯聚糖浓缩液；将浓缩液喷雾干燥得阿拉伯聚糖粉末。本发明的原料来源廉价、丰富，属于柑橘罐头加工的副产品。工艺操作简单，纯化时间短，生产过程绿色环保，适合产业化应用。同时减少罐头加工中废弃物的排放，对柑橘罐头加工具有积极意义。
Description
技术领域
本发明属于多糖提取纯化领域，尤其涉及一种柑橘罐头加工碱处理水中纯化阿拉伯聚糖的方法。
技术背景
阿拉伯聚糖广泛存在于植物组织中，包括种子、果实等部位，是植物细胞壁的组成成分之一。这里阿拉伯聚糖是指一类多糖，除在油菜种子等里面发现过糖组成较单一的阿拉伯聚糖外，阿拉伯糖(Ara)还可以跟木糖(Xyl)、半乳糖(Gal)等结合，形成含大量阿拉伯糖的阿拉伯木聚糖(arabinoxylan，AX)和阿拉伯半乳聚糖(arabinogaIactan，AG)等功能性多糖，广泛存在于小麦等谷物以及萝卜、马铃薯等蔬菜中，另外阿拉伯聚糖也常被归为果胶类物质的一种组分，在结构上，其主要归于果胶的RGI区域(rhamnogalacturonan I)。因此阿拉伯聚糖的纯化目标在于留下以Ara为主的阿拉伯聚糖链(不一定完全由Ara组成)，以获得高纯度的AX、AG或RGI等功能活性组分。
阿拉伯聚糖具有很多生理活性，它是一种天然的植物膳食纤维，可以显著降低胆固醇和血脂水平，改善肠道微生态，增加乳酸菌和双歧杆菌的数量，建议成年人每天摄入30～40g左右；另外在血糖调节方面也有重要作用，可以调控葡萄糖和胰岛素水平；在抗病毒抗炎方面也有突出贡献，可通过调节免疫活性，激活NK细胞等来发挥作用；另外，阿拉伯聚糖在抗癌活性方面也被进一步认识与重视。
除了深受关注的生理活性，阿拉伯聚糖在食品生产中也可以充当增稠剂等，具有保水性，可显著改善食品的感官，尤其在烘焙食品中应用广泛，是一种有益健康的食品添加剂。
因此未来阿拉伯聚糖的市场需求将会高速增长，挖掘阿拉伯聚糖的新来源也是多多益善。而且需要开发较高纯度的阿拉伯聚糖，才能保障以上这些功能的高效发挥，在经济上才有更好的商品价值。
在柑橘罐头加工中的柑橘脱囊衣工序，需用碱液浸泡橘瓣以彻底脱除囊衣，橘瓣中部分植物多糖就溶解在碱液中。经研究发现碱液中的多糖除了含有半乳糖醛酸外，还有较多的阿拉伯糖，因此其除了作为果胶多糖利用外，也是提纯阿拉伯聚糖的良好资源，并有可能在提纯过程中，实现多糖的分级利用而使资源效率最大化。
目前纯化粗多糖的方法主要为柱色谱法，普遍使用的包括离子交换柱法，分子筛法等。离子交换可分为阴离子交换和阳离子交换，对含有酸性多糖成分的粗多糖常用阴离子交换法进行分离纯化，如DEAE-52纤维素柱，其末端N带有一个正电荷，属于弱碱性阴离子交换；现在也常用强阴离子交换快速柱，如末端季铵化的Q sephrose fast flow。分子筛法也是柱色谱的一种，只是使用的填料往往附带有分子筛的作用，可根据样品分子量的大小对粗多糖进行分级纯化。如有使用DEAE-纤维素柱进行枸杞子中阿拉伯聚糖的分离纯化(秦小明,林华娟.枸杞子阿拉伯聚糖的提纯分离及其构造特征研究[J].食品科学,2003,24(2):52-56.)，但其纯化只是为了分析结构等信息之用，其目标并不是将纯化糖作为最后的产品应用。因为以上不管是快速柱还是常规柱，都涉及清洗填料、装柱、平衡等一系列繁琐耗时的前处理，而且还有上样量小，单位时间产量低等限制，不适合大规模生产。另外阿拉伯聚糖的纯化也有使用乙醇或硫酸铵分级沉淀法，但需要额外使用沉淀剂，步骤较繁琐，成本较大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种柑橘罐头加工碱处理水中阿拉伯聚糖的纯化方法，该方法使用器材少，分离样品量大，整个分离过程耗时较传统方法大大缩短，操作简便，可用于工厂大规模分离。同时作为柑橘罐头加工的副产物，减少了罐头加工中的废弃物排放，也增加了柑橘加工的附加值。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种柑橘罐头加工碱处理水中阿拉伯聚糖的纯化方法，该方法包括以下步骤：
(1)取柑橘罐头加工中的的碱处理水，用HCl溶液调节pH至中性；
(2)将中性液体在50℃下真空浓缩至总固形物的质量分数为1.5％～1.9％；
(3)将上述总固形物含量合格的浓缩液泵入耐酸加热器中，并用3mol/L盐酸溶液调pH至1.0～3.5；
(4)在83～95℃下均匀加热10min以上，产生絮凝物，滤布过滤含絮凝物混合液，收集滤液；
(5)滤液经过一次超滤，去除小分子杂质，得阿拉伯聚糖浓缩液；
(6)将上述浓缩液喷雾干燥得阿拉伯聚糖粉末。
进一步地，所述真空浓缩至固形物的质量分数为1.7～1.8％。
进一步地，所述步骤(3)中，浓缩液pH调节到2.5。
进一步地，所述步骤(4)中，加热温度为92℃；加热时间15min。接着使用350目滤布过滤并收集滤液。
进一步地，所述步骤(5)中，超滤膜使用截留分子量为5kDa。
进一步地，所述步骤(6)中，喷雾干燥使用进风温度170～180℃，进样速度600～900ml/h。抽气功率100％。
本发明的优点如下：
(1)原料来源廉价，属于柑橘罐头加工中的废弃物再利用，增加柑橘产业附加值，也促进柑橘加工的绿色化，大大减少资源的浪费与有害物质的排放。
(2)纯化工艺简单，设备要求低，单元操作容易实现工业化，工人培训成本低。
(3)纯化时间短，效率高，相比于传统的柱填料分离纯化，本工艺不存在上样的样品质量限制问题。
(4)纯化过程绿色安全，不使用有毒有害试剂，也不需使用洗脱液等，减轻后续产品的脱盐负担。
具体实施方式
本发明一种柑橘罐头加工碱处理水中阿拉伯聚糖的提纯方法，包括如下步骤：
(1)取柑橘罐头加工中的的碱处理水，用HCl溶液调节pH至中性；
(2)将中性液体在50℃下真空浓缩至总固形物的质量分数为1.5％～1.9％；总固形物的质量分数不宜过大或过小，过小絮凝不能有效的形成从而影响纯化效果，过大则絮凝物过滤效率低，易堵滤布。低温真空浓缩可在浓缩过程中尽量减少热对多糖链形态的影响，使其在后续高温加热中有更好的絮凝表现。真空浓缩至固形物的质量分数优选为1.7～1.8％。
(3)将上述总固形物含量合格的浓缩液泵入耐酸加热器中，并用3mol/L盐酸溶液调pH至1.0～3.5；在此pH下，剧烈加热可以促进溶液中部分多糖之间的絮凝，以絮凝物沉淀形式除去，从而纯化多糖。浓缩液pH优选为2.5。
(4)在83～95℃下均匀加热10min以上，产生絮凝物，滤布过滤含絮凝物混合液，收集滤液；加热絮凝需要较高的加热温度，温度过低不能在短时间内出现絮凝。温度过高则浪费能量，也提高了对设备的要求。加热温度优选为92℃；加热时间优选为15min。接着使用350目滤布过滤并收集滤液。
(5)滤液经过一次超滤，去除小分子杂质，得阿拉伯聚糖浓缩液；超滤膜使用截留分子量优选为5kDa。去除絮凝物的滤液已经相对清澈，较易过滤，可用小孔径超滤截留膜进行脱盐、脱小分子物质的处理。
(6)将上述浓缩液喷雾干燥得阿拉伯聚糖粉末；喷雾干燥使用进风温度170～180℃，进样速度600～900ml/h。抽气功率100％。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例用不同pH的浓缩液进行加热絮凝，以优化阿拉伯聚糖的纯化效果，具体步骤如下：
取柑橘罐头加工脱囊衣工序的碱处理水，使用HCl溶液调节pH至5～7(HCl溶液浓度不定量，使用较大浓度可提高调pH的效率，大浓度HCl需大搅拌速率)。再使用真空浓缩器在50℃下进行减压浓缩，并在线检测总固形物含量(质量分数)，浓缩至总固形物质量分数为1.7～1.8％时停止浓缩，将浓缩液泵入到耐酸加热器，使用3mol/L盐酸溶液调pH至1,1.5,2.5,3.5,4。在92℃下均匀加热15min，产生絮凝物，稍微冷却后使用350目滤布过滤，收集滤液，滤液再经过一次超滤，超滤膜截留分子量为5kDa，截留下的大分子多糖浓缩液再经过喷雾干燥，即得阿拉伯聚糖粉末，干燥参数为进风温度180℃，进料速度800ml/h，抽气功率100％。测定干燥后多糖的糖组成，以摩尔百分比表示。结果见下表：
根据Ara+Xyl+Gal所占的总比重(即阿拉伯聚糖的纯度)，优选pH为2.5。
实施例2
本实施例使用不同加热温度，以优化阿拉伯聚糖的纯化效果，具体步骤如下：
取柑橘罐头加工脱囊衣工序的碱处理水，使用HCl溶液调节pH至5～7(HCl溶液浓度不定量，使用较大浓度可提高调pH的效率，大浓度HCl需大搅拌速率)。再使用真空浓缩器在50℃下进行减压浓缩，并在线检测总固形物含量(质量分数)，浓缩至总固形物质量分数为1.6～1.7％时停止浓缩，将浓缩液泵入到耐酸加热器，使用3mol/L盐酸溶液调pH至2.5。分别在80，83，88，92，95℃下均匀加热15min，产生絮凝物，稍微冷却后使用350目滤布过滤，收集滤液，滤液再经过一次超滤，超滤膜截留分子量为5kDa，截留下的大分子多糖浓缩液再经过喷雾干燥，即得阿拉伯聚糖粉末，干燥参数为进风温度180℃，进料速度900ml/h，抽气功率100％。测定干燥后多糖的糖组成，以摩尔百分比表示。结果见下表：
根据Ara+Xyl+Gal所占的总比重(即阿拉伯聚糖的纯度)，以及能量经济使用原则，优选絮凝加热温度为92℃。
实施例3
本实施例使用不同加热时间，以优化阿拉伯聚糖的纯化效果，具体步骤如下：
取柑橘罐头加工脱囊衣工序的碱处理水，使用HCl溶液调节pH至5～7(HCl溶液浓度不定量，使用较大浓度可提高调pH的效率，大浓度HCl需大搅拌速率)。再使用真空浓缩器在50℃下进行减压浓缩，并在线检测总固形物含量(质量分数)，浓缩至总固形物质量分数为1.5～1.6％时停止浓缩，将浓缩液泵入到耐酸加热器，使用3mol/L盐酸溶液调pH至2.5。在92℃下分别均匀加热8min，10min，12min，15min，20min，产生絮凝物，稍微冷却后使用350目滤布过滤，收集滤液，滤液再经过一次超滤，超滤膜截留分子量为5kDa，截留下的大分子多糖浓缩液再经过喷雾干燥，即得阿拉伯聚糖粉末，干燥参数为进风温度170℃，进料速度600ml/h，抽气功率100％。测定干燥后多糖的糖组成，以摩尔百分比表示。结果见下表：
根据Ara+Xyl+Gal所占的总比重(即阿拉伯聚糖的纯度)，以及能量经济使用原则，优选絮凝加热时间为15min。
实施例4
取柑橘罐头加工脱囊衣工序的碱处理水，使用HCl溶液调节pH至5～7(HCl溶液浓度不定量，使用较大浓度可提高调pH的效率，大浓度HCl需大搅拌速率)。再使用真空浓缩器在50℃下进行减压浓缩，并在线检测总固形物含量(质量分数)，浓缩至总固形物质量分数为1.7～1.8％时停止浓缩，将浓缩液泵入到耐酸加热器，使用3mol/L盐酸溶液调pH至2.5。在92℃下均匀加热15min，产生絮凝物，稍微冷却后使用300目滤布过滤，收集滤液，滤液再经过一次超滤，超滤膜截留分子量为10kDa，截留下的大分子多糖浓缩液再经过喷雾干燥，即得阿拉伯聚糖粉末，干燥参数为进风温度160℃，进料速度500ml/h，抽气功率90％。测定干燥后多糖的糖组成，以摩尔百分比表示，结果显示Ara+Xyl+Gal的含量为85％。
实施例5
取柑橘罐头加工脱囊衣工序的碱处理水，使用HCl溶液调节pH至5～7(HCl溶液浓度不定量，使用较大浓度可提高调pH的效率，大浓度HCl需大搅拌速率)。再使用真空浓缩器在50℃下进行减压浓缩，并在线检测总固形物含量(质量分数)，浓缩至总固形物质量分数为1.8～1.9％时停止浓缩，将浓缩液泵入到耐酸加热器，使用3mol/L盐酸溶液调pH至2.5。在92℃下均匀加热15min，产生絮凝物，稍微冷却后使用400目滤布过滤，收集滤液，滤液再经过一次超滤，超滤膜截留分子量为5kDa，截留下的大分子多糖浓缩液再经过喷雾干燥，即得阿拉伯聚糖粉末，干燥参数为进风温度175℃，进料速度700ml/h，抽气功率100％。测定干燥后多糖的糖组成，以摩尔百分比表示，结果显示Ara+Xyl+Gal的含量为91％。
Claims (6)
1.一种柑橘罐头加工碱处理水中阿拉伯聚糖的纯化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)取柑橘罐头加工中的的碱处理水，用HCl溶液调节pH至中性；
(2)将中性液体在50℃下真空浓缩至总固形物的质量分数为1.5％～1.9％；
(3)将上述总固形物含量合格的浓缩液泵入耐酸加热器中，并用3mol/L盐酸溶液调pH至1.0～3.5；
(4)在83～95℃下均匀加热10min以上，产生絮凝物，滤布过滤含絮凝物混合液，收集滤液；
(5)滤液经过一次超滤，去除小分子杂质，得阿拉伯聚糖浓缩液；
(6)将上述浓缩液喷雾干燥得阿拉伯聚糖粉末。
2.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述真空浓缩至固形物的质量分数为1.7～1.8％。
3.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，浓缩液pH调节到2.5。
4.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述步骤(4)中，加热温度为92℃；加热时间15min。接着使用350目滤布过滤并收集滤液。
5.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述步骤(5)中，超滤膜使用截留分子量为5kDa。
6.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述步骤(6)中，喷雾干燥使用进风温度170～180℃，进样速度600～900ml/h。抽气功率100％。
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