高压蒸汽法提取香蕉皮中的果胶

中文题目 高压蒸汽法提取香蕉皮中的果胶 35 摘要 香蕉味香、富含营养，我国每年对香蕉的消费量极大，于此同时产生了大量废弃香蕉皮，造成了环境的污染和资源的浪费。为此，对香蕉皮进行处理，并从中提取出果胶的试验具有及其深远的意义。本文以新鲜香蕉皮为原料，采用高压蒸汽法并以草酸铵溶液为提取剂，乙醇作为沉淀剂提取果胶，通过控制不同的反应条件进行单因素实验，通过优化设计试验确定最佳提取工艺条件。本文主要研究内容如下： 1．通过对单因素试验结果的分析发现：提取时间，乙醇浓度，料液比以及草酸铵浓度等因素对从香蕉皮中果胶的提取率有较大影响，醇沉时间影响较小。提取时间在21min-23min，乙醇浓度在90%-100%，料液比为1:30-1:40以及草酸铵浓度为0.6%-1.0%时果胶提取效果较优。 2．基于Box-Behnken设计，使用响应曲面分析优化得最优提取工艺参数为：提取时间为23.00min，乙醇浓度为95.00%，料液比为1:30.99以及草酸铵浓度为0.79%。 关键词：香蕉皮 果胶 高压蒸汽法 响应曲面分析 Abstract Banana is the kind of fruit which is flavor and nutrient-rich. Chinese annual consumption of bananas is enormous. However, the amount of discarded banana peel causing environmental pollution and waste of resources. It is far-reaching significance to extract pectin from the wasted banana peels. In this article, we use fresh banana peel as raw material and choose high pressure steam method with ammonium oxalate solution as an extractant, by optimizing the design, optimization of extraction conditions of pectin. The main research contents are as follows: 1. Based on the single-factors experiments, we found that the fetch time, the concentration of alcohol, solid to liquid ratio, the concentration of ammonium oxalate monohydrate and other factors have greater impact on the rate of extraction of pectin from banana peel,however, alcohol precipitation time is less important. The restructured result will be better when the extraction time is between 21-23 minutes, the ethanol concentrations is between 90%-100%,the solid to liquid ratio is between 1:30-1:40 and the concentration of ammonium oxalate monohydrate is between 0.6%-1.0%. 2. Based on Box-Behnken Design, optimizing the restructuring process parameters by using Response Surface Methodology. The results are: the extraction time is 23.00 minutes, the ethanol concentrations is 95.00%, the solid to liquid ratio is 1:30.99 and the concentration of ammonium oxalate monohydrate is 0.79%. Key Words： banana peel pectin high pressure steam method Surface Methodology 目 录 第一章 绪论 1 1.1研究目的和意义 1 1.1.1果胶 1 1.1.2果胶的应用 1 1.1.3研究果胶提取工艺的重要意义 2 1.2果胶提取工艺的现状 3 1.2.1酸提取法 3 1.2.2超声波提取法 4 1.2.3微波提取法 4 1.2.4微生物提取法 5 1.2.5草酸铵提取法 5 1.2.6高压蒸汽提取法 6 1.3课题研究的主要内容和理论依据 6 1.3.1课题研究的理论依据 6 1.3.2研究的主要内容 7 第二章 高压蒸汽法提取香蕉皮中果胶的单因素试验研究 7 2.1香蕉皮中果胶的提取工艺 8 2.1.1材料的选择 8 2.1.2主要设备 8 2.1.3工艺流程 9 2.1.4操作要点 9 2.1.5果胶提取得率计算 10 2.2影响果胶提取率的单因素试验分析 10 2.2.1乙醇浓度的单因素试验 10 2.2.2提取时间的单因素试验 11 2.2.3醇沉时间的单因素试验 13 2.2.4料液比的单因素试验 15 2.2.5草酸铵浓度的单因素试验 17 2.3本章小结 19 第三章 基于BBD的果胶提取工艺参数的优化 20 3.1Minitab软件 20 3.2响应曲面法 21 3.2Box-Behnken设计方法 22 3.3响应曲面设计 22 3.3.1创建响应曲面 23 3.4响应曲面优化果胶提取工艺参数 24 3.4.1提取率的估计回归系数分析 24 3.4.2提取率的方差分析 26 3.4.3提取率的残差分析 27 3.4.4提取率的预测响应 30 3.5影响果胶提取率的各因素交互作用分析 31 3.5.1料液比与提取时间对果胶提取率的影响 31 3.5.2草酸铵浓度与料液比对果胶提取率的影响 33 3.5.3料液比与乙醇浓度对果胶提取率的影响 34 3.6响应优化 35 第四章 试验展望 37 致 谢 37 参考文献 34 第一章 绪论 1.1研究目的和意义 1.1.1果胶 果胶作为一种亲水性植物胶，是由一些中性糖通过α-1，4糖苷键与半乳糖醛酸聚合而成的天然高分子化合物为基本结构的多糖类物质。果胶溶液在适宜的条件下能形成凝胶，并部分发生甲氧基化，其主要成分是部分甲酯化的α(l，4)—D—聚半乳糖醛酸[[]刘文，董赛丽，梁金亚.果胶的性质、功能及其应用[N].三门峡职业技术学院学报，2008，7(2):118～121 ]。部分甲酯化的果胶酸被称为果胶酯酸，是植物细胞间质的重要组成成分，主要存在于（几乎所有）高等植物的细胞壁和细胞内层中。果胶对组织起粘胶和软化的作用，是内部细胞的支撑物质，使各种细胞组织结构坚硬而呈现出固有的形态。 一般情况下，果胶的口感各不相同，这是由不同种类的蔬菜和水果的果胶含量以及果胶分子的差异决定的。一般来说，同一株植物的各个部分的果胶含量不同：细胞壁中果胶含量最高；不同植物或同一植物的不同部位，果胶的含量相差很大[[]段红,等.果胶及其应用研究进展[N].宿州学院学报，2006，21(6):80～83 ]。 对于不同种类植物而言，其果胶含量的差异也较大。 果胶略带果香味，无异味。通常从柑橘的果皮中萃取果胶，其粗品为白色至淡黄色粉末，这种果胶稍带酸味，形成无味的粘稠溶液，带负电，工业上即可分离，其分子量约1万—40万。果胶不溶于乙醇稀酸和其他有机溶剂，具有极好的凝胶特性和乳化稳定性，加糖和酸后形成半固形胶冻。 1.1.2果胶的应用 果胶作为一种新型的纯天然的功能性食品添加剂被广泛应用于果冻、果酱等食品加工生产以及生物培养基等各种领域。在食品方面用途广泛，可用作增稠剂、胶凝剂、悬浮剂、稳定剂；果胶也可应用于化妆品行业，其对保护皮肤、抗菌止血、防止紫外辐射等都存在一定的功效；果胶还是一种保健产品，不仅能增强胃肠蠕动，使营养更易被人体吸收，还作为药物制剂基质被应用于防治高血压、肥胖症、肠癌等病症且有很好的疗效，是维持身体健康的重要物质。随着近年来研究工作的深入，果胶的用途不断被开发出来，其发展潜力巨大，具有广阔的市场前景[[]陈豆弟，张露，代红灵.果胶提取工艺的研究进展[J].饮料工业,2012（15）：8～10 ]。 以下是果胶在一些具体产品中的应用： 1.果胶在果酱、果冻的制作中起胶凝作用，使其成品细腻，富有弹性、韧性、感爽滑并增加香味。 2.果胶在棒冰、冰淇淋的制作中起乳化稳定作用，能改善质构，使成品口感细腻，滑爽，阻止风味物质和色素的逸出。 3.果胶在酸奶，乳酸菌，果汁中起稳定、增稠作用，防止其内溶物沉淀，使口感滑流，可延长制品的保存期，增强制品的天然水果风味。 4.果胶在熔烤食品中主要用于增强热稳定性，保持原有形状完整，具有湿润亮责的外观，增强口感，延长保质期的作用。 5.果胶软糖，使软糖晶莹透明，组织平顺光亮，富有弹性，不粘牙，具有天然水果风味，酸甜可口[[]王小霞.果胶在多种食品中的应用[J].中国食品安全报,食品配料2012,B02 ]。 1.1.3研究果胶提取工艺的重要意义 根据调查显示，预计全世界果胶的需求量在相当长的时间内仍将以每年l5%的速度增长。我国每年消耗约1500吨以上果胶，约80%依靠进口，需求量与世界平均水平相比呈高速增长趋势[[]刘文，董赛丽，梁金亚.果胶的性质、功能及其应用[N].三门峡职业技术学院学报，2008，7(2):118～121 ]。并且，随着人们对绿色食品理念认识的深入，果胶的提取与应用将受到更多的关注，果胶的研究、开发、生产日益受到重视。大力支持果胶的研究与开发，寻找新资源并不断探索提高果胶产量和质量的新方法，不仅能为我国在食品加工及其他领域广泛地应用优质果胶提供理论依据，而且将有效推动国产果胶生产的发展。 1.2果胶提取工艺的现状 果胶的生产加工工艺复杂多样，而要获得优质高产的果胶的重点在提取。天然果胶中的原果胶并不溶于水，但可在酸、碱、盐等化学试剂及酶的作用下可以水解成水溶性果胶。目前，国内外较常用的果胶提取方法有以下几种：酸提取法、超声波提取法、微波提取法、微生物提取法、草酸铵提取法等。 1.2.1酸提取法 传统工业果胶生产的方法是酸提取法，所用的酸可以是硫酸、盐酸、磷酸等‍[[]周倩,等.果胶的制备及其应用[J].食品工业科技,2007,9:240–243 ]。果胶在稀酸溶液中能被水解，利用这个基本原理可将果皮中的原果胶质水解为水溶性果胶，从而使果胶从果皮中水解转移到水相中，生成可溶于水的果胶。然后将果胶提取液通过离心、分离、过滤除杂等环节得到果胶澄清液，最后利用盐析法或沉淀法分离果胶。工业上一般采用金属盐析或有机溶剂(乙醇)沉析法提取。其缺点是果胶分子在提取过程中会发生局部水解，反应条件也较复杂，残渣分离困难，生产周期较长，效率较低[[]徐伟玥,郝利平.酸解法提取胡萝卜果胶的工艺研究