一種高效製備低分子量果膠的方法與流程

2023-05-29 04:36:31

本發明涉及食品工程技術領域，具體涉及一種高效製備低分子量果膠的方法。

背景技術：

果膠是一種存在於植物細胞的初生壁和中間層的酸性雜多糖，主要由ɑ-1,4-糖苷鍵連接的D-半乳糖醛酸組成。具有降血糖、降血脂等生物活性，經降解製備成低分子量果膠，能顯著提高其生物活性並表現出一些新的生物活性，如做為植物免疫激活因子，誘導植物的抗性反應；用作雙歧桿菌增殖因子，改善菌群結構；抑制小鼠肝細胞中油脂的積累等，在食品、醫藥、農業等領域具有廣闊的開發應用前景。

目前用於製備低分子量果膠的方法主要有化學法和酶法，其製備難點在於低效費時、難以控制、對環境不友好，因此發明一種環境友好型且高效的製備方法有利於了解果膠複雜的分子結構和功能作用，有利於充分利用我國的柑橘和蘋果皮渣等廢棄物資源中的果膠以及保護環境，對於促進果膠多糖在食品工業和醫藥領域的應用具有重要意義。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種高效製備低分子量果膠的方法，實現製備低分子量果膠的高效性和環境友好性。

一種高效製備低分子量果膠的方法，包括如下步驟：

(1)將果膠溶解於水中製成果膠溶液，將所述果膠溶液進行介質阻擋放電低溫等離子體處理，處理條件為：以空氣為放電介質，氣隙間距設置為2-4mm，處理電壓為50-75V，處理時間為50～90s；

(2)經介質阻擋放電低溫等離子體處理後的溶液進行透析20～25h，透析完成後過0.3～0.5μm水膜即得。

本發明利用介質阻擋放電低溫等離子體處理果膠，大大縮短了製備低分子量果膠的時間。本發明的實驗證明，利用介質阻擋放電低溫等離子體技術處理果膠，可實現低分子量果膠製備的高效性和環境友好性，提高了製備效率，有利於促進果膠多糖在食品工業和醫藥領域的應用，並有利於推動介質阻擋放電低溫等離子技術的產業應用。

優選地，溶解所述果膠的水為去離子水。果膠溶液現配現用。

優選地，所述果膠溶液中果膠的濃度為3～8g/L。

優選地，氣隙間距設置為2～3mm。

優選地，處理電壓為50-60V。

優選地，處理時間為80～90s。

進一步優選地，步驟(1)中的處理條件為：以空氣為放電介質，氣隙間距設置為2.5mm，處理電壓為50-75V，處理時間為90s。更進一步優選地，處理電壓為50V和75V。

步驟(2)中的透析時間進一步優選為24～25h，水膜為0.4～0.5μm水膜；更進一步優選地，透析時間為24h，水膜為0.45μm水膜。

氣隙間距、處理電壓及處理時間均對果膠的降解效果產生影響，且各條件之間在本發明所選範圍內存在相互協同作用，隨著處理電壓、處理時間的增加，有利於增加降解效果，隨著氣隙間距的減小，有利於增加降解效果。在本發明所選條件下進行果膠降解大大縮短了製備低分子果膠的時間，提高了製備效率，降低了成本

處理電壓及氣隙間距均是本發明降解結果的重要限制因素，本發明對比了實驗組條件：處理電壓為25V，處理時間為40s,氣隙間距為2mm，其他同實施例1，對照組果膠的分子量為490kDa，低介質阻擋放電溫等離子體處理後果膠的分子量降為420kDa。與實施例1相比，處理電壓減小，處理時縮短不在本發明所選範圍內，降解效果大大減弱；本發明還對比了實驗組條件：處理電壓為50V，處理時間為50s,氣隙間距為5mm，其他同實施例1，對照組果膠的分子量為490kDa，低介質阻擋放電溫等離子體處理後果膠的分子量降為410kDa。與實施例1相比，處理間隙增加，降解效果減弱。

對介質阻擋放電低溫等離子體處理後的溶液進行透析20～25h(透析袋規格為21mm MD25，Mw：8000—14000)，每隔一段時間更換一次去離子水，透析完成後過0.3～0.5μm水膜，進行分子量的測定。其中，透析袋的使用方法為：把新透析袋剪成適當長度的小段，用沸水煮五至十分鐘，再用蒸餾水洗淨。不使用的透析膜放入50％乙醇溶液中，密封於4℃保存，接觸透析膜過程中必須佩戴手套。使用時，一端用下沉透析袋夾子夾緊，灌滿水後，用手指適當加壓，檢查不漏後，方可裝入待透析液樣品。樣品裝完後要留出三分之一以上的空間，以防透析過程中，透析的小分子量較大時，袋外的水過量進入袋內將袋漲破。透析時，每隔一段時間更換一次去離子水，必要時為了加快透析速度，除多次更換透析液外，還可使用磁力攪拌器。透析的容器要大一些，可以使用大燒杯、大量筒或塑料桶。透析完成後過0.45μm水膜，進行分子量的測定。

進一步地，對過水膜後的低分子量果膠進行分子量測定，測定方法採用高效液相色譜儀和凝膠色譜柱進行，其中高效液相色譜條件：流動相0.2mol/L的NaCl溶液；流速0.5mL/min；進樣量50μL，柱溫40℃；示差檢測器(RI)溫度40℃。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

本發明的實驗證明，本發明開發了一種高效製備低分子量果膠的方法，實現了製備低分子量果膠的高效性和環境友好性，有利於進一步了解果膠複雜的分子結構和功能作用，促進果膠多糖在食品工業和醫藥領域的應用。

傳統超聲波降解90min，柑橘果膠分子量由原來的630kDa降至230kDa；傳統HHP超高靜水壓處理經250MPa處理30min後，甜菜果膠分子量由未加壓的558kDa降低到444kDa；傳統高速剪切速率24000rpm，剪切時間24h後，果膠分子量由2566.3kDa降至212.7k Da。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。

實施例1

一 果膠溶液的配製(5g/L)

稱取0.3g果膠，加入60ml去離子水，攪拌使其溶解，即得5g/L的果膠溶液，現用現配。

二 介質阻擋放電低溫等離子體處理

實驗組：取上述果膠溶液2mL於反應器中，對該溶液進行介質阻擋放電低溫等離子體處理。實驗條件設定如下：以空氣為放電介質，氣隙間距設置為2.5mm，處理電壓為50V，處理時間為50s。

對照組：取上述果膠溶液2mL不進行低溫等離子體處理，只在室溫中放置50s。

三 果膠多糖分子量測定

(1)透析

經過介質阻擋放電低溫等離子體處理後的溶液以及不作處理的對照組果膠溶液分別進行透析24h，透析完成後過0.45μm水膜，然後進行分子量的測定。

(2)果膠多糖分子量測定

取一系列不同分子量的右旋糖標準品2mg，分別溶於1mL H2O，過0.45μm水膜，-80℃保存備用，利用高效液相色譜儀和凝膠色譜柱測定標品的分子量，製作分子量標準曲線。高效液相色譜條件：流動相0.2mol/L的NaCl溶液；流速0.5mL/min；進樣量50μL，柱溫40℃；示差檢測器(RI)溫度40℃。最後，採用相同的色譜條件檢測樣品的分子量。

結果如下：對照組果膠的分子量為490kDa，低介質阻擋放電溫等離子體處理後果膠的分子量降為350kDa。由此可見，本發明的方法在50V的條件下處理50s時能有效降低果膠的分子量。

實施例2

一 果膠溶液的配製(5g/L)

與實施例1中的一的方法相同。

二 介質阻擋放電低溫等離子體處理

與實施例1中的二的方法基本相同，僅將處理電壓變為75V。

三 果膠多糖分子量測定

與實施例1中的三的方法相同。

結果如下：對照組果膠的分子量為490kDa，介質阻擋放電低溫等離子體處理後果膠的分子量降為120kDa。由此可見，本發明的方法在75V的條件下處理50s時製備低分子量果膠的效果更加明顯。

本實施例同實施例1相比，製備低分子量果膠的效果更好。

實施例3

實驗組條件：處理電壓為50V，處理時間為90s,氣隙間距為2.5mm，其他同實施例1，對照組果膠的分子量為490kDa，低介質阻擋放電溫等離子體處理後果膠的分子量降為67kDa。與實施例1相比，處理時間增加，降解效果增強。

實施例4

實驗組條件：處理電壓為50V，處理時間為50s,氣隙間距為2mm，其他同實施例1，對照組果膠的分子量為490kDa，低介質阻擋放電溫等離子體處理後果膠的分子量降為260kDa。與實施例1相比，處理間隙減小，降解效果增強。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。