高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯制备柑橘皮低酯果胶

王曾文，曾 真，王为国

(1.湖北省武昌实验中学，湖北 武汉 430060；2.武汉工程大学 机电工程学院，湖北 武汉 430205； 3.武汉工程大学 化工与制药学院，湖北 武汉 430205)

果胶是植物中的一种酸性多糖物质，果胶多糖的主要成分为半乳糖醛酸，果胶多糖的半乳糖醛酸分子上的羧基通常会部分甲酯化,被甲基酯化的半乳糖醛酸占半乳糖醛酸总数的比值即为甲基化度(DM)。按照酯化度不同，通常把DM>50%(甲氧基含量>7%)的果胶称为高酯果胶(HMP)，把DM<50%(甲氧基含量<7%)的果胶称为低酯果胶(LMP)。高酯果胶制备方法是将在植物体中的水不溶性果胶原分解为水溶性果胶，并从固体中溶出，再把溶出的高酯果胶从液体中分离出来。果胶的提取方法主要有沸水抽提法、酸提取法、离子交换树脂法、草酸铵提取法、微波提取法、超声波提取法、酶法等[1]。低酯果胶可以通过酸法、碱法、酶法对含果胶的新鲜原料或成品高酯果胶脱酯得到[2]。柑橘皮是我国生产果胶的主要原料，柑橘皮干粉中果胶一般为HMP，含量大约为10%～30%。本文以柑橘皮干粉为原料，采用酸法浸取-盐析法沉淀-碱溶脱酯-醇酸脱盐制备低酯果胶(LMP)的过程进行研究，实验验证高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯的可行性，为该工艺在商业生产中的应用提供参考依据。

1 材料与仪器

1.1 实验原料

干柑橘皮：来源于湖北宜昌地区，干柑橘皮置于60℃的真空恒温干燥箱中干燥48h，然后粉碎过100目筛备用。

1.2 实验试剂

乙醇(AR，95%)，硫酸(GR)，D-半乳糖醛酸(Sigma)，盐酸(36%～38%)、十八水硫酸铝、浓氨水(25%～28%)、氢氧化钠、硫酸、酚酞、溴化钾，均为市售分析纯。

1.3 主要仪器和设备

DZF-6020-T台式真空干燥箱(上海丙林电子科技有限公司 )；QE-200高速万能粉粹机(浙江屹立工贸有限公司)；SHB-D(Ⅲ)循环水式多用真空泵(河南省予华仪器有限公司)；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(郑州长城科工贸有限公司)；KS50R台式高速冷冻离心机(盐城凯特实验仪器设备有限公司)；HN-12P酸度计(上海越磁电子有限公司)；722可见分光光度计(上海菁华仪器有限公司)。

2 制备低酯果胶的实验过程与结果

以柑橘皮为原料制备果胶的过程被广泛研究，本文目的是验证高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯的可行性，因此，其它实验条件是综合文献[2-8]的基础上确定的。

2.1 酸浸

将pH值=1.5的350 mL稀盐酸水加入500 mL烧瓶中，加热到80℃。再将10.0 g 干柑橘皮粉的加入烧瓶中，恒温搅拌1 h后，停止加热，用10%氢氧化钠调节提取液的pH值≈3。趁热用200目尼龙网滤袋袋滤，并压榨滤渣得果胶粗提取液。用离心法分出粗提取液的少量残渣得果胶澄清提取液约300 mL。

2.2 盐析

将pH值≈3的果胶澄清提取液(约300 mL)加入500 mL 烧杯中，搅拌，待提取液冷却至接近室温加入30%的硫酸铝溶液，再用10%氢氧化钠调节溶液的设定pH值。静置1h后，用200目尼龙网自然过滤(不挤压)、沥干得高酯果胶铝盐析物。当30%的硫酸铝溶液用量30 mL，盐析pH值为5时，高酯果胶铝盐析物(包括水)约120 g。

2.3 脱酯

将高酯果胶铝盐析物(约120 g)置入500 mL 三口烧瓶中，控温25℃。在搅拌状态下，滴入10%氢氧化钠调节体系的pH值分别为9.0、10.0和11.0，搅拌一定时后，滴入盐酸调调节溶液的pH值≈5得低酯果胶铝盐析物。

2.4 脱铝

在搅拌状态下，将含3%氯化氢的90%乙醇溶液300 mL缓慢流加到pH值≈5的低酯果胶铝盐析物(流加时间约10min)，加完后，静置30min，再用200目尼龙网自然过滤(不挤压)、沥干得低酯果胶初脱盐物(约60 g)。用95%乙醇50 mL洗涤低酯果胶初脱盐物6次，每次洗涤均搅拌10min，静置10min，用200目尼龙网自然过滤(不挤压)、沥干。脱盐完成后得含乙醇低酯果胶(约30 g)。

2.5 干燥

将脱盐完成后的含乙醇低酯果胶(约30 g)压榨至含乙醇约80%的低酯果胶，再粉碎至1～3 mm 后 置于60℃的真空恒温干燥箱中干燥24h得低酯果胶产品。

2.6 产品分析

采用滴定法测定低酯果胶的甲基化度，采用咔唑硫酸法测定低酯果胶的半乳糖醛酸含量[8]。

3 高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯的实验结果

本文提出以柑橘皮干粉为原料，采用酸法浸取-盐析法沉淀-碱溶脱酯-醇酸脱盐制备低酯果胶，高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯是过程实现关键。

3.1 高酯果胶铝盐析物制备条件

图1 盐析pH值对低酯果胶质量收率的影响Fig.1 Effect of salting out pH on the yield of low methoxy pectin

图1为盐析pH值对低酯果胶质量收率的影响，获得此图的其它条件为30%的硫酸铝溶液用量30 mL，高酯果胶铝盐析物在pH值9.0溶液中脱酯30min。由图1可见，pH值在4.5到5.5间低酯果胶质量收率最高，主要原因为：pH值等于5时，铝离子在水溶液中主要以[Al(OH)(H2O)5]2+的形式存在[12]，[Al(OH)(H2O)5]2+与果胶分子上羧酸根离子进行反应生成果胶铝盐析物沉淀，使果胶从提取液中分离出。pH值过小，果胶分子上羧酸不能完全电离，pH值过大，铝离子在水溶液中形式发生了变化，均减弱铝离子与果胶分子上羧酸结合能力。

图2 硫酸铝的用量对低酯质量收率的影响Fig. 2 Effect of aluminum sulfate on the yield of low methoxy pectin

图2为硫酸铝的用量对低酯果胶质量收率的影响，获得此图的其它条件为盐析pH值≈5，高酯果胶铝盐析物在pH值9.0溶液中脱酯30min。由图2可见，30%硫酸铝的用量30%的硫酸铝溶液超过30 mL，低酯果胶质量收率增加不明显，表明此时提取液中高酯果酯果胶沉淀已基本完全。

3.2 高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯条件

由图3～5分别表示，高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯，溶液碱性及脱酯时间对低酯果胶质量产品收率、低酯果胶产品酯化度与低酯果胶产品半乳糖醛酸含量的影响。获得3、4与5的其它条件为高酯果胶盐析时，30%的硫酸铝溶液用量30 mL，盐析pH值≈5。由图3～5可见，随着脱酯溶液pH值增大及脱酯时间的延长，低酯果胶产品的质量收率、酯化度与半乳糖醛酸含量均有不同程度降低。因此，可根据产品要求，确定高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯条件。从获得低酯果胶产品角度出法，高酯果胶铝盐析物在pH值9.0溶液中脱酯30min是的较为适宜条件，此时，低酯果胶的质量收率为8.43%，果胶产品中酯化度与半乳糖醛酸含量分别为40.5%和82.5%。

图3 溶液碱性及脱酯时间对低酯果胶质量收率的影响Fig.3 Effect of solution alkaline and de-esterification time on the yield of low methoxy pectin

图4 溶液碱性及脱酯时间对酯化度的影响Fig.4 Effect of solution alkaline and de-esterification time on the degree of esterification

图5 溶液碱性及脱酯时间对半乳糖醛酸含量的影响Fig.5 Effect of solution alkaline and de-esterification time on the content of galacturonic acid

高酯果胶铝盐析物能够直接碱溶脱酯原因为，pH值大于8时，铝离子在水溶液中主要以[Al(OH)4(H2O)2]-沉淀的形式存在[12]，[Al(OH)4(H2O)2]-不能与果胶分子上羧酸根离子进行反应，因此，pH值大于8时，果胶铝盐析物分解为[Al(OH)4(H2O)2]-沉淀与果胶，高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯与高酯果胶水溶后碱法脱酯的本质是相同的。

4 结论

(1)本文对以柑橘皮为原料，采用酸法浸取-盐析法沉淀-碱溶脱酯-醇酸脱盐制备低酯果胶的过程进行研究，实验表明，高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯是可行。高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯方法，它与高酯果胶水溶后碱法脱酯相比，缩短低酯果胶制备流程，它与果胶提取液直接碱法脱酯相比，减少脱酯过程的物料处理量。

(2)实验表明，高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯，随着脱酯溶液pH增大及脱酯时间的延长，低酯果胶产品的酯化度、质量收率与半乳糖醛酸含量均有不同程度降低。高酯果胶铝盐析物在pH值=9.0溶液中脱酯30min，低酯果胶质量收率为8.43%(以干柑橘皮为基准)，成品低酯果胶中的酯化度与半乳糖醛酸含量分别为40.5%和82.5%。

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(本文文献格式：王曾文，曾真，王为国.高酯果胶铝盐析物直接碱溶脱酯制备柑橘皮低酯果胶[J].山东化工,2018,47(7):36-38.)