亚临界水法提取果渣果胶及其品质研究

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近年来,随着我国果汁产业的发展,果渣的资源化利用成为限制产业发展的一个重要方面。果胶作为果渣的重要组分,用途广泛,是解决果渣资源化利用的有效途径之一。目前,酸法提取是商业化果胶生产的主要方式,但其在果胶提取的同时,却对环境造成了严重的危害。亚临界水法仅以水为提取介质,不添加任何化学试剂,是一种清洁的提取方法。本研究尝试采用亚临界水法制备果渣果胶,建立亚临界水法提取果渣果胶的工艺路线,采用响应面法优化苹果渣果胶的最优提取工艺条件,并对最优工艺条件下提取的苹果渣果胶品质进行全面分析,同时研究了不同亚临界条件及果渣原料对果胶品质的影响规律,具体结果如下:1.苹果渣果胶提取工艺的建立及优化:建立了亚临界水法制备果渣果胶的工艺路线,采用响应面法得到最优提取工艺参数,提取温度为138.8℃,提取时间为5.25min,提取料液比为1:13.95。在优化条件下,苹果渣果胶的理论提取得率为17.76%,验证试验结果为17.55%,经统计学分析,理论值与实测值差异不显著(P>0.05),优化模型准确性较好。2.苹果渣果胶品质分析:优化工艺条件下,亚临界水法提取的苹果渣果胶的半乳糖醛酸含量为48.20%,酯化度为60.23%,相对于商品果胶,较高的提取温度使其中性糖和灰分含量较高,而半乳糖醛酸、蛋白质含量、分子量和酯化度则相对较低;由于相似的化学构成,苹果渣果胶的FTIR特征光谱与商品果胶高度相似,均具有果胶多糖典型的特征吸收峰;在DSC热学特征曲线中,较低的半乳糖醛酸含量及酯化度导致苹果渣果胶吸热转变温度和热焓值均低于商品果胶;苹果渣果胶溶液为非牛顿假塑性流体,相对较低的分子量使其表现出较强的剪切变稀特性,同时在动态频率扫描过程中,随着扫描频率的升高,苹果渣果胶溶液的储能模量(G′)逐渐大于损耗模量(G″),弹性在流体粘弹性中占主导地位;凝胶特性结果表明,苹果渣果胶的凝胶特性显著优于其粘度特性,其更适于作为一种凝胶剂,而非增稠剂;较小的分子量和酯化度,以及良好的溶解性等特殊理化特性,使得苹果渣果胶在清除DPPH和ABTS自由基,诱导Caco-2细胞凋亡,抑制HT-29细胞增殖等相关生物活性方面显著优于商品果胶,同时作为一种天然多糖物质,其食用安全,可广泛应用于食品和制药等行业。3.不同条件亚临界水制备苹果渣果胶(APP)与柑橘皮果胶(CPP)品质比较:在亚临界水法提取温度范围内,CPP和APP的提取得率分别达到19.21~21.95%和10.05~16.88%,优于传统果胶提取方法,同时亚临界水的提取温度对两种来源的果胶品质具有显著影响;APP果胶纯度随提取温度的升高而下降,其较低的半乳糖醛酸及较高的中性糖含量,主要由于部分纤维素和半纤维素降解混入所造成,而CPP中,由于原料较高的有机酸含量,未出现该现象,同时当提取温度为120℃时,CPP品质最优;FTIR特征光谱显示CPP和APP具有类似的化学构成;DSC结果显示,样品吸热特性与提取温度有较好的相关性,而放热特性则和样品的化学构成及来源有关;由于多糖分子的无规则卷曲,CPP和APP溶液均表现出显著的剪切变稀的特性,同时相对较低的分子量,使流体的粘弹性中弹性占主导地位(G′> G′′);样品的凝胶特性受果胶分子量及酯化度等理化性质的影响显著,相较于APP,CPP表现出较好的凝胶特性;同时较低的分子量和特殊的中性糖构成等理化特性,使CPP和APP表现出较强的生物活性,其DPPH和ABTS自由基清除率分别达到60%和80%以上,对结肠癌细胞Caco-2细胞有明显的诱导细胞凋亡的作用,同时对结肠癌细胞HT-29的最高增殖抑制率分别达到76.45%和45.23%。
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