Extraction and properties study of pectin from Jerusalem artichoke residues

Abstract

菊芋系菊科向日葵属多年生草本植物，在我国北方广泛种植。与其他农作物相比，菊芋能够在盐碱地很好地生长并能够抵抗病虫害。菊芋产量高、营养物质丰富，块茎中含12-20%的菊粉和一定量的果胶、蛋白质、纤维素等。目前菊芋主要用于生产菊粉，菊粉生产后产生了大量废渣，菊芋渣通常在经过简单加工后用作饲料或直接当做废弃物。实验表明菊芋渣（干基）中含有约15%的果胶，如能再次利用这些菊芋渣生产果胶，将会大大增加菊芋加工产业的附加值。 果胶是一类天然高分子量的化合物，是细胞壁的重要组成部分，存在于所有陆生植物中。果胶的主链主要是1,4-&alpha;-D-半乳糖醛酸，侧链中还含有大量中性糖，如D-半乳糖、L-鼠李糖和L-阿拉伯糖等。果胶广泛应用于食品行业，常用作增稠剂、乳化剂、稳定剂、凝胶剂等。果胶还常用于医药行业，研究表明果胶具有降血糖、血脂、抗癌等生理活性。目前，商品果胶主要来源于柑橘皮和苹果渣。具体工作内容如下： &middot;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 菊芋块茎经过预处理后获得菊芋渣，对菊芋渣中主要成分的含量进行了分析； &middot;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 对菊芋渣中果胶的提取条件进行了优化，首先研究了不同的提取剂（盐酸、硫酸、亚硫酸、磷酸）对果胶得率的影响，其中磷酸提取效果最佳。在单因素实验结果的基础上，利用响应面法对实验条件进行了优化，得到果胶的最佳提取条件为：温度100℃、pH=1.52、时间63.62min，液料比44.4mL/g，果胶的最高得率为18.76%。 &middot;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 采用三种不同的方式（喷雾干燥、真空干燥、冷冻干燥）对果胶进行了干燥，研究了干燥方式对果胶性质的影响，并与苹果果胶进行了对比。Ⅰ.红外光谱表明，干燥方式对果胶结构没有显著影响；Ⅱ.抗氧化实验表明，果胶对自由基的清除率表现出剂量依赖性，果胶浓度越高，清除能力越强。喷雾干燥＞真空干燥＞冷冻干燥，这可能与半乳糖醛酸的含量有关；Ⅲ.不同干燥方式果胶的溶解度为：喷雾干燥＞真空干燥＞苹果果胶＞冷冻干燥 ；Ⅳ.菊芋果胶的酯化度为55.96%，为高酯果胶；干燥方式对菊芋果胶的收率、酯化度没有显著影响；干燥方式对果胶的半乳糖醛酸含量、水分、灰分具有显著影响。 &middot;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 对果胶的流变学性质研究发现：Ⅰ.果胶浓度的升高可以提高溶液的粘度，苹果果胶溶液的粘度要大于菊芋果胶溶液；Ⅱ.两种果胶溶液的粘度均受温度的影响，温度越高粘度越低，当温度达到100℃时，溶液逐渐趋向于牛顿流体；Ⅲ.pH对两种果胶溶液粘度的影响规律大体一致，在弱酸条件下果胶溶液的表观粘度较大，当溶液过酸或过碱时，表观粘度均出现不同程度的下降; Ⅳ.蔗糖的加入能够提高果胶溶液的表观粘度，且粘度与蔗糖浓度呈正比; Ⅴ.钙离子对果胶溶液粘度的影响较弱，果胶溶液的粘度随着钙离子浓度的增大而增大。<br /