马铃薯渣中提取果胶生产技术研究

童　丹，韩黎明，党雄英

(甘肃中医药大学定西校区/定西师范高等专科学校，甘肃 定西 743000)



马铃薯渣中提取果胶生产技术研究

童丹，韩黎明，党雄英

(甘肃中医药大学定西校区/定西师范高等专科学校，甘肃 定西 743000)

马铃薯渣是提取果胶良好的原料，提取果胶是马铃薯渣资源化利用的有效途径。马铃薯渣提取果胶，工业化生产目前主要采用沸水抽提法、酸水解法、离子交换树脂法、微生物提取法、微波提取法、超声波提取法等提取方法。沉析方法主要是直接浓缩法、乙醇沉淀法和盐析法等。本文综述了马铃薯渣提取果胶主要途径、生产技术及国内外研究现状，分析了相关发明专利技术，为开展相关研究提供参考借鉴。

马铃薯渣；资源化利用；果胶；研究现状；生产工艺

果胶(pectin)是一类亲水性植物胶，天然果胶以原果胶、果胶、果胶酸的形式广泛存在于植物细胞间质中。果胶主要由α-1，4-糖苷键联结而成的半乳糖醛酸与鼠李糖、阿拉伯糖和半乳糖等其他中性糖相联结的聚合物，其主要成分为D-半乳糖醛酸(D-Galacturonic acid)。果胶具有良好的乳化、增稠、稳定和凝胶作用，在食品、纺织、印染、烟草、冶金等领域得到了广泛应用。食品中常用于食品包装膜、添加剂，如做增稠剂、凝胶剂、稳定剂、代脂剂、乳化剂、组织改良剂等。在医药和化妆品行业应用呈现递增趋势，由于果胶具有抗菌、止血、消肿、解毒、降血糖血脂、抗辐射等作用，是一种优良的药物制剂基质；同时，果胶是铅、汞和钴等金属中毒的良好解毒剂和预防剂，果胶和果胶的铝盐可抑制肠道对胆固醇和三酸甘油酯的吸收，可用作动脉硬化等心血管疾病的辅助治疗。同时可用于化妆品，具有护肤，防止紫外线，治疗创口，美容养颜等作用。

全世界果胶的年需求量近2万t。据有关专家预计，果胶的需求量在相当时间内仍将以每年15%的速度增长，果胶的主要生产国是丹麦、英国、法国、以色列、美国等，亚洲国家产量极少。我国每年消耗果胶约1 500 t以上，进口占80%，对果胶的需求量呈高速增长趋势，但商品果胶的来源非常有限。马铃薯渣是马铃薯加工淀粉的副产物，利用程度低且极易造成环境污染。薯渣中含有较高质量分数的果胶(potato pulp pectin，PPP)，约占干基的15%～30%，其果胶乙酰化程度高、分子量低、分支度低，同时马铃薯渣产量大，具有实用性，将马铃薯渣作为生产果胶的原料，不仅增加马铃薯加工的附加值，也丰富了果胶生产的原料来源。

1　果胶的提取方法

果胶通常从植物果皮中提取，原果胶是不溶于水的物质，在植物成熟过程中，原果胶在果胶酶(pectase)的作用下逐渐分解为可溶性果胶，最后分解为不溶于水的果胶酸。在生产果胶时，原料经酸、碱或酶处理，在一定的温度条件下分解，形成可溶性果胶。果胶的提取即是不溶性果胶转为可溶性果胶和可溶性果胶向液相转移的过程。工艺条件不同，果胶的得率及性质均会有差异。马铃薯渣提取果胶，工业化生产目前主要采用沸水抽提法、酸水解法、离子交换树脂法、微生物提取法、微波提取法、超声波提取法等提取方法。沉析方法主要是直接浓缩法、乙醇沉淀法和盐析法等,干燥方法主要为常温干燥、真空干燥和喷雾干燥等,以盐析法和酸解乙醇沉淀法最为常用。

目前，国内外对马铃薯果胶提取工艺的研究报道很少，且大多不成熟,研究方向主要集中在提取方法的结合和工艺的优化。目前未见对提取果胶安全性进行评价的报道。

1.1酶法提取

Meyer等对从马铃薯渣中提取果胶进行了研究，采用复合多糖酶(Viscozyme L)对果胶进行了增溶处理，并通过响应面对提取过程进行了优化，提取过程为薯渣→α-淀粉酶处理(95 ℃，pH 6，30 min)→蛋白酶处理(60 ℃，pH 7.5，30 min)→α-葡萄糖苷酶处理(95 ℃，pH 6，30 min)→弃去上清液，复合多糖酶处理(52.5 ℃，pH 3.5，1 h)→果胶(上清液)。通过分子大小和单体分析，发现酶促反应提取物富含半乳糖和糖醛酸，表明这些可溶特性的纤维主要由支链为半乳聚糖的I型鼠李聚糖半乳糖醛酸(RG-I)。

Ravn等研究了马铃薯收获时间对酶法从薯渣中提取可溶性多糖的影响。对2011年不同时段提取的7个多糖样品进行分析，发现多糖提取率和样品的半乳聚糖含量随着月份增加逐渐增加。这种酶法提取的可溶性多糖为益生菌促生因子(双歧因子)，说明后期淀粉生产形成的薯渣能提取到更多的双歧因子，提取方法：①酶法增容处理。1%(W/V)底物(排除淀粉)、1%(W/W)(E/S)聚半乳糖醛酸酶、1%(W/W)果胶酶60 ℃反应1 min，用100 mM柠檬酸调pH至6.0；②沉淀。弃去不溶物，溶解物用70%异丙醇沉淀；③离心。通过离心收集沉淀；④超滤(10 KDa)。用100 mM醋酸钠(pH 6.0)清洗沉淀3次，弃去上清液。

高金波等用双酶法逐步水解马铃薯渣中的残留淀粉，解决马铃薯渣提取果胶中性糖残留问题，提高果胶纯度。结果表明，耐高温a-淀粉酶和高转化率糖化酶组合使用可有效水解马铃薯渣中的残留淀粉，其最优工艺条件为：液化时耐高温a-淀粉酶的最适条件为pH为6.3，液化温度95 ℃，加酶量90 u/g，液化时间30 min；高转化率糖化酶的最适条件为pH 4.3，液化温度60 ℃，加酶量198 u/g，糖化时间2 h。在最适条件下，最终后续产品果胶的纯度上升至80%以上。

李智广等报道了酶法处理提取马铃薯渣果胶的专利技术。工艺流程为：马铃薯渣预处理→调pH→酶解→过滤→沉析→调pH→离心分离→洗涤→干燥→产品。该专利方法制得果胶的纯度高、得率高、无铝残留，大分子碳水化合物含量低。

1.2超声波辅助法

杨希娟等采用超声波辅助方法提取马铃薯渣中的果胶。分别采用五因素二次回归正交旋转组合设计、单因素和正交试验对影响果胶得率的各因素进行优化，建立各因素与果胶得率关系的数学模型，并进行响应面分析。得到马铃薯渣果胶最适提取条件为：超声功率400 W，提取温度70 ℃，提取时间45 min，料液比(g/mL)1∶20，pH为1.6。与传统酸法相比，超声波因具有空化效应、机械震动及热效应等作用，促进了果胶在溶剂中的扩散释放，从而强化了果胶的提取效果。最佳条件下，马铃薯渣果胶得率达15.76%，产品主要成分各项指标均达到国标和行业标准的要求。

1.3微波辅助法

张春芝等研究马铃薯粉渣微波辅助提取果胶工艺，优化的提取条件为：液料比15∶1，提取pH为2，微波加热时间为5 min，微波功率400 W，硫酸铝用量7 mL，果胶提取率为18.5%，比传统提取方法时间缩短、产率提高、大量节约溶剂。

1.4超声波辅助盐析法

毛丽娟等利用超声波辅助盐析法提取马铃薯渣果胶。盐析法提取的最佳条件为酸解温度90 ℃，酸解时间1.5 h，盐析pH 5，硫酸铝用量15%，果胶得率为13.69%，而用超声波处理的最佳条件为：超声波处理酸解时间40 min，功率100 W，酸解温度70 ℃，果胶得率为18.21%，较普通盐析法高4.52%。

1.5萃取法

郑燕玉等在微波条件下，用稀硫酸溶液萃取、硫酸铝沉淀提取马铃薯渣果胶，通过单因素实验确定最佳工艺条件为：液料比15 mL/g、微波功率595 W、加热时间6 min、提取液pH 2.0、饱和硫酸铝用量4.0 mL、盐析pH 5.0、脱盐液用量200.0 mL、脱盐时间40 min。在此条件下，果胶产率为25.0%。

张应桂、陈改荣等采用水溶液萃取、硫酸铝沉淀提取马铃薯渣果胶的方法，探讨萃取温度、萃取时间、萃取液量、pH以及硫酸铝用量对果胶产量的影响，获得的适宜条件是一定量的马铃薯渣置于15倍萃取液中，加热至90 ℃并恒温搅拌1 h，萃取液过滤后，加入原料量20%的硫酸铝沉淀果胶。

包焕升报道了从马铃薯粉渣中提取低酯果胶的专利方法。工艺流程为：马铃薯渣→微碱性溶液常温脱色→浓酸液脱钙→碱液萃取果胶→铝盐或铁盐沉淀果胶→酸性醇或草酸除盐→乙醇溶液洗涤→产品。该法工艺流程简单，能耗低，产品中半乳糖醛酸含量高，具有较低粘度，适合制造高浓度果胶饮料，用于保健目的。

1.6其他方法

洪雁等将马铃薯渣分别采用水法、酸法、酸法结合微波法提取，再采用饱和硫酸铝沉析的方法提取马铃薯渣果胶。

廖原等对果胶酸抽提制备方法进行了改进，采用柠檬酸抽提，超滤法浓缩和喷雾干燥得到果胶产品。以果胶产率为指标，确定了最佳工艺条件：pH 2，提取温度90 ℃，提取时间60 min，果胶的提取率达17.9%，含量达到了61%。整个工艺简单，条件温和，生产成本低，产率高，可操作性强，易于工业化生产。

廖原等公开了一种从马铃薯废渣中提取果胶的专利方法。工艺流程为：①提取反应。将马铃薯废渣与水混合，加入反应器中，柠檬酸调节pH至2～2.5，加热至沸腾，搅拌反应40～50 min后过滤，收集滤液；②超滤浓缩精制。用泵将滤液泵入盒式平板超滤膜中进行精制，控制进液压力0.13～014 MPa，回流压力0.06～0.07 MPa，收集流出的精制液；③喷雾干燥。将精制液用喷雾干燥法提取果胶，喷雾干燥进风口温度180～200 ℃，得到固体果胶产物。该法不需要特殊的提取设备，投资少，工艺简单。

黄丹枫等公开了一种从马铃薯废渣中提取果胶的专利方法。①将马铃薯渣与相当于废渣重量3%～5%的竹炭粉、5～8%的凹凸棒土、水混合，接种乳酸菌，控制温度不超过45 ℃，发酵2～3 d后，磨浆，混合磨浆，加热沸腾10～15 min后，冷却至60～70 ℃保温2～3 h；②在浆液中加入相当于浆液重量2%～3%的氯化钠，搅拌15～25 min；③过滤浆液，得到滤渣，滤液备用；④滤渣继续与水混合，用柠檬酸调节pH为2～2.5，加热至沸腾搅拌反应40～50 min后过滤，收集滤液；⑤合并滤液，将滤液泵入超滤膜中进行精制，收集流出的精制液；将精制液用喷雾干燥法提取果胶，喷雾干燥进风口温度为180～200 ℃，得到固体果胶产物。该发明通过在发酵环节中增加竹炭粉、凹凸棒土混合，有利于废渣的解构和果胶析出，提高果胶得率。采用滤渣二次提取，提高了果胶得率。

梅新等报道了以马铃薯渣为原料同时制备富含生物蛋白的膳食纤维和果胶的工艺方法。采用双螺旋挤压机对新鲜的马铃薯渣进行挤压膨化处理、胶体磨精磨处理、超声破碎和酸化水解处理、复合淀粉酶酶解处理和复合酵母菌发酵培养处理，对发酵液经离心，收集沉淀干燥得富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维，上清液经超滤浓缩，干燥得果胶。本发明充分利用了马铃薯渣中淀粉资源，在制备得到富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维的同时，也得到了马铃薯果胶。利用复合生物工程技术从马铃薯薯渣提取果胶，提高产品附加值。

2　果胶的性能

Turquois等在不同条件下提取果胶，并对其凝胶性能进行了研究，发现当有Ca2+存在时有高的凝胶能力,同时发现了可通过结构改性来提高其凝胶力。

Meyer等对提取物的生理效应和食品功能特性进行了研究，用老鼠做动物实验，发现这种可溶性的提取物比复合多糖酶处理前的样品、复合多糖酶处理后的不溶性残渣以及作为空白对照的结晶纤维素都具有更好的降低体重作用。

洪雁等将提取的果胶，从其外观、pH、黏度、干燥失重、灰分、盐酸不溶物、酯化度、总半乳糖醛酸含量和凝胶强度等方面比较3种工艺提取的果胶和橘皮果胶的异同点。结果发现酸法和酸法加微波法提取的果胶为低酯果胶，而水法提取的高酯果胶。3种工艺提取出的马铃薯果胶产品的凝胶强度都相对较低，室温下黏度较橘皮果胶低；HPGFC测得其果胶的峰值分子质量在41 000 D左右。

万建华等采用阴离子交换柱分离，交联葡聚糖凝胶柱纯化，气相色谱、高效凝胶色谱、紫外扫描和红外光谱、高碘酸氧化和Smith降解等方法，对马铃薯渣果胶多糖的一级结构进行了研究。发现马铃薯渣果胶多糖由酸性糖和中性糖组成，其中大部分为酸性糖，酸性糖分子量为41 161 Da，其中不含蛋白、肽链和核酸，既有五碳糖也有六碳糖，既有吡喃糖又有呋喃糖，其结构分枝很少，既有α-糖苷键又有β-糖苷键，戊糖以1→2或1→4位键合，己糖则以1→4或1→3位键合。因此，马铃薯渣果胶多糖是一种结构复杂的以糖醛酸为主的酸性杂多糖。

3　小结

果胶具有良好的乳化、增稠、稳定和凝胶作用，是优良的食品添加剂和药物制剂基质，需求量逐年递增。我国年果胶消耗量大，大多依靠进口，且需求量与世界平均水平相比呈高速增长趋势。国产果胶因价廉优势倍受青睐，因此大力开发果胶资源，生产优质果胶，满足国内外市场需求突显其紧迫性。马铃薯渣中含有较高质量分数的果胶，将马铃薯渣作为生产果胶的原料，不仅增加马铃薯加工的附加值，也丰富了果胶生产的原料来源。

国内马铃薯渣果胶提取研究产生了一定成果，取得了一定进展，但创新性技术不高，均没有产业化的报道，有关马铃薯渣资源化利用及马铃渣果胶提取技术研究还需要进一步加强。努力提高马铃薯渣综合利用率，有效克服马铃薯渣再加工利用之毒素富集、二次污染、技术推广难等问题，既能解决马铃薯淀粉生产废料处理，使企业增效环保，实现马铃薯渣资源化利用产业化，是马铃薯渣资源化利用中应该重点思考与解决的问题。

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A Technical Study on the Extraction from Potato Residue

TONG Dan, HAN Li-ming, DANG Xiong-ying

(DingxiCampusofGansuUniversityofChineseMedicine,DingxiTeachers'College,DingxiGansu743000China)

Potato residue is a good raw material to extract the pectin, which is a good way to utilize the potato residue resourcefully. At present, industrial production about extracting pectin mainly use methods of the hot water extraction, acid hydrolyzation, ion-exchange resin, microorganism extraction, microwave extraction, ultrasonication extraction, ect. Precipitations are mainly the methods of direct concentration, ethyl alcohol precipitation and salt fractionation. The paper reviews the main approaches to extract pectin out of the potato residue, manufacturing techniques and the research status at home and abroad. It also analyzes the relevant patents and provides some references for related research.

Potato residue; resourceful utilization; pectin; research status; manufacturing techniques

2016-03-24

甘肃省高等学校研究生导师项目(121901)。

童丹(1975-)，女，甘肃会宁人，硕士，副教授，主要从事分析化学及马铃薯质量检测工作。E-mail: Tongdan1204@163.com。

S 816.34

A

1004-6704(2016)05-0030-04