马铃薯渣中果胶的超声波-微波协同酸法提取工艺及乳化特性研究

摘要

我国马铃薯主要用于生产淀粉，在此过程中会产生大量的马铃薯渣，其干基中果胶含量可达17％。目前，大量马铃薯渣未得到合理利用，造成严重的环境污染和资源浪费。本研究以马铃薯渣为原料，采用5种酸提取剂（盐酸、硫酸、硝酸、柠檬酸和乙酸）对果胶进行提取，综合考虑得率、结构和乳化特性的差异，筛选出适合的酸提取剂;在此基础上优化超声波-微波协同酸法制备马铃薯果胶的最佳工艺，并分析最佳条件下制备马铃薯果胶的基本成分及结构特性;并研究果胶浓度、油相体积分数和pH值对其乳化特性的影响，旨在为马铃薯渣的综合利用和马铃薯果胶用于食品加工提供理论依据。
　　酸提取剂的种类对马铃薯果胶得率、结构及乳化特性均有一定影响。柠檬酸法制备马铃薯果胶得率(14.34％)最高，乙酸法的得率(4.08％)最低，其他三种无机酸法的得率在8.38％-9.83％。马铃薯果胶以半乳糖醛酸(3190％-39.99％)和半乳糖(49.96％-55.92％)为主要单糖，鼠李半乳糖醛酸聚糖Ⅰ区(RG-Ⅰ)是其主要的结构域（60.77mol％-6554mol％），不同马铃薯果胶RG-Ⅰ区的中性糖侧链分支程度((Gal+Ara)/Rha，23.95-33.34)不同，乙酸法制备果胶的RG-Ⅰ区分支程度最高，盐酸法制备果胶的RG-Ⅰ区分支程度(28.45)次之。酸法制备的马铃薯果胶为低甲氧基果胶且乙酰化度（DM，21.51％-37.45％;DA，9.21％-15.38％）高，乙酸法制备的果胶的甲酯化度和乙酰化度均最高，盐酸法制备的果胶的甲酯化度(DM，28.61％)及乙酰化度(DA，11.92％)次之。马铃薯果胶中蛋白质含量在1.85％-6.97％（干基）。乙酸法制备的马铃薯果胶分子量(3.207×105g/mol)最大，柠檬酸法制备的马铃薯果胶分子量(2.319×105g/mol)最小。盐酸法制备果胶的乳化活性(47.71％)和乳化稳定性(46.00％)均最佳。综合考虑上述结果，筛选盐酸作为较适宜的酸提取剂。
　　利用超声波-微波协同盐酸法制备马铃薯果胶，在单因素实验基础上，料液比固定为1∶20(g/mL)，采用Box-Behnken实验考察提取温度、pH值、时间对果胶得率的影响，最佳工艺参数为温度93℃、pH2.00、提取时间50min，果胶得率为22.86％。最佳条件下制备的马铃薯果胶的单糖组成以半乳糖醛酸(41.78％)和半乳糖(49.38％)为主，RG-Ⅰ区为主要的结构域(61.54mol％)。果胶为低甲氧基果胶(DM，32.58％)，其乙酰化度(DA，17.84％)和蛋白质含量（4.14％，干基）较高，分子量为1.537×105g/mol。果胶的表观结构主要为片层状，微观结构主要为链状。
　　增加果胶浓度（0.5％-3％）会降低新鲜马铃薯果胶乳化液的粒径(D4.3)及乳析指数，增加乳化液的乳化活性、乳化稳定性及zeta电位绝对值，果胶浓度大于2.5％时，乳化液的乳化特性较好。油相体积分数（10％-50％）增加虽使粒径(D4.3)发生增加，但乳化液的乳化活性和稳定性均显著提高，油相体积分数大于40％时，乳化特性较佳。pH由3增加至7时，新鲜乳化液粒径(D4.3)变化不显著，乳化活性、乳化稳定性及zeta电位绝对值均先增加后下降，而乳析指数表现为先下降后增加，pH为5.0时，马铃薯果胶乳化液的乳化特性较好。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 马铃薯渣利用现状

1．1．1 马铃薯淀粉加工业现状

1．1．2 马铃薯渣加工利用现状

1．2 果胶多糖研究进展

1．2．1 果胶结构

1．2．2 果胶提取方法

1．3 果胶乳化特性研究进展

1．3．1 果胶结构对乳化特性的影响

1．3．2 环境因素对乳化特性的影响

1．4 马铃薯果胶研究现状

1．4．1 马铃薯果胶提取方法及结构研究现状

1．4．2 马铃薯果胶性质研究现状

1．5 研究目的及内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

第二章 不同酸提取剂对马铃薯果胶结构及乳化特性的影响

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 材料与试剂

2．2．2 主要仪器和设备

2．2．3 试验方法

2．2．4 数据分析

2．3 结果与分析

2．3．2 不同酸提取剂制备马铃薯果胶的得率比较

2．3．3 酸提取剂种类对马铃薯果胶中性糖和糖醛酸组成的影响

2．3．4 酸提取剂种类对马铃薯果胶分子量分布的影响

2．3．5 酸提取剂种类对马铃薯果胶甲酯化度、乙酰化度和蛋白质含量的影响

2．3．6 不同酸提取剂制备马铃薯果胶的红外图谱

2．3．7 马铃薯渣及马铃薯果胶的扫描电镜图

2．3．8 酸提取剂种类对马铃薯果胶乳化特性的影响

2．4 结论

第三章 超声波-微波协同酸法制备马铃薯果胶工艺优化

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 材料与试剂

3．2．2 主要仪器和设备

3．2．3 试验方法

3．2．4 数据分析

3．3 结果与分析

3．3．1 单因素实验结果分析

3．3．2 Box-Behnken实验结果分析

3．3．3 最佳条件下制备马铃薯果胶的蛋白质、水分和灰分含量

3．3．4 最佳条件下制备马铃薯果胶的中性糖和糖醛酸组成

3．3．5 最佳条件下制备马铃薯果胶的甲酯化度和乙酰化度

3．3．6 最佳条件下制备马铃薯果胶的分子量分布

3．3．7 最佳条件下制备马铃薯果胶的红外谱图

3．3．8 最佳条件下制备马铃薯果胶的1H核磁共振谱图

3．3．9 最佳条件下制备马铃薯果胶的表观结构和微观形貌

3．4 结论

第四章 果胶浓度、油相体积分数及pH对马铃薯果胶乳化特性的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 材料与试剂

4．2．2 主要仪器和设备

4．2．3 试验方法

4．2．4 数据分析

4．3 结果与分析

4．3．1 不同果胶浓度对马铃薯果胶乳化特性的影响

4．3．2 不同油相体积分数对马铃薯果胶乳化特性的影响

4．3．3 不同pH对马铃薯果胶乳化特性的影响

4．4 结论

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

作者简历