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我国柑橘栽培面积居世界第一。在国内柑橘加工中,果皮除少数用于中药和制取香精油外,大部分未加以合理利用,再加上近年来柑橘产量不断增大,部分出现了供大于求的局面,有些柑橘产区丰收后滞销价贱,甚至出现整果大面积腐烂,不仅浪费资源而且造成了环境污染。若将柑橘皮渣或次果经过适当的加工处理,可得到具有很高使用价值的柑橘香精油、天然类胡萝卜素、果胶、黄酮甙(如橙皮甙、柚皮甙)以及半合成衍生物甲基橙皮甙、二氢查尔酮和食用纤维素粉等天然食品添加剂、医药日化原料。既可使废弃的天然有机化学资源得到合理利用,又可大大提高经济价值。
本文以湖南柑橘的精深加工利用为目标,对柑橘属水果作为生产香精油、生物类黄酮和果胶的原料来源及其连续提取分离生产工艺进行了可行性分析研究。主要研究内容如下:
(1)建立了样品中生物类黄酮的分光光度法测定和果胶含量的咔唑显色法测定,这些方法在线性范围内都适用于柑橘皮中生物类黄酮和果胶的含量测定,也可以用于提取物中上述物质含量的分析。对香精油的成分采用GC/MS法分析,发现柠檬烯为香精油中的主成分,约占香精油的80%~92%。
(2)使用水蒸汽蒸馏和压榨法分别提取柑橘香精油,通过对比发现,水蒸汽蒸馏的柑橘油为无色液体,出油率为1.2%~2.1%,增加破碎度和添加NaCl可以提高出油率;利用压榨法生产的香精油,出油率较低,为1.O%~1.6%,但有较佳的气味,其香气更接近于天然鲜橘果香,色泽为淡黄色液体,压榨后的残渣仍可用水蒸汽蒸馏法制取部分橘油。如若使用低成本、低能耗、高效率的工艺路线来提取柑橘香精油,建议采用压榨法进行生产。
(3)作为果胶提取工艺的前—工艺,对生物类黄酮提取工艺进行了研究。对柑橘皮生物类黄酮提取条件进行单因素实验,采用乙醇回流提取工艺对生物类黄酮进行提取,在提取温度为70℃,乙醇浓度为70%下提取三次,每次提取时间为90 min,可以获得对生物类黄酮的84.7%的提取率。
(4)由果胶提取的单因素条件试验和正交设计条件试验得出,提取液酸度是影响果胶得率的主要因素,在提取操作中必须控制提取液的pH值。果胶提取的最优提取条件为:pH l~2的盐酸溶液为提取液,提取温度80℃,提取时间90 min,液/固比20:1,此条件下果胶得率可以达到67.2%。
(5)和批量法相比,在较宽的pH值和液/固比范围内,连续逆流萃取法都维持了较高的果胶提取率,最高达77.6%。造成这种差异的原因可以用传质理论加以解释。连续逆流萃取法能在较宽的pH范围内选取工艺条件,在使用较少提取剂和较小设备的情况下也可获得足够的提取率,从而减少废水处理量和节约生产成本。
(6)在果胶提取液的脱色工艺中,采用双氧水对果胶溶液进行脱色,并讨论了双氧水用量和处理时间对果胶品质的影响。在100 mL提取液中加入3 mL~5 mL30%的双氧水,放置8 h左右效果已非常明显,脱色率达86.3%。双氧水脱色后,果胶提取液的粘度呈稍下降的趋势,24 h以内,粘度变化很小,在48 h时,大多数下降约5%~10%。
(7)30万MWCO(透过分子量)的陶瓷膜可以对果胶提取液进行浓缩与分离,果胶的截留率可超过90%,且浓缩倍数不小于3。橙皮甙等色素小分子完全能透过陶瓷膜,所以果胶进行陶瓷膜浓缩的同时可与其他色素等小分子杂质部分分离,达到果胶部分纯化与脱色的效果,其脱色率(即色素透过率)达49.1%。另外,果胶提取液的超滤性能可以用阻力模型进行很好的解释。
(8)在果胶沉淀工艺中选用乙醇沉淀法析出果胶,对影响沉淀效果的各因素如酸度,果胶液浓度,乙醇浓度和沉淀时间进行了细致的研究,确立了果胶的沉淀工艺条件,并与喷雾干燥法进行了比较。果胶沉淀工艺条件为pH在3.5~4之间;果胶液浓度约为27 mg·mL<,-1>;乙醇浓度约为60%(V/V);沉淀时间为90 min~120 min。