一种决明子胶的提取工艺及决明子胶和应用

技术领域

本申请涉及植物胶加工技术领域，更具体地说，它涉及一种决明子胶的提取工艺及决明子胶和应用。

背景技术

决明子胶是以决明植物的种子胚乳为原料，用化学萃取的方法加工而成的一种亲水性的水溶性胶体。决明子胶与瓜尔豆胶、刺云豆胶、刺槐豆胶结构类似，主要含半乳甘露聚糖，即包含甘露糖线性主链和半乳糖侧链的聚合物。由于其具有很好的增稠效果，因此广泛用于食品、医药以及化工等领域。

决明子胶主要存在于决明子的胚乳中，其制备方法一般是将决明子脱皮后，得到胚乳，然后将胚乳经过粉碎、提取后，得到决明子胶。由于决明子胶的主要成分是多糖，因此可以采用其它多糖的提取方法对其进行提取，常见的提取方法有水提醇沉法、酸碱液浸提法、酶解法、超声波辅助提取法以及微波辅助提取法等。为了提高多糖的纯度，在提取后通常还会对提取物进行提纯处理，以去除其中的无机盐、脂质、蛋白质、色素等杂质。

但是由于目前的决明子胶存在溶解温度高、耐盐性差等问题，仍然限制了其应用范围。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供一种决明子胶的提取工艺及决明子胶和应用。

第一方面，本申请提供一种决明子胶的提取工艺，采用如下的技术方案：

一种决明子胶的提取工艺，包括如下步骤：

S1、将决明子经过脱皮、粉碎后，得到得到决明子胚乳粉；

S2、将决明子胚乳粉经过挤压膨化处理后，得到预处理决明子胚乳粉；

S3、将预处理决明子胚乳粉提取后，得到决明子粗胶；

S4、将决明子粗胶经过羟丙基化改性处理后，得到决明子胶。

决明子是豆科植物决明或小决明的干燥成熟种子，在其粉碎后会有强烈的豆腥味，影响口感；通过采用上述技术方案，本申请通过对粉碎后的决明子粉经过挤压膨胀处理，不仅可以破坏决明子的结构，提高多糖的提取率；而且高温挤压的过程中，可以去除其豆腥味，从而改善其口感。

由于提取的决明子粗胶中除了含有多糖外，还含有较多的蛋白质等杂质，为了提高决明子多糖的纯度，通常会对提取物进行提纯处理；常见的去除蛋白质的方法有Sevage法、三氯乙酸法以及酶解法等，Sevage法虽然对多糖的破坏小，但是脱蛋白效率较低；而三氯乙酸法虽然脱蛋白效率高，但是会引起多糖的降解，对多糖的破坏大；而酶解法虽然对多糖的破坏小、脱蛋白效率高，但是其对操作的要求比较严格。因此，在增加了提纯工序后，仍然会存在一些难以解决的问题。

本申请通过挤压膨化处理后，可以去除其中部分的脂质、蛋白质等杂质，而后提取得到的决明子粗胶主要为多糖，以及少量脂质和蛋白质，不需要再经过额外的提纯处理，可直接进行羟丙基化改性处理，经过羟丙基化处理的决明子胶减少了氢键的形成，降低了在亲水性表面的吸附；增大了其在水中的溶解度，可以提高其冷水溶解性以及耐盐性。

优选的，所述S2中挤压膨化处理包括如下步骤：将决明子胚乳粉与无水乙醇混合均匀，在60-70℃的温度下保温1-2h后，得到混合物；将混合物投入挤压膨化机中，经过挤压膨化，得到膨化物，将膨化物经过粉碎后，得到预处理决明子胚乳粉。

通过采用上述技术方案，在挤压膨化之前，将决明子胚乳粉与无水乙醇进行混合，使得决明子胚乳粉在无水乙醇中溶胀，一方面无水乙醇可以作为膨化剂，便于决明子胚乳粉膨化，加速其结构的破坏；另一方面无水乙醇的加入可以去除部分决明子胚乳粉中的色素、脂质等杂质，经过螺杆的挤压摩擦，可以加速杂质的去除。

优选的，所述S2中挤压膨化的工艺参数为：机筒加热温度分别为70-80℃、100-110℃、130-135℃，螺杆转速为150-250r/min，模孔直径为6-10mm，进料速度为60-100kg/h。

通过采用上述技术方案，经过高温挤压的过程中，可以去除决明子胶的豆腥味，从而改善其口感。

优选的，所述S3中的提取包括如下步骤：将预处理决明子胚乳粉置于水中，在75-85℃的温度下浸提2-4h，离心后，得到上清液；将滤渣重复上述操作再次浸提，合并两次得到的上清液；经所述上清液浓缩后，加入无水乙醇，离心后收集沉淀物，将沉淀物经过洗涤、干燥后，得到决明子粗胶。

通过采用上述技术方案，决明子粗胶可采用多种方法进行提取，例如水提醇沉法、酸碱液浸提法、酶解法、超声波辅助提取法以及微波辅助提取法等，本申请优选采用水提醇沉的方法提取决明子粗胶，其具有提取方法简单、易于操作的优点。

优选的，所述S4中羟丙基化改性处理包括如下步骤：向异丙醇的水溶液中加入决明子粗胶，然后加入碱液碱化后，再加入决明子粗胶重量的1.2-1.4倍的环氧丙烷，在50-60℃的温度下反应1-3h后，经过中和、洗涤、干燥后即可。

由于本申请的决明子粗胶中除了包含多糖外，还包含少量的脂质和蛋白质，因此，其相较于羟丙基化改性纯多糖的反应更加复杂。通过采用上述技术方案，得到的决明子胶具有很高的冷水溶解度、耐盐性以及透明度。

第二方面，本申请提供一种由决明子胶的提取工艺提取的决明子胶。

第三方面，本申请提供一种决明子胶在食品包装膜上的应用。

决明子胶作为一种植物提取多糖，除了可以作为增稠剂、稳定剂等食品添加剂外，还可以作为生物质基膜材料，用于食品包装膜。但是传统的决明子胶由于质脆、韧性低，难以单独成膜，限制其作为包装膜的应用。采用本申请的方法提取的决明子胶由于未其经过提纯处理，因此其中还包含一定量的脂质、蛋白质，将该决明子胶作为食品包装膜时，相较于单一的多糖类包装膜，本申请的复合型决明子胶薄膜具有更好的机械性能、透明性以及成膜性能，具有干燥速度快的优点。

一种决明子胶的应用，所述食品包装膜包括决明子胶和增塑剂；所述增塑剂的用量为决明子胶用量的10-20％。

通过采用上述技术方案，增塑剂的添加可以提高包装膜的物理机械性能，但是随着其含量的增加，包装膜的透明性和阻隔性能下降；因此本申请的决明子胶经过羟丙基化处理，其柔韧性得以改善，且与甘油的相容性提高，用于食品包装膜时，可以减少增塑剂的用量，提高食品包装膜的力学强度以及透明度。

优选的，所述增塑剂由重量比为7:1的甘油和柠檬酸组成。

通过采用上述技术方案，柠檬酸的存在可以与决明子胶中的羟基发酯化反应，以降低决明子胶的支化度，使得甘油更容易与决明子胶反应，提高甘油的利用率，在改善膜的力学强度的同时，可以降低增塑剂的用量，从而尽可能降低增塑剂对薄膜透明度的影响。

优选的，所述食品包装膜采用如下方法制备：将决明子胶溶解于水中，得到质量百分含量为10-15％的决明子胶液；向决明子胶液中加入增塑剂，搅拌均匀得到成膜胶液；将成膜胶液在60-70℃的温度下，固化干燥，得到食品包装膜。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请通过对粉碎后的决明子粉经过挤压膨胀处理，不仅可以破坏决明子的结构，提高其多糖提取率；而且高温挤压的过程中，可以去除其豆腥味，从而改善其口感。此外，经过羟丙基化处理的决明子胶增大了其在水中的溶解度，可以提高其耐盐性以及冷水溶解性。

2、在挤压膨化之前，将决明子胚乳粉与无水乙醇进行混合，使得决明子胚乳粉在无水乙醇中溶胀，一方面无水乙醇可以作为膨化剂，便于决明子胚乳粉膨化，加速其结构的破坏；另一方面无水乙醇的加入可以去除部分决明子胚乳粉中的色素、脂质等杂质，经过螺杆的挤压摩擦，可以加速杂质的去除。

3、本申请决明子胶除了可以作为增稠剂、稳定剂等食品添加剂外，还可以作为食品包装膜使用。通过与增塑剂的配合，采用本申请的方法得到的复合型决明子胶薄膜具有更好的机械性能、透明性以及成膜性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

除特别说明外，以下实施例中的原料均可通过市售获得。

实施例1：一种决明子胶的提取工艺，包括如下步骤：

S1、将决明子经过脱皮、粉碎后，得到得到决明子胚乳粉；

S2、将决明子胚乳粉与其重量的0.5倍的无水乙醇混合均匀，在65℃的温度下保温1.5h后，得到混合物；将混合物投入挤压膨化机中，设置机筒加热温度分别为75℃、105℃、132℃，螺杆转速为200r/min，模孔直径为8mm，进料速度为80kg/h，经过挤压膨化，得到膨化物，将膨化物粉碎后，得到预处理决明子胚乳粉；

S3、将预处理决明子胚乳粉置于其重量的20倍的水中，在80℃的温度下浸提2h，然后在10℃的温度下，以10000r/min的转速下离心10min，得到上清液；将滤渣重复上述操作再次浸提，合并两次得到的上清液，将所得两次上清液浓缩至原体积的30％后，加入浓缩物体积的5倍的无水乙醇，在4℃的温度下放置24h，离心收集沉淀，将沉淀物依次用丙醇、乙醚洗涤后，在60℃的温度下干燥8h，得到决明子粗胶；

S4、取40kg 80wt％的异丙醇的水溶液，加入15kg决明子粗胶，缓慢加入8kg30wt％的氢氧化钠溶液，在45℃的温度下碱化40min；然后加入20kg环氧丙烷，搅拌均匀，在55℃的温度下反应2h后，用冰醋酸中和，然后用体积分数为80％的乙醇溶液洗涤，再用无水乙醇洗涤；最后在80℃的温度下干燥4h后，得到决明子胶。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于S2，S2中决明子胚乳粉未无水乙醇混合，而是直接投入挤压膨化机中。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于S2，S2中挤压膨化机的机筒加热温度分别为65℃、95℃、125℃。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于S2，S2中挤压膨化机的机筒加热温度分别为85℃、115℃、140℃。

实施例5

本实施例与实施例1的不同之处在于S4，环氧丙烷的添加量为15kg。

实施例6

本实施例与实施例1的不同之处在于S4，环氧丙烷的用量为18kg。

实施例7

本实施例与实施例1的不同之处在于S4，环氧丙烷的用量为21kg。

实施例8

本实施例与实施例1的不同之处在于S4，环氧丙烷的添加量为25kg。

对比例

对比例1

本对比例与实施例1的不同之处在于不包含S2，即决明子胚乳粉未经过挤压膨化处理。

对比例2

本对比例与实施例1的不同之处在于不包含S4，即决明子粗胶未经过羟丙基化改性处理。

性能检测试验

按照如下方法，对实施例以及对比例的决明子胶的性能进行测试，将测试结果示于表1。

溶解温度：取1g决明子胶分别加入到水浴温度为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃以及60℃的100g水中，以20r/min的速度搅拌，观察并记录在3min内能够完全溶解的最低水浴温度，即为水溶解温度。

透光率：将决明子胶完全溶解于水中，配制成1wt％的决明子胶溶液；以蒸馏水对参比，采用分光光度计测量决明子胶溶液的透光率，波长为600nm。

耐盐稳定性：取100g温度为40℃的1wt％的决明子胶溶液，测定其初始黏度；然后加入10g食盐，以60r/min的速度搅拌均匀；然后每隔6h，测定一次黏度，当其黏度不在变化时，记录其黏度，计算该决明子胶的黏度变化率。黏度变化率＝(最终黏度-初始黏度)/初始黏度×100％。

表1实施例以及对比例的决明子胶的性能测试表

根据表1数据，结合实施例1以及市售决明子胶可以看出，采用本申请的方法提取的决明子胶具有较低的水溶解温度以及较好的耐盐稳定性性，说明本申请的决明子胶相较于传统的决明子胶具有水溶解温度低耐盐性好的优点。由于本申请在提取决明子胶时未经过额外的提纯、脱色等处理，因此其透明度相较于市售的决明子胶改善效果并不显著。但是在实际应用中，可以根据需要，增加常规的提纯方法如Sevage法、三氯乙酸法以及酶解法等，均可以进一步提高决明子多糖的纯度以及透明度。而本申请通过提取工艺的调整，在省略提纯等工序的情况下，既能达到较好的透明度，也能够提高其耐盐性以及冷水溶解度。

结合实施例1-4以及对比例1可以看出，挤出膨化工艺对决明子胶的水溶解度、透明度以及耐盐性具有一定的影响；当采用实施例1中的挤出温度时，能够具有较好的综合性能。

结合实施例1、实施例5-8可以看出，当环氧丙烷的用量不同时，制备得到的决明子胶的性能有较大的差异。随着环氧丙烷的用量的增加，决明子多糖的羟丙基化的取代度越高，由于本申请的决明子胶中除了决明子多糖外，还有一定量的脂质以及蛋白质，这使得其决明子胶中的化学反应更加复杂，因而呈现出不同于羟丙基决明子多糖的性能变化规律。经过试验得知，当环氧丙烷的用量为决明子粗胶用量的1.2-1.4倍时，决明子胶具有较好的综合性能。

结合实施例1和对比例1可以看出，羟丙基化的处理可以提高决明子胶的冷水溶解度、透明度以及耐盐性，弥补未经过提纯时的决明子胶的透明度差的问题。

应用例

按照实施例以及对比例的方法制备决明子胶，然后按照如下方法，制备食品包装膜。

应用例1：一种食品包装膜采用如下方法制备而成：

将10kg决明子胶溶解于100kg的水中，搅拌均匀，得到质量百分含量为10％的决明子胶液；向决明子胶液中加入1kg增塑剂，在85℃的温度下，以1000r/min的速度搅拌60min后，得到成膜胶液；

将成膜胶液延至模具中，在65℃的温度下干燥8h，得到厚度为0.1mm的包装膜。

其中，决明子胶由实施例1制备而得；增塑剂由重量比为7:1的甘油和柠檬酸组成，即甘油为0.875kg，柠檬酸为0.125kg。

应用例2

本应用例与应用例1的不同之处在于，决明子胶由实施例5制备而得。

应用例3

本应用例与应用例1的不同之处在于，决明子胶由实施例8制备而得。

应用例4

本应用例与应用例1的不同之处在于，决明子胶由对比例2制备而得。

应用例5

本应用例与应用例1的不同之处在于，增塑剂的用量为2kg。

应用例6

本应用例与应用例1的不同之处在于，增塑剂的用量为0.5kg。

应用例7

本应用例与应用例1的不同之处在于，增塑剂的用量为2.5kg。

应用例8

本应用例与应用例1的不同之处在于，增塑剂仅为甘油。

将制备得到的薄膜制作成试样，按照如下方法对其性能进行测试，将测试结果示于表2。

力学性能：将试样裁切成15mm×80mm×0.1mm的样条，在温度为25℃、相对湿度为55％的环境中调节12h；然后使用拉伸测试仪按照GB/T1040.3-2006测定其拉伸强度以及断裂伸长率。

透光率：对于食品包装膜来说，其透明度越高，则内容物的可视度越高，产品的外观美观性越高；但是透明度越高，则意味着其遮光性越差，不能起到很好的阻隔紫外光的作用，不利于食品的保存。因此，食品包装膜的透明度需要适中，既能满足较好的外观美观性，且能起到一定的延长食品保质期的作用。

表2应用例中的薄膜的性能测试表

根据表2数据，结合应用例1以及应用例4可以看出，应用例1的薄膜的拉伸强度、断裂伸长率以及透光率明显高于应用例4，说明羟丙基化处理可以改善决明子胶的力学强度以及透明度。这是因为决明子粗胶经过羟丙基化处理后，其与甘油的相容性得以改善，提高了甘油对决明子胶的增塑效果，在达到所需力学性能的情况下，可以降低甘油的用量，从而降低甘油对薄膜透明度的不良影响。

结合应用例1-3可以看出，应用例1的薄膜的拉伸强度、断裂伸长率以及透光率明显高于应用例2-3。这是因为在进行决明子粗胶进行羟丙基化处理时，可以提高其支化度，提高其力学性能，但是当其支化度过高时，则会降低甘油的渗入，影响甘油的塑化效果，反而导致薄膜的力学性能；同时因甘油的渗入速度下降，会影响甘油与决明子胶相容性，导致薄膜的透明度下降。

结合应用例1、应用例5-8可以看出，应用例1的拉伸强度、断裂伸长率以及透光率明显高于应用例8，应用例1的拉伸强度、断裂伸长率明显高于应用例6，应用例1的透光率明显高于应用例5和应用例7，而拉伸强度以及断裂伸长率低于应用例5和应用例7；说明当增塑剂的用量为决明子胶用量的10-20％时，且增塑剂由重量比为7:1的甘油和柠檬酸组成时，能够同时具有良好的力学性能以及透明度。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。