湘西椪柑皮中果膠的提取及脫色

傅偉昌，楊 遠(yuǎn)，陳莉華

（1.吉首大學(xué)食品科學(xué)研究所，湖南 吉首 416000；2.吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 吉首 416000）

果膠屬于多糖類高分子化合物,為白色至淡黃色粉末，廣泛存在于高等植物的根、莖、葉、果的細(xì)胞壁中，可以從多種農(nóng)產(chǎn)品加工廢料(如柚子、柑橘類果皮）中提取。果膠是天然產(chǎn)物，無毒無害、安全可靠，具有較高的膠凝強(qiáng)度，常作為膠凝劑、增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑和組織改良劑等，應(yīng)用于食品及化工工業(yè)中。目前全世界的果膠需求量巨大，價(jià)格誘人[1]，我國果膠產(chǎn)量嚴(yán)重不足，需要從國外進(jìn)口，而進(jìn)口果膠的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國產(chǎn)果膠。

國內(nèi)外關(guān)于從橘皮或落果中提取果膠的研究報(bào)道[2]已有很多，但未見從椪柑皮中提取果膠的報(bào)道。椪柑主產(chǎn)于湘西地區(qū)，鮮食和榨汁后棄置大量椪柑皮，若能利用椪柑皮提取用途廣泛的果膠，則可變廢為寶，提高椪柑的附加值，使農(nóng)民增產(chǎn)增收。

1 材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

原料：新鮮椪柑皮（產(chǎn)自湘西瀘溪）。試劑：濃鹽酸、無水乙醇、30%雙氧水（分析純，湖南師范大學(xué)試劑廠）；pH試紙；活性炭。儀器：NJL07-3型實(shí)驗(yàn)專用微波爐，南京杰全微波設(shè)備有限公司生產(chǎn)；SHB-循環(huán)水式多用真空泵、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、HH-S型水浴鍋、NF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、星火牌C型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，鄭州長城科工貿(mào)有限公司生產(chǎn)；電子萬用爐，北京市永光明醫(yī)療儀器廠生產(chǎn)；DS-1高速組織搗碎機(jī)，上海標(biāo)本模型廠制造；FA(N）/JA(N）系列電子天平，上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；KQ-250E型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司生產(chǎn)；pH計(jì)，上海雷磁儀器廠生產(chǎn)；離心機(jī)，北京醫(yī)用離心機(jī)廠生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 果膠提取工藝流程 果膠提取工藝流程有原料預(yù)處理和提取[3]兩大步驟，具體流程如下。（1）原料預(yù)處理工藝:新鮮椪柑皮→挑選→清洗→煮沸滅酶→漂洗。（2）提取工藝：處理好的椪柑皮→調(diào)pH值→萃取→抽濾→濾液→脫色→濾液→醇析→靜置30 min→抽濾→烘干→果膠成品。

1.2.2 原料預(yù)處理要點(diǎn) 稱20 g新鮮椪柑皮（以下實(shí)驗(yàn)均為20 g），漂洗干凈，然后在清水中浸泡2 h，使果皮充分吸水，煮沸5～8 min以除去果膠酶。滅酶后再漂洗數(shù)次除去果皮中的色素、苦味和糖分。1.2.3 提取果膠 將處理好的椪柑皮洗凈，加少量水后用組織搗碎機(jī)搗碎，以水為提取劑，室溫下調(diào)節(jié)料液比、pH值和微波功率，提取若干分鐘。

1.2.4 果膠脫色 在室溫下將提取液過濾，在濾液中緩慢加入一定量30%雙氧水，用玻璃棒攪拌使雙氧水與濾液混合均勻，靜置一段時(shí)間，脫色。

1.2.5 果膠的干燥 脫色后，于水浴鍋中，65℃、減壓、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、濃縮溶液，待濃縮溶液有固體析出時(shí)停止?jié)饪s。待冷卻后加入無水乙醇（用量約等于濾液體積），不斷攪拌，醇析30 min后過濾得到沉淀，將沉淀放入干燥箱中，于55℃干燥制得果膠產(chǎn)品。1.2.6 椪柑皮果膠得率 計(jì)算公式見式（1）。

椪柑皮果膠得率(%）=干燥后的果膠（g）/椪柑皮質(zhì)量（g）×100 （1）1.2.7 果膠各種理化指標(biāo)的測(cè)定 根據(jù)QB2484-2000測(cè)定果膠失重率、灰分含量和pH值；果膠的重金屬含量根據(jù)GB/T8451測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 果膠提取方法的比較

果膠的提取方法有微波輔助法[4-6]、超聲波萃取法[7]及普通酸萃取法[8]，實(shí)驗(yàn)以水為提取劑，在料液比為1∶15、pH值為2的條件下，比較3種方法提取果膠的產(chǎn)率，以確定最佳提取方法。結(jié)果見表1。

表1 不同方法提取椪柑皮中果膠的提取率（萃取2次）

結(jié)果表明，選用微波輔助法提取椪柑皮中果膠的產(chǎn)率最高。與其它方法相比，微波輔助法節(jié)約大量時(shí)間和能源。故采用微波輔助法提取椪柑皮中果膠。

2.2 影響微波輔助法提取果膠產(chǎn)率的因素

2.2.1 微波功率對(duì)果膠提取率的影響 以水為溶劑，用HCl調(diào)節(jié)pH值為2，料液比為1∶15，微波處理時(shí)間為5 min的條件下，改變微波功率為300、400、500、600、700 W進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，果膠提取率分別為：3.538%、5.520%、8.511%、7.713%、7.418%。其中，在微波功率為500 W時(shí)，果膠的提取率最高。在固定時(shí)間內(nèi)，功率較低，提取液溫度較低，果膠質(zhì)水解不充分，故果膠的產(chǎn)率較低。隨著微波功率的上升，果膠的提取率也不斷在上升，當(dāng)功率達(dá)到500 W時(shí)，提取率最高。當(dāng)微波功率過大時(shí)，果膠的提取率下降且顏色加深。后續(xù)試驗(yàn)均選擇微波功率為500 W。

2.2.2 微波處理時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響 不改變其它條件，微波處理時(shí)間分別為 3、4、5、6、7 min，不同處理時(shí)間下果膠的提取率分別為：4.756%、6.356%、8.511%、6.836%、6.160%。其中，當(dāng)微波處理時(shí)間為5 min時(shí)，果膠的提取率最高，達(dá)到8.51%。這說明，隨著微波處理時(shí)間的增加，果膠的提取率增加，長時(shí)間的微波輻射有助于果膠從椪柑皮中轉(zhuǎn)移到液相中。當(dāng)微波處理時(shí)間過長時(shí)，果膠提取率下降，這可能是由于長時(shí)間的微波輻射使果膠降解，造成了果膠提取率的下降。

2.2.3 pH值對(duì)果膠提取率的影響 不改變其它條件，調(diào)料液 pH 值分別為 1、2、3、4、7，不同 pH 值條件下果膠的提取率分別為：10.588%、8.511%、8.321%、7.821%、5.292%。這說明，當(dāng)pH值降低時(shí)，有助于椪柑皮中果膠質(zhì)的水解，故果膠的提取率上升。pH值過低時(shí)，對(duì)后續(xù)處理增加了麻煩，果膠的顏色加深。在實(shí)驗(yàn)中，pH值為1時(shí)提取率最高，但所得產(chǎn)物顏色很深且有一股刺激性氣味，不符合國家標(biāo)準(zhǔn)。故確定料液pH值為2.0。

2.2.4 料液比對(duì)果膠提取率的影響 不改變其它條件，分別在料液比為 1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，果膠的提取率分別為：2.386%、7.529%、9.487%、9.539%、9.986%。這說明，料液比較小時(shí)不利于果膠從椪柑皮轉(zhuǎn)移到液相中。當(dāng)料液比增加時(shí)，果膠的提取率上升。當(dāng)料液比為1∶15時(shí)，果膠的提取率較高，料液比大于1∶15時(shí)，果膠的提取率提高不明顯?？紤]到后續(xù)實(shí)驗(yàn)處理的難易程度，選擇料液比為1∶15。

2.2.5 提取次數(shù)對(duì)果膠提取率的影響 以水為溶劑，微波功率為500 W，微波時(shí)間為5 min，用HCl調(diào)節(jié)pH值為2，料液比為1∶15，對(duì)椪柑皮中果膠連續(xù)提取1次、2次、3次，果膠的提取率分別為：9.487%、20.57%、21.91%。

用微波輔助法連續(xù)提取兩次果膠后，果膠的提取率已達(dá)到20.57%，當(dāng)提取3次時(shí)，果膠的提取率僅增加1.34%?？紤]到能源及時(shí)間因素，選擇提取次數(shù)為2次。

2.2.6 正交試驗(yàn)確定果膠提取最佳方案 在影響果膠提取率的因素中，選取微波功率、微波處理時(shí)間、pH值、料液比作為正交試驗(yàn)因素,按照表2進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表2 L9（34）因素與水平表

表3 果膠提取正交試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，影響指標(biāo)的因素顯著性主次順序?yàn)椋何⒉ㄌ幚頃r(shí)間>料液比>pH值>微波功率，最佳工藝條件為：微波功率500 W，微波時(shí)間300 s，料液比為1∶15，pH值為2，與單因素實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果一致。

2.2.7 最佳條件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 準(zhǔn)確稱取椪柑皮20 g，以水為提取溶劑，料液比為1∶15，將提取液調(diào)pH值到2，微波功率調(diào)到500 W，微波提取5 min，連續(xù)提取2次驗(yàn)證最佳實(shí)驗(yàn)條件，平行3次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別為：20.57%、19.83%、19.33%。

這說明，在最佳條件，果膠的提取率較高，實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性較好。

2.3 果膠脫色研究

目前國內(nèi)生產(chǎn)的果膠，外觀和質(zhì)量都和國外有很大的差距，其中果膠的脫色是一個(gè)很大的難題，直接影響國內(nèi)果膠的銷售。果膠脫色方法有活性炭[9]、醇氨溶液[10]及雙氧水[11]，直接對(duì)果膠提取液脫色，比較了3種方法的脫色效果，結(jié)果見表4。

結(jié)果表明：由于含果膠的母液膠凝度較大，采用活性炭脫色時(shí)產(chǎn)品的溶液變黑，產(chǎn)品的灰度變大。這主要是由于活性炭的顆粒小于0.2 μm，用一般的過濾方法不能除去。而采用醇氨溶液對(duì)果膠脫色時(shí)，消耗大量乙醇且產(chǎn)品顏色欠佳，30%雙氧水的脫色效果較前兩者為好，故采用30%雙氧水進(jìn)行脫色。

表4 脫色劑對(duì)果膠質(zhì)量的影響

2.3.1 雙氧水的用量對(duì)果膠質(zhì)量的影響 在100.0 mL果膠提取液中分別加入 0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL30%雙氧水，果膠顏色分別表現(xiàn)出金黃色、金黃色、淺黃白色、淺黃白色、灰色、灰色。文獻(xiàn)[11]認(rèn)為果膠提取液中脫色的一般規(guī)律是：雙氧水加入的量越多，果膠的脫色效果越好。但本實(shí)驗(yàn)中用椪柑皮提取果膠的實(shí)驗(yàn)表明：30%雙氧水加入量在4.0～6.0 mL時(shí)，果膠的脫色效果較為明顯，雙氧水的量較小時(shí)，果膠脫色效果不明顯；雙氧水加入量過大時(shí)，果膠顏色加深。其中原因可能是椪柑皮肉質(zhì)厚，纖維質(zhì)豐富，雙氧水加入量過大時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)使纖維質(zhì)碳化從而加深了果膠顏色。

2.3.2 靜置時(shí)間對(duì)果膠質(zhì)量的影響 在100.0 mL果膠提取液中加入6.0 mL 30%雙氧水，分別靜置0、12、24、48 及 72 h，果膠顏色分別表現(xiàn)出金黃色、黃色、黃色、淺黃色、淺黃色。其中，靜置72 h后，果膠的脫色效果最好。考慮工藝等因素，選取果膠脫色的最佳條件為：100.0 mL提取液中加入30%雙氧水4.0～6.0 mL，靜置48 h，濃縮，干燥，得到淺黃色果膠粉末。

2.4 果膠的鑒定

2.4.1 果膠的定性鑒定 根據(jù)QB2484-2000，所檢測(cè)樣品若出現(xiàn)下列現(xiàn)象，即為果膠。（1）取樣品1 g，加水40.0 mL，不斷攪拌，即呈粘稠狀液體；（2）取果膠0.1 g，加水50.0 mL，再加乙醇20.0 mL，不斷攪拌，即出現(xiàn)懸浮絮狀沉淀；（3）取果膠0.4 g，加水30.0 mL，加熱并不斷攪拌，使果膠完全溶解。加蔗糖36.5 g，繼續(xù)加熱濃縮至54.7 g，倒入含有12.5%檸檬酸溶液0.80 mL的燒杯中，冷卻后即呈柔軟而有彈性的膠凍。

2.4.2 果膠的產(chǎn)品質(zhì)量比較 將所得果膠樣品進(jìn)行如下各種理化指標(biāo)的鑒定，并與國家輕工行業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)QB2484-2000、美國食品用化學(xué)品法典（FCCⅣ）[5]進(jìn)行比較，結(jié)果見表5。

比較可知，干燥失重高于標(biāo)準(zhǔn)，可能是由于果膠吸水造成的。其它檢測(cè)值均符合國家輕工行業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)QB2484-2000。

表5 果膠樣品各種理化指標(biāo)與國家輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、FCCⅣ的比較

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)表明：以水為提取溶劑，在料液比為1:15，提取液pH值為2，微波功率為500 W，微波處理5 min，提取2次的實(shí)驗(yàn)條件下，椪柑皮中果膠的提取率可達(dá)到20.57%。與傳統(tǒng)方法相比，微波提取能大大加快組織的水解，使果膠提取的時(shí)間由傳統(tǒng)的90 min縮短到5min，具有成本低、工藝簡便、投資少、提取效率高、環(huán)境污染小和安全無毒等優(yōu)點(diǎn)；用雙氧水對(duì)果膠脫色，確定最佳脫色條件為：100.0 mL果膠濾液中加入30%雙氧水4.0~6.0mL，25℃下靜置48h。

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