陳皮果膠的提取與純化

李 萍，閆靜坤，汪青青，胡矗垚，舒 展，張 蘭

（天津農(nóng)學(xué)院 基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院，天津 300384）

陳皮果膠的提取與純化

李 萍，閆靜坤，汪青青，胡矗垚，舒 展，張 蘭

（天津農(nóng)學(xué)院 基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院，天津 300384）

以陳皮為原料，采用酸法提取粗果膠，正交試驗優(yōu)化提取工藝，比較幾種吸附劑對粗果膠的純化效果。結(jié)果表明：最佳工藝條件為溶液pH值1.5、料液比1∶35（g/mL）、物料粉碎度60～80目，溫度75℃、時間120 min，乙醇用量是果膠提取液體積的4倍，在此條件下提取率達到18.69%。影響粗果膠提取率的因素次序為：溶液pH值>時間>物料粉碎度>溫度>加醇量>料液比，溶液pH值的變化對粗果膠提取率具有顯著影響。AB-8大孔吸附樹脂對粗果膠純化效果好，純化后果膠得率最高。與粗果膠相比，純化后果膠含量提高18.29個百分點、酯化度提高14.75個百分點，且純化前后的果膠都屬于高甲氧基果膠。紅外光譜吸收的變化表明，果膠純化后糖類物質(zhì)特征吸收增強。綜上所述，酸法提取陳皮果膠操作簡單，AB-8大孔吸附樹脂對粗果膠純化處理方法可行。

陳皮；果膠；酸法提?。还に噧?yōu)化；純化；理化性質(zhì)

0 前言

果膠是半乳糖醛酸以α-1，4-苷鍵連接而成的多糖類物質(zhì)，是許多水果皮和水果榨汁后果渣中的可利用成分，由于其具有膠凝、穩(wěn)定和增稠等特性，在食品、醫(yī)藥和化妝品領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。目前，提取果膠的方法有：酸法[1]、酶解法[2]、微波輔助法[3]和超聲波輔助法[4]等。其中，酸法提取果膠操作簡單，條件易控制，是果膠提取的常用方法[5-6]。提取果膠的原料主要有甜菜[7]、蘋果渣[8]、新鮮的柑橘皮等[9]。陳皮是柑橘及其栽培變種的干燥成熟果皮，對陳皮果膠的提取研究較少。

色澤是果膠生產(chǎn)中的重要指標，也是制約果膠商品化應(yīng)用的主要原因?；钚蕴縖10]和大孔吸附樹脂[11]是果膠純化的常用物質(zhì)。目前，對果膠純化技術(shù)的研發(fā)遠少于對提取方法的研究。因此，作者采用酸法提取陳皮中粗果膠，優(yōu)化提取工藝，比較幾種吸附劑對粗果膠的純化效果，并對純化前后果膠的理化性質(zhì)進行測定，旨在為陳皮果膠的提取、純化及開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

陳皮：天津市南開區(qū)王頂?shù)趟幍辏?5%乙醇、鹽酸等均為國產(chǎn)分析純；大孔吸附樹脂（AB-8和D101型）、活性炭、硅藻土。

1.2 儀器與設(shè)備

粉碎機：北京燕山正德機械設(shè)備有限公司；pHS-3C型pH計：上海精密科學(xué)儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋、電熱鼓風(fēng)干燥箱：天津市華北實驗儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 粗果膠的提取

材料預(yù)處理：陳皮除雜、洗凈、干燥、粉碎、過篩、備用。

粗果膠提?。? g陳皮粉末按一定料液比加入蒸餾水，鹽酸調(diào)節(jié)溶液至一定pH值，水浴加熱提取。所得混合物趁熱用紗布過濾，冷至室溫，向粗果膠提取液中加入適量95%乙醇，靜置過夜，析膠，抽濾，收集濾餅，60℃干燥，得粗果膠，按公式（1）計算提取率。

1.3.2 粗果膠的純化

稱取1.0 g粗果膠，加入150 mL蒸餾水，超聲促溶得棕色溶液，向溶液中分別加入不同的吸附劑，攪拌均勻，50℃水浴保溫0.5 h，抽濾，濾液濃縮，干燥，得精制果膠，果膠純化后得率按公式（2）計算。

1.3.3 果膠理化性質(zhì)的測定

采用果膠酸鈣法測定果膠含量[12]、滴定法測定果膠酯化度和甲氧基含量[13]。

1.3.4 果膠紅外光譜分析

采用KBr壓片法測定果膠純化前后的紅外光譜，掃描范圍 4 000～400 cm-1，分辨率 4 cm-1，掃描次數(shù)32。

2 結(jié)果與分析

2.1 粗果膠提取的單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 溶液pH值對粗果膠提取率的影響

陳皮粉末（20～40目）按料液比 1∶25（g/mL）加入蒸餾水，調(diào)節(jié)溶液pH值分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0，80 ℃水浴提取 30 min，加入 3倍果膠提取液體積的乙醇提取粗果膠，考察溶液pH值對提取率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 溶液pH值對粗果膠提取率的影響Fig.1 Effect of pH value of the solution on the extraction rate of crude pectin

由圖1可以看出，隨著溶液pH值的增加，粗果膠提取率先增大后減小，pH值為1.0時達到最大。因此，1.0為提取陳皮粗果膠溶液的最佳pH值。

2.1.2 料液比對粗果膠提取率的影響

陳皮粉末（20～40目）分別按料液比 1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40（g/mL）加入蒸餾水，調(diào)節(jié)溶液pH值為1.0，80℃水浴提取30 min，加入3倍果膠提取液體積的乙醇提取粗果膠，考察料液比對提取率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 料液比對粗果膠提取率的影響Fig.2 Effect of material to liquid ratio on the extraction rate of crude pectin

由圖2可知，隨著溶劑用量的增加，粗果膠提取率先增大后減小，料液比為1∶30時達到最大。因此，選擇料液比為1∶30比較適宜。

2.1.3 物料粉碎度對粗果膠提取率的影響

陳皮粉末（＜20、20～40、40～60、60～80、80～100、＞100目）按料液比1∶30加入蒸餾水，調(diào)節(jié)溶液pH值為1.0，80℃水浴提取30 min，加入3倍果膠提取液體積的乙醇提取粗果膠，考察物料粉碎度對提取率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 物料粉碎度對粗果膠提取率的影響Fig.3 Effect of granularity of material on the extraction rate of crude pectin

由圖3可知，隨著物料粉碎程度的增加，粗果膠提取率先增大后減小，40～60目達到最大。物料粒度小，可以增加與溶劑的接觸面積，利于粗果膠的溶出，但過大的粉碎度會造成物料顆粒間的粘連，因此，選擇40～60目為最佳物料粉碎度。

2.1.4 溫度對粗果膠提取率的影響

陳皮粉末（40～60目）按料液比1∶30加入蒸餾水，調(diào)節(jié)溶液pH值為1.0，水浴溫度分別為65、70、75、80、85、90、95 ℃，提取 30 min，加入 3 倍果膠提取液體積的乙醇提取粗果膠，考察溫度對提取率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 溫度對粗果膠提取率的影響Fig.4 Effect of temperature on the extraction rate of crude pectin

由圖4可知，粗果膠提取率隨著溫度的升高而增加，75℃時最高，此后下降。溫度升高，有利于不溶性果膠轉(zhuǎn)變成可溶性果膠進入溶液，提取率增大，但溫度過高可能會導(dǎo)致果膠水解加快，提取率下降。因此，選擇最佳提取溫度為75℃。

2.1.5 時間對粗果膠提取率的影響

陳皮粉末（40～60目）按料液比1∶30加入蒸餾水，調(diào)節(jié)溶液pH值為1.0，75℃水浴提取，時間分別為 30、45、60、75、90、105、120 min，加入 3 倍果膠提取液體積的乙醇提取粗果膠，考察時間對提取率的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 時間對粗果膠提取率的影響Fig.5 Effect of time on the extraction rate of crude pectin

由圖5可知，隨著時間的延長，粗果膠提取率增加，105 min時達到最大，此后下降。因此，選擇提取時間為105 min。

2.1.6 加醇量對粗果膠提取率的影響

陳皮粉末（40～60目）按料液比1∶30加入蒸餾水，調(diào)節(jié)溶液pH值為1.0，75℃水浴提取105 min，加入乙醇的量分別是果膠提取液體積的1、2、3、4、5、6倍，提取粗果膠，考察加醇量對提取率的影響，結(jié)果如圖6所示。

圖6 加醇量對粗果膠提取率的影響Fig.6 Effect of the ethanol amount on the extraction rate of crude pectin

由圖6可以看出，隨著乙醇用量的增加，粗果膠提取率加大，但乙醇用量超過果膠提取液體積的3倍后提取率增加不明顯，且乙醇用量過大，不僅造成浪費，也會增加后續(xù)回收成本。因此，乙醇用量為果膠提取液體積的3倍比較適宜。

2.2 粗果膠提取的正交試驗結(jié)果與分析

在單因素試驗基礎(chǔ)上，以粗果膠提取率為評價指標，采用正交試驗L18（37）優(yōu)化提取工藝，因素及水平見表1，試驗設(shè)計及結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表1 正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment design

由表2可知，粗果膠提取的最佳工藝條件為：A3B3C3D2E3F3，即溶液 pH值 1.5、料液比 1∶35（g/mL）、物料粉碎度 60～80目，溫度 75 ℃、時間120 min，乙醇用量是果膠提取液體積的4倍。極差分析表明，影響粗果膠提取率的因素次序為：A>E>C>D>F>B，即溶液pH值>時間>物料粉碎度>溫度>加醇量>料液比。表3表明，溶液pH值的變化對粗果膠提取率具有顯著影響。對最佳工藝進行5次驗證，粗果膠平均提取率為18.69%，RSD為0.40%，表明最佳工藝正確、穩(wěn)定。

表2 正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Orthogonal experiment design and results

表3 正交試驗方差分析Table 3 Variance analysis

2.3 粗果膠純化效果的比較

4種吸附劑對粗果膠脫色效果照片見圖7，果膠純化后得率見圖8。

圖7 果膠脫色效果照片F(xiàn)ig.7 Photos of decolorized pectin

圖8 不同吸附劑對粗果膠純化后得率的影響Fig.8 Effect of different adsorbents on the yield of crude pectin

從圖7可知，隨著吸附劑用量的增加，果膠顏色逐漸變淺。相同用量和脫色時間下，吸附劑脫色效果排序為：硅藻土＞AB-8樹脂＞D-101樹脂＞活性炭。由圖8可知，純化后果膠得率排序為：AB-8樹脂＞D-101樹脂＞活性炭＞硅藻土。硅藻土對粗果膠脫色效果最好，但純化后果膠得率最低?；钚蕴繉Υ止z純化后得率高于硅藻土，但脫色效果最差。AB-8大孔吸附樹脂是一種弱極性樹脂，對粗果膠中色素吸附效果較好，且純化后果膠得率最高，這一結(jié)果與封紅梅等[11]報道的一致。綜合比較，AB-8大孔吸附樹脂對粗果膠純化效果好，純化后果膠得率最高，且樹脂易回收，利用工業(yè)化生產(chǎn)，可以較好地解決果膠色澤差的問題。

2.4 純化前后果膠的理化性質(zhì)

從表4可以看出，通過AB-8大孔吸附樹脂純化后的果膠與粗果膠相比，果膠含量提高了18.29個百分點、酯化度提高了14.75個百分點，且純化前后的果膠都屬于高甲氧基果膠。可見，采用AB-8大孔吸附樹脂對粗果膠進行純化處理，方法可行，在解決果膠色澤差的問題的同時，相關(guān)理化指標也有所改善。

表4 純化前后果膠的理化性質(zhì)Table 4 Physical and chemical properties of pectin before and after purification %

2.5 果膠的紅外光譜分析

圖9為果膠純化前后的紅外光譜圖。從圖9可以看出，3 419.61 cm-1附近強而寬的吸收是O—H的伸縮振動；2 935.65 cm-1是飽和C—H的伸縮振動；1 747.01和1 632.01 cm-1分別是酯基中C＝O的對稱和反對稱伸縮振動，純化果膠在這兩處的吸收明顯強于粗果膠，說明果膠純化后酯化度提高，這與酯化度的測定結(jié)果一致；1 443.42 cm-1是羧基中C—O的伸縮振動、1 231.83 cm-1是羧基中O—H的彎曲振動；1 103.04和1 015.64 cm-1是吡喃型糖環(huán)的醚鍵和羥基的吸收；919.04 cm-1是D-吡喃型糖的特征吸收，純化果膠在此處的吸收強于粗果膠。紅外光譜吸收的變化表明，果膠純化后糖類物質(zhì)特征吸收增強，這一結(jié)果與趙光遠等[14]和孫悅等[15]報道的一致。

圖9 果膠紅外光譜圖Fig.9 FTIR spectra of pectin

3 結(jié)論

采用酸法提取陳皮果膠，最佳工藝條件為溶液pH 值 1.5、料液比 1∶35（g/mL）、物料粉碎度 60～80目，溫度75℃、時間120 min，乙醇用量是果膠提取液體積的4倍，在此條件下提取率達到18.69%。影響粗果膠提取率的因素次序為：溶液pH值>時間>物料粉碎度>溫度>加醇量>料液比，溶液pH值的變化對粗果膠提取率具有顯著影響。AB-8大孔吸附樹脂對粗果膠純化效果好，純化后果膠得率最高。與粗果膠相比，純化后果膠含量提高18.29個百分點、酯化度提高14.75個百分點，且純化前后的果膠都屬于高甲氧基果膠。紅外光譜吸收的變化表明，果膠純化后糖類物質(zhì)特征吸收增強。綜上所述，酸法提取陳皮果膠操作簡單，AB-8大孔吸附樹脂對粗果膠純化處理方法可行，可以較好地解決果膠色澤差的問題，需要進一步研究樹脂純化粗果膠的工藝優(yōu)化問題。

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EXTRACTION AND PURIFICATION OF PECTIN FROM TANGERINE PEEL

LI Ping， YAN Jingkun，WANG Qingqing， HU Chuyao， SHU Zhan， ZHANG Lan
（College of Basic Science， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384， China）

Pectin is a kind of polysaccharide which is formed by the connection of alpha-1，4-glycoside bond.It has many properties，such as gelling，stability and thickening and is widely used in food，medicine and cosmetics.The present study was to optimize the extraction and purification method of pectin from tangerine peel using acid extraction and macroporous adsorption purification method.Orthogonal experiment was used to optimize the extraction process and the decolorizing effects of several adsorbents on crude pectin were also compared.Results showed that the optimum extraction conditions were as follows:pH value of the solution of 1.5，material to liquid ratio of 1∶35 （g·mL-1），powder granularity of the material of 60～80 mesh，extraction temperature of 75℃，extraction time of 120 min and the ethanol amount of 4 times of pectin extraction liquid，under which the extraction rate could reach to 18.69%.The factors impacting the extraction rate were in the order of pH of the solution>extraction time>material to liquid ratio>powder granularity>extraction temperature>ethanol amount，which implied that the pH value of the solution had the most significant effect on extraction rate.Macroporous adsorption resin（AB-8 type）had the best purification effect on the crude pectin and the highest yield of purified pectin.Compared with the crude pectin，the content of pectin after purification was increased by 18.29 percent points，while the esterification degree was increased by 14.75 percent points，and both of crude and purified pectin were belonged to high methoxyl pectin.Changes of FTIR absorption showed that the characteristic absorption of carbohydrate was enhanced after the pectin was purified.In conclusion，acid extraction was a simple method for extracting pectin from tangerine peel and the purification of pectin by macroporous adsorption resin（AB-8 type）was feasible.

tangerine peel；pectin；acid extraction；process optimization；purification；physicochemical properties

TS201.1

B

1673-2383(2017)03-0067-06

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170621.1050.024.html

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2017-6-21 10:50:53

2016-11-26

2016年天津市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201610061067）

李萍（1979—），女，天津人，講師，主要從事天然產(chǎn)物有效成分的提取和應(yīng)用研究。