橘皮中果膠提取工藝研究進(jìn)展

李 靚，朱涵彬，李長(zhǎng)濱，潘春梅，岳曉禹，王夢(mèng)蝶

(河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450046)

1 橘皮果膠的應(yīng)用現(xiàn)狀

柑橘是世界產(chǎn)量第一的水果，而中國是世界柑橘主要生產(chǎn)國之一。大量柑橘經(jīng)加工后剩余的果皮、果渣、果核若不加以利用，會(huì)造成資源浪費(fèi)并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定影響[1]。橘皮中含有果膠、天然色素、黃酮類、橘皮苷等功能性成分[2]， 其中果膠含量為20%～30%。果膠具有降血脂、降低心臟病發(fā)病率、抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)等功效[3]，又因其具有較強(qiáng)乳化性，常作為藥物載體廣泛應(yīng)用于食品和生物醫(yī)藥行業(yè)。張文林[4]以柑橘果膠為原料研制微納米材料，如納米多孔碳、碳微米球、銀納米顆粒等，為果膠的綜合利用開辟新途徑。林柳風(fēng)[5]研究溶菌酶/果膠納米復(fù)合物作為營養(yǎng)素及藥物遞送載體，在生物醫(yī)藥方面具有廣闊的應(yīng)用前景。陳瑋等[6]研究以蘋果渣果膠為原料制備空心膠囊，研究表明當(dāng)蘋果渣果膠與瓊脂粉使用量為4%，溶膠與養(yǎng)膠時(shí)間均為40 min時(shí)，所研制的植物型空心膠囊具有成型好、氣泡少等特點(diǎn)，提高了果膠在醫(yī)藥行業(yè)綜合利用。朱碧寧等[7]研究以柚皮為原料提取果膠并配制柚香型沐浴露，研究表明當(dāng)果膠添加量為4%時(shí)，所配得的柚香型沐浴露從色澤、氣泡、香氣等方面效果最佳。

2 橘皮果膠不同提取工藝及獲得率

目前，果膠提取方法形式多樣，主要有酸提取法[8]、堿提取法[9]、離子交換樹脂法[10,11]、生物酶法[12,13]、超聲波輔助法[14]、微波輔助法[15]等。

2.1 酸提取法

酸提取法作為提取果膠最傳統(tǒng)的方法之一，是利用酸性溶液條件將原果膠水解為溶于水的果膠。

李殿怡等[16]采用酸水解法提取柑橘皮果膠，研究液料比、pH、提取溫度、提取時(shí)間等因素對(duì)果膠提取率的影響。通過單因素及正交試驗(yàn)得出最佳工藝為：液料比為20∶1(mL∶g)、pH為1.0、提取溫度為90 ℃、提取時(shí)間為30 min時(shí)，果膠取得率為18.93%。

王銳[17]通過酸水解法研究柑橘果膠提取工藝，通過設(shè)計(jì)單因素及正交試驗(yàn)研究液料比、pH、提取時(shí)間等因素，確定最佳提取工藝。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)液料比為20∶1(g∶mL)、pH為2.5、提取時(shí)間為30 min時(shí)，柑橘果膠提取率最高，達(dá)到14.476%。

2.2 堿萃取法

低酯果膠是一種優(yōu)良食品添加劑，目前多采用堿液催化脫酯使甲氧基含量降低來獲取低酯果膠。

李夢(mèng)等[18]以高酯柑橘果膠為原料，研究溫度、pH兩因素對(duì)果膠酯化度和脫酯速率的影響，結(jié)果表明pH相對(duì)于溫度而言是主要影響因素。當(dāng)pH為10.7時(shí)，脫酯活化能及活化自由能分別為136.97 kJ/mol、92.76 kJ/mol；當(dāng)pH為11.3時(shí)，所需脫酯活化能及活化自由能分別為104.20 k J/mol、88.56 kJ/mol。隨著pH增加，所需活化能降低，脫酯速率明顯增大，基本符合脫酯動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型。

2.3 離子交換樹脂法

離子交換樹脂法是將帶有陰陽離子活性基團(tuán)樹脂與酸堿溶液中陰陽離子進(jìn)行交互吸附，從而加快溶解速度，提高果膠產(chǎn)出得率。

封紅梅等[19]通過離子交換樹脂技術(shù)，設(shè)計(jì)單因素及正交優(yōu)化試驗(yàn)，研究料液比、離子交換樹脂使用量、pH等因素對(duì)橘皮果膠提取效率的影響。實(shí)驗(yàn)表明：在料液比1∶20(g∶mL)，離子交換樹脂使用量(占橘皮干粉重)為4%，pH為1.7、提取溫度為85 ℃、提取時(shí)間2 h條件下，橘皮果膠提取率最高(約為20%)。

黃秀娟[20]采用離子交換樹脂法對(duì)柚皮果膠提取工藝進(jìn)行研究。探討離子交換樹脂使用量、pH、提取溫度和提取時(shí)間等因素對(duì)果膠提取效果的影響。經(jīng)正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得出最佳工藝為：離子交換樹脂使用量為10%、提取溫度90 ℃、提取時(shí)間2 h、pH為1.0時(shí)，柚皮果膠提取率達(dá)到15%。

顧焰波等[21]通過離子交換樹脂法設(shè)計(jì)單因素實(shí)驗(yàn)，研究各因素對(duì)銀杏殼果膠的影響并通過正交試驗(yàn)對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：最佳提取工藝為離子交換樹脂使用量7%、pH為2.0、提取溫度85 ℃、提取時(shí)間2 h、料液比1∶20 (g∶mL)，在此條件下銀杏殼果膠取得率最高(4.85%)。

2.4 生物酶法

生物酶法利用酶的特性來降解果膠中不溶性物質(zhì)從而達(dá)到快速提取果膠的目的。

王艷翠等[22]采用生物復(fù)合酶對(duì)蘋果渣中的果膠進(jìn)行提取。選取最優(yōu)復(fù)配生物酶配比(纖維素酶添加量7%、木聚糖酶添加量為9%和酸性蛋白酶添加量5%)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過響應(yīng)面優(yōu)化得出最佳提取工藝：pH為4.1、溫度為54 ℃、時(shí)間為1.3 h、料液比為1∶16(g:mL)，在此條件下蘋果渣果膠收獲率為40.66%。

張雪嬌等[23]采用微波輔助生物酶法提取柑橙皮果膠。經(jīng)正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得出最佳工藝：料液比1∶25(g∶mL)、pH為5.5、提取溫度50 ℃、提取時(shí)間180 s時(shí)，柑橙皮果膠取得率最高為11.49%。

劉媛潔等[24]采用生物酶法輔助酸法對(duì)柚皮果膠進(jìn)行提取工藝研究。通過單因素實(shí)驗(yàn)研究纖維素酶添加量、酶解時(shí)間、料液比等因素對(duì)提取果膠效果的影響，并設(shè)計(jì)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得出最佳提取工藝：添加1.7%纖維素酶、料液比1∶25(g∶mL)、pH 2.0、經(jīng)提取溫度為83 ℃的條件下提取1 h后，柚皮果膠提取效率最大，達(dá)到27.01%。

2.5 超聲波輔助法

超聲波輔助提取法采用超聲波加速細(xì)胞破裂流出，是現(xiàn)代提取方法中最常見方法之一。

蘇東林等[25]利用不同提取方法對(duì)柑橘果膠提取工藝進(jìn)行研究。以超聲波輔助法及表面活性劑輔助超聲波為對(duì)比，探討pH值、提取時(shí)間和料液比對(duì)果膠提取率的影響。設(shè)計(jì)單因素和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得出最佳提取工藝：當(dāng)表面活性劑(十二烷基硫酸鈉)添加量為8%、pH為0.6、提取時(shí)間為15 min、料液比為1∶21 (g∶mL)時(shí)，柑橘果膠取得率較單獨(dú)超聲波提取增加8.3%。

王文駿等[26]采用超聲輔助法對(duì)橘皮果膠提取工藝進(jìn)行研究，通過單因素實(shí)驗(yàn)研究溫度、時(shí)間、超聲功率等因素對(duì)果膠提取效果的影響。以單因素水平為中心，通過正交優(yōu)化試驗(yàn)得出最佳提取工藝：當(dāng)超聲功率密度為0.41 W/mL、提取溫度為67 ℃、提取時(shí)間為56 min條件下，橘皮果膠提取率最大(27.34%)，其中提取溫度排在影響因素的第一位。

余小娜等[27]研究超聲波輔助水解法提取橘皮果膠，選取超聲時(shí)間、pH、液料比、溫度等為考察因素，經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出最優(yōu)工藝為：時(shí)間45 min、液料比10∶1(mL∶g)、溫度為80 ℃、pH為 2.0，在此條件下果膠得率最高(24.34%)。

2.6 微波輔助法

微波輔助提取法利用微波技術(shù)使細(xì)胞破裂，在高頻次微波能作用下，溶劑分子氫鍵斷裂產(chǎn)生離子遷移與滲透，加速待提取組分溶出，具有短時(shí)、高效等特點(diǎn)。

Singh等[28]選取超聲波輔助、微波輔助法等不同方法研究番茄中果膠提取工藝。結(jié)果表明：果膠取得率從9.30% 到25.42% 不等。尤其是微波提取法，從得出率及質(zhì)量都算得上是一種較好的綠色提取工藝。

周旭等[29]研究微波輔助法提取香柚果膠工藝。考察料液比、pH、微波功率、提取時(shí)間等因素對(duì)果膠提取效果的影響，經(jīng)單因素和正交優(yōu)化試驗(yàn)得出：料液比為1∶40(g∶mL)、pH為2.0、微波功率為700 W、提取時(shí)間為10 min時(shí)，香柚果膠取得率為12.61%。

2.7 其他提取方法

除了上述提取方法之外，橘皮中果膠提取方法還有很多，如加壓法[30]，通過壓力使橘皮組織結(jié)構(gòu)被破壞、釋放結(jié)合態(tài)果膠，從而提高果膠產(chǎn)出率。

吳菲菲等[31]采用固態(tài)助劑以高強(qiáng)度機(jī)械震動(dòng)方式提高物料溶解性的微切變-助劑互作技術(shù)提取果膠工藝。采用固態(tài)氯化鈉為助劑，研究助劑使用量、浸提時(shí)間、液料配比、pH 四種因素對(duì)果膠提取的影響，通過單因素和正交試驗(yàn)得出最佳提取結(jié)果：氯化鈉使用量為2.5%、浸提時(shí)間為80 min、液料配比為1∶20、pH為2時(shí)，果膠取得率為 23.16%。

3 討論及結(jié)論

我國是柑橘生產(chǎn)大國，開發(fā)橘皮果膠資源可促進(jìn)柑橘加工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，增加柑橘市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力及經(jīng)濟(jì)效益。但目前我國針對(duì)橘皮果膠提取和純化研究仍不充分，大多仍集中在傳統(tǒng)酸提取、堿萃取法，雖然操作簡(jiǎn)便、成本低但提取率也較低；超聲波輔助提取較傳統(tǒng)提取法大大縮短提取時(shí)間且效率高；生物酶法更是利用酶的催化性特點(diǎn)，提取效率高且綠色環(huán)保，但對(duì)酶使用條件要求較高，因此亟需探索提高果膠產(chǎn)量和質(zhì)量的方法。開發(fā)利用現(xiàn)代復(fù)合型提取純化技術(shù)，如超聲波輔助酸法[32]、超聲波輔助酶法、微波輔助酶法[33]等，是提高果膠取得率的研究重點(diǎn)。深度開發(fā)果膠純化技術(shù)，比如超微粉碎技術(shù)[34]，陣列誘導(dǎo)電壓輔助技術(shù)[35]等是今后研究的熱點(diǎn)方向。隨著復(fù)合提取及純化新技術(shù)深入開發(fā)研究，橘皮果膠提取工藝將會(huì)向綠色環(huán)保型、高效智能型發(fā)展，這將有效促進(jìn)橘皮果膠的商業(yè)化生產(chǎn)，增強(qiáng)柑橘行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力及經(jīng)濟(jì)效益。