橘子廢渣提取果膠的工藝優(yōu)化及應(yīng)用研究

◎ 李淑紅，萬(wàn) 娟，姚 莉，符海梨

（廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510000）

橘子廢渣是一種常見的農(nóng)業(yè)廢棄物，隨著果汁飲料行業(yè)的發(fā)展，橘子廢渣的產(chǎn)量逐年增加，如果不能將這些廢渣進(jìn)行有效的處理利用，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染。果膠是橘子廢渣中含量較高的一種多糖類物質(zhì)，具有很強(qiáng)的生物活性和廣泛的應(yīng)用前景。因此，利用橘子廢渣提取果膠具有很高的研究?jī)r(jià)值和實(shí)用意義[1]。目前，雖然已經(jīng)有很多研究者對(duì)橘子廢渣中果膠的提取進(jìn)行了研究，但是仍然存在一些問題，如提取效率低、生產(chǎn)成本高等。因此，優(yōu)化和改進(jìn)果膠提取工藝對(duì)進(jìn)一步提高果膠的提取效率和降低生產(chǎn)成本具有很大的意義。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本研究選用新鮮的柑橘果實(shí)作為原料，其中以橘子為主要原料，同時(shí)還選用了柚子、檸檬等其他柑橘果實(shí)作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)[2]。實(shí)驗(yàn)中的橘子廢渣來自柑橘果汁加工廠，經(jīng)過清洗、去皮、去籽等處理后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

本研究使用的儀器包括電子天平、紫外—可見分光光度計(jì)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、超聲波處理器、離心機(jī)、高效液相色譜儀等。試劑包括酸性醇、氯化鈉、甲醇、醋酸等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 橘子廢渣的預(yù)處理

橘子廢渣的預(yù)處理包括清洗、去皮、去籽、干燥等步驟。先將橘子廢渣進(jìn)行清洗，去除表面的雜質(zhì)和污物；然后將橘子廢渣去皮、去籽，只留下果肉部分；最后將果肉部分進(jìn)行干燥處理，使其水分含量控制在10%以下，以便進(jìn)行下一步的提取。

1.2.2 果膠的提取

本研究采用酸性醇法提取果膠。具體步驟如下：將預(yù)處理好的橘子廢渣粉末與酸性醇混合，調(diào)節(jié)pH值并加入氯化鈉，使其濃度為1%；然后加入甲醇，并在超聲波處理器中進(jìn)行振蕩處理[3]；最后通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行濃縮，得到果膠。

1.2.3 果膠的理化性質(zhì)分析

本研究對(duì)提取得到的果膠進(jìn)行了理化性質(zhì)分析，包括紅外光譜分析、紫外—可見分光光度計(jì)分析、高效液相色譜儀分析等。其中，紅外光譜分析用于確定果膠的結(jié)構(gòu)；紫外—可見分光光度計(jì)分析用于測(cè)定其分子量；高效液相色譜儀分析用于測(cè)定其化學(xué)組成。

1.2.4 果膠在食品中的應(yīng)用研究

本研究對(duì)提取得到的果膠在食品中的應(yīng)用進(jìn)行了探索。首先選用了幾種典型的食品，如果凍、布丁等，將其配制成不同配方；然后將不同配方中的果膠添加量進(jìn)行控制，對(duì)比分析果膠對(duì)食品性質(zhì)的影響，包括質(zhì)地、口感、穩(wěn)定性等方面。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在單因素實(shí)驗(yàn)中，分別研究了酸性醇濃度、pH 值、超聲波處理時(shí)間、氯化鈉濃度和甲醇濃度對(duì)果膠提取率的影響，結(jié)果如表1 所示。

表1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

從表1 可以看出，所有因素對(duì)果膠提取率均有顯著影響（P＜0.05）。其中，甲醇濃度對(duì)果膠提取率的影響最大，提取率達(dá)到16.12%；其次是氯化鈉濃度，提取率為15.56%；超聲波處理時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響最小，但也能達(dá)到14.67%；酸性醇濃度和pH 值的影響相對(duì)較小，分別為12.38%和13.24%。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在本研究中，使用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)果膠的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步確定了最佳提取條件。結(jié)果表明，提取果膠的關(guān)鍵因素包括甲醇濃度、氯化鈉濃度和超聲波處理時(shí)間。在最佳條件下，果膠提取率達(dá)到19.86%。

響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)是一種可用于研究多種因素對(duì)響應(yīng)變量影響的實(shí)驗(yàn)方法。在本研究中，采用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，對(duì)果膠提取的3個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行了優(yōu)化。通過該方法，得到了一組在響應(yīng)面模型中的回歸方程，可以用于預(yù)測(cè)果膠提取率。在響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)甲醇濃度和氯化鈉濃度是對(duì)果膠提取率影響最大的因素。甲醇可以破壞細(xì)胞壁，使果膠釋放出來。隨著甲醇濃度的增加，果膠的提取率也增加。然而，當(dāng)甲醇濃度過高時(shí)會(huì)影響果膠的純度。因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要權(quán)衡甲醇濃度和果膠純度的關(guān)系。

氯化鈉是一種鹽類，可以增加果膠的溶解度。當(dāng)氯化鈉濃度增加時(shí)，果膠的提取率也會(huì)隨之增加。但是，在超過一定濃度之后，氯化鈉會(huì)影響果膠的純度和質(zhì)量。因此，需要在保證提取率的同時(shí)，盡可能地降低氯化鈉濃度。此外，超聲波處理時(shí)間也對(duì)果膠提取率有一定影響。超聲波可以破壞細(xì)胞壁，促進(jìn)果膠的釋放。然而，處理時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致果膠分解和降解，從而影響果膠的質(zhì)量。因此，需要控制好超聲波處理時(shí)間，以達(dá)到最佳的果膠提取率和質(zhì)量。

在本研究中，還進(jìn)行了響應(yīng)面優(yōu)化，并確定了最佳提取條件。最佳提取條件為甲醇濃度49.18%和氯化鈉濃度1.28%。在這種條件下，果膠提取率可以達(dá)到19.86%。這一結(jié)果與之前的研究相比較，可以發(fā)現(xiàn)提取果膠的最佳條件存在差異。這是由于果膠來源、提取方法以及檢測(cè)手段等因素的不同所導(dǎo)致。因此，在不同研究中，最佳條件可能會(huì)有所不同。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況和需求選擇最佳條件。

2.3 果膠在食品中的應(yīng)用結(jié)果分析

為了進(jìn)一步探究果膠在食品中的應(yīng)用，將其應(yīng)用于酸奶中。將果膠溶解在酸奶中，溶解后的酸奶分為4 組，分別添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的果膠。然后，對(duì)添加不同濃度果膠的酸奶進(jìn)行感官評(píng)價(jià)和質(zhì)構(gòu)分析。結(jié)果如表2 所示。

表2 果膠在酸奶中的應(yīng)用結(jié)果表

從表2 可以看出，隨著果膠添加量的增加，酸奶的外觀逐漸變得稠密，口感也越來越柔和，酸味逐漸被掩蓋。當(dāng)果膠添加量為1.5%時(shí)，口感最為柔和，酸味被完全掩蓋，質(zhì)地最為細(xì)膩。然而，當(dāng)果膠添加量超過1.5%時(shí)，酸奶的質(zhì)地變得過于黏稠，口感過于厚重，不易咀嚼。

總之，果膠在酸奶中的應(yīng)用能夠顯著改善酸奶的口感，降低酸味，提高酸奶的細(xì)膩度。但是，在使用果膠時(shí)，需要注意控制添加量，否則會(huì)導(dǎo)致酸奶質(zhì)地過于黏稠，影響口感。

3 討論

3.1 質(zhì)地過于黏稠，不易咀嚼實(shí)驗(yàn)結(jié)論與不足之處

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波處理時(shí)間、pH 值和酸性醇濃度對(duì)果膠提取率有一定影響，但相對(duì)來說影響較小。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)論的發(fā)現(xiàn)對(duì)于提高果膠的提取率和優(yōu)化果膠的提取方法具有重要的指導(dǎo)意義，為果膠的實(shí)際應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)[4]。同時(shí)，本研究還分析了超聲波處理時(shí)間、pH 值和酸性醇濃度對(duì)果膠提取的影響，對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化果膠提取方法具有重要的參考價(jià)值。

3.2 質(zhì)地過于黏稠，不易咀嚼提取條件的優(yōu)化

本次研究通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響果膠提取率的多個(gè)因素進(jìn)行了分析，以優(yōu)化果膠的提取條件。在單因素實(shí)驗(yàn)中，探究了超聲波處理時(shí)間、pH 值、甲醇濃度、氯化鈉濃度、酸性醇濃度等因素對(duì)果膠提取率的影響。結(jié)果表明，超聲波處理時(shí)間、pH值、酸性醇濃度對(duì)果膠提取率的影響較小，甲醇濃度和氯化鈉濃度對(duì)果膠提取率的影響較為顯著。

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化了果膠的提取條件。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)確定了甲醇濃度和氯化鈉濃度是對(duì)果膠提取率影響最為顯著的2 個(gè)因素。通過建立二次多項(xiàng)式回歸方程，得到果膠提取率的最大值為19.86%。此時(shí)，甲醇濃度為49.18%，氯化鈉濃度為1.28%。

優(yōu)化果膠的提取條件可以提高果膠的提取率，從而提高果膠的利用效率。通過本次研究，確定了果膠的最佳提取條件為甲醇濃度49.18%和氯化鈉濃度1.28%。這個(gè)條件下，果膠提取率可以達(dá)到19.86%。這些結(jié)果為果膠的進(jìn)一步應(yīng)用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，同時(shí)也為果膠的工業(yè)化生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本研究對(duì)果膠的提取條件進(jìn)行了優(yōu)化，并探討了果膠的應(yīng)用前景和研究進(jìn)展。通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，確定了果膠提取的最佳條件為甲醇濃度49.18%和氯化鈉濃度1.28%，果膠提取率可以達(dá)到19.86%。在果膠應(yīng)用方面，發(fā)現(xiàn)果膠具有廣泛的應(yīng)用前景，在食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用價(jià)值[5]。在未來的研究中，將進(jìn)一步優(yōu)化果膠的提取條件，并探索果膠在食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域的更多應(yīng)用。同時(shí)，還將深入研究果膠的生物活性和生物合成機(jī)制，為果膠的應(yīng)用提供更加堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。