南瓜果膠制備工藝的研究

徐雅琴，任建輝，崔崇士

（1.東北農業大學理學院，哈爾濱 150030；2.北大荒馬鈴薯產業集團公司技術研發分公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005；3.東北農業大學園藝學院，哈爾濱 150030）

果膠是一種親水性植物膠，其主要成分為半乳糖醛酸，廣泛存在于高等植物的根、莖、葉、果實的細胞壁中。果膠在食品、醫藥和化妝品工業等領域中應用廣泛。研究表明，果膠具有降低血糖和血脂等作用，可用作防治糖尿病、肥胖癥和高血脂等癥的保健食品[1]。目前國內商品果膠主要以柑橘皮、蘋果渣等為原料生產，果膠需求量的80%需要進口，而進口果膠的價格遠高于國產果膠，因此，大力發展我國的果膠生產，已顯得極為迫切[2-3]。

南瓜（Cucurbita）屬葫蘆科一年生草本植物。南瓜中富含果膠，果膠含量占干物質的7%～17%。我國是南瓜的主要產地之一，但在南瓜種植區農村，尤其是山區，除部分食用外，大部分用做飼料，造成資源的極大浪費[4]。目前，對于南瓜果肉果膠的研究還未見系統報道。本試驗系統研究利用大孔樹脂脫色純化的方法，制備南瓜果膠，為南瓜功能成分的利用提供技術支持[5-6]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售南瓜，品種為謝花面；咔唑（分析純，中國醫藥集團上海化學試劑公司）；半乳糖醛酸（純度＞93%，Sigma公司）。

1.2 方法

1.2.1 原料預處理

市售南瓜→洗凈切割→南瓜果肉→殺青（105℃10 min）→殺青（60℃）→粉碎（60目）→南瓜粉。

1.2.2 南瓜果膠提取液的制備

準確稱取一定量的南瓜粉，90～95℃溫度下，按照料液比為30 mL·g-1，分別加入一定量的0.5%纖維素酶和pH 4.5的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液，酶解溫度為55℃，酶解1.5 h，提取液離心過濾，得到南瓜果膠提取液，冷藏備用[7]。

1.2.3 南瓜果膠制備工藝流程

提取液→Sevag法除蛋白→大孔樹脂脫色純化→鹽析→脫鹽→冷凍干燥→成品。

1.2.4 果膠的含量的測定

采用咔唑比色法測定[8]。

1.2.5 大孔吸附樹脂的選擇

準確量取已處理的大孔樹脂AB-8、S-8、D140、D4006、X-5、D130、NKA-9 各 2 mL 于125 mL燒杯中，分別加入20 mL樣品溶液，在搖床內80 r·min-1的速度，振蕩24 h，過濾，在450 nm測其吸光度，計算脫色率和果膠損失率。

脫色率（%）=（A0-A1）×100/A0

其中，A0-原溶液的吸光度；A1-脫色后溶液的吸光度。

果膠損失率（%）=（B1-B2）×100/B1

其中，B1-脫色前溶液中的果膠含量（μg）；B2-脫色后溶液中果膠含量（μg）。

1.2.6 大孔吸附樹脂脫色條件的選擇

南瓜果膠提取液以一定流速通過吸附柱進行脫色研究，收集流出液，在檢測波長450 nm下測其吸光度，計算脫色率。試驗中分別考察溶液的流速、溫度和pH對脫色效果的影響，并得出適宜的脫色條件。

1.2.7 鹽析工藝的研究

以Al2（SO4）3為果膠沉淀的鹽，分別研究不同pH、鹽用量、時間和溫度對果膠得率的影響，確定較佳鹽析工藝。

1.2.8 南瓜果膠的質量指標測定

稱取一定質量的果膠鹽，按照1：60的比例加入脫鹽液，脫鹽液組成的體積比為無水乙醇：濃鹽酸： 水=60：2.5：37.5，脫鹽 40 min，冷凍干燥后，得到南瓜果膠[7]，并測定質量指標。

南瓜果膠凝膠度和酯化度的測定：采用QB 2484-2000；

南瓜果膠干燥失重的測定：采用GT5-9；

南瓜果膠灰分測定：采用GB5009.4-1985；

總半乳糖醛酸含量的測定：采用QB2484-2000；

南瓜果膠金屬元素的測定：GB5009.12-85；

南瓜果膠pH測定：采用QB2484-2000。

2 結果與分析

2.1 樹脂型號的確定

不同型號的大孔樹脂對南瓜果膠脫色效果的影響見表1。

表1 不同型號大孔樹脂對南瓜果膠脫色Table 1 Results of different types of macroporous resin on discoloration of pectin from pumpkin (%)

結果表明，AB-8型樹脂和D140型樹脂的脫色率都高于其他幾種大孔樹脂，而果膠損失率為最低，都是3.17%；AB-8型樹脂的脫色率大于D140。綜合脫色率和果膠損失率兩個特征參數，本試驗采用AB-8型大孔樹脂進行脫色。

2.2 大孔樹脂脫色條件的確定

2.2.1 pH對脫色的影響

在溫度25℃，流速0.34 BV·min-1（BV為柱容積）下，對pH分別為1.0、2.0、3.0、4.0的提取液進行脫色試驗，每隔1.68 BV測定流出液的吸光度，計算脫色率和果膠損失率，結果見圖1。pH 1.0、2.0、3.0、4.0的果膠損失率分別為2.43%、1.85%、1.84%、1.82%。

圖1 pH對脫色的影響Fig.1 Effect of pH on discoloration

結果表明，果膠液的pH越小，脫色效果越好，酸度越大，果膠的穩定性越差，損失率越大，pH 1.0時，果膠的損失率最大，pH 2.0、3.0和4.0的果膠損失相近。因此，綜合脫色率和果膠損失率兩個指標，選取脫色時溶液的適宜pH 2.0。

2.2.2 溫度對脫色的影響

在pH 2.0，流速為0.34 BV·min-1下，分別對溫度為25、35、45℃的提取液脫色，每隔1.68 BV測定流出液的吸光度，并計算脫色率，結果見圖2。

溫度高時，脫色效果較好，這可能是隨著溫度的升高，熱運動加劇，色素向樹脂內擴散的阻力減少，吸附速率提高的緣故。但是在三種溫度下，總的脫色率變化不大。考慮到實際生產中溫度越高，所需能量越大，生產成本相對提高，因此選取在25℃下進行脫色。

2.2.3 流速對脫色的影響

在溶液pH 2.0，溫度為25℃條件下，分別以0.2、0.3、0.4、0.5 BV·min-1的流速進行脫色，結果見圖3。

圖2 溫度對果膠脫色的影響Fig.2 Effect of temperature on discoloration

圖3 流速對脫色的影響Fig.3 Effect of flow rate on discoloration

由圖3可知，流速較慢，脫色效果較好。這主要是由于流速慢，有利于上柱液中色素成分在樹脂床中充分進行粒擴散和膜擴散，使色素充分被樹脂吸附。因此，選用流速為0.3 BV·min-1。

綜上所述，AB-8型樹脂對南瓜果膠液脫色的適宜工藝為：pH 2.0，溫度為25℃，流速為0.30 BV·min-1。此時脫色率達到了90.0%，同時果膠損失率為1.80%。

2.3 南瓜果膠鹽析條件的確定

2.3.1 pH對果膠得率的影響

在溫度為35℃，飽和Al2（SO4）3溶液為10 mL和時間為1.0 h的條件下，溶液pH對果膠得率的影響見圖4。

pH在3.5～5.0之間，果膠得率呈上升的趨勢，pH達到5.0時果膠得率達到最大值，但pH太高時，果膠得率又呈下降趨勢。原因是溶液pH過小，即酸度較大，可促使果膠分解及果膠鋁中間體的脫鋁；溶液pH過大，即酸度過小，鋁離子易形成氫氧化鋁沉淀，但是較強的堿性溶液也會促使果膠分解。所以，鹽析時溶液pH應適中，取5.0較宜。

圖4 pH對果膠得率的影響Fig.4 Effect of pH on the yield of pectin

2.3.2 硫酸鋁用量對果膠得率的影響

在溫度為35℃，pH為5.0和時間為1.0 h的條件下，以果膠得率為指標，Al2（SO4）3不同用量對果膠得率的影響見圖5。

圖5 鹽用量對果膠得率的影響Fig.5 Effect of salt amount on the yield of pectin

由圖5可知，Al2（SO4）3用量的多少直接影響到果膠的得率。鋁鹽用量在2～6 mL時，果膠得率呈上升趨勢，在添加量為6 mL時，得率達到最大值，而后，變化緩慢。是因為鋁鹽用量少，果膠沉淀不完全。用量大時，得率及膠凝度都不高，既浪費又給下一步脫鹽操作帶來困難。綜合考慮，認為飽和硫酸鋁用量6 mL為宜。

2.3.3 時間對果膠得率的影響

在pH為5.0，Al2（SO4）3為6 mL和溫度為35℃的條件下，不同鹽析時間對果膠得率的影響見圖6。

由圖6可知，時間對果膠得率有一定的影響，在30～70 min之間，果膠得率呈上升趨勢，可能是因為開始時，時間太短，沉淀不完全；在70 min時達到最大值，而后，得率呈下降趨勢。這是因為鹽析時間過長，果膠會發生部分降解或分解，且膠凝度會降低，所以鹽析時間以70 min為宜。

圖6 時間對果膠得率的影響Fig.6 Effect of time on the yield of pectin

2.3.4 溫度對果膠沉淀率的影響

在pH 5.0，Al2（SO4）3為6 mL，鹽析70 min的條件下，不同鹽析溫度對果膠得率的影響見圖7。

圖7 溫度對果膠得率的影響Fig.7 Effect of temperature on the yield of pectin

如圖7所示，在30～50℃期間，果膠得率呈上升趨勢，50℃時果膠得率最大，50℃后，果膠得率呈下降趨勢。原因是在較低溫度時，果膠和Al3+的反應速度很慢，完全沉析需要的時間相對較長。50℃時，果膠與Al3+完全反應，使果膠大部分轉化為沉淀析出；當溫度高于50℃時，使未反應的果膠發生了降解，而已發生鹽析反應的果膠也發生了降解。因此，本次試驗溫度應控制在50℃為宜。

鹽析法純化果膠的較佳條件為：鹽析pH 5.0，飽和硫酸鋁溶液6 mL，溫度為50℃，時間為70 min，在此條件下果膠得率為8.52%。

2.4 果膠成品指標測試結果

稱取5 g果膠鹽，加入300 mL脫鹽液，脫鹽液組成的體積比為無水乙醇：濃鹽酸：水=60：2.5：37.5，脫鹽40 min，冷凍干燥后，得到南瓜果膠，測得南瓜果膠得率為8.16%，果膠純度為60.25%，其他指標見表2。

表2 南瓜果膠的成分指標與QB的果膠指標對照Table 2 Comparison index of ingredient of the pumpkin pectin and the pectin of QB

綜合以上結果可以看出，本研究采用的制備工藝獲得的果膠產品質量基本上達到GB2484-2000標準，說明試驗所采用的各種技術方法是可行的。

3 討 論

目前，果膠的色澤對果膠的質量有較大的影響。目前脫色方法主要有活性炭脫色，雙氧水脫色及樹脂脫色法等方法[9]。活性炭孔隙結構表面大，吸附性能優良，但活性炭脫色存在的問題是脫色后除碳困難，少量的碳粒遺留在果膠液中，不但造成將來成品顏色加深，而且增加了灰分含量，對果膠的質量造成影響[10]。雙氧水對果膠提取液進行脫色，雖然具有較好的脫色效果，但由于雙氧水脫色是基于氧化機理，導致了果膠質量下降[11]；采用大孔樹脂對果膠溶液進行脫色，不僅脫色效果相當好，果膠損失率低，而且樹脂可再生連續使用，降低了生產成本，適合工業化生產[12-13]。本文得到的大孔樹脂法脫色南瓜果膠液的最佳條件為南瓜果膠的純化提供了理論依據，同時為進一步深入探討大孔樹脂法脫色南瓜果膠液的機理奠定了理論基礎。

對于果膠的沉淀，傳統的方法是采用乙醇法沉淀，耗用的乙醇量太大，乙醇成本高且回收處理困難，提取的成本太高；而采用鹽析法生產果膠，大大降低了生產成本，適合于大工業化生產[14-16]。本文考察了鹽析時Al2（SO4）3用量、溶液pH、時間、溫度4個因素對南瓜果膠的沉淀的影響，得到南瓜果膠的鹽析較優條件。不足之處沒有考慮到不同因素水平之間的交互作用，只進行了單因素試驗，應當考慮到他們之間的交互作用，進一步探討不同因素和水平對南瓜果膠沉淀的影響。

4 結論

大孔樹脂脫色的適宜條件為：選用AB-8型樹脂，脫色溶液pH 2.0，脫色溫度為25℃，脫色流速為0.30 BV·min-1，脫色率為90.0%，果膠損失率為1.80%；通過單因素試驗，確定鹽析較優條件為：Al2（SO4）3用量為 6 mL，溶液所需 pH 5.0，鹽析時間為70 min，鹽析溫度為50℃；果膠得率為8.16%，果膠純度為60.25%，凝膠度為101.62、酯化度為22.36、干燥失重為5.87%、總灰分為4.08%、總半乳糖醛酸72.58%、pH為2.8、鉛為 1.72 mg·kg-1及砷為 0.038 mg·kg-1，達到了我國的質量標準要求。

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