湘西椪柑皮中果膠的提取及脫色

傅偉昌，楊 遠，陳莉華

（1.吉首大學食品科學研究所，湖南 吉首 416000；2.吉首大學化學化工學院，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、果的細胞壁中，可以從多種農產品加工廢料(如柚子、柑橘類果皮）中提取。果膠是天然產物，無毒無害、安全可靠，具有較高的膠凝強度，常作為膠凝劑、增稠劑、穩定劑、乳化劑和組織改良劑等，應用于食品及化工工業中。目前全世界的果膠需求量巨大，價格誘人[1]，我國果膠產量嚴重不足，需要從國外進口，而進口果膠的價格遠遠高于國產果膠。

國內外關于從橘皮或落果中提取果膠的研究報道[2]已有很多，但未見從椪柑皮中提取果膠的報道。椪柑主產于湘西地區，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，使農民增產增收。

1 材料及方法

1.1 實驗材料及儀器

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

1.2 實驗方法

1.2.1 果膠提取工藝流程 果膠提取工藝流程有原料預處理和提取[3]兩大步驟，具體流程如下。（1）原料預處理工藝: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 原料預處理要點 稱20 g新鮮椪柑皮（以下實驗均為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搗碎，以水為提取劑，室溫下調節料液比、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，靜置一段時間，脫色。

1.2.5 果膠的干燥 脫色后，于水浴鍋中，65℃、減壓、旋轉蒸發、濃縮溶液，待濃縮溶液有固體析出時停止濃縮。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℃干燥制得果膠產品。1.2.6 椪柑皮果膠得率 計算公式見式（1）。

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

2 結果與分析

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]，實驗以水為提取劑，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率，以確定最佳提取方法。結果見表1。

表1 不同方法提取椪柑皮中果膠的提取率（萃取2次）

結果表明，選用微波輔助法提取椪柑皮中果膠的產率最高。與其它方法相比，微波輔助法節約大量時間和能源。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率的因素

2.2.1 微波功率對果膠提取率的影響 以水為溶劑，用HCl調節pH值為2，料液比為1∶15，微波處理時間為5 min的條件下，改變微波功率為300、400、500、600、700 W進行實驗，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，果膠的提取率最高。在固定時間內，功率較低，提取液溫度較低，果膠質水解不充分，故果膠的產率較低。隨著微波功率的上升，果膠的提取率也不斷在上升，當功率達到500 W時，提取率最高。當微波功率過大時，果膠的提取率下降且顏色加深。后續試驗均選擇微波功率為500 W。

2.2.2 微波處理時間對果膠提取率的影響 不改變其它條件，微波處理時間分別為 3、4、5、6、7 min，不同處理時間下果膠的提取率分別為：4.756%、6.356%、8.511%、6.836%、6.160%。其中，當微波處理時間為5 min時，果膠的提取率最高，達到8.51%。這說明，隨著微波處理時間的增加，果膠的提取率增加，長時間的微波輻射有助于果膠從椪柑皮中轉移到液相中。當微波處理時間過長時，果膠提取率下降，這可能是由于長時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值對果膠提取率的影響 不改變其它條件，調料液 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pH值降低時，有助于椪柑皮中果膠質的水解，故果膠的提取率上升。pH值過低時，對后續處理增加了麻煩，果膠的顏色加深。在實驗中，pH值為1時提取率最高，但所得產物顏色很深且有一股刺激性氣味，不符合國家標準。故確定料液pH值為2.0。

2.2.4 料液比對果膠提取率的影響 不改變其它條件，分別在料液比為 1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25的條件下進行實驗，果膠的提取率分別為：2.386%、7.529%、9.487%、9.539%、9.986%。這說明，料液比較小時不利于果膠從椪柑皮轉移到液相中。當料液比增加時，果膠的提取率上升。當料液比為1∶15時，果膠的提取率較高，料液比大于1∶15時，果膠的提取率提高不明顯。考慮到后續實驗處理的難易程度，選擇料液比為1∶15。

2.2.5 提取次數對果膠提取率的影響 以水為溶劑，微波功率為500 W，微波時間為5 min，用HCl調節pH值為2，料液比為1∶15，對椪柑皮中果膠連續提取1次、2次、3次，果膠的提取率分別為：9.487%、20.57%、21.91%。

用微波輔助法連續提取兩次果膠后，果膠的提取率已達到20.57%，當提取3次時，果膠的提取率僅增加1.34%。考慮到能源及時間因素，選擇提取次數為2次。

2.2.6 正交試驗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、微波處理時間、pH值、料液比作為正交試驗因素,按照表2進行正交試驗，結果見表3。

表2 L9（34）因素與水平表

表3 果膠提取正交試驗結果

對正交試驗數據進行分析，影響指標的因素顯著性主次順序為：微波處理時間>料液比>pH值>微波功率，最佳工藝條件為：微波功率500 W，微波時間300 s，料液比為1∶15，pH值為2，與單因素實驗獲得的結果一致。

2.2.7 最佳條件驗證實驗 準確稱取椪柑皮20 g，以水為提取溶劑，料液比為1∶15，將提取液調pH值到2，微波功率調到500 W，微波提取5 min，連續提取2次驗證最佳實驗條件，平行3次的實驗結果分別為：20.57%、19.83%、19.33%。

這說明，在最佳條件，果膠的提取率較高，實驗重現性較好。

2.3 果膠脫色研究

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

結果表明：由于含果膠的母液膠凝度較大，采用活性炭脫色時產品的溶液變黑，產品的灰度變大。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。而采用醇氨溶液對果膠脫色時，消耗大量乙醇且產品顏色欠佳，30%雙氧水的脫色效果較前兩者為好，故采用30%雙氧水進行脫色。

表4 脫色劑對果膠質量的影響

2.3.1 雙氧水的用量對果膠質量的影響 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，果膠顏色分別表現出金黃色、金黃色、淺黃白色、淺黃白色、灰色、灰色。文獻[11]認為果膠提取液中脫色的一般規律是：雙氧水加入的量越多，果膠的脫色效果越好。但本實驗中用椪柑皮提取果膠的實驗表明：30%雙氧水加入量在4.0～6.0 mL時，果膠的脫色效果較為明顯，雙氧水的量較小時，果膠脫色效果不明顯；雙氧水加入量過大時，果膠顏色加深。其中原因可能是椪柑皮肉質厚，纖維質豐富，雙氧水加入量過大時發生氧化反應使纖維質碳化從而加深了果膠顏色。

2.3.2 靜置時間對果膠質量的影響 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QB2484-2000，所檢測樣品若出現下列現象，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 果膠的產品質量比較 將所得果膠樣品進行如下各種理化指標的鑒定，并與國家輕工行業的質量標準QB2484-2000、美國食品用化學品法典（FCCⅣ）[5]進行比較，結果見表5。

比較可知，干燥失重高于標準，可能是由于果膠吸水造成的。其它檢測值均符合國家輕工行業的質量標準QB2484-2000。

表5 果膠樣品各種理化指標與國家輕工行業標準、FCCⅣ的比較

3 結論

實驗表明：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次的實驗條件下，椪柑皮中果膠的提取率可達到20.57%。與傳統方法相比，微波提取能大大加快組織的水解，使果膠提取的時間由傳統的90 min縮短到5min，具有成本低、工藝簡便、投資少、提取效率高、環境污染小和安全無毒等優點；用雙氧水對果膠脫色，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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