橘皮果膠的提取及果膠膜制備工藝參數(shù)的優(yōu)化

許 茹，武文潔，南 岳

(天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，天津 300457)

橘皮果膠的提取及果膠膜制備工藝參數(shù)的優(yōu)化

許 茹，武文潔，南 岳

(天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，天津 300457)

采用3種不同的方法從橘皮中提取果膠，探討果膠膜成膜因素對制備膜性能的影響，研究制備膜的最佳工藝．結(jié)果表明：酒石酸酸解鹽析法提取果膠效果最好，提取率達10.35%；果膠質(zhì)量分數(shù)、變性淀粉質(zhì)量分數(shù)及助膜劑質(zhì)量分數(shù)均影響制備果膠膜的抗拉強度；影響制備果膠膜抗拉強度的主要因素順序為助膜劑質(zhì)量分數(shù)＞果膠質(zhì)量分數(shù)＞變性淀粉質(zhì)量分數(shù)，果膠質(zhì)量分數(shù)2.5%、助膜劑質(zhì)量分數(shù)3.0%、變性淀粉質(zhì)量分數(shù)10.0%為制備膜的最佳工藝條件．

橘皮果膠；提取；果膠膜

Abstract：Pectin was extracted from orange peel by three different methods. The effects of pectin concentration，glycerol concentration and modified starch on the properties of pectin film were investigated and optimal process was studied. The results showed that the total pectin extraction efficiency is 10.35% by the tartaric acid hydrolysis and salting-out method.Finally，the results indicate the effects of glycerol concentration，pectin concentration，and modified starch addition on intensity of tension of the pectin film is significant. The main sequence of the factors affecting tensile strength of pectin film is as follows：glycerol concentration＞pectin concentration＞modified starch addition. The optimum concentrations of pectin，glycerol and modified starch are 2.5%，3.0% and 10.0%，respectively.

Keywords：pectin from orange peel；extraction；pectin film

果膠是天然的高分子多糖聚合物，是從植物材料中制備的一群復(fù)雜膠狀多聚體[1]．其基本結(jié)構(gòu)為以半乳糖醛酸為單位且由α-1，4-糖苷鍵連接而成的酸性大分子多糖．柑橘皮中約含20%的果膠，隨著我國柑橘栽種面積的逐年增加，柑橘皮來源的廣泛，對柑橘皮進行深加工，將提高柑橘的附加值[2–3]．

目前，發(fā)達國家競相研制環(huán)保生物可降解包裝材料及可食性包裝材料[4–6]．雖然我國在這一領(lǐng)域中有一些研究成果[7–8]，但是以果膠為基準(zhǔn)物質(zhì)在可食性和可降解性包裝材料中的研究很少．

關(guān)于橘皮果膠提取研究的報道有酸解醇析法[9]、酸解鹽析法[10]、酶提取法[11]、微波提取法[12]等．本實驗以橘皮為原料，采用鹽酸酸解醇析法、酒石酸酸解醇析法、酒石酸酸解鹽析法從中提取果膠，比較不同提取工藝提取果膠的效果，并在果膠中添加不同添加劑制備果膠膜，研究果膠的成膜特性，分析成膜條件，以期制備方便、新型、無公害、可食的固體包裝材料．

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

橘皮，市售新鮮柑橘取皮后將皮風(fēng)干；體積分數(shù)為95%乙醇，分析純，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；酒石酸，分析純，天津市北方化玻采購銷售中心；變性淀粉，分析純，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；丙三醇(助膜劑)，分析純，天津市化學(xué)試劑六廠．

JT302N型電子天平，上海精天電子儀器有限公司；pHS–3C型精密pH計，天津市盛邦科學(xué)儀器技術(shù)公司；RE–52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；MZ–4102型沖片機，江都市明珠試驗機械廠；CH–1–BT型百分臺式測厚儀，上海六菱儀器廠；物性測試儀，深圳市新三思材料檢測有限公司．

1.2 橘皮果膠的提取

1.2.1 橘皮預(yù)處理

將橘皮剪成小塊，用沸水煮，以鈍化果膠酶；然后用清水洗去糖分直到洗至無色為止，并擠壓除去大部分水分．

1.2.2 不同方法提取果膠

鹽酸酸解醇析法制備果膠：在處理好的橘皮中加入去離子水，用濃HCl調(diào)pH至2.5，在85,℃水浴加熱；提取后過濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，用氨水調(diào)節(jié)pH到中性，加入體積分數(shù)95%的乙醇，果膠呈絮狀析出，靜置，抽濾，干燥，稱量并測定果膠含量[13]，回收乙醇．

酒石酸酸解醇析法制備果膠的方法同鹽酸酸解醇析法，只是把鹽酸換成酒石酸溶液．

酒石酸酸解鹽析法制備果膠：在酒石酸提取的果膠液中按比例加入配制好的飽和硫酸鋁溶液，攪拌，用濃氨水調(diào)pH到中性，靜置1,h，抽濾得果膠沉淀，加入脫鹽液脫鹽，過濾，干燥，稱量，測定果膠含量．

1.3 果膠膜的制備

稱一定量提取出的果膠溶于蒸餾水中，制成一定質(zhì)量分數(shù)的果膠液，分別添加天然可食用助膜劑和變性淀粉[14]．上述液體置于恒溫水浴中加熱一段時間后，充分攪拌，再置于模具中自然干燥，揭膜置于容器中保存待用．

1.4 膜性能的測定

在被測膜上隨機取3點，用百分臺式測厚儀測量膜的厚度，讀數(shù)時準(zhǔn)確到0.001,mm．

將膜裁成大小為中間段0.5,cm×2.5,cm的工型條，用物性測試儀測定膜的最大斷裂張力、抗拉強度以及斷裂伸長率[15]．測樣濕度為50%，每種膜測定3個樣．物性測試儀夾距設(shè)定為25,mm，拉伸速度設(shè)定為1,mm/s．

2 結(jié)果與討論

2.1 橘皮果膠提取方法的確定

根據(jù)1.2.2實驗方法取30,g風(fēng)干的橘皮，分別采用鹽酸酸解醇析法、酒石酸酸解醇析法和酒石酸酸解鹽析法提取橘皮中的果膠，實驗結(jié)果見表1．

表1 不同方法提取橘皮中果膠提取率的比較Tab.1 Comparison of pectin extraction yield by different methods

從表1中可以看出采用這3種方法提取出來的果膠其果膠質(zhì)量分數(shù)都大于65%，而果膠中最重要的成分為半乳糖醛酸，說明提取出來的果膠中半乳糖醛酸含量都大于65%，符合QB,2484—2000《食品添加劑·果膠》中的要求．其中，酒石酸酸解鹽析法提取果膠的效果最好，提取率可以達到10.35%．原因可能是酒石酸是有機酸，能更好地使橘皮中原果膠轉(zhuǎn)化成水溶性果膠，使其提取率比其他方法更高．后續(xù)實驗采用酒石酸酸解鹽析法提取的果膠制備果膠膜．

2.2 果膠膜性能的影響因素

2.2.1 助膜劑質(zhì)量分數(shù)對果膠膜性能的影響

表2為果膠質(zhì)量分數(shù)為2.5%、變性淀粉質(zhì)量分數(shù)10%條件下，不同助膜劑質(zhì)量分數(shù)對制備的果膠膜性能的影響．

表2 不同助膜劑質(zhì)量分數(shù)對膜性能的影響Tab.2 Effects of different adding amount of glycerin on Tab. 2 properties of pectin films

從表2中可以看出：在助膜劑質(zhì)量分數(shù)低于3%時，所成的膜開裂，成不了一張完整的膜，這是由于添加助膜劑少時，所保留的水分少，果膠分子間結(jié)合水過少，所成膜開裂故拉伸強度和斷裂伸長率無法測得，而助膜劑質(zhì)量分數(shù)高于3%時，抗拉強度隨著助膜劑質(zhì)量分數(shù)的增大先增大后減小．在助膜劑質(zhì)量分數(shù)為4%時，有最大抗拉強度．其原因是助膜劑濃度高時，隨著助膜劑質(zhì)量分數(shù)增大，單位體積羥基數(shù)目增多，結(jié)合水分的能力增加，使膜中水的成分較多，從而降低了膜中果膠物質(zhì)的相對含量，削弱了物質(zhì)中分子間的相互作用，導(dǎo)致膜的致密性下降，結(jié)構(gòu)變差，抗拉強度下降．

2.2.2 果膠質(zhì)量分數(shù)對果膠膜性能的影響

變性淀粉質(zhì)量分數(shù)為10.0%、助膜劑質(zhì)量分數(shù)為4.0%條件下，改變果膠質(zhì)量分數(shù)，制備果膠膜，膜的厚度、抗拉強度及斷裂伸長率見表3．

表3 果膠質(zhì)量分數(shù)對膜性能的影響Tab.3 Effects of different concentrations of pectin on Tab. 3 properties of pectin film

從表3可以看出，果膠質(zhì)量分數(shù)對抗拉強度有一定的影響．一般情況下，抗拉強度隨著果膠質(zhì)量分數(shù)的增大而增大，但實驗表明果膠膜的抗拉強度隨果膠質(zhì)量分數(shù)的增大出現(xiàn)先升高后降低的趨勢，這可能是因為果膠質(zhì)量分數(shù)過大時制備出的果膠膜發(fā)黏，導(dǎo)致抗拉強度下降，在果膠質(zhì)量分數(shù)為2.5%時有最大的抗拉強度．

2.2.3 變性淀粉質(zhì)量分數(shù)對果膠膜性能的影響

果膠質(zhì)量分數(shù)為2.5%、助膜劑質(zhì)量分數(shù)4.0%下，不同變性淀粉質(zhì)量分數(shù)對可食性固體膜性能的影響見表4．

表4 變性淀粉質(zhì)量分數(shù)對膜性能的影響Tab.4 Effects of different concentrations of crossed starch on properties of pectin films

從表4中可以看出，隨著變性淀粉質(zhì)量分數(shù)的增大，抗拉強度先增大后降低，在10%處有最大抗拉強度，但是變性淀粉質(zhì)量分數(shù)超過14%時果膠質(zhì)量分數(shù)和助膜劑質(zhì)量分數(shù)過低，使果膠膜中水分減少，導(dǎo)致果膠膜開裂．

2.3 果膠膜性能影響因素正交實驗

選用制膜果膠質(zhì)量分數(shù)、助膜劑質(zhì)量分數(shù)及變性淀粉質(zhì)量分數(shù)為影響因素(表5)，分3水平進行正交實驗，通過測試制備膜的抗拉強度，確定最佳制膜工藝參數(shù)．表6 為正交實驗結(jié)果．

表5 正交實驗因素水平表Tab.5 Factors and levels of orthogonal test

表6 膜抗拉強度正交實驗結(jié)果Tab.6 Results of orthogonal test and range analysis

從表6中各影響因素的極差值可以看出，影響果膠膜抗拉強度的主次順序為B＞A＞C，這說明果膠膜的抗拉強度主要受助膜劑因素的影響．從表6可以看出，各因素最優(yōu)組合為A2B1C2，其抗拉強度最大，即果膠質(zhì)量分數(shù)2.5%、助膜劑質(zhì)量分數(shù)3.0%、變性淀粉質(zhì)量分數(shù)10.0%為制備膜的最佳工藝參數(shù)．

3 結(jié) 論

(1),實驗采取3種方法從橘皮中提取的產(chǎn)物都為果膠，果膠提取物中果膠質(zhì)量分數(shù)都大于65%，符合QB,2484—2000《食品添加劑·果膠》中的要求，其中提取效果最好的方法是酒石酸酸解鹽析法，提取率達到10.35%，遠遠高于鹽酸酸解醇析法提取率(8.43%)和酒石酸酸解醇析法提取率(8.63%)．

(2),單因素和正交實驗結(jié)果表明，影響制備果膠膜抗拉強度的主要因素順序為膜助劑質(zhì)量分數(shù)＞果膠質(zhì)量分數(shù)＞變性淀粉質(zhì)量分數(shù)．可食用果膠膜制備最佳工藝條件為：果膠質(zhì)量分數(shù)2.5%、助膜劑質(zhì)量分數(shù)3.0%、變性淀粉質(zhì)量分數(shù)10.0%．

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Optim ization of Process Parameters on Pectin Extraction from Orange Peel and Preparation of Pectin Film

XU Ru，WU Wen-jie，NAN Yue
(College of Material Science and Chem ical Engineering，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China)

O69

A

1672-6510(2011)02-0021-03

2010–11–05；

2010–12–16

許 茹（1984—），女，天津人，碩士研究生；通信作者：武文潔，教授，ww jie@tust.edu.cn.