榴蓮皮果膠提取工藝的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究

王海燕，廖明順，張 敏，文 斌，李鵬聲，黃彩霞，王曉波

(廣東藥學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，廣東廣州 510310)

榴蓮皮果膠提取工藝的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究

王海燕，廖明順，張 敏，文 斌，李鵬聲，黃彩霞，王曉波*

(廣東藥學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，廣東廣州 510310)

目的:確定榴蓮殼果膠的最佳提取條件，為榴蓮殼廢棄物進(jìn)一步利用提供參考。方法:以榴蓮殼為材料，取內(nèi)部白瓤部分，采用鹽酸提取乙醇沉析及超聲波方法提取果膠，重量法計(jì)算得率。以料液比、提取劑pH、提取溫度、時(shí)間做單因素實(shí)驗(yàn)，根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)L9(34)，確定最佳提取條件。結(jié)果:傳統(tǒng)酸法提取果膠的最佳條件為料液比1∶30，pH2.0，提取溫度為90℃，提取時(shí)間為90min，得率為14.97%。超聲波提取法料液比為1∶30，提取劑pH1.0，超聲溫度為80℃，超聲時(shí)間為60min，得率達(dá)到19.68%。結(jié)論:兩種提取榴蓮殼果膠的方法比較發(fā)現(xiàn)超聲輔助提取法的提取效果優(yōu)于傳統(tǒng)酸提法。

榴蓮殼，果膠，超聲，正交實(shí)驗(yàn)

果膠是一種天然多糖類高分子化合物，廣泛存在于高等植物的根、莖、葉、果實(shí)的細(xì)胞壁中［1］。由于果膠不僅作為天然食品添加劑，而且具有維持人體健康的作用，對(duì)增強(qiáng)胃腸蠕動(dòng)，促進(jìn)營養(yǎng)吸收的功能以及降低血糖、血脂，減少膽固醇，解除鉛中毒都存有明顯作用，在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用［2－3］，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年約消耗果膠1500 t以上，其中從國外進(jìn)口約占80%［4］。目前果膠的提取多從柑橘、蘋果等農(nóng)作物中提取，關(guān)于榴蓮殼內(nèi)皮提取果膠的研究，相關(guān)報(bào)道較少。本實(shí)驗(yàn)以榴蓮殼內(nèi)皮為原料，采用鹽酸水解乙醇沉淀法及輔助超聲兩種方法制取果膠，并通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響榴蓮殼內(nèi)皮果膠的提取效果的因素進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)化提取條件，為榴蓮殼廢棄物的再利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

榴蓮殼 采自廣州市海珠區(qū)紅衛(wèi)集貿(mào)市場;試劑 國產(chǎn)優(yōu)級(jí)分析純;實(shí)驗(yàn)用水 二次蒸餾水。

DFT－50型手提式高速中藥粉碎機(jī) 溫嶺市大德中藥機(jī)械有限公司;BS224s型電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;101AS－1型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司;SHZ－D (Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵 鞏義市予華儀器有限公司;RE－2000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化試劑廠; KQ500E型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品預(yù)處理 稱取一定量的榴蓮殼，取白瓤部分，水沖洗凈后置于100℃水煮15m in，使果膠酶失活。再用30℃的溫水反復(fù)漂洗，洗去原料中的糖苷、色素等。洗凈后切成5～10mm的顆粒，放入平皿中。置于70℃下烘干，粉碎過60目篩，干燥保存待用［5］。

1.2.2 果膠得率與提取率的計(jì)算［6］準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的原料W(g)，在最佳提取條件下提取果膠，測定提取物中果膠的質(zhì)量為W1(g)。

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的原料，在最佳提取條件下多次提取果膠，直至提盡，然后測定提取物中果膠的質(zhì)量為Wm(g)。

1.3 果膠提取工藝

1.3.1 傳統(tǒng)酸法提取果膠

1.3.1.1 傳統(tǒng)酸法提取果膠單因素實(shí)驗(yàn) 取1.0g經(jīng)預(yù)處理的榴蓮殼內(nèi)皮粉末，按一定料液比(粉末質(zhì)量:溶液體積(g:m L))加入不同pH的鹽酸，在一定溫度的恒溫水浴箱中不停地?cái)嚢琛Ｌ崛∫欢螘r(shí)間后，趁熱減壓抽濾，并將濾渣用80℃熱水洗滌至黏稠。為了減少乙醇消耗量，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮果膠溶液。所得濃縮液即為果膠提取液。待果膠提取濃縮液冷卻后，在不斷攪拌下加入等體積的95%乙醇溶液，靜置1～2h至果膠完全析出。減壓抽濾，濾渣用無水乙醇洗滌2～3次，進(jìn)一步除去色素、水分及其他雜質(zhì)。濾液減壓蒸餾回收乙醇。所得果膠濾餅置于干燥箱內(nèi)，調(diào)節(jié)55～60℃溫度干燥，得果膠產(chǎn)品。稱重并計(jì)算得率［6］。

分別改變料液比、提取劑pH、提取溫度以及提取時(shí)間實(shí)驗(yàn)條件，考察其對(duì)果膠提取效果的影響。

1.3.1.2 傳統(tǒng)酸法提取果膠的工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 根據(jù)以上單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選擇料液比、pH、提取溫度及提取時(shí)間四個(gè)因素，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，確定傳統(tǒng)酸法提取果膠的最佳提取條件。正交實(shí)驗(yàn)因素水平表見表1。

表1 傳統(tǒng)酸法提取果膠正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing acid extraction of pectin

1.3.1.3 優(yōu)化方法重復(fù)性檢驗(yàn) 準(zhǔn)確稱取1.0g榴蓮殼粉末3份，按照傳統(tǒng)酸法正交實(shí)驗(yàn)最佳提取條件提取果膠。稱重計(jì)算產(chǎn)率，計(jì)算平均量與RSD。

1.3.2 超聲波輔助法提取果膠

1.3.2.1 超聲波輔助法單因素實(shí)驗(yàn)［7－10］準(zhǔn)確稱取5份1.0g經(jīng)預(yù)處理的榴蓮殼內(nèi)皮粉末，超聲波固定功率(40kHz)下，分別改變料液比、提取劑pH、提取溫度以及提取時(shí)間，考察其對(duì)果膠提取效果的影響。

1.3.2.2 超聲輔助提取果膠正交實(shí)驗(yàn) 根據(jù)以上單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選擇料液比、pH、超聲溫度、超聲時(shí)間四個(gè)因素，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，確定超聲輔助提取果膠的最佳提取條件。正交實(shí)驗(yàn)因素水平表見表2。

1.3.2.3 優(yōu)化方法重復(fù)性檢驗(yàn) 準(zhǔn)確稱取1.0g榴蓮殼粉末3份，按照超聲正交實(shí)驗(yàn)最佳提取條件提取果膠。稱重計(jì)算產(chǎn)率，計(jì)算平均量與RSD。

表2 超聲輔助提取果膠正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels in orthogonal design for optimizing ultrasonic－assisted extraction of pectin

1.3.3 傳統(tǒng)酸法與超聲波提取法的比較

2 結(jié)果與討論

2.1 傳統(tǒng)酸法提取果膠

2.1.1 傳統(tǒng)酸法提取果膠單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1.1 傳統(tǒng)酸法料液比對(duì)果膠提取效果的影響從圖1中可知，當(dāng)料液比較小時(shí)，果膠產(chǎn)率低。隨著料液比增大，果膠產(chǎn)率逐漸上升，并在1∶25達(dá)到峰值，1∶25以后果膠產(chǎn)率有所下降。故選擇1∶20、1∶25、1∶30做正交實(shí)驗(yàn)。

圖1 傳統(tǒng)酸法料液比對(duì)果膠得率的影響Fig.1 Effect ofmaterial/liquid ratio on pectin yield

2.1.1.2 傳統(tǒng)酸法提取劑pH對(duì)果膠提取效果的影響

由圖2可知，提取劑pH1.0時(shí)果膠產(chǎn)率最高，隨著pH升高，果膠產(chǎn)率降低。pH太低造成提取液顏色過深，嚴(yán)重影響果膠產(chǎn)品顏色，當(dāng)pH過低時(shí)，有可能引起果膠的降解，使果膠質(zhì)量下降，pH也不能太高，否則不能完全分離果膠，導(dǎo)致果膠得率降低［11］。故選擇pH1.0、2.0、3.0做正交實(shí)驗(yàn)。

圖2 傳統(tǒng)酸法提取劑pH對(duì)果膠得率的影響Fig.2 Effect of pH on pectin yield

2.1.1.3 傳統(tǒng)酸法提取溫度對(duì)果膠提取效果的影響 由圖3可知，溫度低，果膠提取不完全，從而使果膠得率偏低。90℃時(shí)得率最高，但溫度太高，100℃時(shí)，果膠長時(shí)間處于沸騰狀態(tài)，引起其分子的降解，得率下降。從得到的果膠成品發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，果膠色澤加深。綜合考慮，選擇70、80、90℃做正交實(shí)驗(yàn)。

2.1.1.4 提取總時(shí)間對(duì)果膠提取效果的影響 由圖4可知，隨著提取時(shí)間的延長，果膠產(chǎn)率明顯增加。在80min達(dá)到峰值，80min以后產(chǎn)率趨于平緩甚至有下降趨勢。但當(dāng)提取時(shí)間過長時(shí)，果膠會(huì)解酯、裂解，造成果膠產(chǎn)率下降。故選擇70、80、90min做正交實(shí)驗(yàn)。

圖3 傳統(tǒng)酸法提取溫度對(duì)果膠得率的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on pectin yield

圖4 傳統(tǒng)酸法提取時(shí)間對(duì)果膠得率的影響Fig.4 Effect of extraction heating time on pectin yield

2.1.2 傳統(tǒng)酸提法正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 見表3。

表3 傳統(tǒng)酸提法榴蓮殼內(nèi)皮果膠提取工藝正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of orthogonal array design experiments for optimizing traditional acid extraction of pectin

由表3正交極差分析可知，RC＞RA＞RB＞RD，即傳統(tǒng)酸法正交實(shí)驗(yàn)4個(gè)因素對(duì)果膠提取的影響強(qiáng)弱順序?yàn)?提取溫度＞液料比＞提取pH＞提取時(shí)間。由各k值可得出傳統(tǒng)酸法正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最佳提取條件為A3B2C3D3。即料液比為1∶30，提取劑pH為2.0，提取溫度為90℃，提取時(shí)間為90m in。

2.1.3 傳統(tǒng)酸提法工藝重復(fù)性檢驗(yàn) 按傳統(tǒng)酸法正交實(shí)驗(yàn)所得的最佳提取條件，即:料液比為1∶30，提取劑 pH為 2.0，提取溫度為 90℃，提取時(shí)間為90m in，平行實(shí)驗(yàn)3次，結(jié)果見表4。

表4 傳統(tǒng)酸提法工藝重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Result of repeated test for optimizing acid extraction of pectin

經(jīng)計(jì)算，果膠產(chǎn)率平均量為14.97%，RSD= 1.22%(n=3)，說明重復(fù)性良好。

2.2 超聲波法提取果膠

2.2.1 超聲波單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1.1 超聲料液比對(duì)果膠提取效果的影響 由圖5可知，隨著料液比的增加，果膠產(chǎn)率也隨之增加。其原因是料液比太小，使得物料黏度大，且濃度梯度小，擴(kuò)散深度慢，難以保證原料中的果膠質(zhì)全部轉(zhuǎn)移到提取液中，提取不完全，產(chǎn)率低且過濾困難，膠質(zhì)殘留多。料液比增大，使得提取出來的膠質(zhì)在溶液中的濃度太低，雖然容易過濾，但真空濃縮時(shí)間過長，沉淀時(shí)酒精消耗大，沉淀效果不太理想［12］。故選擇1∶20、1∶25、1∶30做正交實(shí)驗(yàn)。

圖5 超聲波提取法料液比對(duì)果膠得率的影響Fig.5 Effect ofmaterial/liquid ratio on pectin yield

2.2.1.2 超聲提取劑pH對(duì)果膠提取效果的影響 由圖6可知，當(dāng)pH為1.0時(shí)，果膠產(chǎn)率最高，隨著pH升高，果膠產(chǎn)率逐漸降低。溶液pH過高，提取時(shí)間將會(huì)延長，導(dǎo)致果膠不穩(wěn)定，容易分解成果膠酸，使產(chǎn)率下降。溶液pH過低，提取時(shí)間縮短，造成果膠進(jìn)一步分解，且過濾時(shí)易隨溶液而濾掉，使果膠得率降低，同時(shí)果膠顏色加深。因?yàn)樗崃康脑黾訒?huì)導(dǎo)致部分纖維素、半纖維素分解，使果膠中己糖和戊糖的含量增加，影響果膠品質(zhì)［13］。綜合考慮，選擇pH1.0、2.0、3.0做正交實(shí)驗(yàn)。

圖6 超聲提取劑pH對(duì)果膠得率的影響Fig.6 Effect of pH on pectin yield

2.2.1.3 超聲溫度對(duì)果膠提取效果的影響 由圖7可知，隨著溫度升高，果膠產(chǎn)率逐漸增加。綜合考慮，選擇70、80、90℃作正交實(shí)驗(yàn)。

圖7 超聲溫度對(duì)果膠得率的影響Fig.7 Effect of extraction temperature on pectin yield

2.2.1.4 超聲時(shí)間對(duì)果膠提取效果的影響 由圖8可知，隨著超聲時(shí)間延長，果膠產(chǎn)率超聲有所提高，在40min以后果膠產(chǎn)率上升緩慢，于60m in時(shí)趨于穩(wěn)定。綜合考慮選擇30、60、90m in作正交實(shí)驗(yàn)。

圖8 超聲時(shí)間對(duì)果膠得率的影響Fig.8 Effect of extraction heating time on pectin yield

2.2.2 超聲波的工藝優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 由表5正交極差分析可知，RB＞RD＞RC＞RA，即超聲輔助法正交實(shí)驗(yàn)4個(gè)因素對(duì)果膠提取的影響強(qiáng)弱順序?yàn)?提取劑pH＞提取時(shí)間＞提取溫度＞料液比。由k值可以看出，超聲波提取正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最好提取條件為A3B1C2D2。即料液比為1∶30，提取劑pH為1.0，提取溫度為80℃，提取時(shí)間為60m in。

表5 超聲輔助法正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of orthogonal design for optimizing ultrasonic－assisted extraction of pectin

2.2.3 超聲波提取工藝優(yōu)化重復(fù)性檢驗(yàn) 按超聲波提取正交實(shí)驗(yàn)所得的最佳提取條件，即料液比為1∶30，提取劑pH為1.0，提取溫度為80℃，提取時(shí)間為60m in，平行實(shí)驗(yàn)3次，結(jié)果如表6。

表6 超聲波提取優(yōu)化重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Result of repeated test for ultrasonic－assisted extraction of pectin

經(jīng)計(jì)算，果膠產(chǎn)率平均量為19.68%，RSD= 1.73%(n=3)，說明重復(fù)性良好。

2.3 傳統(tǒng)酸法與超聲波提取法的比較

傳統(tǒng)酸法:料液比為1∶30，提取劑pH為2.0，提取溫度為90℃，提取時(shí)間為90m in，提取果膠產(chǎn)率平均量為14.97%，顏色較深，純度雜質(zhì)相對(duì)較多;超聲波提取法:料液比為1∶30，提取劑pH為1.0，提取溫度為80℃，提取時(shí)間為60min，提取的果膠產(chǎn)率平均量為19.68%，顏色較淺，較純，雜質(zhì)少。傳統(tǒng)酸法與超聲波提取法提取的果膠產(chǎn)率均相差較大，與普通的提取方法比較，超聲波提取所用的溫度較傳統(tǒng)酸法低，時(shí)間短，利于節(jié)約能源，降低成本。而且提取的果膠顏色較雜質(zhì)少。這與超聲波提取果膠的主要原理有關(guān)。

超聲波是頻率高于人耳能聽到頻率范圍的聲波，頻率一般在20kHz以上。超聲波在水中傳播，可以產(chǎn)生釋放巨大能量的激化和突發(fā)，即“空化效應(yīng)”，這種效應(yīng)可以產(chǎn)生高達(dá)數(shù)百個(gè)大氣壓的局部瞬間壓力，形成沖擊波，是固體表面即液體介質(zhì)受到極大沖擊力，從而破碎細(xì)胞，這是超聲波應(yīng)用于果膠原料破壁的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，超聲波產(chǎn)生的振動(dòng)作用加強(qiáng)了被破碎物的擴(kuò)散及溶解［14］。故超聲波輔助法與傳統(tǒng)酸法相比，能夠提高提取效率，縮短提取時(shí)間，降低提取溫度，提高經(jīng)濟(jì)效益，具有明顯優(yōu)勢。

3 結(jié)論

通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:榴蓮殼內(nèi)皮中果膠傳統(tǒng)酸法提取的最佳工藝為料液比1∶30、pH2.0、90℃、90m in，最大得率為14.97%。超聲波輔助提取的最佳工藝為料液比1∶30、pH1.0、80℃、60m in，最大得率為19.68%。超聲波輔助提取比酸提取縮短了時(shí)間，由90m in降到60m in，得率由14.97%提高到19.68%，所得果膠顏色淺雜質(zhì)少。

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Study on the extraction of pectin technology from durian shell

WANG Hai－yan，LIAO M ing－shun，ZHANG M in，WEN Bin，LIPeng－sheng，HUANG Cai－xia，WANG Xiao－bo*
(School of Public Health，Guangdong Pharmacy Collage，Guangzhou 510310，China)

Ob jective:Provided references for the research on and made sure of the best cond itions for the extraction of pectin by durian shell.Methods:Using the durian shell inner peel as material，the method of acid hyd rochloric ethanol p recipitation and ultrasonic wave were used to extract pectin.Made sing le factor experiment on the factors of solid－liquid ratio，pH，extracts tem perature，extrac ts time and L9(34)orthogonal experim ent and calculated the yield.Result:The best trad itional extrac tion cond itions were:1∶30 of solid－liquid ratio，pH2.0，90℃and 90m in，the yield could reach 14.97%.The best cond itions w ith the ultrasonic wave were:1∶30 of solid－liquid ratio，pH1.0，80℃of ultrasonic wave tem perature and 60m in of ultrasonic wave time，the yield could reach 19.68%.Conc lusion:The com parisons of two methods on the extraction of pectin by durian shell revealed that the effectiveness of the method w ith the help of ultrasonic was better than the traditionalmethod of acid extraction.

durian shell inner peel;pectin;ultrasonic wave;orthogonalexperiment

TS255.1

B

1002－0306(2012)12－0246－05

2011－09－07 *通訊聯(lián)系人

王海燕(1989－)，女，在讀本科，研究方向:食物營養(yǎng)與天然物質(zhì)功效成分。

教育部預(yù)防醫(yī)學(xué)特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)基金(高教函【2008】21號(hào));廣東藥學(xué)院學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。