微波法協同提取石榴皮果膠的工藝研究

陳妮娜

（漳州城市職業學院，福建 漳州 363000）

0 引言

果膠主要存在與蔬果根、莖、葉部的細胞壁內和細胞液中，主要以半乳糖醛酸為成分的一種復合多糖類物質[1]。果膠具有良好的增稠、乳化和凝膠作用，還可以降低血糖、血脂及膽固醇，因此被廣泛應用在食品、醫藥、化妝品等領域中[2]。目前，商業果膠主要是橘皮和蘋果渣，但隨著人們對綠色食品的追求，果膠的提取試樣、方法等受到更多的關注。石榴果實營養豐富，除直接食用外還可以加工成石榴汁、石榴酒，生產過程大量的石榴皮渣被丟棄，造成資源浪費和環境污染[3]。目前，以石榴皮的果膠提取研究報道甚少，以石榴皮作為原料，同一酸性條件下利用酶或螯合劑協同微波加熱法提取果膠，對果膠產率、理化性質的分析，選擇較適宜的石榴皮果膠提取方法，并根據單因素試驗和正交試驗優化石榴皮渣的果膠提取工藝，得到提取石榴皮果膠的最佳工藝條件，為提取石榴皮果膠的生產提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

石榴皮；無水乙醇、十二烷基磺酸鈉、六偏磷酸鈉、草酸銨、纖維素酶、果膠酶、鹽酸，均為分析純。

PHS-3C 型實驗室pH 計，上海雷磁廠產品；101-3 型鼓風干燥箱，上海光地儀器設備有限公司產品；LWMC-205 型可調功率微波化學反應器，南京陵江科技開發有限責任公司產品；FA2204B 型電子天平，上海精科有限公司產品；R201 型旋轉蒸發儀，鄭州長城科上貿有限公司產品；SHB-3 型循環水多用真空泵，鄭州杜甫儀器廠產品；NDJ-8S 型數顯旋轉黏度計，上海精天儀器有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

石榴皮清洗→剪碎滅酶→烘干粉碎稱樣→調節pH 值→加適量螯合劑并微波加熱→離心過濾脫色濃縮→沉淀、抽濾、干燥粉碎得果膠粉。

1.2.2 操作要點

（1）原料預處理。將石榴皮剪碎，于100 ℃沸水中煮4～5 min，使果膠酶的活性鈍化。

（2）螯合物或酶法協同微波法加熱浸提液。按相同的料液比1∶20（g∶mL），加入適量螯合劑或酶，置于燒杯中，加鹽酸調節pH 值至2，放入微波爐，調節微波功率和時間提取果膠。

（3）濃縮、沉淀。將微波處理后的過濾浸提液放入旋轉蒸發儀中，于60 ℃下真空濃縮，冷卻后加入一定量的95%乙醇，充分攪拌，靜置30 min，沉淀析出。

（4）抽濾、干燥。用真空抽濾裝置進行抽濾，濾出物用75%乙醇洗滌，把果膠沉淀物于60 ℃下干燥得果膠，粉碎得果膠粉。

1.2.3 果膠提取率計算及果膠的理化性質測定

根據QB 2484—2000 果膠產品質量指標法規定，測定石榴果膠水分、灰分、pH 值。

稱取制備的果膠，溶于適量蒸餾水調配成質量分數為2%的溶膠，用黏度計測定溶膠黏度。果膠酯化度的測定參考[4]。

1.2.4 微波法協同提取石榴皮中果膠的單因素試驗和正交試驗

以石榴皮作試驗材料，加入適量的螯合劑或酶，選取料液比、提取液pH 值、微波功率、微波時間4個單因素試驗。在4 個單因素基礎上，分別選取各因素對應的3 個較優水平做正交試驗，以對提取石榴皮中果膠的工藝條件做進一步優化。

2 結果與分析

2.1 不同提取方法制備的石榴皮果膠提取率及理化性質

不同方法提取石榴皮果膠的提取率及理化性質見表1。

由表1 可知，在相同的料液比1∶10（g∶mL），提取液pH 值為1 的條件下，用不同制備方法得到的石榴皮果膠均為高酯化度類型。單純微波法制備的果膠產率最低，黏稠度差。酶法協同微波法、鰲合劑協同微波法提高石榴皮果膠的產率和品質，說明酶及鰲合物作為提取液的萃取劑，均有促進殘留于酸解皮渣中果膠溶出的作用，改善單一微波法制備果膠的弊端[5]。鰲合劑協同微波法所制備的果膠與酶法協同微波法的果膠相比，鰲合劑協同微波制備的果膠灰分較大，雖然果膠的品質受到一些影響，但其理化指標均比較理想且產率高，其中六偏磷酸鈉協同微波法制備的果膠產率最高13.2%，可能是六偏磷酸鈉溶液作為提取劑在酸性條件下不僅將水溶性果膠及原果膠浸提出來，還將以鈣鹽等形式存在的非水溶性果膠轉化為水溶性果膠而被浸提出來。酶法協同微波法所得果膠產品質量穩定、黏度較大，溶膠成膜性能較好。基于果膠大部分的用途主要考慮產率、凝膠性能，綜合上述所制備果膠的產率和理化指標，選擇六偏磷酸鈉協同微波法來制備石榴皮果膠。

表1 不同方法提取石榴皮果膠的提取率及理化性質

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 料液比對果膠提取率的影響

稱取4 g 石榴皮粉，調節提取液的pH 值為2，加入0.3%含量的六偏磷酸鈉，微波功率800 W，微波時間3 min，考查不同料液比對果膠提取率的影響。

料液比對果膠提取率的影響見圖1。

圖1 料液比對果膠提取率的影響

由圖1 可知，果膠提取率隨著料液比的增大而逐漸減小，在料液比為1∶10～1∶20（g∶mL）提取液用量少，微波加熱時溶液溫度上升快，有利于石榴皮中不溶性的果膠快速水解形成果膠并轉移到提取液中，果膠提取率比較高。試驗中發現，如果料液比小于1∶10，石榴皮不能完全浸沒在提取液中使得提取不完全，對果膠產率有較大的影響。當料液比為1∶30 后果膠提取率大大減少，表明提取液量多、果膠濃度太低，乙醇難以將果膠沉淀析出，果膠提取率反而下降。因此，料液比1∶10～1∶20 為宜。

2.2.2 提取液pH 值對果膠提取率的影響

稱取4 g 石榴皮粉，料液比為1∶10（g∶mL），加入0.3%含量的六偏磷酸鈉，微波功率800 W，微波時間3 min，考查提取液pH 值對果膠提取率的影響。

提取液pH 值對果膠提取率的影響見圖2。

圖2 提取液pH 值對果膠提取率的影響

由圖2 可知，提取液的酸度對石榴皮果膠的提取影響比較大。當pH 值為1 時，果膠提取率達到高峰；當pH 值小于1 時，果膠容易過分水解使果膠提取率低；當pH 值大于1 時，隨著pH 值增大，提取率逐漸降低，可能酸度不夠導致果膠水解不完全。因此，pH 值選擇1 左右適宜。

2.2.3 微波功率對果膠提取率的影響

稱取4 g 石榴皮粉，料液比為1∶10（g∶mL），調節提取液的pH 值為2，加入0.3%含量的六偏磷酸鈉，微波時間3 min，考查提取液微波功率對果膠提取率的影響。

微波功率對果膠提取率的影響見圖3。

圖3 微波功率對果膠提取率的影響

由圖3 可知，隨著微波功率的增加，果膠產率增大，當微波功率600～800 W 時果膠產率較高，微波功率大于800 W就開始下降。可能是適當的微波處理使得分子間的碰撞速率加快，果膠更容易滲出溶解在提取液中，而微波功率太大會使提取液產生暴沸現象，石榴皮中的果膠水解強烈或發生變性，裂解成其他的多糖分子。因此，微波功率選擇在600～800 W 為宜。

2.2.4 微波時間對果膠提取率的影響

稱取4 g 石榴皮粉，料液比為1∶10（g∶mL），調節提取液的pH 值為1，加入0.3%含量的六偏磷酸鈉，微波功率700 W，考查微波時間對果膠提取率的影響。

微波時間對果膠提取率的影響見圖4。

圖4 微波時間對果膠提取率的影響

由圖4 可知，微波時間為3～4 min 時果膠提取率最大，表明微波時間太短不能將果膠完全提取出來，但是微波時間太長時提取液溫度過高，部分果膠容易發生降解，使得提取率降低，尤其在5 min 以后提取率大大降低，與試驗相符合，因為發現微波時間長，提取液不斷蒸發水分濃縮導致溶劑少，更易暴沸，果膠提取更不完全。因此，選擇微波時間3～4 min 為宜。

2.2.5 六偏磷酸鈉質量分數對果膠提取率的影響

六偏磷酸鈉質量分數對果膠提取率的影響見圖5。

圖5 六偏磷酸鈉含量對果膠提取率的影響

由圖5 可知，果膠提取率隨著六偏磷酸鈉質量分數的增大而逐漸升高，當六偏磷酸鈉質量分數達到0.4%后又趨于穩定。可能是由于六偏磷酸鈉的添加量，決定著原果膠中的鈣離子能否被完全螯合和完全溶出。在六偏磷酸鈉質量分數低時，單位體積內螯合劑的量少，螯合和溶出能力有限，果膠提取率較低。但六偏磷酸鈉質量分數太大又容易引起果膠灰分過高[5]。因此，選擇六偏磷酸鈉質量分數0.4%為宜。

2.3 正交試驗確定最佳工藝參數

在單因素試驗的基礎上，為確定微波最佳工藝參數，固定螯合劑含量，選取料液比、pH 值、微波功率、微波時間，四因素三水平，用L9（34）進行正交試驗。

正交試驗因素與水平設計見表2，正交試驗結果見表3。

表2 正交試驗設計

表3 正交試驗結果

在固定0.4%質量分數六偏磷酸鈉的作用下，影響石榴果皮果膠提取率的因素主次順序為料液比＞pH 值＞微波功率＞微波時間。分析得到石榴果皮果膠提取的最優工藝條件組合是A2B2C2D2，即料液比為1∶15（g∶mL），pH 值為1.5，微波功率為600 W，微波時間為3 min，在此條件下重復提取石榴皮中果膠3 次，測得平均提取率為7.75%。

3 結論

在石榴皮提取果膠過程中，加入質量分數為0.4%的六偏磷酸鈉輔助微波加熱法提取果膠的最佳工藝參數為料液比1∶15（g∶mL），pH 值1.5，微波功率600 W，微波時間3 min，在此條件下驗證結果與正交試驗一致，果膠提取率最高為7.75%。