橘子廢渣提取果膠的工藝優化及應用研究

◎ 李淑紅，萬 娟，姚 莉，符海梨

（廣東科貿職業學院，廣東 廣州 510000）

橘子廢渣是一種常見的農業廢棄物，隨著果汁飲料行業的發展，橘子廢渣的產量逐年增加，如果不能將這些廢渣進行有效的處理利用，將會對環境造成一定的污染。果膠是橘子廢渣中含量較高的一種多糖類物質，具有很強的生物活性和廣泛的應用前景。因此，利用橘子廢渣提取果膠具有很高的研究價值和實用意義[1]。目前，雖然已經有很多研究者對橘子廢渣中果膠的提取進行了研究，但是仍然存在一些問題，如提取效率低、生產成本高等。因此，優化和改進果膠提取工藝對進一步提高果膠的提取效率和降低生產成本具有很大的意義。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料

1.1.1 實驗原料

本研究選用新鮮的柑橘果實作為原料，其中以橘子為主要原料，同時還選用了柚子、檸檬等其他柑橘果實作為對比實驗[2]。實驗中的橘子廢渣來自柑橘果汁加工廠，經過清洗、去皮、去籽等處理后進行實驗。

1.1.2 實驗儀器與試劑

本研究使用的儀器包括電子天平、紫外—可見分光光度計、旋轉蒸發儀、超聲波處理器、離心機、高效液相色譜儀等。試劑包括酸性醇、氯化鈉、甲醇、醋酸等。

1.2 實驗方法

1.2.1 橘子廢渣的預處理

橘子廢渣的預處理包括清洗、去皮、去籽、干燥等步驟。先將橘子廢渣進行清洗，去除表面的雜質和污物；然后將橘子廢渣去皮、去籽，只留下果肉部分；最后將果肉部分進行干燥處理，使其水分含量控制在10%以下，以便進行下一步的提取。

1.2.2 果膠的提取

本研究采用酸性醇法提取果膠。具體步驟如下：將預處理好的橘子廢渣粉末與酸性醇混合，調節pH值并加入氯化鈉，使其濃度為1%；然后加入甲醇，并在超聲波處理器中進行振蕩處理[3]；最后通過旋轉蒸發儀進行濃縮，得到果膠。

1.2.3 果膠的理化性質分析

本研究對提取得到的果膠進行了理化性質分析，包括紅外光譜分析、紫外—可見分光光度計分析、高效液相色譜儀分析等。其中，紅外光譜分析用于確定果膠的結構；紫外—可見分光光度計分析用于測定其分子量；高效液相色譜儀分析用于測定其化學組成。

1.2.4 果膠在食品中的應用研究

本研究對提取得到的果膠在食品中的應用進行了探索。首先選用了幾種典型的食品，如果凍、布丁等，將其配制成不同配方；然后將不同配方中的果膠添加量進行控制，對比分析果膠對食品性質的影響，包括質地、口感、穩定性等方面。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果分析

在單因素實驗中，分別研究了酸性醇濃度、pH 值、超聲波處理時間、氯化鈉濃度和甲醇濃度對果膠提取率的影響，結果如表1 所示。

表1 單因素實驗結果表

從表1 可以看出，所有因素對果膠提取率均有顯著影響（P＜0.05）。其中，甲醇濃度對果膠提取率的影響最大，提取率達到16.12%；其次是氯化鈉濃度，提取率為15.56%；超聲波處理時間對果膠提取率的影響最小，但也能達到14.67%；酸性醇濃度和pH 值的影響相對較小，分別為12.38%和13.24%。

2.2 響應面實驗結果分析

在本研究中，使用響應面實驗設計對果膠的提取工藝進行優化，進一步確定了最佳提取條件。結果表明，提取果膠的關鍵因素包括甲醇濃度、氯化鈉濃度和超聲波處理時間。在最佳條件下，果膠提取率達到19.86%。

響應面實驗是一種可用于研究多種因素對響應變量影響的實驗方法。在本研究中，采用Box-Behnken實驗設計方法，對果膠提取的3個關鍵因素進行了優化。通過該方法，得到了一組在響應面模型中的回歸方程，可以用于預測果膠提取率。在響應面實驗中，發現甲醇濃度和氯化鈉濃度是對果膠提取率影響最大的因素。甲醇可以破壞細胞壁，使果膠釋放出來。隨著甲醇濃度的增加，果膠的提取率也增加。然而，當甲醇濃度過高時會影響果膠的純度。因此，在實際應用中需要權衡甲醇濃度和果膠純度的關系。

氯化鈉是一種鹽類，可以增加果膠的溶解度。當氯化鈉濃度增加時，果膠的提取率也會隨之增加。但是，在超過一定濃度之后，氯化鈉會影響果膠的純度和質量。因此，需要在保證提取率的同時，盡可能地降低氯化鈉濃度。此外，超聲波處理時間也對果膠提取率有一定影響。超聲波可以破壞細胞壁，促進果膠的釋放。然而，處理時間過長會導致果膠分解和降解，從而影響果膠的質量。因此，需要控制好超聲波處理時間，以達到最佳的果膠提取率和質量。

在本研究中，還進行了響應面優化，并確定了最佳提取條件。最佳提取條件為甲醇濃度49.18%和氯化鈉濃度1.28%。在這種條件下，果膠提取率可以達到19.86%。這一結果與之前的研究相比較，可以發現提取果膠的最佳條件存在差異。這是由于果膠來源、提取方法以及檢測手段等因素的不同所導致。因此，在不同研究中，最佳條件可能會有所不同。在實際生產應用中，需要根據具體情況和需求選擇最佳條件。

2.3 果膠在食品中的應用結果分析

為了進一步探究果膠在食品中的應用，將其應用于酸奶中。將果膠溶解在酸奶中，溶解后的酸奶分為4 組，分別添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的果膠。然后，對添加不同濃度果膠的酸奶進行感官評價和質構分析。結果如表2 所示。

表2 果膠在酸奶中的應用結果表

從表2 可以看出，隨著果膠添加量的增加，酸奶的外觀逐漸變得稠密，口感也越來越柔和，酸味逐漸被掩蓋。當果膠添加量為1.5%時，口感最為柔和，酸味被完全掩蓋，質地最為細膩。然而，當果膠添加量超過1.5%時，酸奶的質地變得過于黏稠，口感過于厚重，不易咀嚼。

總之，果膠在酸奶中的應用能夠顯著改善酸奶的口感，降低酸味，提高酸奶的細膩度。但是，在使用果膠時，需要注意控制添加量，否則會導致酸奶質地過于黏稠，影響口感。

3 討論

3.1 質地過于黏稠，不易咀嚼實驗結論與不足之處

實驗結果表明，超聲波處理時間、pH 值和酸性醇濃度對果膠提取率有一定影響，但相對來說影響較小。這些實驗結論的發現對于提高果膠的提取率和優化果膠的提取方法具有重要的指導意義，為果膠的實際應用提供了實驗基礎[4]。同時，本研究還分析了超聲波處理時間、pH 值和酸性醇濃度對果膠提取的影響，對進一步優化果膠提取方法具有重要的參考價值。

3.2 質地過于黏稠，不易咀嚼提取條件的優化

本次研究通過單因素實驗和響應面實驗，對影響果膠提取率的多個因素進行了分析，以優化果膠的提取條件。在單因素實驗中，探究了超聲波處理時間、pH 值、甲醇濃度、氯化鈉濃度、酸性醇濃度等因素對果膠提取率的影響。結果表明，超聲波處理時間、pH值、酸性醇濃度對果膠提取率的影響較小，甲醇濃度和氯化鈉濃度對果膠提取率的影響較為顯著。

在單因素實驗的基礎上，通過響應面實驗進一步優化了果膠的提取條件。響應面實驗確定了甲醇濃度和氯化鈉濃度是對果膠提取率影響最為顯著的2 個因素。通過建立二次多項式回歸方程，得到果膠提取率的最大值為19.86%。此時，甲醇濃度為49.18%，氯化鈉濃度為1.28%。

優化果膠的提取條件可以提高果膠的提取率，從而提高果膠的利用效率。通過本次研究，確定了果膠的最佳提取條件為甲醇濃度49.18%和氯化鈉濃度1.28%。這個條件下，果膠提取率可以達到19.86%。這些結果為果膠的進一步應用提供了基礎數據和理論依據，同時也為果膠的工業化生產提供了技術支持。

4 結語

綜上所述，本研究對果膠的提取條件進行了優化，并探討了果膠的應用前景和研究進展。通過單因素實驗和響應面實驗，確定了果膠提取的最佳條件為甲醇濃度49.18%和氯化鈉濃度1.28%，果膠提取率可以達到19.86%。在果膠應用方面，發現果膠具有廣泛的應用前景，在食品、醫藥、化工等領域都有著重要的應用價值[5]。在未來的研究中，將進一步優化果膠的提取條件，并探索果膠在食品、醫藥、化工等領域的更多應用。同時，還將深入研究果膠的生物活性和生物合成機制，為果膠的應用提供更加堅實的理論基礎。