離子交換法提取銀杏殼中果膠工藝研究

顧焰波，仇 菲，湯小芳，常曉壘

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

離子交換法提取銀杏殼中果膠工藝研究

顧焰波，仇 菲，湯小芳，常曉壘

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

采用離子交換法對銀杏殼中果膠進(jìn)行提取。通過單因素試驗和正交試驗探討了提取過程中各因素對果膠得率的影響，結(jié)果表明適宜工藝條件為:離子交換樹脂用量7%，pH 2.0，提取溫度85℃，提取時間2h，料液比1∶20(g∶mL)。在此工藝條件下，果膠得率為4.85%。

離子交換法；銀杏殼；果膠；提取

果膠是一種親水性植物，主要結(jié)合單元為D-毗喃半乳糖醛酸的部分甲酯化的聚合物。果膠具有抗腹瀉、抗癌、治療糖尿病、減肥的功效，是人體七大營養(yǎng)元素中膳食纖維的主要成分，因具有凝膠作用而被作為添加劑廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中[1]，所以在食品、醫(yī)藥和化妝品工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。

銀杏果俗稱生白果，含有多種營養(yǎng)元素，具有益肺氣、治咳喘、止帶蟲、縮小便、護(hù)血管等食療作用和醫(yī)用效果。白果殼作為白果深加工的主要廢棄物，既污染環(huán)境又浪費資源，若進(jìn)行提取并加以利用，將可以提高白果加工的經(jīng)濟(jì)效益，是一項極有意義的研究。目前，有關(guān)離子交換法生產(chǎn)果膠已見諸報道，主要有橙皮[2]、桔皮[3-4]、蘋果渣[5-6]、木瓜皮[7]果膠的提取，但從銀杏殼中提取尚未見報道。本文采取離子交換法從銀杏殼中提取果膠，并較系統(tǒng)地研究工藝條件，以期為更好地開發(fā)銀杏資源與果膠的研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

銀杏（外購），無水乙醇，95%乙醇，鹽酸，氫氧化鈉（均為分析純）。732型陽離子交換樹脂。

pHS-3C酸度計，RE-52旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，SHB-Ⅲ真空泵，DHG-9202-3SA電熱鼓風(fēng)干燥箱，XFB-200微型高速粉碎機(jī)。

1.2 試驗方法

1.2.1 銀杏殼預(yù)處理

將銀杏殼洗凈，將果殼壓碎，在蒸餾水中浸泡30min（除去雜質(zhì)）。然后在沸水中煮沸3～5min左右（滅酶），瀝干，放入烘箱中烘干，在高速粉碎機(jī)中粉碎成粉末狀。加入100mL 95%乙醇，在60℃的水浴鍋中水浴浸提4h，用布氏漏斗過濾，重復(fù)浸提2次，使之盡可能除去色素。過濾，最后將濾渣放在烘箱中烘干備用。

1.2.2 732型陽離子交換樹脂預(yù)處理

將干的732型陽離子交換樹脂用蒸餾水在磁力攪拌器中攪拌2h，用4倍體積的2mol·L-1的鹽酸溶液在磁力攪拌器中攪拌0.5h，傾去清液，將樹脂洗至中性。再用2mol·L-1的氫氧化鈉溶液在磁力攪拌器中攪拌0.5h，傾去清液，將樹脂洗至中性。最后用2mol·L-1的鹽酸溶液在磁力攪拌器中攪拌0.5h，傾去清液，將樹脂洗至中性，使之轉(zhuǎn)化為氫型樹脂，放在烘箱中（約70℃）烘干備用。

1.2.3 銀杏殼果膠提取方法

1）浸提:準(zhǔn)確稱取1.0000g經(jīng)預(yù)處理的果殼粉末，并稱取一定量的732型氫型樹脂，放在錐形瓶中，用已經(jīng)配置好的2mol·L-1的鹽酸調(diào)節(jié)蒸餾水的酸度，調(diào)節(jié)一定pH值，并以此作為浸提劑，在一定溫度的水浴條件下浸提一定時間，過濾，濾渣用蒸餾水洗滌2次，濾液即為果膠浸提液。

2）濃縮:將上步所得到的果膠浸提液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上以4∶1的比例進(jìn)行濃縮。

3）冷卻與乙醇沉淀:將濃縮過的果膠濃縮液放在冰箱中冷卻，然后將在冰箱中冷卻后的果膠濃縮液注入到相同體積的已經(jīng)預(yù)冷的無水乙醇中，靜置5h左右，使果膠沉淀析出。

4）過濾與洗滌:將上個步驟得到的混合物進(jìn)行抽濾，濾渣用95%乙醇洗滌，再進(jìn)行抽濾，最后用無水乙醇洗滌濾渣并進(jìn)行抽濾，得到濾渣。

5）干燥與稱重:將濾渣放在烘箱中烘干至恒重。稱重，計算得率。

2 結(jié)果與分析

2.1 離子交換樹脂用量的確定

稱取5份銀杏殼粉末，每份1.0000g，分別加入不同用量的732型氫型樹脂（占銀杏殼粉末重，下同），在相同條件下（料液比1g∶20mL，pH 2.0，溫度85℃，時間2h），提取果膠，結(jié)果見圖1。

圖1 樹脂用量對果膠得率的影響Fig.1 Effects of the amount of resin on pectin yield

由圖1可知，在上述條件下，當(dāng)樹脂用量小于7%時，隨著樹脂用量增加，果膠提取量明顯增加，當(dāng)樹脂用量大于7%時，隨著樹脂用量的增加，果膠提取量變化不明顯。這是由于732型氫型樹脂上H+能與銀杏殼中的Ca2+等多價陽離子發(fā)生交換，使Ca2+等多價陽離子交換到樹脂上，解除了Ca2+等多價陽離子對果膠的束縛，從而加速了原果膠的溶解，提高了果膠的產(chǎn)量。離子交換樹脂法與傳統(tǒng)的酸提取法相比較，果膠產(chǎn)量明顯提高[8]。當(dāng)樹脂用量較低時，Ca2+等多價陽離子沒有完全交換出來，果膠水解不徹底，果膠產(chǎn)量相對較低，當(dāng)樹脂用量為7%時，Ca2+等多價陽離子基本被全部交換出來了，再增加樹脂的用量，果膠產(chǎn)量也不會提高。所以，從成本方面考慮，選擇7%的樹脂用量為宜。

2.2 離子交換法提取果膠的影響因素

按7%的樹脂用量，提取銀杏殼中果膠，通過單因素實驗和正交試驗，對料液比、浸提時間、浸提溫度、pH值影響因素進(jìn)行了研究。

2.2.1 單因素試驗

2.2.1.1 料液比對果膠得率的影響

稱取5份銀杏殼粉末，每份1.0000g，在相同條件下（pH 2.0，溫度85℃，時間2h），提取果膠，調(diào)節(jié)不同料液比提取果膠，結(jié)果見圖2。

圖2 料液比對果膠得率的影響Fig.2 Effects of material-liquid ratio on pectin yield

由圖2可知，當(dāng)料液比小于1g∶20mL時，隨著料液比的增大，果膠得率明顯增加，當(dāng)料液比為1g∶20mL時，果膠得率達(dá)到最大值，再增加料液比，果膠得率呈下降趨勢。這是由于料液比過小時，難以保證原料中的果膠全部轉(zhuǎn)移到溶液中，溶液中含有的果膠濃度低，醇析后轉(zhuǎn)化成果膠的量相應(yīng)降低，且料液比過小，溶液黏度大、過濾困難，造成提取不完全，提取量低；料液比過大時，提取出來的果膠質(zhì)在溶液中的含量太低，過濾容易，但是沉淀消耗的乙醇量大，沉淀效果不理想。因此，料液比為1g∶20mL時，果膠提取效果較佳。

2.2.1.2 浸提時間對果膠得率的影響稱取5份銀杏殼粉末，每份1.0000g，在相同條件下（料液比1g∶20mL，pH 2.0，溫度85℃），調(diào)節(jié)不同浸提時間浸提果膠，結(jié)果見圖3。由圖3可知，當(dāng)浸提時間小于2h時，隨著浸提時間的增大，果膠得率明顯增加，當(dāng)浸提時間為2h時，果膠得率達(dá)到最大，再增加浸提時間，果膠得率呈下降趨勢。這可能是由于浸提時間過短，會導(dǎo)致果膠水解不完全，提取率低；浸提時間過長，會使果膠水解過度，果膠脫脂裂解，且色澤變深，影響果膠質(zhì)量。所以，浸提時間為2h時，果膠提取效果較佳。

圖3 浸提時間比對果膠得率的影響Fig.3 Effects of extraction time on pectin yield

2.2.1.3 浸提溫度對果膠得率的影響

稱取5份銀杏殼粉末，每份1.0000g，在相同條件下（料液比1g∶20mL，pH 2.0，時間2h），調(diào)節(jié)不同浸提溫度浸提果膠，結(jié)果見圖4。

圖4 浸提溫度比對果膠得率的影響Fig.4 Effects of extraction temperature on pectin yield

由圖4可知，當(dāng)浸提溫度小于85℃時，隨著浸提溫度的增大，果膠得率明顯增加，當(dāng)浸提溫度為85℃時，果膠得率達(dá)到最大值，再增加浸提溫度，果膠得率變化不明顯，但果膠色澤加深，質(zhì)量下降。這可能是由于溫度升高，有利于果膠的水解溶出，果膠提取量相應(yīng)增加。當(dāng)溫度過高時，可能會引起果膠自身結(jié)構(gòu)的破壞，并降低果膠的膠凝能力，從而使果膠產(chǎn)量呈下降趨勢，且溫度過高，導(dǎo)致果膠色澤加深，質(zhì)量下降。所以，浸提溫度為85℃時，果膠提取效果較佳。

2.2.1.4 pH值對果膠得率的影響

稱取5份銀杏殼粉末，每份1.0000g，在相同條件下（料液比1g∶20mL，溫度85℃，時間2h），調(diào)節(jié)不同pH值浸提果膠，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，當(dāng)pH值小于1.5時，隨著pH值的增大，果膠得率增大，當(dāng)pH值增至1.5與2.0時，果膠得率達(dá)到較佳值，再增加pH值，果膠得率呈下降趨勢。pH值過低，果膠水解過度，易使果膠脫脂裂解，提取率降低，且副反應(yīng)增多，影響了果膠的質(zhì)量；pH值過高，原果膠的水解程度弱，生成果膠量低，提取率降低。所以，pH值為1.5與2.0時，果膠提取效果較佳。

圖5 pH值對果膠得率的影響Fig.5 Effects of pH value on pectin yield

2.2.2 正交試驗

根據(jù)以上單因素實驗的初步結(jié)果，進(jìn)行正交試驗研究，結(jié)果見表1。

表1 正交試驗結(jié)果Table1 Results of orthogonal test

由表1可知，R(浸提溫度) ＞R(pH值)＞R(料液比) ＞R(浸提時間)，說明4因素對果膠得率的影響順序為:浸提溫度＞pH值＞料液比＞浸提時間，浸提溫度對果膠得率影響最大。并確定試驗的最優(yōu)條件為A2B2C2D2，即:料液比1g∶20mL，溫度85℃，pH 2.0，時間2.0h，此參數(shù)下的果膠得率最好。按此最佳組合做平行實驗，測定果膠平均得率得 率為4.85%。

3 結(jié)論

通過離子交換法從銀杏殼中提取果膠試驗表明，交換樹脂適宜用量為7%，從單因素試驗可知，液料比為1g∶20mL，浸提時間為2h，浸提溫度為85℃，pH值為1.5～2.0時，果膠提取效果較好。并在此基礎(chǔ)上，用正交試驗法對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳優(yōu)化條件為:pH 2.0，溫度85℃，時間2h，料液比1g∶20mL，此時果膠得率為4.85%。研究結(jié)果表明，用離子交換法提取銀杏果殼中果膠，其得率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的酸提取法。因此，采用本工藝提取果膠，具有較好的應(yīng)用前景。

[1] 周仲實.膜分離技術(shù)在果膠中的應(yīng)用[J].食品工業(yè)科技，2003，24(2):51-55.

[2] 戴玉錦，張敏艷，徐玨.離子交換法提取橙皮果膠的研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005(2): 103-106.

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[4] 唐滿生，戴永強(qiáng).微波協(xié)同離子交換法提取果膠的研究[J].現(xiàn)代食品科技，2009，25(6): 678-679.

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[8] 田輝，馬力.果膠制備方法的研究進(jìn)展[J].中國調(diào)味品，2007(3):17-20.

Extraction of Pectin from Ginkgo Biloba L. Shells by Ion-exchange Method

GU Yan-bo, QIU Fei, TANG Xiao-fang, CHANG Xiao-lei
(Taizhou Institute of Science and Technology, NJUST, Taizhou 225300, China)

The pectin of ginkgo biloba L. shells were extracted by ion-exchange method. The inf uent of single factors and orthogonal tests on the yield of pectin were studied. The results showed that the appropriate technical conditions were as followed: cation exchange resins 7%, pH 2.0, the extraction temperature 85℃, the extraction time 2h，the ratio of material to extraction solution 1g/20mL. Under the process conditions, the extract yield of pectin was 4.85%.

ion- exchange method; ginkgo biloba L. shells; pectin; extraction

TS 255

A

1671-9905(2015)05-0012-04

泰州市科技支撐社會發(fā)展計劃（指導(dǎo)性）項目；南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院化工學(xué)院“夢蘭神彩”大學(xué)生創(chuàng)新基金資助項目

顧焰波(1982-)，男，江蘇如東人，碩士，講師，主要研究方向:精細(xì)化工和化工分離研究。E-mail:ybg8209@163.com

2015-02-04