從柑橘類果皮中提取果膠的試驗(yàn)對(duì)比研究

龔殿婷，劉志壯，張宏軍

(1.遼寧石油化工大學(xué) 石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001;2.新東北電氣集團(tuán)工藝研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110027)

果膠有著廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)需求量大，且呈高速增長(zhǎng)趨勢(shì)。以果蔬的渣、皮類為原料提取果膠，變廢為寶，已成為研究熱點(diǎn)，且可帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益[1-4]。柑橘類果皮中果膠最為豐富，是最主要的果皮類原料。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者利用各種方法分別從柑橘類果皮中提取了果膠[5-7]。新工藝、新方法逐漸出現(xiàn)，例如超聲波輔助、酶法、連續(xù)逆流萃取法、離子交換樹脂法、草酸銨法和混合鹽析法等[8-12]。但至今并無(wú)對(duì)比性的試驗(yàn)研究。本文以柑桔、橙子、檸檬三種柑橘類果皮為原料，探索在同種工藝下提取果膠的效果，探討提高果膠收率的方法，對(duì)于利用橘類果皮制備果膠有著重要的生產(chǎn)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料的預(yù)處理

分別稱取適量新鮮的檸檬皮、橙皮、柑桔皮，清洗后切碎，以熱水煮沸、浸泡，并烘干待用。

1.2 提取果膠

稱取干燥后的碎果皮于反應(yīng)器中，加入配制好的混合酸(冰乙酸-10%鹽酸)與一定溫度下浸提，分離后將濾液用活性炭吸附去色后，濃縮、調(diào)節(jié)至中性，加醇沉淀、靜置，得絮狀物。再次分離、洗滌后烘干得固體塊狀果膠，研磨、粉碎、過(guò)篩，即得成品果膠粉。

2 果膠收率的影響因素分析

2.1 固液比對(duì)果膠產(chǎn)量的影響

固液比為所用果皮與加入混合酸的質(zhì)量比，相同體積的3種果皮碎干質(zhì)量不同，因此所選固液比有所差異，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可知，固液比對(duì)果膠得率的影響較大，特別是固液比從1.6上升為1.8，3種果皮的果膠得率明顯上升。但固液比過(guò)大，反而稀釋了混合酸濃度，不利于果膠的提取，果膠得率有下降趨勢(shì)。由3條曲線趨勢(shì)可以看出，柑桔皮、橙子皮和檸檬皮的最佳固液比分別為1.8,1.8和1.9，并且柑桔皮的固液比極值表現(xiàn)最為顯著。

2.2 浸提液pH值對(duì)果膠得率的影響

果蔬中，果膠多數(shù)以原果膠存在，不溶于水，可溶于酸。果膠為高分子聚合物，用酸可使相應(yīng)的鍵斷裂，變成小分子的結(jié)構(gòu)。果膠提取過(guò)程中的化學(xué)變化，就是加酸脫脂，碳水化合物因不與酸反應(yīng)，將會(huì)混在最終生成物中。用于果膠酸解的酸已不再局限于單一的無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸，混合酸逐漸成為新的選擇。試驗(yàn)配制了冰乙酸-10%鹽酸的混合酸作為酸提劑。浸提液的酸度過(guò)小會(huì)使部分果膠脫脂裂解，影響果膠產(chǎn)量。酸度過(guò)大，果膠易水解為果膠酸，從而導(dǎo)致果膠提取量下降。經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)果膠浸提液的pH值在2附近時(shí)，實(shí)驗(yàn)效果最佳。而酸度的調(diào)節(jié)過(guò)程中可通過(guò)加入一定量的去離子水，此時(shí)就要同時(shí)考慮固液比的影響，另外，也可在混合酸的配制時(shí)，直接將pH值調(diào)整至所需酸度。本試驗(yàn)采用的后者，結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，柑桔皮所需的酸度恰好為pH=2.0，橙子皮為pH=2.1，檸檬皮所需酸度最小，當(dāng)pH值在2.3時(shí)才能達(dá)到最佳的果膠提取率。

2.3 浸提溫度對(duì)果膠得率的影響

果膠的基本結(jié)構(gòu)為α-1，4糖苷鍵連接的聚半乳糖醛酸，屬于多糖，為防止被酶水解，預(yù)處理過(guò)程中熱煮方式破壞了果膠酶活性。浸提溫度會(huì)直接影響果膠的得率，通常果膠浸提的溫度在80 ℃左右。浸提溫度低，果膠水化溶出不完全；溫度過(guò)高不利于試驗(yàn)操作，而且還可能會(huì)使果膠降解，影響果膠產(chǎn)量，考慮本試驗(yàn)所用混合酸為冰乙酸與鹽酸配制，均為易揮發(fā)酸，浸提溫度試驗(yàn)區(qū)間選為60～95 ℃，結(jié)果見(jiàn)圖3，柑桔皮的浸提溫度在75～80 ℃之間時(shí)果膠得率變化不大，橙子皮與檸檬皮的浸提溫度均在85 ℃ 出現(xiàn)最佳值。

2.4 浸提時(shí)間對(duì)果膠得率的影響

酸法分解，提取時(shí)間非常關(guān)鍵。通常提取物質(zhì)，加熱時(shí)間越長(zhǎng)越好。足夠長(zhǎng)的時(shí)間可以保證果皮中的原果膠完全溶解，但提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，又會(huì)使果皮中果膠被氫離子解酯、裂解，導(dǎo)致提取率下降[13]。圖4為相同試驗(yàn)條件下，3種果皮不同浸提時(shí)間下的果膠得率。

由圖4可知，當(dāng)浸提的時(shí)間達(dá)到70 min時(shí)，3種果皮的果膠均具有大幅度增長(zhǎng)，其中柑桔皮達(dá)到最大果膠得率。取相同的果膠得率時(shí)，檸檬所需時(shí)間最多。

2.5 乙醇用量對(duì)果膠提取率的影響

從柑橘類果皮中果膠屬高酯化度果膠，酯化度在70%以上，可用乙醇洗滌沉淀。乙醇對(duì)果膠有凝聚作用，以除去可溶性糖類、脂肪、色素等物質(zhì)。果膠中的醛基(—CHO)與乙醇中羥基(—OH),發(fā)生反應(yīng)形成酯類化合物。 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在濃縮液中加入乙醇時(shí)，即可發(fā)現(xiàn)果膠絮狀沉淀產(chǎn)生，隨著乙醇用量的增加，果膠絮凝量增大，直到沉淀完全，當(dāng)乙醇用量為提取液體積的1.0～1.5倍時(shí)，已可滿足試驗(yàn)需求。此時(shí)再增加乙醇用量，果膠的絮凝量不再增加。在保證能夠完全沉淀出果膠的前提下，沒(méi)有必要繼續(xù)增大乙醇用量，造成乙醇的浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本。

3 果膠的檢測(cè)結(jié)果

同樣的試驗(yàn)條件下，將3種果皮提取的果膠以半乳糖醛酸吸光光度法進(jìn)行檢測(cè)[14]。通過(guò)果膠標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相同的工藝條件下，從柑桔皮中提取出的果膠純度最高，大約為62%～65%，果膠得率可達(dá)7.5%，橙子皮次之，檸檬皮最低。各自的最優(yōu)工藝條件見(jiàn)表1。

表1 3種果皮的果膠提取工藝條件Table 1 Pectin extraction process conditions of three kinds of peels

4 結(jié)論

柑桔、橙子、檸檬3種新鮮的橘類果皮，以柑桔皮提取果膠較為廣泛。原料果皮的種類不同，即使采用同種生產(chǎn)條件，其結(jié)果也不同。當(dāng)采用相同的試驗(yàn)條件時(shí)，柑桔中提取的果膠得率最高，且純度最高。不同成熟度與新鮮度對(duì)果膠提取量的影響程度，還有待進(jìn)一步研究。