桑枝皮果胶提取的试验研究

费建明*,占鹏飞,施国方,李玉峰,冯建琴,朱祥瑞

（1.浙江省湖州市农业科学研究院,湖州313000；2.浙江大学动物科学学院，浙江杭州310029）

桑枝是蚕桑生产中的主要废弃物之一。近年来，桑枝利用的研究取得了许多有意义的进展，如桑枝加工木地板等，但在利用桑枝生产地板过程中仍有大量桑枝皮产生，若充分利用这部分资源，不仅可以减少废弃物，还能创造更多的经济效益[1～4]。

桑枝皮中含有大量纤维，是优良的纺织原料。植物纤维用作纺织原料，一般均需要进行脱胶处理，所脱的主要就是果胶。单从制备纤维的角度来看，脱胶工艺条件可以比较强烈，此时脱下的果胶利用价值不大[5～7]，如果要利用这部分果胶，则需对脱胶条件进行一些调整。本试验从提取果胶的角度出发，优化提取条件，对影响提取效果的因素进行了试验研究。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜桑枝皮（“湖桑197”，采自浙江大学华家校区池西大门桑园），新伐桑枝条剥皮处理，桑枝皮剪切成2～3 cm长条，80℃恒温鼓风干燥2 h，袋装保存备用。

1.2 试剂

37.5 %浓盐酸（杭州大方化学试剂厂）、85%浓磷酸（浙江新安化工集团股份有限公司）、95%乙醇（杭州大方化学试剂厂）、蒸馏水。试剂均为国产分析纯。

1.3 仪器

定量分析滤纸、DHG-9146A电热鼓风恒温干燥箱（上海精宏试验设备有限公司）、TC-15恒温电热套（海宁市华星仪器厂）、电子精密天平、精密pH试纸 1.4～3.0。

1.4 提取液配制

pH=2.0盐酸溶液配制：量取蒸馏水1500 ml，移液管移取37.5%浓盐酸1 ml注入，调节pH至2.0。

pH=2.0磷酸溶液配制：量取蒸馏水1500 ml，移液管移取85%浓磷酸1 ml注入，调节pH至2.0。

pH=2.0盐酸/磷酸混合溶液配制：量取上述溶液各500 ml，混合摇匀，调节pH至2.0。

1.5 试验设计

正交试验 以提取时间、提取液设计3因素，3水平正交试验，确定桑枝皮中果胶的最适提取条件。试验设计表如表1。

提取预处理 称取干燥桑枝皮约5 g，清水浸泡30 min，加热至90℃，恒温5 min脱色，滤去多余水后备用。

加热提取 将预处理后的桑枝皮装入1000 ml圆底烧瓶，加入提取液150 ml，轻轻震荡使桑枝皮被提取液充分浸没。恒温电热仪加热至微沸，开始计时，按试验预定时间回流提取，不断摇动圆底烧瓶，防止焦化[8]。

过滤、浓缩和沉淀 趁热过滤，提取液先以脱脂棉过滤2次去除碎屑，再以滤纸过滤，取滤液。滤液加热浓缩至约25 ml，室温冷却，以蒸馏水定容至30 ml。加入210 ml（7倍体积）95%乙醇，轻轻搅拌均匀，静置、沉淀、过滤，滤渣以95%乙醇冲洗数次尽量洗去残余色素。70℃恒温鼓风干燥1.5 h，称重[9～11]。

表1 正交试验设计表L9（34）Table 1 Orthogonal design table L9(34)

表3 方差分析Table 3 Analysis of variance

2 结果与分析

2.1 桑枝皮果胶提取正交试验结果

根据正交试验表的设计，试验结果如表2。

从上表的正交试验结果显示，最适组合为提取时间为120 min，提取液为磷酸pH=2.0。

方差分析表如表3。

2.2 提取时间对得率的影响

方差分析显示，F0.05（2，4）＜FA＜F0.01（2，4），提取时间对果胶得率有显著影响。随提取时间增加，果胶得率呈上涨趋势，上涨快慢与提取酸的种类有关。

这一现象可解释为，桑枝皮中果胶含量固定，由于不同酸提取能力不同，提取相同量果胶所需的时间不同，提取能力强的酸（如磷酸）提取时间相对就短，果胶得率受提取时间影响变化不大，而提取能力弱的酸（如盐酸）提取时间相对就要长，果胶得率受提取时间影响变化很大[12]。

试验发现，无论用何种提取酸，1 h提取的果胶得率都较低，这与目前工业提取果胶的1 h提取时间不符。应当注意到，工业提取果胶均对原料进行粉碎处理，本试验目的是综合利用桑枝皮的纤维和果胶，因而未对桑枝皮进行粉碎处理，原料与提取液接触有限，因此提取时间必须延长。

2.3 提取酸种类对果胶得率的影响

方差分析显示，FB＞F0.01（2，4），提取酸种类对果胶得率的影响极显著。结合具体数据，磷酸提取的果胶得率（7.6%～8.8%）明显高于盐酸提取的果胶得率（2.4%～5.6%），盐/磷混合酸提取得率（5.0%～7.1%）则介于两者之间。

这一现象主要由两种酸的不同挥发性和H+携带量引起。本试验果胶提取方法为传统的酸提取法，果胶得率直接受提取液实际酸度影响。一方面，盐酸为挥发性酸，在微沸状态下随着提取进行不断挥发，使得提取液实际酸度不断下降，果胶得率也随之降低；而磷酸为非挥发性酸，微沸状态不挥发，提取液实际酸度变化不大，果胶得率自然高于前者；另一方面，盐酸是一元强酸，相同pH下携带的H+有限，而磷酸是三元中强酸，所携带的H+更多，在提取过程中逐步解离，使得提取液实际酸度提高，果胶得率高于前者。另外，磷酸还能与Ca2+、Mg2+结合成不溶性磷酸盐，减小对果胶的封团作用，利于果胶溶解[13]。

2.4 提取条件对果胶形态、色泽的影响

各组试验中，试验条件对果胶形态无明显影响，由95%乙醇沉淀出的果胶均为细小絮状颗粒（果胶含量少时沉淀为细小絮状，含量大时沉淀为大朵絮状，如柑橘皮提取的果胶）。

不同条件下，所得果胶干燥后色泽有所差异，用肉眼可以直接观察到。由磷酸和盐/磷混合酸提取的果胶色泽微黄，而盐酸提取的果胶略带褐色，提取时间对色泽基本无影响。

果胶色泽差异主要由两方面原因引起，一是色素残留，二是浓缩和干燥过程中的褐化。各组试验的浓缩和干燥条件完全相同，理论上对色泽影响相同，但所得产品却能用肉眼直接观察到差异，有理由认为这种差别主要由色素残留量不同引起。盐酸与无机盐（主要为Ca2+、Mg2+）作用基本不生成不溶性盐，色素不伴随沉淀，所得果胶中色素含量较高，色泽差；而磷酸与无机盐作用则生成不溶性磷酸盐，部分色素会伴随沉淀，使得果胶中的色素含量降低，色泽较好[14]。盐/磷混合酸提取中也有色素伴随沉淀，所得果胶色泽较好。

2.5 桑枝皮残余部分

本试验考虑综合利用桑枝皮中的果胶和纤维，还需对残余纤维进行观察。三种提取液提取后的桑枝皮残余状态基本相同，均有一定粘性（少量果胶残留），纤维结构完整，无明显断裂，纤维间容易分开，满足纺织用纤维的要求，进行进一步脱胶处理后可以用于纺织生产。

3 讨论

通过实验可知，桑枝皮中可以提取约7%的果胶。这不仅可以为综合利用桑枝皮，而且为进一步利用桑皮纤维提供了可用的数据。

综合分析试验结果，磷酸提取在各方面要优于盐酸提取，主要体现在果胶得率高，色泽较好，提取时间短，两者混合提取的效果则介于两者之间。考虑到磷酸的价格高，作为工业生产原料成本过高，不适宜大规模生产，而盐酸和磷酸的混合提取效果也能满足生产需要（本试验所用混合酸2 h提取得率可达到7.1%），生产中采用盐酸为主，加以少量磷酸进行提取是完全经济可行的，具体的配比可以结合实际进一步试验加以确定。提取时间上，60 min和90 min的得率相差并不多，而120 min的得率明显高于前两者，可初步确定生产的提取时间为2 h。提取后残余纤维结构完整，有弹性，无明显断裂，符合纺织用纤维条件，进一步脱胶处理后可用于生产。

就本试验，应注意沸水脱色时间不宜太久，避免果胶损失，降低得率；加热提取过程中震荡必须及时进行，防止焦化，否则所得果胶色泽很差；沉淀过程搅拌要轻，避免破坏果胶的自然沉淀结构；桑枝皮中果胶为细小絮状沉淀，过滤时须以少量95%乙醇及时冲洗漏斗内壁防止粘结损失。

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