湘西椪柑皮中果胶的提取及脱色

傅伟昌，杨 远，陈莉华

（1.吉首大学食品科学研究所，湖南 吉首 416000；2.吉首大学化学化工学院，湖南 吉首 416000）

果胶属于多糖类高分子化合物,为白色至淡黄色粉末，广泛存在于高等植物的根、茎、叶、果的细胞壁中，可以从多种农产品加工废料(如柚子、柑橘类果皮）中提取。果胶是天然产物，无毒无害、安全可靠，具有较高的胶凝强度，常作为胶凝剂、增稠剂、稳定剂、乳化剂和组织改良剂等，应用于食品及化工工业中。目前全世界的果胶需求量巨大，价格诱人[1]，我国果胶产量严重不足，需要从国外进口，而进口果胶的价格远远高于国产果胶。

国内外关于从橘皮或落果中提取果胶的研究报道[2]已有很多，但未见从椪柑皮中提取果胶的报道。椪柑主产于湘西地区，鲜食和榨汁后弃置大量椪柑皮，若能利用椪柑皮提取用途广泛的果胶，则可变废为宝，提高椪柑的附加值，使农民增产增收。

1 材料及方法

1.1 实验材料及仪器

原料：新鲜椪柑皮（产自湘西泸溪）。试剂：浓盐酸、无水乙醇、30%双氧水（分析纯，湖南师范大学试剂厂）；pH试纸；活性炭。仪器：NJL07-3型实验专用微波炉，南京杰全微波设备有限公司生产；SHB-循环水式多用真空泵、旋转蒸发器、HH-S型水浴锅、NF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器、星火牌C型数显鼓风干燥箱，郑州长城科工贸有限公司生产；电子万用炉，北京市永光明医疗仪器厂生产；DS-1高速组织捣碎机，上海标本模型厂制造；FA(N）/JA(N）系列电子天平，上海民桥精密科学仪器有限公司生产；KQ-250E型超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司生产；pH计，上海雷磁仪器厂生产；离心机，北京医用离心机厂生产。

1.2 实验方法

1.2.1 果胶提取工艺流程 果胶提取工艺流程有原料预处理和提取[3]两大步骤，具体流程如下。（1）原料预处理工艺:新鲜椪柑皮→挑选→清洗→煮沸灭酶→漂洗。（2）提取工艺：处理好的椪柑皮→调pH值→萃取→抽滤→滤液→脱色→滤液→醇析→静置30 min→抽滤→烘干→果胶成品。

1.2.2 原料预处理要点 称20 g新鲜椪柑皮（以下实验均为20 g），漂洗干净，然后在清水中浸泡2 h，使果皮充分吸水，煮沸5～8 min以除去果胶酶。灭酶后再漂洗数次除去果皮中的色素、苦味和糖分。1.2.3 提取果胶 将处理好的椪柑皮洗净，加少量水后用组织捣碎机捣碎，以水为提取剂，室温下调节料液比、pH值和微波功率，提取若干分钟。

1.2.4 果胶脱色 在室温下将提取液过滤，在滤液中缓慢加入一定量30%双氧水，用玻璃棒搅拌使双氧水与滤液混合均匀，静置一段时间，脱色。

1.2.5 果胶的干燥 脱色后，于水浴锅中，65℃、减压、旋转蒸发、浓缩溶液，待浓缩溶液有固体析出时停止浓缩。待冷却后加入无水乙醇（用量约等于滤液体积），不断搅拌，醇析30 min后过滤得到沉淀，将沉淀放入干燥箱中，于55℃干燥制得果胶产品。1.2.6 椪柑皮果胶得率 计算公式见式（1）。

椪柑皮果胶得率(%）=干燥后的果胶（g）/椪柑皮质量（g）×100 （1）1.2.7 果胶各种理化指标的测定 根据QB2484-2000测定果胶失重率、灰分含量和pH值；果胶的重金属含量根据GB/T8451测定。

2 结果与分析

2.1 果胶提取方法的比较

果胶的提取方法有微波辅助法[4-6]、超声波萃取法[7]及普通酸萃取法[8]，实验以水为提取剂，在料液比为1∶15、pH值为2的条件下，比较3种方法提取果胶的产率，以确定最佳提取方法。结果见表1。

表1 不同方法提取椪柑皮中果胶的提取率（萃取2次）

结果表明，选用微波辅助法提取椪柑皮中果胶的产率最高。与其它方法相比，微波辅助法节约大量时间和能源。故采用微波辅助法提取椪柑皮中果胶。

2.2 影响微波辅助法提取果胶产率的因素

2.2.1 微波功率对果胶提取率的影响 以水为溶剂，用HCl调节pH值为2，料液比为1∶15，微波处理时间为5 min的条件下，改变微波功率为300、400、500、600、700 W进行实验，果胶提取率分别为：3.538%、5.520%、8.511%、7.713%、7.418%。其中，在微波功率为500 W时，果胶的提取率最高。在固定时间内，功率较低，提取液温度较低，果胶质水解不充分，故果胶的产率较低。随着微波功率的上升，果胶的提取率也不断在上升，当功率达到500 W时，提取率最高。当微波功率过大时，果胶的提取率下降且颜色加深。后续试验均选择微波功率为500 W。

2.2.2 微波处理时间对果胶提取率的影响 不改变其它条件，微波处理时间分别为 3、4、5、6、7 min，不同处理时间下果胶的提取率分别为：4.756%、6.356%、8.511%、6.836%、6.160%。其中，当微波处理时间为5 min时，果胶的提取率最高，达到8.51%。这说明，随着微波处理时间的增加，果胶的提取率增加，长时间的微波辐射有助于果胶从椪柑皮中转移到液相中。当微波处理时间过长时，果胶提取率下降，这可能是由于长时间的微波辐射使果胶降解，造成了果胶提取率的下降。

2.2.3 pH值对果胶提取率的影响 不改变其它条件，调料液 pH 值分别为 1、2、3、4、7，不同 pH 值条件下果胶的提取率分别为：10.588%、8.511%、8.321%、7.821%、5.292%。这说明，当pH值降低时，有助于椪柑皮中果胶质的水解，故果胶的提取率上升。pH值过低时，对后续处理增加了麻烦，果胶的颜色加深。在实验中，pH值为1时提取率最高，但所得产物颜色很深且有一股刺激性气味，不符合国家标准。故确定料液pH值为2.0。

2.2.4 料液比对果胶提取率的影响 不改变其它条件，分别在料液比为 1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25的条件下进行实验，果胶的提取率分别为：2.386%、7.529%、9.487%、9.539%、9.986%。这说明，料液比较小时不利于果胶从椪柑皮转移到液相中。当料液比增加时，果胶的提取率上升。当料液比为1∶15时，果胶的提取率较高，料液比大于1∶15时，果胶的提取率提高不明显。考虑到后续实验处理的难易程度，选择料液比为1∶15。

2.2.5 提取次数对果胶提取率的影响 以水为溶剂，微波功率为500 W，微波时间为5 min，用HCl调节pH值为2，料液比为1∶15，对椪柑皮中果胶连续提取1次、2次、3次，果胶的提取率分别为：9.487%、20.57%、21.91%。

用微波辅助法连续提取两次果胶后，果胶的提取率已达到20.57%，当提取3次时，果胶的提取率仅增加1.34%。考虑到能源及时间因素，选择提取次数为2次。

2.2.6 正交试验确定果胶提取最佳方案 在影响果胶提取率的因素中，选取微波功率、微波处理时间、pH值、料液比作为正交试验因素,按照表2进行正交试验，结果见表3。

表2 L9（34）因素与水平表

表3 果胶提取正交试验结果

对正交试验数据进行分析，影响指标的因素显著性主次顺序为：微波处理时间>料液比>pH值>微波功率，最佳工艺条件为：微波功率500 W，微波时间300 s，料液比为1∶15，pH值为2，与单因素实验获得的结果一致。

2.2.7 最佳条件验证实验 准确称取椪柑皮20 g，以水为提取溶剂，料液比为1∶15，将提取液调pH值到2，微波功率调到500 W，微波提取5 min，连续提取2次验证最佳实验条件，平行3次的实验结果分别为：20.57%、19.83%、19.33%。

这说明，在最佳条件，果胶的提取率较高，实验重现性较好。

2.3 果胶脱色研究

目前国内生产的果胶，外观和质量都和国外有很大的差距，其中果胶的脱色是一个很大的难题，直接影响国内果胶的销售。果胶脱色方法有活性炭[9]、醇氨溶液[10]及双氧水[11]，直接对果胶提取液脱色，比较了3种方法的脱色效果，结果见表4。

结果表明：由于含果胶的母液胶凝度较大，采用活性炭脱色时产品的溶液变黑，产品的灰度变大。这主要是由于活性炭的颗粒小于0.2 μm，用一般的过滤方法不能除去。而采用醇氨溶液对果胶脱色时，消耗大量乙醇且产品颜色欠佳，30%双氧水的脱色效果较前两者为好，故采用30%双氧水进行脱色。

表4 脱色剂对果胶质量的影响

2.3.1 双氧水的用量对果胶质量的影响 在100.0 mL果胶提取液中分别加入 0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL30%双氧水，果胶颜色分别表现出金黄色、金黄色、浅黄白色、浅黄白色、灰色、灰色。文献[11]认为果胶提取液中脱色的一般规律是：双氧水加入的量越多，果胶的脱色效果越好。但本实验中用椪柑皮提取果胶的实验表明：30%双氧水加入量在4.0～6.0 mL时，果胶的脱色效果较为明显，双氧水的量较小时，果胶脱色效果不明显；双氧水加入量过大时，果胶颜色加深。其中原因可能是椪柑皮肉质厚，纤维质丰富，双氧水加入量过大时发生氧化反应使纤维质碳化从而加深了果胶颜色。

2.3.2 静置时间对果胶质量的影响 在100.0 mL果胶提取液中加入6.0 mL 30%双氧水，分别静置0、12、24、48 及 72 h，果胶颜色分别表现出金黄色、黄色、黄色、浅黄色、浅黄色。其中，静置72 h后，果胶的脱色效果最好。考虑工艺等因素，选取果胶脱色的最佳条件为：100.0 mL提取液中加入30%双氧水4.0～6.0 mL，静置48 h，浓缩，干燥，得到浅黄色果胶粉末。

2.4 果胶的鉴定

2.4.1 果胶的定性鉴定 根据QB2484-2000，所检测样品若出现下列现象，即为果胶。（1）取样品1 g，加水40.0 mL，不断搅拌，即呈粘稠状液体；（2）取果胶0.1 g，加水50.0 mL，再加乙醇20.0 mL，不断搅拌，即出现悬浮絮状沉淀；（3）取果胶0.4 g，加水30.0 mL，加热并不断搅拌，使果胶完全溶解。加蔗糖36.5 g，继续加热浓缩至54.7 g，倒入含有12.5%柠檬酸溶液0.80 mL的烧杯中，冷却后即呈柔软而有弹性的胶冻。

2.4.2 果胶的产品质量比较 将所得果胶样品进行如下各种理化指标的鉴定，并与国家轻工行业的质量标准QB2484-2000、美国食品用化学品法典（FCCⅣ）[5]进行比较，结果见表5。

比较可知，干燥失重高于标准，可能是由于果胶吸水造成的。其它检测值均符合国家轻工行业的质量标准QB2484-2000。

表5 果胶样品各种理化指标与国家轻工行业标准、FCCⅣ的比较

3 结论

实验表明：以水为提取溶剂，在料液比为1:15，提取液pH值为2，微波功率为500 W，微波处理5 min，提取2次的实验条件下，椪柑皮中果胶的提取率可达到20.57%。与传统方法相比，微波提取能大大加快组织的水解，使果胶提取的时间由传统的90 min缩短到5min，具有成本低、工艺简便、投资少、提取效率高、环境污染小和安全无毒等优点；用双氧水对果胶脱色，确定最佳脱色条件为：100.0 mL果胶滤液中加入30%双氧水4.0~6.0mL，25℃下静置48h。

[1]苏东林,单杨.柑橘果皮中功能性成分的作用概述[J].现代食品科技,2006（(2）:37-36.

[2]王 建,黄国林.柑橘皮中果胶的萃取方法研究进展[J].四川食品与发酵,2007,43(138）:12-15.

[3]徐培娟,刘晶晶.柑桔皮中果胶的提取工艺研究[J].食品工业科技,2008,2(3）:208-209.

[4]孙德武,王德成,林险峰,等.微波辐射萃取法提取椪柑皮中果胶[J].吉林师范大学报,2008,(3）:113-114.

[5]侯春友,刘钟栋.微波条件下提取果胶的研究[J].郑州粮食学院学报,1999,20(2）:8-11.

[6]贾艳萍,何爱民.微波法萃取橘皮中果胶的研究[J].中国酿造,2006，(3）:48-51.

[7]金春英,黄庆添,林金清,等.橘皮中果胶的超声辅助溶剂法提取工艺[J].吉首大学学报,2007,28(4）:111-114.

[8]高 虹.从柑桔皮中提取果胶的探讨[J].广州化工,2000,28(3）:22-24.

[9]臧玉红.柑橘皮连续提取有效成分的工艺研究[J].食品与发酵工业,2005,31(7）:145-146.

[10]太树明,尤小祥,李 刚.果胶脱色工艺的改进 [J].食品科学,1994,3(171）:37-38.

[11]唐 渝,陈翠娟,刘雁敏.柚子皮中果胶提取及脱色工艺[J].食品科学,1998,19(11）:29-31.