草酸铵超声辅助提取豆腐柴果胶

王媛莉，李梅青,*，董 明，伊 芳，何金铃

(1.安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽 合肥 230036；2.阜阳市产品质量监督检验所，安徽 阜阳 236000；3.安徽农业大学生命科学学院，安徽 合肥 230036)

草酸铵超声辅助提取豆腐柴果胶

王媛莉1，李梅青1,*，董 明1，伊 芳2，何金铃3

(1.安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽 合肥 230036；2.阜阳市产品质量监督检验所，安徽 阜阳 236000；3.安徽农业大学生命科学学院，安徽 合肥 230036)

以豆腐柴为原料，采用草酸铵及超声辅助对豆腐柴果胶的提取工艺进行研究。在单因素试验的基础上，通过正交试验确定提取豆腐柴果胶的最优工艺条件，并对该工艺条件下的果胶进行了质量检测。结果表明：采用超声提取可以显著提高提取率。在试验范围内，提取温度、提取时间、草酸铵质量浓度和液料比对果胶提取效果均有一定的影响，其最佳工艺条件为提取温度70℃、提取时间70min、草酸铵质量浓度8g/L和液料比50:1(mL/g)，其中草酸铵质量浓度和提取温度达到显著水平；在该工艺条件下果胶提取率达63.79%。本实验方法获得的果胶提取率高，各项指标均达到了行业标准(QB 2484—2000《食品添加剂：果胶》)要求。

豆腐柴；果胶；草酸铵；超声波；正交试验

豆腐柴(Promma microphylla Turcz)是马鞭科豆腐柴属多年生落叶灌木，广泛分布于我国华东、华中、华南、四川、贵州等省区，是一种药食兼用的植物[1]。其根茎中含有多种药用成分[2-3]，具有清热解毒、消肿止血、主治毒蛇咬伤、无名肿毒、创伤出血的作用[4]；叶片含有丰富的果胶、植物蛋白质、纤维素和过氧化物酶[3]，其中果胶含量占干叶质量的41.37%[5]。

果胶是一种广泛存在于高等植物根、茎、叶、果实的细胞壁中的高分子亲水性胶状化合物[6-7]，具有良好的乳化性、稳定性和胶凝性，被广泛的应用于食品、医药和化妆品工业[8-9]。全世界每年果胶需求量约2万吨，预计还逐年以15%的速度递增，据估计我国每年消耗果胶1500吨，其中约有80%需要进口[10-11]。因此从豆腐柴叶中提取果胶具有相当高的经济效益和社会效益。

近年来有关豆腐柴果胶提取的研究报道逐渐增多，但大多采用传统的酸提法提取果胶，提取率普遍不高，粗提率大多在14%～37%之间[12-14]。草酸铵中的草酸根离子可以和果胶酸钙中钙离子螯合生成可溶性铵盐，增加果胶溶解性[15]，在西番莲[16]、胡萝卜[17]等果蔬的果胶提取中得到了良好的应用效果，但该方法一般所需提取时间较长，且提取温度较高[16]，易导致果胶水解，提取工艺还有待于改善。本实验以安徽霍山产豆腐柴鲜叶为试验材料，采用草酸铵作为提取剂，结合超声辅助进行豆腐柴果胶提取，对影响其提取率的相关因素进行研究，确定最佳提取工艺参数，对豆腐柴果胶的质量指标进行分析，为豆腐柴野生资源的实际利用提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

豆腐柴鲜叶采自安徽霍山县。

95%乙醇、草酸铵、咔唑、硫酸、半乳糖醛酸、盐酸均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DS-1型高速组织捣碎机 江苏省金坛市金南仪器厂；DZ220/4-1型真空干燥箱 南京实验仪器厂；DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司；T6新世纪紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司；HH-6型数显恒温水浴锅 金坛市杰瑞尔有限公司；KQ-250DE型数控超声波清洗器 昆山超声仪器有限公司；PHSJ-4a型pH计 上海雷磁仪器厂；RE52AA型旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 果胶提取工艺

工艺流程：豆腐柴叶→预处理→加入萃取剂→超声辅助提取→过滤→滤液浓缩→乙醇沉淀→过滤→洗涤→滤饼干燥→粉碎→粗品。

将豆腐柴鲜叶经清水浸泡洗涤后，放入90℃热水中10min钝化果胶酶，再用冷水漂洗去除一些水溶性色素，置于40℃烘箱烘干后粉碎，过(40目)筛得到豆腐柴叶粉末。

称取一定量的豆腐柴粉末，按比例加入的草酸铵溶液，分别设定采用或不采用超声、不同的温度、时间条件下进行果胶萃取。萃取后，趁热抽滤，弃去滤渣，滤液真空浓缩至有少量固形物出现。滤液边搅拌边缓慢加入1.2倍体积的pH2～3乙醇溶液，可看到絮凝物析出。静置1h后抽滤，弃去滤液，滤饼用95%乙醇溶液洗涤2次。抽滤后得到棉絮状果胶沉淀。将果胶滤饼置于45℃的真空干燥箱中干燥，粉碎。

1.3.2 检测方法及质量指标

按QB 2484—2000《食品添加剂：果胶》中方法分析。

1.3.3 提取率的计算

1.4 试验设计

采用单因素试验确定提取温度、提取时间、草酸铵质量浓度、液料比对豆腐柴果胶提取率的影响。在单因素试验的基础上选择提取温度、提取时间、草酸铵质量浓度和液料比为考察因素，以果胶提取率为指标，采用L9(34)正交试验，优化出豆腐柴叶中果胶提取的最佳工艺参数。

2 结果与分析

2.1 超声辅助提取效果比较

前期实验对超声功率进行了一定的研究，结果表明超声输出功率对果胶提取率影响不大。因此，选取超声输出功率80W，在采用提取温度60℃、草酸铵质量浓度8g/L、液料比40:1(mL/g)的条件下，比较了超声辅助草酸铵法与传统的草酸铵法对果胶提取效果的影响。从图1可看出，超声辅助提取法在1h左右果胶提取率即达到最大，而传统草酸铵法即使经过3h才与之接近，因此超声的采用对草酸铵法提取果胶具有较强的辅助作用。

图1 超声对果胶提取率的影响Fig.1 Effect of ultrasonic treatment on extraction rate of pectin

2.2 单因素试验

2.2.1 提取时间对豆腐柴果胶提取率的影响

图2 提取时间对果胶提取率的影响Fig.2 Effect of extraction time on extraction rate of pectin

确定提取温度60℃、草酸铵质量浓度6g/L、液料比40:1，选取5个提取时间进行单因素试验，结果见图2。

由图2可看出，当提取时间小于60min时，随着提取时间的延长，果胶提取率呈增加趋势；提取时间达到60min后，随着时间的增加，果胶提取率呈平稳趋势；而当提取时间达到80min后果胶提取率反而下降。提取时间过短，果胶提取不完全，提取率较低；提取时间过长，会造成果胶的水解，致使果胶提取率降低。因此，从节约时间和经济成本考虑，将果胶的提取时间控制在60min为宜。

2.2.2 提取温度对豆腐柴果胶提取率的影响

确定提取时间60min、草酸铵质量浓度6g/L、液料比40:1，选取5个提取温度进行单因素试验，结果见图3。

图3 提取温度对果胶提取率的影响Fig.3 Effect of extraction temperature on extraction rate of pectin

由图3可看出，当提取温度低于65℃时，随着提取温度的增加果胶提取率也不断增加；当提取温度高于65℃时，果胶提取率呈现下降趋势。提取温度过低，果胶提取不完全，果胶提取率较低；提取温度为65℃时，果胶提取率达到最大；但是随温度进一步提高，容易破坏果胶的分子结构，造成果胶的降解，从而也降低了果胶的提取率。为了提高果胶提取率和减少能耗，选择较佳的提取温度65℃。

2.2.3 草酸铵质量浓度对豆腐柴果胶提取率的影响

确定提取温度65℃、提取时间60min、液料比40:1，选取5个草酸铵质量浓度进行单因素试验，结果见图4。

图4 草酸铵质量浓度对果胶提取率的影响Fig.4 Effect of ammonium oxalate concentration on extraction rate of pectin

由图4可看出，随着草酸铵质量浓度的增加，果胶提取率迅速增加：当草酸铵质量浓度达到6g/L时，果胶提取率增加逐渐平缓；草酸铵质量浓度达到8g/L，果胶提取率增加不明显。当草酸铵质量浓度较小时，非水溶性的果胶酸钙不能完全转化为可溶性铵盐，造成提取不完全；当草酸铵质量浓度较大时，果胶溶解性增加，能够完全提取出来。因此，选择草酸铵质量浓度6g/L。

2.2.4 液料比对豆腐柴果胶提取率的影响

确定提取温度65℃、提取时间60min、草酸铵质量浓度6g/L，选取5个液料比进行单因素试验，结果见图5。

图5 液料比对果胶提取率的影响Fig.5 Effect of material-to-liquid ratio on extraction rate of pectin

由图5可看出，随着液料比的增大果胶提取率也逐渐增大，液料比达到40:1时果胶提取率达到最大，液料比大于40:1时果胶提取率有所下降。液料比较小时，原料中的果胶质不能完全析出，造成果胶损失；当液料比太大，是溶液中的果胶浓度较小，沉淀不完全，而且会增加后续浓缩工艺难度。液料比40:1时提取率最高。

2.3 果胶提取正交试验

表1 果胶提取正交试验结果及极差分析Table 1 Results and range analysis of orthogonal array design for optimizing pectin extraction

单因素试验结果表明，提取温度、提取时间、草酸铵质量浓度、液料比对豆腐柴果胶提取率都有影响。为寻求最佳工艺，在单因素试验的基础上设计正交试验。选择提取温度、提取时间、草酸铵质量浓度和液料比为考察因素，以果胶提取率为指标，取三水平按L9(34)设计正交试验，以得出豆腐柴叶中果胶提取的最佳工艺参数。

从表1可看出，极差RC＞RA＞RD＞RB。极差越大，该因素水平变动时，果胶产量变化越大。即因素C对果胶提取率影响最大，因素A次之，其次是因素D，因素B对果胶提取率的影响最小，4个因素对果胶提取率的影响顺序为C＞A＞D＞B。

以果胶提取率为考察对象对其进行了方差分析。

表2 方差分析结果Table 2 Variance analysis for extraction rate of pectin with various extraction parameters

表2方差分析显示，F0.05=19.00＜FC＜FA＜F0.01=99.00，说明提取温度和草酸铵质量浓度对果胶提取率的影响达到显著水平；而FB＜FD＜F0.05=19.00，故提取时间和液料比对果胶提取率的影响表现为不显著。

结合表1和表2可以得出，豆腐柴果胶提取的最佳水平组合为A3B2C3D3，因此从豆腐柴叶中提取果胶的最佳工艺为：提取温度70℃、提取时间70min、草酸铵质量浓度8g/L和液料比50:1，在此条件下进行验证实验，果胶提取率为63.79%。

2.4 果胶粗提品质量分析

表3 豆腐柴果胶的质量检测结果Table 3 Comparison of quality indicators of crude pectin from Promma microphylla Turcz and the industrial standard (QB 2484－2000)

在最优提取条件下，对草酸铵超声萃取提取得到的果胶粗提品进行质量分析测定，并与行业标准QB 2484—2000相比较，结果如表3所示。

3 结 论

3.1 草酸铵超声提取豆腐柴叶果胶单因素试验研究表明，提取温度、提取时间、草酸铵质量浓度和液料比均对果胶的提取率有一定的影响。

3.2 在单因素试验基础上，对4个工艺参数进行正交试验优化。结果表明，以豆腐柴叶为原料，用草酸铵超声辅助提取果胶，最优条件为提取温度70℃、提取时间70min、草酸铵质量浓度8g/L、液料比50:1，在该工艺条件下果胶提取率可达63.79%。

3.3 参照QB 2484—2000对豆腐柴分析测定结果表明，豆腐柴果胶为高酯果胶，各项指标均符合行业标准。

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Ultrasonic-aided Ammonium Oxalate Extraction of Pectin from Promma microphylla Turcz Leaves

WANG Yuan-li1，LI Mei-qing1,*，DONG Ming1，YI Fang2，HE Jin-ling3
(1. College of Tea & Food Science and Technology, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China；
2. Fuyang Institute of Product Quality Supervision & Inspectin, Fuyang 236000, China；
3. College of Life Science, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)

In the present study, ultrasonic radiation was found to largely enhance the extraction of pectin from Promma microphylla Turcz leaves with ammonium oxalate solution. In order to further intensify pectin extraction, the ultrasonic-aided ammonium oxalate extraction process was optimized by orthogonal array design on the basis of a series of single-factor experiments. Under the conditions studied, temperature, length of extraction time, ammonium oxalate concentration and material-to-liquid ratio could affect pectin extraction differently, and the effects of ammonium oxalate concentration and temperature were significant, and the optimal conditions of the four parameters were 70 ℃, 70 min, 8 g/L and 50:1, respectively. Under these conditions, the extraction rate of pectin reached up to 63.79%. Furthermore, the quality indicators of the extracted pectin could meet the requirements of the industrial standard (QB 2484－2000).

Promma microphylla Turcz；pectin；ammonium oxalate；ultrasonic extraction；orthogonal array design

TQ420

A

1002-6630(2011)10-0088-04

2010-07-22

王媛莉(1987—)，女，硕士研究生，研究方向为食品资源的深度开发与利用。E-mail：wangyuanli2008@yahoo.com.cn

*通信作者：李梅青(1965—)，女，副教授，硕士，研究方向为食品资源的深度开发与利用。E-mail：lmq@ahau.edu.cn