盐析法提取柚子皮果胶工艺的研究

苏 龙

（玉林师范学院 生命科学与技术学院，广西 玉林 537000）

果胶是一种天然高分子多糖聚合物，通常为米白色至淡黄褐色粉末，无臭、味甜且带酸味，易溶于水[1]。现已广泛应用于食品、医药及日化等行业，除作果酱、果冻、饮料等的增稠剂外，还用作化妆品生产的乳化剂、药品生产的辅助剂[2-4]。

柚子是芸香科柑橘属的一种水果，产于我国福建、江西、广东、广西等南方地区。柚子清香、营养丰富，药用价值很高，是人们喜食的名贵水果之一，也是医学界公认的具食疗效益的水果[5]。随着柚子产量的不断增加，柚子皮渣的量也随之增加。我国柚皮资源丰富，但大部分被丢弃，造成了环境污染[7]。柚皮含有柚皮油、色素、果胶、黄酮类化合物等活性成分[8]，干柚皮中果胶含量可达10%～30%，是国内外制取果胶的主要来源之一[9-10]。果胶提取方法有沸水抽提法、酸解法、微生物法、微波辅助提取法等[11-14]。沸水抽提法和酸解法提取的果胶颜色较深；微生物法是将原料切碎，引入菌种发酵一定时间，过滤培养液，乙醇沉淀再减压干燥，分离得到产品，该法受菌种的活性和发酵条件影响较大；微波法是将原料破碎成一定细度，用一定pH值的酸溶液为萃取液，微波加热萃取适当时间，过滤，调节pH值并加入适量金属离子沉淀，中性乙醇洗涤多次。虽然用该法获得果胶的品质较高，但工业上用微波工艺获得这种品质的果胶尚有一定难度。酸提取沉淀法是目前较有工业化前途的提取方法，该法又分为酸提取乙醇沉淀法（醇沉法）和酸提取盐沉淀法（盐析法），醇沉法所消耗的乙醇量大，盐析法能大大降低乙醇用量，省去水解液浓缩工序和减少乙醇回收量。本实验采用酸解法结合盐析沉淀从柚皮中提取果胶的工艺方法，为推广应用打下基础，是一种解决大量柚子皮渣利用的有效途径，既可以将废弃物资源化，费用低，无二次污染，又能创造经济效益，市场潜力大。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

沙田柚：广西玉林市售；无水乙醇、体积分数95%乙醇、盐酸、明矾、氨水等：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

BGZ-246电热鼓风干燥箱：上海博迅实业有限公司；HH-s数显恒温水浴锅：江苏省金坛市医疗仪器厂；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵：巩义市予华仪器有限责任公司；JYLC012多功能搅拌机：九阳有限责任公司。FE20 Five Easy实验室pH计、AL204电子天平；梅特勒－托利多仪器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 盐析法提取果胶的工艺流程

柚子皮→浸泡→灭酶→漂洗、沥干→酸水解→加盐沉淀→离心→洗涤、脱盐→洗涤→烘干→果胶成品。

操作要点：

浸泡：将干柚皮浸泡于水中约5 h，起到复水和初步去糖、芳香物质、苦味和减少色素等物质的作用。

灭酶：柚皮中果胶酶的存在，能把不溶性的原果胶变成水溶性果胶，从而造成部分果胶的流失，因此要进行灭酶处理，将复水后的柚皮浸于100 ℃水中15 min可达到灭酶的目的。

漂洗：为了尽可能除去柚皮中的色素、苦味和糖分等，将浸泡、灭酶后的柚皮反复漂洗。

沥干，绞碎：漂洗后沥干，放入打浆机打浆。

水解萃取：经过上述处理的柚子皮加入适量的蒸馏水，并用盐酸溶液调pH值，在一定的恒温水浴锅中加热，溶液呈微沸状态，保持一段时间，并且不断搅拌，直至水解完全为止。将水解完全的柚子皮及溶液倒入布袋内压榨除去大部分残渣，再将液体转入布氏漏斗，用真空泵进行抽滤，进一步除去残渣。滤液用烧杯装好，放于80 ℃恒温水溶锅中蒸发浓缩，除去多量水分，取出冷却至室温，即得果胶萃取液。

果胶沉淀与脱盐：在上述浓溶液中用氨水调节pH值，然后加入适量的明矾饱和溶液，充分搅拌，即可基本沉淀果胶。沉淀分离后，用10%盐酸和体积分数70%乙醇的酸化醇进行洗涤脱盐，再以轻度碱化醇中和，再分别用体积分数70%乙醇、蒸馏水洗涤，经抽滤机抽干，将果胶放入干燥箱，调温至55 ℃烘干12 h至质量恒定，即得果胶成品。

1.3.2 柚皮中果胶提取率的测定

柚皮中果胶提取率的测定采用重量法，果胶提取率计算公式为：

式中：P为果胶提取率，%；w为提取果胶的质量，g；W为样品柚皮质量，g。

2 结果与分析

2.1 不同温度条件对果胶提取率的影响

取经过处理的柚皮50 g，在提取时间60 min，pH值为2，料水比1∶20（g∶mL）条件下，用明矾饱和溶液作为沉淀剂（按水解液体积1∶1比例加入饱和明矾溶液），分别在50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃、110 ℃进行果胶提取，考察温度对果胶提取率影响，结果见图1。

由图1可知，在50～90℃温度范围内，果胶提取得率随浸提温度的升高明显增加；浸提温度超过90 ℃，提取得率反而呈下降趋势，可能由于果胶在高温条件下容易裂解。结果表明，从能耗方面考虑，提取温度应该控制在90℃为宜。

图1 温度对果胶提取率的影响Fig.1 Effect of extraction temperature on pectin yield

2.2 不同料水比对果胶提取率的影响

取经过处理的柚皮50 g，在提取时间60 min，温度90 ℃，pH值为2的条件下，用明矾饱和溶液作为沉淀剂（按水解液体积1∶1比例加入饱和明矾溶液）进行果胶提取，考察不同料水比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35（g∶mL）对果胶提取率的影响，结果见图2。

图2 料水比对果胶提取率的影响Fig.2 Effect of solid liquid on pectin yield

由图2可知，随着料水比的增加，果胶提取率也相应增加，但当料水比＞1∶25（g∶mL）以后，提取率基本处于水平状态。从生产成本考虑，料水比选择1∶25（g∶mL）较为适宜。

2.3 不同提取时间对果胶提取得率的影响

取经过处理的柚皮50 g，在提取温度90 ℃，pH值为2，料水比1∶25（g∶mL）的条件下，用明矾饱和溶液作为沉淀剂（按水解液体积1∶1比例加入饱和明矾溶液）进行果胶提取，分别考察提取时间10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min、70 min 对果胶提取得率的影响，结果见图3。

由图3可知，提取时间在20 min前，果胶的提取率非常低，在20～50 min浸提时间范围内，果胶提取得率随浸提时间延长明显提高；但浸提时间50 min以后，果胶的提取得率反而下降。因此从沙田柚皮中提取果胶的浸提时间选择50 min。

图3 提取时间对果胶提取率的影响Fig.3 Effect of extraction time on pectin yield

2.4 浸提液pH值对果胶提取率的影响

取经过处理的柚皮50g，在提取时间50 min，温度90 ℃，料水比1∶25（g∶mL）条件下，用明矾饱和溶液作为沉淀剂（按水解液体积1∶1比例加入饱和明矾溶液），进行果胶提取，考察浸提液pH值（即pH值分别为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0）对果胶提取得率的影响，结果见图4。

图4 浸提液pH值对果胶提取率的影响Fig.4 Effect of extraction pH on pectin yield

如图4可知，当pH值为1.5时，果胶的提取得率最高，当pH值≥2.0时，果胶提取得率下降。这是因为适度的浸提液酸度可以使果胶释放并水解，pH值≥2.0时果胶的稳定性下降，易水解导致产量急剧下降[15]。结果表明，pH值为1.5时较为适宜。

2.5 饱和明矾溶液与水解液体积比对果胶提取率的影响

取50 mL水解液，调节水解液的pH值为4，在盐析温度50 ℃，盐析时间30 min的条件下，加入不同体积的饱和明矾溶液沉淀果胶，考察不同的饱和明矾溶液与水解液体积比1∶5、1∶2.5、1∶1.67、1∶1.25、1∶1、1.2∶1、1.4∶1、1.6∶1对果胶提取得率的影响，结果见图5。

由图5可知，盐析法是果胶与金属离子形成不溶于水的果胶盐使果胶从溶液中分离，因此金属盐的量直接影响果胶的分离。金属盐用量少，果胶沉淀不完全；用量太大，既浪费又使后面的脱盐操作受影响。从图5可看出，饱和明矾溶液与水解液体积比为1∶1时，果胶的提取得率最高。

图5 饱和明矾溶液浓度对果胶提取率的影响Fig.5 Effect of alum saturated solution on pectin yield

2.6 盐析pH值对果胶提取率的影响

取50 mL水解液，在盐析温度50 ℃，盐析时间30 min，加入50 mL饱和明矾溶液的条件下沉淀果胶，考察盐析pH值分别为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0对果胶提取率的影响，结果见图6。

图6 盐析pH值对果胶提取率的影响Fig.6 Effect of salting out pH on pectin yield

由图6可知，盐析时溶液的pH值对沉淀的形成及最后果胶的产量有影响。实验证明，pH值为4.0时适合于沉淀的形成。pH值太低时，沉淀量少，甚至无沉淀形成；而pH值太高沉淀形态不好，形成的沉淀不稳定，因为果胶在水溶液中呈弱酸的化学性质，其分子结构对热和酸都相当稳定，当pH值≥5.0时会部分失稳且明显衰变[16]。因此选择最适盐析pH值为4.0。

2.7 盐析温度对果胶提取得率的影响

取50 mL水解液，调节水解液的pH值为4，在盐析时间30 min，加入50 mL饱和明矾溶液的条件下沉淀果胶，考察盐析温度30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃对果胶提取率的影响，结果见图7。

图7 盐析温度对果胶提取率的影响Fig.7 Effect of salting out temperature on pectin yield

由图7可知，盐析温度影响果胶产量，在60 ℃时，果胶的提取率最佳，温度＜60 ℃时，果胶沉淀速度慢，沉淀不完全；温度＞60 ℃时，可导致部分沉淀溶解，降低产量。因此选择最佳盐析温度为60 ℃。

2.8 盐析时间对果胶提取得率的影响

取50 mL水解液，调节水解液的pH值为4，在盐析温度60 ℃加入50 mL饱和明矾溶液的条件下沉淀果胶，考察盐析时间30 min、40 min、50 min、60 min、70 min、80 min、90 min对果胶提取得率的影响，结果见图8。

图8 盐析时间对果胶提取率的影响Fig.8 Effect of salting out time on pectin yield

从图8可知，盐析时间太短，沉淀不完全，影响产品得率；时间太长，产量反而下降，这可能是因为果胶在溶液中发生降解。因此最佳盐析时间为50 min。

3 结论

用酸水解结合盐析沉淀法从玉林沙田柚柚皮中提取果胶的工艺条件为：提取液pH 值1.5，提取温度90 ℃，提取时间50 min，料液比1∶25（g∶mL），饱和明矾溶液与水解液体积比1∶1，盐析温度60 ℃，盐析时间50 min，盐析pH值为4.0。此工艺条件下，果胶提取率为18%。从提取率来看，酸水解盐析法比酸水解乙醇沉淀法要高[17]；和微波提取法基本齐平[18]；比离子交换法的得率稍低[19]。柚皮果胶的提取工艺成本低，条件明确，方法简单易操作，具有实用价值，适合工业生产，将为果胶工业开辟出一条新的发展途径。

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