超声波辅助盐析法提取橘子皮果胶的工艺研究

张　宇，刘晓飞，王　鑫，张　娜，马永强

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江哈尔滨　150076）



超声波辅助盐析法提取橘子皮果胶的工艺研究

张宇，刘晓飞，王鑫，张娜，*马永强

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江哈尔滨150076）

采用超声波辅助盐析法提取橘子皮中果胶。以果胶提取率为指标，确定了三氯化铁为果胶提取最佳盐，然后通过单因素试验和正交试验对超声波辅助盐析法提取橘子皮中果胶进行工艺研究。结果表明，在超声功率600 W，超声时间50 min，盐溶液液料比1∶0.15（mL∶g），盐析pH值6，盐析温度60℃的条件下橘子皮果胶提取率达到18.54%。

橘皮；果胶；超声波；盐析；提取

果胶作为一种亲水性植物胶，广泛存在于高等植物根、茎、叶和果实的细胞壁中［1］。果胶是人体必需七大营养素中水溶性膳食纤维的主要成分，具有良好的抗癌、抗腹泻、抗溃疡、抗辐射、消肿、解毒、治疗糖尿病和减肥等多种功效，还具有良好的乳化、增稠和稳定性能，是一种优良的药物制剂基质，在食品、化工和医药等行业得到广泛应用［2-5］。目前，国内外市场对果胶的需求日益增加，需求量每年仍以15%的速度递增［6］，市场前景相当广阔。

目前，果胶的提取方法主要有水提、酸提及酶法等［7］。其中，酸提法由于操作方便、提取效率较高、所用试剂和工具价格低廉，因而应用比较广泛。酸提法是利用稀酸将果皮细胞中的非水溶性原果胶转化成水溶性果胶，在果胶液中加入多价金属盐类，使果胶以沉淀形式析出，常用的酸有盐酸、硫酸、亚硫酸、草酸铵等［8］。本研究将酸提法加入盐类进行盐析，并且辅助超声波法提取橘子皮中的果胶，希望能够提供一种更加方便、快捷，且提取效率较高的果胶提取方法，为橘子废弃物的综合利用提供一定理论基础。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

橘子购于超市；咔唑、半乳糖醛酸、氯化镁、氯化锌、氯化铁、硫酸铁、硫酸铝，均为分析纯。

1.2仪器与设备

超声波破碎仪，宁波新知生物科技股份有限公司产品；高速万能粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司产品；722N型可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司产品；恒温水浴锅，江苏常熟医疗器械有限公司产品。

1.3半乳糖醛酸标准曲线的测定

称取半乳糖醛酸0.100 0 g，定容于50 mL的容量瓶中，分别取0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 mL于6个50 mL容量瓶中，定容后得到标准溶液，移取每种标准溶液1.0 mL，分别加6 mL浓硫酸，摇匀后于85℃加热15 min，冷却后，加入0.1%咔唑无水乙醇溶液0.5 mL。于波长525 mm处检测吸光度，以质量浓度为横坐标、吸光度为纵坐标，绘制标准曲线［9］。得到线性方程：Y=0.006 9X-0.003 4，R2=0.999 8。

式中：W——样品质量，g；

C——标准曲线中查的所测果胶液中果胶的质量浓度，mg/L。

1.4橘子皮果胶的提取

橘子剥皮，加入蒸馏水浸泡2 h后煮沸10 min，置于50℃的热水漂洗，钝化果胶酶的活性，直至水为无色、果皮无异味为止；于55℃干燥，粉碎，过50目筛，备用。

准确称取25 g经预处理的橘子皮粉末，按液料比20∶1（mL∶g）加入蒸馏水，然后用1 mol/L的稀盐酸调节溶液pH值为2.0，在一定功率的超声波作用下处理一定时间。

待混合液冷却至室温后，用氨水调节pH值至一定值，加入一定比值的盐溶液，在一定温度下进行提取橘子皮果胶，在此条件下进行果胶提取的单因素试验，研究不同超声功率（200，300，400，500，600 W）、超声时间（10，20，30，40，50 min）、盐溶液液料比（1∶0.05，1∶0.10，1∶0.15，1∶0.20，1∶0.25）、盐析pH值（2，3，4，5，6） 和盐析温度（30，40，50，60，70℃），考察对橘子皮果胶提取率的影响。

1.5盐析剂的选择

按照1.4的方法提取橘子皮果胶，分别添加氯化铝、氯化锌、三氯化铁、硫酸铁、硫酸铝5种盐进行试验，测得吸光度，通过公式计算出果胶的提取率，从而选取最佳盐类。

1.6正交试验设计

利用单因素预试验，对果胶提取工艺参数进行优化，并将正交试验得出的最佳条件进行验证。

L16（45）正交试验因素与水平设计见表1。

表1　L16（45）正交试验因素与水平设计

2　结果与分析

2.1盐析剂的选择

盐析剂的选择见表2。

表2　盐析剂的选择

本试验中选用的是铁、铝、锌盐，这些盐类可以与果胶中的羧酸根离子生成不溶于水的盐，从而使果胶析出。由表2可知，使用硫酸铝、氯化铝和氯化锌的果胶得率相对较低，硫酸铁和三氯化铁的果胶得率较高，由于本试验体系中采用的提取液为盐酸溶液，为了不引入更多的杂质离子，并且三氯化铁自身有一定的絮凝能力［10］，最终选用三氯化铁作为盐析剂。

2.2单因素对果胶提取率的影响

2.2.1超声功率对果胶提取率的影响

超声功率对果胶提取率的影响见图1。

图1　超声功率对果胶提取率的影响

由图1可知，随着超声功率的提高，果胶提取率呈现上升趋势，当超声功率达到500 W时，果胶的提取率最高，为14.3%。超声波的空化效应对橘子皮细胞壁具有破碎作用，能够促进果胶溶出。增大粒子的速度，界面扩散层上的分子扩散相应加快，促使更多的果胶质溶解，果胶提取率不断提高［11］。但当超声功率继续增加时，果胶提取率下降，原因可能是超声功率过大，会造成部分果胶分解，裂解成多糖分子，从而导致果胶提取率下降［12］。因此，超声功率选择500 W。

2.2.2超声时间对果胶提取率的影响

超声时间对果胶提取率的影响见图2。

图2　超声时间对果胶提取率的影响

由图2可知，超声时间太短，果皮中的果胶转变成水溶性果胶不完全，果胶提取率低；随着超声时间延长，果皮中果胶能够充分水解，果胶提取率提高；超声时间继续延长，果胶易在溶液中降解，造成果胶产量下降［13］。因此，超声时间选择30 min。

2.2.3盐溶液液料比对果胶得率的影响

盐溶液液料比对果胶提取率的影响见图3。

图3　盐溶液液料比对果胶提取率的影响

由图3可知，随着三氯化铁溶液液料比的增加，果胶提取率先增加后降低。三氯化铁溶液液料比为1∶0.10时，果胶提取率最高；盐溶液液料比继续增加会影响果胶的沉淀，即增加成本又增加脱盐难度［14］。因此，盐溶液液料比选择1∶0.10。

2.2.4盐析pH值对果胶提取率的影响

盐析pH值对果胶提取率的影响见图4。

图4　盐析pH值对果胶提取率的影响

由图4可知，果胶中的羧基以羧酸的形式存在，pH值低时无沉淀生成，随着pH值的增大，水解倾向增大，果胶羧基被离解生成羧基离子的浓度增大，羧基离子取代铁水合物中的羟基生成果胶盐而被沉淀，果胶提取率增加［10］。pH值继续增加，果胶颜色加深且脱盐难度加大。因此，盐析pH值选择4。

2.2.5盐析温度对果胶提取率的影响

盐析温度对果胶提取率的影响见图5。

图5　盐析温度对果胶提取率的影响

由图5可知，随着盐析温度的升高，分子热运动加快，促使果皮中不溶性果胶转化成水溶性果胶，超过一定温度后，橘子皮中的果胶水解加剧，可能破坏果胶结构而被糊化，导致果胶提取率有所下降［15］。因此，盐析温度选择60℃。

2.3正交试验结果

正交试验设计及结果见表3。

表3　正交试验设计及结果

由R值比较可知，5个因素影响果胶提取率的主次顺序为盐析温度（E）＞超声时间（B）＞盐溶液液料比（C）＞超声功率（A）＞盐析pH值（D）。由K值比较可知，A4B4C3D4E3为最佳条件，即超声功率600 W，超声时间50 min，盐溶液液料比1∶0.15，盐析pH值6，盐析温度60℃。在此条件下进行验证试验，结果橘子皮果胶提取率达到18.54%。

3　结论

以橘子的废弃物橘子皮为原料，利用超声波辅助盐析法提取果胶，最佳工艺条件为超声功率600 W，超声时间50 min，盐溶液液料比1∶0.15（mL∶g），盐析pH值6，盐析温度60℃时，在此条件下橘子皮果胶提取率为18.54%，得到的果胶产品为淡黄色颗粒。超声波辅助盐析法提取橘子皮果胶工艺成本低、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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Study on Ultrasonic Assisted Extraction of Salt of Pectin from Orange Peel

ZHANG Yu，LIU Xiaofei，WANG Xin，ZHANG Na，*MA Yongqiang
（School of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang 150076，China）

Pectin in the orange peel is extracted byultrasonic assisted saltingout method.Determine three ferric chloride for pectin extriction best salt，then through single factor and orthogonal experiments of ultrasonic assisted salting out extraction pectin from orange peel process is studied.The results show that ultrasonic power is 600 W，ultrasonic time is 50 min，salt solution ratio is 1∶0.15（mL∶g），saltingpH value is 6，precipitation temperature of60℃.The extraction rate ofpetin is 18.54%.

orange peel；pectin；ultrasonic；salt out；extraction

TS209

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.07.009

1671-9646（2016）07a-0032-03

2016-02-28

黑龙江省教育厅项目资助（12541189）。

张宇（1992— ），男，硕士，研究方向为农产品加工利用。*

马永强（1963— ），男，硕士，教授，研究方向为天然产物。