八月瓜果皮果胶提取工艺优化及其理化特性研究

李加兴,吴　萍,吴　越,马　浪,肖秀凤,周炎辉

(1.吉首大学 食品科学研究所,湖南吉首416000;2.湖南奇异生物科技有限公司,湖南长沙 410008;3.湖南湘纯农业科技有限公司,湖南长沙 410008)



八月瓜果皮果胶提取工艺优化及其理化特性研究

李加兴1,吴萍1,吴越2,马浪2,肖秀凤3,周炎辉2

(1.吉首大学 食品科学研究所,湖南吉首416000;2.湖南奇异生物科技有限公司,湖南长沙 410008;3.湖南湘纯农业科技有限公司,湖南长沙 410008)

以八月瓜果皮为原料,优化酸提醇沉法提取其果胶的工艺,并对果胶酯化度、半乳糖醛酸含量进行测定。首先采用单因素实验探讨了料液比、pH、提取时间、提取温度等因素对果胶得率的影响,再通过正交实验优化提取工艺,最后对果胶的酯化度、半乳糖醛酸进行分析。结果表明,酸提醇沉法提取八月瓜果胶的最佳工艺条件为液料比1∶20(g/mL)、pH1.5、提取时间120 min、提取温度90 ℃,此条件下得率达12.15%;八月瓜果皮果胶的酯化度为81.94%,属于高酯果胶,其半乳糖醛酸含量为83.17%,符合GB 25533-2010对果胶半乳糖醛酸含量的要求。

八月瓜果皮,果胶,酸提醇沉,理化特性

八月瓜为木通科木通属攀援式藤本野生植物三叶木通(Akebiatrifoliatekoidz.)的果实,又名八月炸、八月扎、木通子等,主要分布于我国南部、长江流域和西北地区[1]。八月瓜鲜果富含氨基酸、矿质元素、三萜及皂甙等活性成分,具有抗肿瘤、抗衰老、降血压、抗菌、利尿等保健药用功效,可生食、入药、酿酒、加工饮料等[2-5]。

果胶具有较好的乳化、增稠、稳定和胶凝作用,是一种天然、安全的食品添加剂,在食品、医药、化妆品等领域应用广泛。植物果皮富含果胶,而八月瓜果皮厚实,果皮几乎占果重的40.70%,将是一种提取果胶的优良原料[6]。目前,果胶的制备方法主要包括酸提醇沉法、离子交换法、膜分离技术、微波法、酶解法、微生物法等[7-8]。其中,酸提醇沉法是提取果胶最常用的方法,具有工艺简单、易于产业化的优点。因此,本实验以八月瓜果皮为原料,采用酸提醇沉法,研究优化其果胶提取工艺,并分析果胶产品的理化性质,以期为八月瓜果皮果胶的开发应用提供参考。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

八月瓜古丈县寿康合作社;无水乙醇、盐酸、硫酸、氢氧化钠等均为分析纯;半乳糖醛酸高级纯合肥博美生物科技有限责任公司;咔唑试剂天津市光复精细化工研究所;所用其他试剂均为分析纯。

SOPTOP可见分光光度计上海舜宇恒平科学仪器有限公司;NDJ-8S数字式粘度计上海舜宇恒平科学仪器有限公司;雷磁PHSJ-4A实验室pH计上海精科;TD24医用离心机长沙平凡仪器仪表有限公司;电热恒温鼓风干燥箱上海博迅实业有限公司医疗设备厂。

1.2实验方法

1.2.1果胶提取工艺流程八月瓜果皮→沸水灭酶→干燥→粉碎→过60目筛→称量→调pH→恒温浸提→冷却→离心分离(4500 r/min,15 min)→醇沉→离心分离→收集离心沉淀→无水乙醇洗涤2～3次→干燥(50～60 ℃)→八月瓜果皮果胶。

1.2.2果胶提取工艺参数确定

1.2.2.1单因素实验设定pH 1.5、提取温度90 ℃、提取时间120 min,提取料液比分别控制为1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35(g/mL);设定提取液料比1∶25(g/mL)、提取温度90 ℃、提取时间120 min,控制pH分别为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0;设定提取液料比1∶25(g/mL)、pH1.5、提取温度90 ℃,分别控制提取时间为30、60、90、120、150 min;设定提取液料比1∶25(g/mL)、pH1.5、提取时间120 min,分别控制提取温度为60、70、80、90、100 ℃,提取八月瓜果皮果胶,以考察提取料液比、pH、提取时间、提取温度对果胶提取得率的影响。

1.2.2.2正交实验在单因素实验的基础上,以八月瓜果皮果胶得率作为评价指标,进行四因素三水平的正交实验,优化果胶提取工艺。正交实验因素水平设计见表1。

表1　正交实验因素水平表

1.2.3果胶得率的测定果胶得率(%)=M1/M2×100。式中:M1为提取得到的八月瓜果皮果胶质量,g;M2为八月瓜果皮粉质量,g。

1.2.4半乳糖醛酸含量的测定利用咔唑硫酸法测定八月瓜果胶中的半乳糖醛酸含量[9]。

1.2.4.1标准曲线的制作精确称取半乳糖醛酸0.1 g,用蒸馏水溶解,定容至100 mL,制成浓度为1.0 mg/mL的半乳糖醛酸溶液,再分别移取1、2、3、4、5、6 mL至100 mL容量瓶中并定容至刻度,得浓度为10、20、30、40、50和60 μg/mL的半乳糖醛酸标准溶液;取7支50 mL比色管,分别加入浓硫酸12 mL,置于冰水中冷却,边冷却边缓缓加入上述半乳糖醛酸标准溶液各2 mL,在第7支比色管中加入2 mL的蒸馏水作空白对照,充分混合后再置于冰水中冷却,然后于沸水浴中加热10 min,冷却至室温后,再加入0.15%咔唑溶液1 mL,充分混合,室温放置30 min,之后在波长530 nm下以试剂空白作参比,测定吸光度A;以半乳糖醛酸浓度为横坐标,吸光值为纵坐标绘制标准曲线,得线性回归方程为Y=0.0081X-0.0177(R2=0.9950)。

1.2.4.2样品测定准确称取0.05 g果胶粉于50 mL烧杯中,加入10 mL 0.5 mol/L硫酸、15 mL水,搅匀,在75 ℃水溶中水解15 min,冷却至室温后定容于50 mL容量瓶中,然后准确移取5.00 mL该液于另一100 mL容量瓶,稀释至刻度,按制作标准曲线的方法测定吸光度,并在标准曲线中查出半乳糖醛酸含量。

1.2.5果胶酯化度(DE)的测定采用滴定法测定八月瓜果胶的酯化度[10]。准确称取50 mg经洗涤干燥的果胶样品于250 mL锥形瓶中,用2 mL乙醇润湿,加入100 mL不含CO2的水和3滴酚酞指示剂,用0.1 mol/LNaOH标准溶液滴定至溶液呈粉红色,记录消耗的NaOH体积(V1),继续加入0.5 mol/L的NaOH溶液20 mL,剧烈振荡后放置15 min,再加入0.5 mol/L HCl溶液20 mL,剧烈振荡至粉红色消失,加入3滴酚酞指示剂,用0.1 mol/L NaOH溶液滴定至溶液呈粉红色即为终点,记录消耗的NaOH体积(V2)。果胶酯化度(DE)按下式计算:

DE=V2/(V1+V2)×100

2　结果与分析

2.1单因素实验结果与分析

2.1.1料液比对八月瓜果皮果胶得率的影响料液比对八月瓜果皮果胶得率的影响如图1所示。

图1　 料液比对果胶得率的影响Fig.1　Effect of solid-liquid ratio on the yield of pectin

由图1可知,随着料液比的增加,果胶得率呈现先升后降的趋势。当提取料液比较小时,水解的果胶不能完全转移至液相中,导致得率较低,而料液比增加后果胶得率随之增加,当料液比增大至1∶25(g/mL)时得率较高,达到12.00%;当料液比进一步增大时,可能由于果胶在过量的酸液中水解而损失[11],导致果胶得率下降。因此,提取八月瓜果皮果胶的料液比控制在1∶25(g/mL)左右较为适宜。

2.1.2pH对八月瓜果皮果胶得率的影响pH对八月瓜果皮果胶得率的影响如图2所示。

图2　pH对果胶得率的影响Fig.2　Effect of pH on the yield of pectin

果胶在适度的酸性条件下比较稳定,但在强酸强碱条件下,果胶分子容易降解[12]。由图2可知,提取液pH<1.5时,酸度太强,果胶过度水解,导致果胶质水解得到的果胶进一步脱酯裂解[13];提取液pH>1.5时,果胶的得率随pH的上升而下降,果胶质水解缓慢,造成果胶得率下降;当pH为1.5左右时,果胶得率达到最大,为11.85%。因此,提取果胶的pH控制在1.5左右较为适宜。

2.2.3提取时间对八月瓜果皮果胶得率的影响提取时间对八月瓜果皮果胶得率的影响如图3所示。

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

由图3可知,随着提取时间的延长,果胶得率随之增加;但酸对果胶分子的甙键、酯键具有破坏作用,若提取时间过长会导致果胶降解、胶凝度下降,使得率降低[13],因而当提取时间过长,超过120 min后,果胶得率呈现下降趋势。因此,将提取时间控制在120 min左右较为适宜。

2.2.4提取温度对八月瓜果皮果胶得率的影响提取温度对八月瓜果皮果胶得率的影响如图4所示。

图4　提取温度对果胶得率的影响Fig.4　Effect of extraction temperature on the yield of pectin

由图4可知,提取温度<90 ℃时,果胶得率随温度的升高而升高,且增幅较为明显,这是因为温度升高加大了果胶的溶解度且传质速度也增加,使果胶得率提高。虽然八月瓜果胶是高酯果胶,具有一定的热稳定性[7],但温度过高会破坏果胶的分子结构,同样也会降低果胶胶凝度,因此随着提取温度的继续升高,果胶得率略微下降[14]。所以,八月瓜果皮果胶的提取温度应控制在90 ℃左右为宜。

2.2正交实验结果与分析

由表2可知,采用酸提醇沉法提取八月瓜果胶,对果胶得率影响的大小顺序为pH>提取时间>料液比>提取温度,最佳工艺组合为A1B2C2D2,即料液比1∶20(g/mL)、pH 1.5、提取时间120 min、提取温度90 ℃,此条件下得率为12.30%。

表2　L9(34)正交实验设计与结果分析

2.3验证实验

为了考查最佳工艺条件下组合实验效果,根据最优工艺参数进行3组平行验证实验,结果如表3所示。

表3　验证实验结果

由表3可知,验证实验得到的八月瓜果皮果胶得率平均值为12.15%,接近最佳工艺条件下的得率,表明正交实验优化得到的最佳工艺参数准确可行。

2.4八月瓜果皮果胶的半乳糖醛酸含量及酯化度

由表4可知,八月瓜果皮果胶半乳糖醛酸含量为83.17%,高于65%,符合GB 25533-2010中对果胶半乳糖醛酸含量的要求,并且酯化度达81.94%,属于高酯果胶。

表4　八月瓜果皮果胶的半乳糖醛酸含量及酯化度

3　结论

采用酸提醇沉法提取八月瓜果胶,对果胶得率影响的大小顺序为pH>提取时间>料液比>提取温度,最佳工艺条件为液料比1∶20(g/mL)、pH1.5、提取时间120 min、提取温度90 ℃,此条件下的得率可达12.15%。制备的八月瓜果皮果胶半乳糖醛酸含量为83.17%,符合GB 25533-2010对果胶半乳糖醛酸含量的要求,其酯化度为81.94%,属于高酯果胶,可作为凝胶剂、稳定剂、增稠剂等纯天然添加剂应用于食品加工中。

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Optimization of extraction conditions and analysis of physicochemical property of pectin fromAkebiatrifoliatapeel

LI Jia-xing1,WU Ping2,WU Yue2,MA Lang2,XIAO Xiu-feng3,ZHOU Yan-hui2

(1. Institute of Food Science,Jishou University,Jishou 416000,China;2. Hunan Amazing Grace Biotechnology Co.,Ltd.,Changsha 410008,China;3. Hunan Xiangchun Agricultural Technology Co. Ltd.,Changsha 410008,China)

UsingAkebiatrifoliatapeel as the material,optimization of the acid extracting and alcohol precipitation process to extract pectin fromAkebiatrifoliatepeel,and the degree of esterification and galacturonic acid of its physicochemical property was measured. First of all,the effects of solid to liquid ratio,pH,extracting temperature and extracting time on the pectin yield were discussed by the single factor tests. And then,the orthogonal experiment was used to optimize the extraction conditions,and the degree of esterification and galacturonic acid were analyzed at last. The results showed that the optimum conditions of acid extraction and alcohol precipitation process of extracting pectin fromAkebiatrifoliatepeel were as follows:solid to liquid-ratio 1∶20(g/mL),pH1.5,extracting temperature 90° C,extracting time 120 minutes,and the extraction yield was reached to 12.15% under these conditions. The pectin fromAkebiatrifoliatapeel was a kind of high methoxyl pectin,its degree of esterification was 81.94%,and its galacturonic acid was 83.17%,meet GB 25533-2010 of galacturonic acid content requirements.

Akebiatrifoliatapeel;pectin;acid extraction and alcohol precipitation;physicochemical property

2015-04-13

李加兴(1969-),男,博士,教授,研究方向:植物资源开发利用与功能性食品研究,E-mail:jslijiaxing@sohu.com。

TS

A

1002-0306(2016)01-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.01.000