柑桔皮果胶提取条件优化

别雨蒙，薛 娇，黄升谋

(湖北文理学院 化学工程与食品科学学院，湖北 襄阳 441053)

柑桔皮果胶提取条件优化

别雨蒙，薛 娇，黄升谋

(湖北文理学院 化学工程与食品科学学院，湖北 襄阳 441053)

采用酸水解—乙醇沉淀法提取柑桔皮果胶，用单因素试验和正交试验等方法从料液比、原料破碎度、提取液酸度、提取温度、提取时间、沉淀剂用量等几个方面研究柑桔皮果胶提取的工艺条件. 结果表明，当料液比为1∶15，柑桔皮原料破碎度为颗粒度1～5mm，提取液的pH值为2.00，温度为85℃，提取时间为60min，果胶提取液浓缩后固形物含量为10%，凝沉混合液中酒精含量为50%，95%乙醇沉淀时间为60min，果胶干燥温度为50℃时，提取果胶的效果最佳，提取出的果胶产率为11.80%，纯度为90%.

柑桔皮；果胶；提取；正交实验

果胶是原果胶、果胶酸、果胶酸酯的总称，主要由半乳糖醛酸及其甲酯缩合而成的线性多糖类物质. 果胶是一种重要的膳食纤维，具有抗癌、抗心脑血管疾病、预防糖尿病及美容、减肥等功效. 柑橘皮富含果胶，含量约为其干重的30%[1]，是制取果胶的理想原料. 有关果胶提取的研究有了一定进展[2-6]，但其提取条件还有待进一步优化. 本研究通过酸水解-乙醇沉淀法提取果胶，采用单因素试验和正交试验以及产品质量评价等方法筛选出桔皮果胶提取的最佳工艺条件，为果胶生产的发展提供理论与实践依据.

1 材料与方法

1.1 材料

柑橘(CitrusreticulataBlanco)，购于襄阳水果批发市场.

1.2 果胶提取的工艺流程

果胶提取的工艺流程[7]如下图：

图1 果胶提取工艺流程

将盛有用浓盐酸调整好pH值料液的烧杯置于恒温水浴中，不断搅拌，温度和时间按设定进行. 将盛有料液的烧杯从水浴中取出，自然冷却至室温，静止片刻后用四层纱布粗滤，弃去杂质，用两层滤纸对滤液进行二次过滤. 将过滤后的果胶提取液倒入烧杯中，置于水浴锅中加热浓缩，玻璃棒搅拌，隔一段时间测定一次液体的固形物含量，直到实验设计值为止，记录浓缩前后的固形物含量.

将浓缩后的果胶提取液自然冷却至40℃以下，记录浓缩液的体积. 向浓缩液中加入95%乙醇使果胶沉淀，静置1～2小时，使果胶充分沉淀出来[8]. 记录乙醇的用量. 将沉淀后的果胶用四层纱布过滤，并用95%乙醇洗涤果胶滤饼2～3次，以除去残留在滤饼中的Cl-. 滤液(乙醇)回收入锥形瓶中.

将滤饼在培养皿上摊开一层，放于真空干燥箱中，用循环式真空泵真空干燥，温度为40～55℃之间，时间为4～6小时，以果胶产品达到恒重为止. 将干燥后的果胶取出冷却，用小刀将果胶从培养皿上轻轻剥离下来，放入研钵中研磨成均匀粉末即得成品果胶. 对果胶称重，计算果胶的得率.

1.3 果胶产品纯度的测定

从果胶产品中取质量为W1的产品，以1∶20的比例溶于蒸馏水中，静置片刻后对果胶进行过滤，过滤前先将滤纸称重记为W2，过滤后的滤渣和滤纸一起放入真空干燥箱进行干燥，干燥温度为50℃，干燥至恒重，取出后称量杂质和滤纸的质量W. 产品纯度的计算公式为：

X%=[(W-W2)/W1]×100%

1.4 果胶产品性质鉴别

取果胶试样2g，加蒸馏水80mL，在水浴锅中加热充分混合并冷却作为试样液.

鉴别实验1：用移液管移取试样液20mL，在85℃水浴锅中加入70%蔗糖，充分混合后，加入50%酒石酸溶液0.5mL，样品静止后形成凝胶.

鉴别实验2：用移液管移取试样液20mL，加入12%NaOH溶液20mL，混匀后产生棉花状白色沉淀或凝胶，加热后呈黄色.

鉴别实验3：用移液管移取试样液4mL，加蒸馏水6mL，10%NaNO3溶液1mL，产生棉花状白色沉淀或凝胶.

鉴别实验4：用移液管移取试样液4mL，加蒸馏水6mL，混匀后再加入95%乙醇10mL，应有透明凝胶状沉淀产生[9].

2 单因素试验

2.1 95%乙醇沉淀时间对柑桔皮果胶提取的影响

向浓缩液中加入95%乙醇使果胶形成絮状沉淀，静止一段时间后再过滤，静止时间设为30min、45min、60min、75min、90min，研究95%乙醇沉淀时间对柑桔皮果胶产率(%)、色泽、状态的影响.

2.2 果胶提取液浓缩后固形物含量与果胶质量

提取液在浓缩过程中，每隔一段时间用手持糖量计测一次浓缩液中的固形物含量. 在固形物含量为7%、8%、9%、10%、11%、12%下结束浓缩，以研究固形物含量对柑桔皮果胶提取产率(%)、色泽、状态的影响.

2.3 干燥温度与果胶提取

将过滤后的果胶放于真空干燥箱中，用循环式真空泵真空干燥，温度为40℃、42℃、45℃、50℃、52℃、55℃，以果胶产品达到恒重为止，研究干燥温度对柑桔皮果胶提取产率(%)、色泽、状态的影响.

2.4 料液比及原料破碎度对柑桔皮果胶提取的影响

在提取温度为85℃，时间为60min，提取液pH值为2.00，凝沉所用95%乙醇为浓缩液质量的一倍的条件下；调节料液比为1∶10、1∶15、1∶20；原料破碎度为1～5、>5，观察其对柑桔皮果胶提取产率(%)、色泽、状态的影响.

2.5 最佳工艺条件的优化因素的确定

选择对果胶提取影响较大，互作明显的果胶提取液的酸度、温度、提取时间以及用于果胶沉淀的95%乙醇的用量为因素. 根据前人的研究成果，作者的理论实验经验以及单因素实验结果，既考虑每个因素的范围，又考虑每个因素的密度以及试验次数的原则，每个因素选择6个代表性水平作正交实验[10]，见表1. 每次试验取柑桔皮40g，破碎粒度为1～5mm，乙醇沉淀时间为60min，浓缩液固形物含量为10%，果胶沉淀干燥温度为50℃.

表1 果胶提取因素水平

3 实验结果

3.1 料液比及原料破碎度对柑桔皮果胶提取的影响

在提取温度为85℃，时间为60min，提取液pH值为2.00，凝沉所用95%乙醇为浓缩液质量的一倍的条件下；调节料液比以及原料的破碎度，观察其对柑桔皮果胶提取的影响，结果见表2.

表2 料液比及原料破碎度对柑桔皮果胶提取的影响

从表2可知，料液比为1∶15，物料的破碎度为1～5mm时，果胶提取的产率最高，色泽状态较好. 物料的破碎度若大于5mm，则产率下降，果胶颗粒较粗.

3.2 95%乙醇沉淀时间对柑桔皮果胶提取的影响

将浓缩后的果胶提取液自然冷却至40℃以下，向浓缩液中加入95%乙醇使果胶形成絮状沉淀，沉淀一段时间后再过滤，沉淀时间对果胶提取质量具有一定的影响. 试验结果如表3.

表3 乙醇沉淀时间对柑桔皮果胶提取的影响

由表3可知，乙醇沉淀的时间为为60min时，果胶提取的产率最高，色泽状态较好.

3.3 果胶提取液浓缩后固形物含量与果胶质量

提取液在浓缩过程中，每隔一段时间用手持糖量计测一次浓缩液中的固形物含量. 在不同固形物含量下结束浓缩，以确定果胶提取液浓缩后的最佳固形物含量，结果如表4所示.

表4 果胶提取液浓缩后固形物含量与果胶质量

从表4可看出，浓缩后提取液的固形物含量为10% 时，果胶提取的产率最高，色泽状态较好.

3.4 干燥温度与果胶提取

将过滤后的果胶放于真空干燥箱中，用循环式真空泵真空干燥，果胶干燥的温度试验结果如表5所示.

表5 干燥温度与果胶提取

由表5可知，果胶干燥的温度为50℃时，果胶提取的产率最高，色泽状态较好.

3.5 果胶提取条件的优化

果胶提取正交试验因素水平按表1进行，实验结果如表6所示.

表6 果胶提取条件的优化

注：表中∑表示各因素中的各个水平对应的结果之和.

从表6可知，每个因素设六个水平，每个水平对应三个结果，取三个结果的平均值，从而得到六个水平对应的六个产率和纯度结果，将各因素对指标的影响作图，如图2-9所示.

图2 酸度与果胶纯度的关系 图3 酸度与果胶产率的关系

图4 温度与果胶纯度的关系 图5 温度与果胶产率的关系

图6 时间与果胶纯度的关系 图7 时间与果胶产率的关系

图8 乙醇量与果胶纯度的关系 图9 乙醇量与果胶产率的关系

从表6和图2～9可知，各因素对果胶产率影响由主到次的顺序为：酸度>乙醇量>温度>时间. 在提取液pH值为2.00，提取温度为85℃，提取时间60min，用于果胶凝沉的95%乙醇量为总液体量的50%时，果胶的产率和纯度均为最大值.

4 结论与讨论

本研究表明，果胶提取的最佳条件为：料液比为1∶15，柑桔皮原料破碎颗粒度为1～5mm，提取液的pH值为2.00，温度为85℃，提取时间为60min，果胶提取液浓缩后液体中固形物含量为10%，凝沉混合液中95%乙醇体积含量为50%，沉淀时间为60min，果胶干燥温度为50℃. 按此方案提取出的果胶产率为11.80%，纯度为90%. 果胶质量鉴别实验说明，此条件下提取的果胶色泽、状态、溶解性、胶凝性感官状态都表现良好的果胶特点.

分析表明，物料的颗粒太大，果胶与提取液的接触面积就小，以至在一定时间内果胶不能够被充分提取出来. 破碎度若小于1mm，则物料中会有过多的杂质和果胶一起溶于水中，从而使产品的杂质度升高，纯度降低.

料液比太大，难保证原料中的果胶全部转移到液相中；物料黏度大，过滤困难，残留增多，提取不完全，产率低. 料液比太小，提取的果胶溶液浓度太低，过滤容易；但是减压浓缩所需的时间长，沉淀剂乙醇的消耗量大，沉淀效果不理想[11-13].

酸度是影响果胶产率和纯度的主要因素[14-15]. 当提取液的pH值小于2.00时，由于酸度过大，使果胶产品中残留的Cl-过多；当pH值大于2.00时，由于提取液的酸度过低，而使果胶溶解度降低，不能被充分提取出来.

提取温度和提取时间对果胶提取质量具有重要影响. 当提取温度小于85℃时，由于温度过低果胶不能被充分溶解出来，温度的升高，有利于果胶质的水化溶出；当提取温度大于85℃时，原料中过多的杂质和果胶同时溶解出来，会使果胶高分子多糖降解，从而使果胶纯度和产率下降. 提取时间太长，可能使溶液中的果胶质在较高温度和酸性条件下发生降解.

浓缩后提取液的固形物含量对果胶提取质量影响较大. 若固形物含量太低，则需要用来沉淀的95%乙醇用量就会太大；且果胶易溶于水而使果胶与乙醇的接触面积小，果胶沉淀不完全. 若固形物含量太大，则液体的黏度太大，果胶与溶液体中的一些杂质浓缩在一起，用乙醇沉淀果胶时，杂质也易随果胶一起沉淀出来，而使产品纯度降低.

用于果胶凝沉的95%乙醇量对果胶的产率和纯度有重要影响. 当乙醇量小于50%时，由于乙醇用量比水量少，不能把果胶完全沉淀出来；当乙醇量大于50%时，虽然能使果胶完全沉淀，但过量的乙醇也能沉淀出其他杂质，而使果胶的质量和纯度下降，同时也造成乙醇的浪费.

果胶属于高分子多糖类物质，干燥温度过高时，果胶可能发生炭化或美拉德反应，化学结构发生改变而变成其他物质，使产品颜色变黑且变性. 干燥温度过低，使干燥时间延长，造成时间浪费，也可能导致果胶变性. 所以应严格控制干燥温度，本研究果胶干燥最适温度为50℃，这是保证产品质量的重要因素.

本研究选择对果胶提取影响较大，但与其他因素互作不显著的因素做单因素实验，选择对果胶提取影响较大，两者互作明显，但与其他因素互作不明显的因素(如料液比，原料破碎度等)做双因素试验，选择对果胶提取影响较大，相互间互作明显的因素做正交试验. 根据前人的研究成果，作者的理论实验经验以及单因素实验结果，根据既考虑每个因素的范围，又考虑每个因素的密度以及试验次数的原则，每个因素选择6个代表性水平作正交实验，既较全面研究了影响果胶提取的因素，又不使实验次数过多，节省了人力和物力.

[1] 张 雪，王 斌.柑桔皮果胶的提取工艺研究[J].现代食品科技，2006，22(3)：144-145.

[2] KRATCHANOYA M， PANCHEV I， PAVLOVA E， et al. Extraction of pectin from fruit materials pretreated in an electromagnetic field of super-high frequency[J]. Carbohydrate Polymer， 1994(25)：141-144.

[3] 陈 熠，熊远福，文祝友，等.果胶提取技术研究进展[J].中国食品添加剂，2009(3)：80-84.

[4] 王清章，卫文州.柑桔皮果胶的提取条件研究[J].农牧产品开发，1995(2)：19-21.

[5] 罗新湘，苏 畅.桔皮果胶的提取[J].益阳师专学报，1998(5)：34-35.

[6] 张学杰，郭 科，苏艳玲.果胶研究新进展[J].中国食品学报，2010，10(1)：167-174.

[7] 王 芳，淡小艳，阮 琴，等.橘皮中果胶提取工艺的优化机器理化性质测定[J].贵州农业科学，2011，39(6)：173-177.

[8] 龚晓武，毛雁升.从桔皮中提取果胶的实验条件研究[J].伊犁教育学院学报，2005(3)：104-105.

[9] 罗新湘，奚长生.桔皮果胶的提取[J].广东化工，1999(2)：59-60.

[10] 赵传良.柑桔皮中果胶的提取[J].食品添加剂工业，1996(3)：10-12.

[11] 黄天斌.果胶的提取方法与测定[J].文山师范高等专科学校学报，2004(4)：22-25.

[12] 张孟民．柑桔皮提取果胶工艺正交试验研究．宝鸡文理学院学报，1994(1)：8-13.

[13] KARF， ARSLANN. Characterization of orange peel pectin and effect of sugars， L-ascorbic acid， ammonium persulfate，salts on viscosity of orange peel pectin solutions[J]. Carbohydrate Polymers，1999，40(4)：285-291.

[14] 凌关庭.天然食品添加剂手册[M].北京：化学工业出版社，2000.

[15] 王金英，马中国.果胶的提取与应用[J].中国林副特产，2000(2)：17-18.

(责任编辑：徐 杰)

Optimal Extraction Conditions of Pectin from Citrus Peel

BIE Yumeng， XUE Jiao， HUANG Shengmou

(School of Chemical Engineering and Food Science， Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053， China)

The technological conditions of extracting pectin from citrus peel were investigated in this paper from the solid-liquid ratio， raw material crushing， extracting solution acidity， extraction temperature， extraction time and precipitation agent dosage several aspects using acid hydrolysis—ethanol precipitation method by single factor test and orthogonal test. The results show that when the solid-liquid ratio was 1∶15， the citrus peel was crushed into particles of 1～5mm， the pH value 2， the temperature 85℃， extraction time 60min， the content of pectin solids 10%， the alcohol content in the mixture 50%， sedimentation time by 95% ethanol 60 min， drying temperature 50℃， the pectin extracted was best ， extracted pectin yield was 11.80%， the purity was 90%.

citrus peel； pectin； extraction； orthogonal test

2017-05-31；

2017-06-30

湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目(T201616)

别雨蒙(1991— )，女，湖北仙桃人，湖北文理学院与武汉工程大学联合培养硕士研究生.

黄升谋(1962— )，男，湖北武汉人，湖北文理学院化学工程与食品科学学院教授，博士，主要研究方向：植物生理生化.

TS205

A

2095-4476(2017)08-0027-06