草酸铵法提取冬瓜皮果胶及其理化性质研究

2017-10-16李英郭宗明李立红郭星

食品研究与开发 2017年20期

关键词：冬瓜皮果胶草酸

李英，郭宗明，李立红，郭星

（烟台南山学院食品系，山东烟台265713）

草酸铵法提取冬瓜皮果胶及其理化性质研究

李英，郭宗明，李立红，郭星

（烟台南山学院食品系，山东烟台265713）

以冬瓜皮为原料，采用草酸铵法提取冬瓜皮果胶。通过单因素试验和正交试验确定提取冬瓜皮果胶的最优工艺条件，并对提取的果胶成品进行理化指标测定。结果表明：在试验范围内，草酸铵质量浓度、提取温度、提取时间和料液比对冬瓜皮果胶的提取得率均有一定的影响，其最佳工艺条件为草酸铵质量浓度1.5%、温度为80℃、提取时间2.0 h、料液比为1∶30（g/mL）；在该工艺条件下果胶提取率达8.91%。该方法提取的果胶各项指标均达到了国家标准GB 25533-2010《食品添加剂果胶》和行业标准QB 2484-2000《食品添加剂果胶》要求。

冬瓜皮；果胶；草酸铵；理化指标

Abstract：The aim of this paper was to explore the extraction of pectin with ammonium oxalate from wax gourd peel.Ammonium oxalate extraction process was optimized by orthogonal array design on the basis of a series of single-factor experiments，and physicochemical property of pectin from wax gourd peel were determined.Under the conditions studied，ammonium oxalate concentration，temperature，extraction time and material-to-liquid ratio could affect pectin extraction differently.And the optimal conditions of the four parameters were 1.5%，80 ℃，2.0 h，and 1∶30 （g/mL）respectively.Under these conditions，the extraction rate of pectin reached up to 8.91%.Furthermore，the quality indicators of the extracted pectin could meet the requirements of the government standard（GB25533-2010）and the industrial standard（QB 2484-2000）.

Key words：wax gourd peel；pectin；ammonium oxalate；physicochemical property

冬瓜是一种药食两用蔬菜，在各地广泛种植，冬瓜皮占果实重的20%～40%，具备一定的药用价值[1-2]，目前对冬瓜皮价值的开发利用研究较少，充分利用冬瓜皮资源，可以提高冬瓜皮的利用价值和经济效益。果胶是由原果胶、果胶酯酸和果胶酸组成的高分子聚合物，具有乳化、增稠、稳定和胶凝等作用，并且对重金属中毒具有良好的解毒和预防作用[3-4]，广泛应用在食品、医药、化妆品、纺织、印染等领域[5]。各种瓜类果皮含有丰富的果胶，冬瓜果皮厚实是一种提取果胶的优良原料。果胶的提取方法有酸提醇沉法、离子交换法、酶解法、微生物法、膜分离技术[6-7]、草酸铵法[8-10]等。草酸铵具有较强的金属鳌合作用，增加果胶的溶解性[11]，在橘皮、西番莲[12]、胡萝卜[13]、豆腐柴[14]等果蔬中果胶的提取中得到了很好的应用。本文研究采用草酸铵法提取冬瓜皮果胶的工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

冬瓜：龙口市蔬菜种植基地；草酸铵、无水乙醇、浓盐酸、浓硫酸、氢氧化钠、活性炭粉末、半乳糖醛酸标准品、咔唑试剂均为分析纯。

722s可见分光光度计：上海棱光技术有限公司；高速离心机：湖南湘仪离心机仪器有限公司；pH SJ-4a型pH计：上海雷磁仪器厂；DZ220-4型真空干燥箱：南京实验仪器厂；电热恒温鼓风干燥箱：上海博迅实业有限公司；马弗炉：上海树立仪器仪表有限公司；RE-52-旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；多功能食品粉碎机：上海海菱电器有限公司；JJ-1精密电动搅拌器：常州国华电器有限公司；H H-6型数显恒温水浴锅：金坛市杰瑞尔有限公司；电子天平：上海舜宇恒平科学仪器有限公司等。

1.2 方法

1.2.1 冬瓜皮果胶提取工艺流程

新鲜冬瓜皮→沸水灭酶→漂洗→干燥→粉碎→过60目筛→称量→草酸铵溶液恒温浸提→离心分离→调pH值→滤液脱色→离心分离→浓缩→醇沉→离心分离→无水乙醇洗涤沉淀→干燥→粗果胶成品

1.2.2 冬瓜皮果胶提取工艺参数确定

1.2.2.1 单因素试验

设定料液比 1∶30（g/mL）、浸提温度 80℃、浸提时间2.0 h，草酸铵质量浓度分别控制为0.4%、0.8%、1.0%、1.5%、2.0%；设定草酸铵质量浓度1.0%、料液比1∶30（g/mL）、浸提时间2.0 h，浸提温度分别控制在60、70、80、90、100℃；设定草酸铵质量浓度 1.0%、料液比1∶30（g/mL）、浸提温度80℃、浸提时间分别控制在 1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h；设定草酸铵质量浓度 1.0%、浸提温度80℃、浸提时间2.0 h，料液比分别控制为1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40（g/mL）；提取冬瓜皮果胶，以考察草酸铵质量浓度、浸提温度、浸提时间、料液比对果胶提取得率的影响。

1.2.2.2 正交试验

在单因素试验基础上，以冬瓜皮果胶提取得率为评价指标，进行四因素三水平的正交试验，优化提取工艺。正交试验因素水平设计见表1。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.2.3 果胶得率测定

采用重量法测定果胶得率。

果胶得率/%=m1/m2×100

式中：m1为提取得到的冬瓜皮果胶质量，g；m2为冬瓜皮粉质量，g。

1.2.4 感官及理化指标测定

感官要求参照GB25533-2010《食品添加剂果胶》[15]进行；干燥失重采用重量法[16]；灰分测定采用马弗炉灰化法[12]。

1.2.5 pH值测定[17]

称取试样1.25 g，用蒸馏水溶解，定容至50 mL，在25℃下用酸度计测定。

1.2.6 半乳糖醛酸含量测定

采用咔唑硫酸法[5，18]，称取所得果胶粉0.05 g于50 mL烧杯中，加入10 mL 0.5 mol/L硫酸、15 mL水搅拌均匀，75℃水浴中水解15 min，冷却至室温后定容于50 mL容量瓶中，移取5.00 mL该溶液于另一100 mL容量瓶中，稀释至刻度，得到样品稀释液。取50 mL比色管，加入12 mL浓硫酸，置于冰水中冷却，加入上述稀释液2 mL，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%的咔唑溶液1 mL，充分混合，室温放置30 min，于波长530 nm下测定吸光度。

1.2.7 果胶酯化度（DE）的测定[19]

采用滴定法。称取干燥的果胶粉样品1.0 g于250 mL锥形瓶中，加入2 mL乙醇润湿，加入100 mL无CO2水和2滴酚酞指示剂，用0.1 mol/L NaOH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氢氧化钠20 mL，剧烈振荡后放置20 min，再加入0.5 mol/L盐酸20 mL，剧烈振荡至粉红色消失，加入2滴指示剂，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）计算式如下：

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 草酸铵质量浓度对冬瓜皮果胶提取得率的影响

草酸铵质量浓度对冬瓜皮果胶提取得率的影响见图1。

图1 草酸铵浓度对果胶提取得率的影响Fig.1 Effect of ammonium oxalate concentration on the yield of pectin

如图1所示，随草酸铵浓度的增加，果胶溶解性增大，果胶提取率增加，这和王媛莉等利用草酸铵法提取豆腐柴中果胶的研究结果是一致的[14]，浓度为1.0%时提取率达到最大为7.82%，且基本平衡，继续增大草酸铵浓度，提取得率增加不明显。草酸铵溶液浓度控制在1.0%为宜，过高则成本增加。

2.1.2 提取温度对冬瓜皮果胶提取得率的影响

提取温度对冬瓜皮果胶提取得率的影响见图2。

图2 提取温度对果胶提取得率的影响Fig.2 Effect of extraction temperature on the yield of pectin

如图2所示，低于80℃时，提取率随着温度的升高而逐步提高，在80℃左右时，产率最高，达到了6.44%，当温度高于80℃时，随着温度的升高，提取率呈降低趋势。这是因为果胶质的水化溶出量随着提取温度的升高而增大，但过高的温度会破坏果胶的分子结构，使高分子多糖降解，降低果胶的胶凝能力[3]，使果胶提取率下降。故提取温度以80℃为最佳。

2.1.3 提取时间对冬瓜皮果胶提取得率的影响

提取时间对冬瓜皮果胶提取得率的影响见图3。

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

如图3所示，在2 h以内，提取时间的延长使得果胶质充分水解，果胶产率提高，提取时间为2 h，果胶提取率达到最大为8.21%，在2 h以后，提取率下降。这是因为提取时间过长，果胶被铵离子解酯、裂解，胶凝度下降，果胶产率下降，且提取液变得黏稠[10]，给后续分离操作带来困难。

2.1.4 料液比对冬瓜皮果胶提取得率的影响

料液比对冬瓜皮果胶提取得率的影响见图4。

图4 料液比对果胶提取得率的影响Fig.4 Effect of solid-liquid ratio on the yield of pectin

如图4所示，随着料液比的增加，果胶得率先增加后下降，当料液比为1∶30（g/mL）时，果胶得率达到最大为7.98%。提取液用量过小，已水解的可溶性果胶不能全部转移到液相中，提取不完全，且物料黏度大、过滤困难，果胶损失量大；提取液用量过大，则沉淀消耗的乙醇量大，浓缩时间长、能耗增加。考虑到成本及后续浓缩环节[10，12]，选取料液比为 1∶30（g/mL）为宜。

2.2 正交试验结果与分析

四因素三水平正交试验设计与结果分析见表2。

表2 L9（34）正交试验设计与结果分析Table 2 Results and analysis of L9（34）orthogonal test

由表2可知，采用草酸铵法提取冬瓜皮果胶，对提取得率影响的大小顺序为提取时间＞提取温度＞草酸铵浓度＞料液比，最佳提取工艺组合为A2B2C2D2，即草酸铵浓度为1.5%，提取时间2.0 h，提取温度80℃，料液比为 1∶30（g/mL）。

2.3 最佳工艺参数验证试验

在草酸铵质量浓度为1.5%，提取时间2.0 h，提取温度80℃，料液比为1∶30（g/mL）条件下，进行3组平行试验，验证正交试验结果，结果如表3所示。

表3 验证试验结果Table 3 Results of verification test

由此得出，最佳工艺条件下提取冬瓜皮果胶得率达到8.91%，是整个试验中最高的果胶得率，表明正交试验得到的最佳工艺参数准确可行。

2.4 冬瓜皮果胶的理化指标测定

冬瓜皮果胶的感官指标、干燥失重、pH值，灰分、总半乳糖醛酸含量、酯化度测定结果见表4。

表4 冬瓜皮果胶各项理化指标测定结果Table 4 Results of various physical and chemical indexes test of wax gourd peel

由表4可知，主要理化指标符合GB25333-2010《食品添加剂果胶》和QB2484-2000《食品添加剂果胶》[20]的要求；酯化度72.25%，属于高甲氧基果胶。

3 结论

采用草酸铵法提取冬瓜皮果胶，对果胶提取得率影响的大小顺序为提取时间＞提取温度＞草酸铵质量浓度＞料液比，最佳提取工艺组合为A2B2C2D2，即草酸铵浓度为1.5%，提取时间2.0 h，提取温度80℃，料液比为1∶30（g/mL）。在此工艺组合条件下果胶提取得率可达到8.91%。制备得到的冬瓜皮果胶的感官指标、干燥失重、pH值、灰分、总半乳糖醛酸含量均达到GB25333-2010和QB2484-2000的要求；酯化度72.25%，属于高甲氧基果胶。说明所确定的工艺参数可行，提取得到的果胶产品质量达标，为冬瓜皮的综合利用提供理论参考。

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