酸法提取胡萝卜中果胶工艺条件的研究

徐坤范，李庆山

（临清农业局，山东聊城 252600）

酸法提取胡萝卜中果胶工艺条件的研究

徐坤范，李庆山

（临清农业局，山东聊城 252600）

文章的试验以盐酸为提取剂，首先设计单因素试验，分别研究不同料液比、pH、提取温度和提取时间对胡萝卜果胶提取率的影响，然后进一步采用正交试验和验证试验确定酸法提取果胶的最佳工艺条件。结果表明：当料液比为1∶15（g/mL），pH为1.5，提取温度为80℃，提取时间为85 min时，胡萝卜中果胶提取率达到最大，且4个因素对酸法提取胡萝卜中果胶的影响顺序大小依次为：提取时间＞提取温度＞pH＞料液比。

胡萝卜 盐酸 果胶 提取

果胶基本结构为α-D-半乳糖醛酸，广泛存在于植物中，具有良好的抗癌、降低血糖血脂、疏通血管等多种作用。食品、医药、日化等多种领域利用果胶的无毒无刺激性研制新产品[1，2]。近年来，随着这些工业领域的不断发展，人们接触的果胶制品越来越多，需求量也日益增长。相关数据指出，目前国内果胶的年需求量为1 000 t左右，且人们对果胶的数量和质量要求日益升高，而我国果胶的供用量严重不足，每年果胶产量的75%需要花高价从其他国家引进[3]。因此，在我国加大对果胶的开发利用程度，寻求新的生产资源和最佳生产条件是一项具有重要意义的工作。

胡萝卜是伞形科的草本植物，一般为圆锥形或椭圆形，食用部分为肉质根，其营养价值非常丰富。国内外多种资料表明，胡萝卜中果胶含量丰富，具有非常广阔的开发前景[4，5]。该文以胡萝卜为研究对象，利用单因素试验和进一步的正交试验，确定出酸法提取胡萝卜中果胶的最佳工艺条件，为酸法提取果蔬中的果胶提供参考依据，同时为提高我国果胶的年产量提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

胡萝卜：选用市售无虫害、无腐烂、外观良好的胡萝卜为试验材料。

1.2 仪器设备与试剂

1.2.1 试剂

0.15%咔唑乙醇溶液：精确称取0.300 g咔唑试剂，用无水乙醇充分溶解，并用200 mL容量瓶定容。

半乳糖醛酸标准溶液：精确称量50 mg半乳糖醛酸试剂，用蒸馏水充分溶解，并定容至50 mL容量瓶中，配置成浓度1 g/L的半乳糖醛酸原液，再通过稀释操作，配置成浓度分别为10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L 、50 mg/L 、60 mg/L 、70 mg/L 的系列标准溶液 [6，7]。

无水乙醇、浓硫酸、无水乙醚。1.2.2 仪器设备

FA124电子天平（广州沪瑞明仪器有限公司）；HH-4恒温水浴锅（金坛市盛蓝仪器制造有限公司）；TDL-5离心机（广州沪瑞明仪器有限公司）；723型可见分光光度计（上海光学仪器厂）。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

原料的选择及预处理→除杂→果胶的提取→冷却后，定容摇匀→过滤→得到稀胶状提取液待用→标准曲线的制作→测定。

1.3.2 操作要点

原料的选择：选择新鲜、品质优良、无伤痕以及无腐烂的新鲜胡萝卜来做实验原料。

原料的预处理：将新鲜的胡萝卜洗干净，去除外果皮，随后切成块状，用研钵研磨成糊状。

除杂：将研磨好的胡萝卜加入适量的无水乙醇，并于沸水浴中加热15 min，钝化果胶酶，待其冷却至室温后进行过滤，然后用无水乙醇和乙醚进行多次洗涤，最后在通风橱中风干掉乙醚，以排除脂类、糖分、色素等不利因素对该试验的影响[8，9]。

果胶的提取：精确称量5.000 g处理好的胡萝卜样品，在烧杯中加入稀盐酸，放置沸水浴中加热提取，果胶可在稀盐酸作用下加热转化为可溶性果胶，加热过程中应随时补充因为蒸发而损失的水分，加热完成后，取出在室温下冷却完全，随后定容到容量瓶中，进行过滤，得到滤液待用。

1.3.3 标准曲线的制作

分别量取12 mL浓硫酸依次加入8支试管中，同时放入冰水浴中冷却，随后分别取2 mL各种浓度的半乳糖醛酸缓慢加入试管中，充分震荡混匀后，于冰水浴中冷却完全后，用沸水浴加热10 min，取出在室温下冷却完成后，依次加入1 mL配置好的咔唑乙醇溶液，震荡摇匀[10-12]。另依上法以蒸馏水设置一个空白试剂。同时在室温条件下静置30 min，完成后将分光光度计调到530 nm波长下，测定各试管溶液的吸光值，随后以样液的吸光值A为纵坐标，每毫升中半乳糖醛酸的含量（mg/L）为横坐标，制作标准曲线。

1.3.4 果胶含量的测定

进行稀释操作，使果胶提取液中的半乳糖醛酸含量为10～70 mg/L。吸取冰水冷却完成后的浓硫酸12 mL加入试管中，然后加入2 mL稀释好的样液，震荡摇匀，在冰水浴中冷却完成后，取出通过沸水浴加热10 min，取出后在室温下进行冷却，冷却完全后加入1 mL的咔唑乙醇溶液，充分震荡混匀，于室温下静置30 min[13，14]。将提前半小时打开预热的分光光度计调零，调到530 nm波长下测定其吸光值，并记录数据，利用半乳糖醛酸标准曲线方程和果胶提取率公式，求出样品果胶提取率。

1.3.5 提取率的计算

式中，c为半乳糖醛酸浓度（μg/mL），V为稀释好的果胶样液体积（mL），K为果胶提取液稀释倍数，W为样品质量（g）[15]。

2 结果与分析

2.1 绘制标准曲线

根据测定结果，确定标准曲线。图1所示。

图1 半乳糖醛酸标准曲线

2.2 不同料液比对胡萝卜中果胶提取率的影响

精确称量5.000 g处理好的胡萝卜样品，设置时间为85 min，pH为2.0，提取温度为85℃，探究不同料液比对酸法提取胡萝卜中果胶的影响，分别设置料液比为 1∶5（g/mL）、1∶10（g/mL）、1∶15（g/mL）、1∶20（g/mL）、1∶25（g/mL）。

最后得出在不同提取料液比的影响下胡萝卜中果胶的提取率，结果见图2。

图2 不同料液比对胡萝卜果胶提取率的影响

图3 不同pH对胡萝卜果胶提取率的影响

由图2可知，胡萝卜中果胶提取率随料液比的增加，呈现先上升后下降的趋势，最高为13.22%。这可能是由于料液比较低时，胡萝卜中的果胶无法完全溶解析出，使果胶的提取率降低；但当料液比较高时，会导致盐酸用量增加，萃取时间增加，造成果胶分子裂解，最终致使果胶的提取率下降。因此，在其他因素不变的情况下，料液比为1∶15（g/mL）较为合适。

2.3 不同pH对胡萝卜中果胶提取率的影响

精确称量5.000 g处理好的胡萝卜样品，设置提取时间为85 min，提取温度为85℃，料液比为上一步试验确定的最佳水平，探究不同pH对酸法提取胡萝卜中果胶的影响，分别设置提取pH为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0，最后得出在不同提取pH的影响下胡萝卜中果胶的提取率，结果见图3。

由图3可知，胡萝卜中果胶的提取率随着pH的增加，呈现先上升后下降的趋势，提取率最高为11.78%。其原因可能是当环境的pH较低时，酸度过高，由于提取过度，使果胶分子遭到破坏，进而影响了果胶的提取率。当pH较高时，原料组织软化程度过低，导致胡萝卜中不溶性果胶的转化率下降，使得果胶提取率降低。因此，综合考虑各方面因素，选取pH为1.5较为合适。

2.4 不同提取温度对胡萝卜中果胶提取率的影响

精确称量5.000 g处理好的胡萝卜样品，设置提取时间为85 min，pH和料液比为上述试验确定的最佳水平，分别选取提取温度为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃，探究不同提取温度对酸法提取胡萝卜中果胶的影响，最后得出在不同提取温度下，胡萝卜中果胶的提取率，结果见图4。

图4 不同提取温度对胡萝卜果胶提取率的影响

由图4可知，随着提取温度的升高，胡萝卜果胶的提取率呈现先上升后降低的趋势，最高为12.32%。这种现象可能是由于提取温度较低时，果胶发生局部水解，不能充分溶解，导致提取率较低，而提取温度过高时，果胶分子链被破坏，影响果胶的提取程度，最终导致果胶提取率降低。因此，综合考虑各方面原因，提取温度为75℃较为合适。

2.5 不同提取时间对胡萝卜中果胶提取率的影响

精确称量5.000 g处理好的胡萝卜样品，pH、料液比和提取温度为上述试验确定的最佳水平，分别设置提取时间为40 min、55 min、70 min、85 min、100 min，探究不同提取时间对酸法提取胡萝卜中果胶的影响，最后得出在不同提取时间的影响下，胡萝卜果胶的提取率，结果见图5。

图5 不同提取时间对胡萝卜果胶提取率的影响

由图5可知，胡萝卜中果胶的提取率随着提取时间的不断增加，呈现先上升后降低的变化，提取率最高为12.18%。这可能由于提取时间过短，不能充分软化原料组织，导致果胶不能充分溶出，因而果胶提取率较低；而提取时间过长就会破坏果胶的分子结构，使果胶提取率下降。因此，综合考虑各方面因素，最佳提取时间为70 min。

2.6 正交试验

通过单因素试验得知，提取料液比、pH、提取温度和提取时间的不同都会影响胡萝卜中果胶的提取率，为进一步优化酸法提取胡萝卜中果胶的工艺条件，根据单因素试验的结果，设计4因素3水平的正交试验，从而求得酸法提取胡萝卜中果胶的最佳工艺条件。具体试验数据见表1和表2。

综合表1和表2的试验数据可以看出，以A2B2C3D3组合最佳，即料液比为1∶15（g/mL），pH为1.5，提取温度为80℃，提取时间85 min时，胡萝卜中果胶的提取率最高。由R值可知，4个因素对胡萝卜果胶提取率影响程度大小顺序为：D（提取时间）＞C（提取温度）＞B（pH）＞A（料液比）。

2.7 验证试验

准确称取5.000 g处理好的胡萝卜样品，在料液比1∶15（g/mL），pH 1.5，提取温度为80℃的条件下，提取85 min，重复3次，取平均值，测得胡萝卜果胶的提取率为13.66%，高于单因素试验中的最大提取率。因此正交试验优选的工艺条件较好，说明此工艺条件稳定可行。

表1 正交因素水平表

表2 酸法提取胡萝卜果胶正交试验结果

3 结论

通过以上试验可以确定酸法提取胡萝卜中果胶的最佳工艺条件，即提取料液比1∶15（g/mL），pH为1.5，提取温度80℃，提取时间85 min，且4个因素对酸法提取胡萝卜果胶的影响顺序分别为：提取时间＞提取温度＞pH＞料液比。

酸法提取胡萝卜中果胶工艺条件的研究对解决我国果胶产量低下，提高果胶质量是极具现实意义的。本文以胡萝卜为研究对象，利用酸法提取其中果胶，为酸法提取果蔬中的果胶提供了技术支持，是一项成本廉价，来源广泛的研究项目。

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