柚子皮中果胶提取工艺条件优化

左丽丽，范明婕，任婷婷，程 欣，张潇伟，富校轶

(吉林医药学院公共卫生学院,吉林 吉林 132013)

柚子为芸香科柑橘属乔木柚的果实，因皮厚而耐储藏，一般存放三个月仍可食用，故有“天然水果罐头”之称[1]。柚子在我国已有三千多年的栽培历史，东南沿海、华南和西南地区都有较为广泛的种植面积[2]。尽管我国柚子产销量很高，柚皮资源丰富，但柚皮的利用率十分低，造成柚皮的大量浪费。柚皮约占整个果重的25%～40%[3]，我国柚子的年产量在200万吨以上[4]，所以每年产生的柚皮在60万吨左右。研究表明，柚子皮中含有丰富的果胶、黄酮类和香精油等生物活性功能成分，具有很好的降血糖、降血脂、预防癌症的发生等一系列生理功能，被广泛用于医药、食品、化妆品等领域，具有一定的开发价值。目前，柚子皮除少量被加工成蜜饯类产品和药用外，大部分都没有得到合理利用，大量柚子皮废弃，对环境造成一定的压力[5]。因此，大力开发柚子皮果胶，摸索出切实可行的生产工艺，不仅能为我国食品加工领域广泛应用优质果胶提供理论依据，还能改善柚子皮大量浪费带来的环境污染问题，更能推动国产果胶生产的发展，提高我国果胶企业在国际竞争中的地位。本实验以柚子皮为研究对象，以柚子皮果胶提取率为指标，采用酸水解乙醇沉淀法并辅助超声波对柚子皮中的果胶进行提取，通过单因素和正交实验对柚子皮果胶提取工艺进行优化，获得最佳的提取工艺条件，为加工利用果胶提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 实验材料与设备

柚子皮：吉林医药学院水果超市市售柚子的废弃物。

JA5003B电子天平：上海越平科学仪器有限公司；KQ-500DB数控型超声波清洗器：上海越众仪器设备有限公司；EV351旋转蒸发仪：莱伯泰科有限公司；FE20梅特勒-托利多实验室pH计：梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；DHG-9245A电热鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；C21-RH2101美的多功能电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；AF-20A高速组织粉碎机：温岭市奥力中药器材有限公司；HHS-21-4电热恒温水浴锅：上海博讯实业有限公司医疗设备厂。

所用试剂均为分析纯。

1.2 样品的制备

准确称取一定量的柚子果皮，切碎至粒径为2～3 cm，置于沸水中处理8 min，以钝化果胶酶活性。将处理过的原料在45 ℃水中浸泡20 min，压去汁液，用清水漂洗数次，以除去苦味、色素以及其他可溶性杂质，滤干。将滤干的果皮放入60 ℃烘箱烘干至恒重，高速组织粉碎机粉碎，40目筛子进行过筛保存[6]。

1.3 单因素实验

通过预实验结果，拟选取超声波处理时间、液料比、提取酸度、提取温度4个因素进行实验，根据单因素实验选择最佳的单因素范围。

1.3.1超声波处理时间的选择

准确称取预处理的柚皮粉末10.00 g分别置于预先编号的烧杯中，向其中分别依次加入pH为1.50的盐酸溶液50 mL，0.18 g六偏磷酸钠，混匀，在45 ℃下超声，依次超声3、6、9、12、15、18 min。用100目绢布过滤并收集滤液，滤渣用蒸馏水洗涤，直到水不黏稠，合并滤液，然后使用旋转蒸发仪在50 ℃条件下真空浓缩到一定体积，将提取液加入溶液质量1%的盐酸，搅拌均匀，缓慢加入95%等量体积的乙醇洗涤，用事先烘干至恒重的滤纸过滤，滤出物用一倍量75%乙醇溶液洗涤，以除去醇溶性杂质[7-10]。将滤出物烘干，得到成品，称重，重复3次，计算提取率，筛选出最佳的超声时间。

1.3.2液料比的选择

准确称取预处理的柚皮粉末10.00膜g分别置于预先编号的烧杯中，向其中分别加入pH为1.50的盐酸溶液30、40、50、60、70、80 mL，分别加入溶液质量0.3%的六偏磷酸钠，混匀，在45 ℃下超声，固定超声时间为6 min。用100目绢布过滤并收集滤液，滤渣用蒸馏水洗涤，直到水不黏稠，合并滤液。然后使用旋转蒸发仪在50 ℃条件下真空浓缩到一定体积，将提取液加入溶液重量1%的盐酸，搅拌均匀，缓慢加入95%等量体积的乙醇洗涤，用事先烘干至恒重的滤纸过滤，滤出物用一倍量75%乙醇溶液洗涤，以除去醇溶性杂质。将滤出物烘干，得到成品，称重，重复3次，计算提取率，筛选出最佳的料液比。

1.3.3提取酸度的选择

准确称取的预处理的柚皮粉末10.00 g分别置于预先编号的烧杯中，分别加入体积固定为70 mL的pH为0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00的盐酸溶液，0.24 g六偏磷酸钠，混匀，在45 ℃下超声，固定超声时间为6 min。用100目绢布过滤并收集滤液，滤渣用蒸馏水洗涤，直到水不黏稠，合并滤液。然后使用旋转蒸发仪在50 ℃条件下真空浓缩到一定体积，将提取液加入溶液重量1%的盐酸，搅拌均匀，缓慢加入95%等量体积的乙醇洗涤，用事先烘干至恒重的滤纸过滤，滤出物用一倍量75%乙醇溶液洗涤，以除去醇溶性杂质。将滤出物烘干，得到成品，称重，重复3次，计算提取率，筛选出最佳的提取酸度。

1.3.4提取温度的选择

准确称取的预处理的柚皮粉末10.00 g分别置于预先编号的烧杯中，加入pH固定为1.75的盐酸溶液70 mL，六偏磷酸钠0.24g，混匀，分别在25、35、45、55、65、75 ℃条件下超声，固定时间6 min。用100目绢布过滤并收集滤液，滤渣用蒸馏水洗涤，直到水不黏稠，合并滤液。然后使用旋转蒸发仪在50 ℃条件下真空浓缩到一定体积，将提取液加入溶液重量1%的盐酸，搅拌均匀，缓慢加入95%等量体积的乙醇洗涤，用事先烘干至恒重的滤纸过滤，滤出物用一倍量75%乙醇溶液洗涤，以除去醇溶性杂质。将滤出物烘干，得到成品，称重，重复3次，计算提取率，筛选出最佳的提取温度。

1.4 正交试验

在单因素的基础上，通过方差齐性检验和单因素方差分析筛选出对果胶提取率影响显著的因素以及最佳的因素水平，以料液比、提取酸度、提取温度为考察因素，每个因素设置3个水平，进行3因素3水平正交实验设计，以果胶提取率为考察指标，筛选出柚子皮果胶提取的最佳工艺条件。

1.5 纯度检测

称取烘干的果胶0.5 g置于烧杯中，用一定量蒸馏水复水溶解，并定容至100 mL容量瓶中。取25 mL果胶溶解液于250 mL烧杯中，加入0.1 mol/L氢氧化钠溶液100 mL，静置0.5 h。再加入1 mol/L醋酸溶液50 mL，静置5 min，加入1 mol/L氯化钙溶液50 mL，静置1 h，沸水浴加热5 min，用烘干至恒重的滤纸趁热过滤，并用热水洗涤滤渣，滤渣于105 ℃下烘干至恒重[11]。果胶提取率的计算公式为:

果胶%=(0.9235×m1)/(m×25/100)×100

式中：m1为沉淀质量(g)；

m为样品质量(g)；

0.9235为果胶酸钙换算为果胶的系数

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1超声波处理时间的选择

不同超声处理时间对柚子皮果胶提取率的影响如图1所示。在3～18 min时间范围内，随着超声处理时间的延长，超声波产生的能量逐渐增大，果胶提取率逐渐增大。在6 min时果胶提取率出现高峰。超声时间继续延长，由于局部能量过高，使温度增高，超过果胶耐受温度，使果胶发生水解，导致果胶提取率降低。通过方差齐性检验P<0.05，则不同超声处理时间对柚子皮中果胶提取率的影响无显著性差异，正交试验时可以舍去这一变量，选取6 min为超声波处理时间。

2.1.2料液比的选择

不同料液比对柚子皮中果胶提取率的影响如图2所示。随着液料比逐渐增大，果胶提取率逐渐增大。当液料比较小时，由于果胶黏度较大，溶剂不能很好地扩散，同时超声波不能形成较好的空化效果，因此果胶提取率较低。随着液料比的增大，物料黏度降低，超声波空化效果好转，提取物溶解度加大，果胶提取率上升，在料液比为7∶1时果胶提取率出现最大值。继续提高料液比，导致果胶浓度降低，提取率也随之降低。通过液料比的方差齐性检验P>0.05，单因素方差分析中P<0.01，则不同液料比对果胶提取率的影响有极显著差异，因此，柚子皮果胶提取的最佳料液比为7∶1。

2.1.3提取酸度的选择

不同提取酸度对柚子皮中果胶提取率的影响如图3所示。在pH 0.75～ 2.0范围内随着pH值的增大，果胶提取率先增大后减小，在pH为1.75时果胶提取率达到最大值。由于过酸的环境会使提取出的果胶发生变性，导致测得的提取率降低；随着酸度减弱，水解程度也会减低，原果胶不能全部转化为水溶性果胶，导致提取率降低。通过方差齐性检验P>0.05，单因素方差分析P<0.01，不同提取酸度对柚子皮中果胶提取率的影响有极显著差异。因此，柚子皮果胶提取的最佳pH值为1.75，用于后续实验。

2.1.4提取温度的选择

不同提取温度对柚子皮中果胶提取率的影响如图4所示。随着提取温度的增大，果胶提取率先增大后减小，在65 ℃时果胶提取率达到最大值。在25～65 ℃条件下，果胶的溶解性随着温度的升高而增大，使提取率升高。当温度过高时，已溶解的果胶发生水解，使提取率降低。通过方差齐性检验P>0.05，单因素方差分析P<0.01，则不同提取酸度对柚子皮中果胶提取率的影响有极显著性差异。由于在55 ℃和65 ℃时，果胶提取率相近，为节约能源，柚子皮果胶提取率的最佳提取温度选择55 ℃，用于后续实验。

2.2 正交试验

在单因素试验的基础上，以提取酸度、提取温度、液料比为考察因素，采用3因素3水平正交试验，以柚子皮中果胶提取率为指标，确定最佳提取条件。正交试验设计如表1所示，正交试验结果如表2所示。

从极差分析结果得出，3因素对柚子皮果胶提取率的影响由强到弱顺序为C>A>B，即依次为液料比>提取酸度>提取温度，说明液料比对柚子皮果胶提取率的影响最大，提取温度对其影响最小。通过正交试验结果表明，在超声波处理时间为6 min的条件下，柚子皮中果胶提取工艺条件的最佳组合为A3B1C3，即提取pH值为2.00，提取温度为45 ℃，液料比为8∶1。

表 1 正交实验设计表

表 2 正交试验结果

2.3 验证试验

在正交试验获得的最佳提取工艺条件下对柚子皮果胶进行提取，即提取pH值为2.00，提取温度为45 ℃，液料比为8∶1，超声波处理6 min的条件下进行提取，同时进行3组平行试验。结果表明，柚子皮果胶提取率分别为22.75%、23.62%、22.94%，平均得率为23.10%。3次测定的柚子皮果胶的提取率均大于正交试验中柚子皮果胶的提取率，且重复性好，证明了所得最佳工艺条件的合理性和科学性。

2.4 果胶纯度检测

根据1.5所述方法进行最优提取工艺条件下所得果胶纯度的测定，平行测定3次，检测结果显示，提取的柚子皮果胶纯度为83.02%，相比于文献，由于实验室条件有限，本研究获得的果胶纯度略低。

3 讨 论

本实验以废弃的柚子皮为原料，进行果胶的提取工艺研究。通过单因素试验和正交试验优化获得，超声波处理6 min的条件下，柚子皮中提取果胶的最佳工艺条件为：液料比为8∶1 mL/g,提取pH值为2.00，提取温度为45 ℃。在此条件下进行柚子皮果胶的提取，提取率为23.10%。由极差分析结果可知，3种因素对柚子皮果胶提取率的影响强弱依次为液料比>提取酸度>提取温度。用优化后的工艺提取柚皮中的果胶，提取工艺成本低、时间短、方法简单、条件明确、易操作，适合工业化生产，同时还能改善柚子皮大量浪费带来的环境污染问题。因此发展柚皮果胶生产具有较大的市场前景。

参考文献：

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