盐酸法和磷酸氢二钠法提取甘薯渣果胶效果的比较

张 军，吴非凡，王嘉盛，赵天奇，王梦芝

（扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009）

果胶是一种以α-1，4 糖苷键存在的D-半乳糖醛酸所形成的复合多糖物质（徐梦瑶，2017），主要存在于细胞壁中（马彦彪等，2000），其最初是从胡萝卜中提取出来的，颜色以浅白、浅黄为主，多为粉末，具有很好的胶凝化和稳定性，是FAO 推荐的无限制天然添加剂（徐梦瑶，2017），多使用在工业领域。甘薯渣是一类甘薯淀粉生产中制出的非主要产品，其成分主要有水、淀粉颗粒和纤维物质等（徐梦瑶，2017），并含有丰富果胶，约占其干渣重量的20%，因甘薯品种的不同，其含量也有差异，果胶含量最高可达22.93%（韩俊娟等，2009）。Takamine 等（2008）认为，甘薯渣中的果胶含量很多，可以作为提取果胶的优良原料。目前国内外食品工业用果胶主要从苹果渣和柑橘渣中提取，大多从甘薯渣中提取膳食纤维，提取果胶的试验较少，梁新红等（2013）以甘薯渣为原料研究草酸盐法提取果胶的工艺条件并进行优化；刘倩倩（2015）采用超声波辅助盐法提取甘薯渣中果胶并对提取工艺进行优化；田亚红（2012）确定了微生物发酵法提取甘薯渣果胶的最佳条件；魏海香等（2008）用酸法提取甘薯果胶，从响应面分析得出果胶最高提取率。本研究根据我国当前甘薯渣资源浪费和环境污染的现状，通过不同方法提取甘薯渣中的果胶，并对结果进行比较和讨论，从而确定较佳的果胶提取条件，旨在简化工艺和降低生产成本。

1 材料与方法

1.1 试验材料 原料：两种甘薯渣（块状和粉状），某公司提供；主要试剂：无水乙醇、α-淀粉酶、盐酸、浓盐酸、浓硫酸、碘；主要设备：离心机、电子天平、可见分光光度计、恒温水浴锅。

1.2 原料预处理及提取剂选择 本试验的甘薯渣事先需除去淀粉，因为果胶产品中含有大量淀粉，与果胶混合后难以分离，这对提取有很大影响。本试验中使用α-淀粉酶降解淀粉，使甘薯渣中的淀粉含量不影响试验进行（梅新等，2010）。本试验方案用盐酸和磷酸氢二钠两种试剂作为果胶的提取剂。

1.3 两种甘薯渣中总果胶含量的测定 不同甘薯渣品种，其营养成分具有差异，因此对这两种甘薯渣样品进行果胶含量测定，根据《BC1405 总果胶含量检测试剂盒微量法》 选出果胶含量较高的一种甘薯渣样品。

甘薯果胶提取率/%=甘薯果胶含量/甘薯渣质量×100。

1.4 单因素对果胶提取率的影响

1.4.1 酸法对果胶提取率的影响 本试验中，当对某一因素进行测定时，其余各因素标准如下（表1）：料液比1∶20，时间2 h，温度95 ℃，pH 2，离心两次（3000 g，30 min），取上清液定容到10 mL，用分光光度计测其吸光值，代入计算公式求得提取率。

表1 酸法单因素条件

1.4.2 碱法对果胶提取率的影响 本试验中，当对某一因素进行测定时，其余各因素标准如下（表2）：时间4 h，料液比1∶20，温度60 ℃，pH 7，离心两次（3000 g，30 min），取上清液定容到10 mL，用分光光度计测其吸光度，代入计算公式求得提取率。

表2 碱法单因素条件

2 结果与分析

2.1 两种甘薯渣中总果胶含量的测定结果 根据《BC1405 总果胶含量检测试剂盒微量法》绘制出半乳糖醛酸标准曲线：y=0.0429x-0.086，R2=0.9728（y 为吸光度值，x 为半乳糖醛酸标准溶液浓度），从而得出两种甘薯渣果胶含量。

由表3 可知，甘薯渣2 的总果胶含量极显著高于甘薯渣1，因此本试验选择甘薯渣2 作为试验样本，进行酸碱两种方法提取果胶。

表3 两种甘薯渣果胶含量 μmol/g

2.2 酸法果胶单因素提取率试验结果

2.2.1 pH 对果胶提取率的影响 由图1 可知，在一定的提取条件下，果胶提取率随着pH 上升，先逐渐降低再逐渐升高。其中当pH 为1.5 时，果胶的提取率最高。

图1 pH 与提取率的关系

2.2.2 时间对果胶提取率的影响 由图2 所示，在一定提取条件下，随着时间的增加，提取率变化幅度不稳定，果胶的最佳提取时间为2.5 h。

图2 时间与提取率的关系

2.2.3 料液比对果胶提取率的影响 由图3 可知，在一定的提取条件下，果胶提取的最佳料液比为1∶25。

图3 料液比与提取率的关系

2.2.4 提取温度对果胶提取率的影响 由图4 可知，在一定的提取条件下，果胶提取率在温度升高时，整体表现为小幅度下降后又升高。果胶的提取效果在温度75 ℃时，表现最好。

图4 提取温度与提取率的关系

本试验采用盐酸提取果胶时，各因素条件为pH 2、时间2 h、料液比1∶20 和温度75 ℃时，果胶提取率最高。

2.3 碱法果胶单因素提取率试验结果

2.3.1 pH 对果胶提取率的影响 由图5 可知，在一定的提取条件下，随着pH 的增加，所得果胶提取率逐渐上升后趋于平稳，当pH 为8 时，所得果胶提取效果最好。

图5 pH 与提取率的关系

2.3.2 时间对果胶提取率的影响 由图6 可知，在一定的提取条件下，果胶的提取效果在时间为4 h 时，表现最好。

图6 时间与提取率的关系

2.3.3 料液比对果胶提取率的影响 由图7 可知，在一定的提取条件下，果胶最适料液比为1∶30。

图7 料液比与提取率的关系

2.3.4 提取温度对果胶提取率的影响 由图8 可知，在一定的提取条件下，随着温度的升高，果胶提取率先降低再升高趋于平稳，最后再下降，其中当提取温度为30 ℃时果胶的提取率最高。

图8 提取温度和提取率的关系

本试验采用磷酸氢二钠提取果胶时，各因素条件为pH 7、时间4 h、料液比1∶30 和温度60 ℃时，果胶的提取率最高。

3 讨论

3.1 盐酸提取法对果胶提取率的影响 酸法是一种提取果胶最常用的传统方法，此方法可以在柑桔、甜菜和苹果等多种不同来源的原料中提取果胶（梅新等，2010）。其主要原理是在酸溶液的作用下，提取植物细胞中水溶性的果胶，目前传统工业用酸有盐酸、草酸和亚硫酸等（梅新，2010）。盐酸作为现代工业生产常用提取剂，经盐酸将原料水解后，共价键和氢键被破坏而游离果胶，其优点是简单易操作，时间短，提取率和纯度都比较高（李峰等，2016），更能节省成本。但缺点是在提取时，部分水解的果胶会造成质量下降，同时提取液黏度增加导致废液过滤困难，不易处理（陈熠等，2009）。

田亚红等（2013）采用盐酸配制酸溶液来提取甘薯渣中的果胶，通过试验分析得出，当提取条件为温度90 ℃、时间1.5 h 和pH 2 时，提取果胶效果最好。王雅婷（2013）在用酸法提取籽瓜果胶时发现，当温度90 ℃、pH 1.5、时间2.5 h和料液比1∶15 时，果胶的提取效果最好。应珊珊（2014）在用酸法提取火龙果果胶时发现，当料液比1∶10、、温度95 ℃和时间140 min 时，果胶的提取效果较好，并且总结出可以在提取过程中添加高强度的酸溶液使提取率提高的建议。王锐等（2020）在提取柑橘果胶时发现，果胶提取效果在料液比1∶20 时表现最好。这都与本试验的结果基本一致。

本试验盐酸提取果胶的结果发现，料液比大时，不易实现溶解果胶的条件；料液比小时，酸对果胶的作用不大；结果发现，提取时间以1.0～2.5 h为宜。当时间不够长，果胶反应不够充分导致提取不完全。如果时间过长，果胶易发生分解导致成本增加。当pH 在较低的情况下，酸溶液的浓度比较高可能会影响果胶水解，以致出现副反应如其发生过分水解；当pH 在较高的情况下，酸溶液的浓度比较低会导致果胶水解完全。

3.2 磷酸氢二钠提取法对果胶提取率的影响碱提取法提取果胶条件较易控制，比酸法稳定，且金属离子和酸碱不会对此法产生一定的作用，不会对环境有太大的污染。其缺点是只能部分少量提取果胶，容易造成大量不溶于水果胶的浪费。碱法提取果胶时常进行碱法脱脂再提取果胶，当脱脂反应发生时，β-消去反应也同步发生，果胶分子发生解聚，这与脱脂反应形成一种竞争关系，对果胶分子量和黏度等都有一定的影响（谢明勇等，2013；Gunning 等，2009）。同时因其提取单一性较差，不能完全消除β-消去反应，造成复杂化产物，此过程中废液的产生会对环境造成相对的污染（高健等，2014）。研究表明，碱法提取果胶时，低温碱法提取可以在一定程度上减小β-消去反应，从而能保证果胶的质量（雷激等，2006）。

本试验采用磷酸氢二钠提取果胶，结果表明，果胶提取率的降低，是随提取温度、pH、料液比和提取时间的改变而改变。其中，pH 降低、料液比的减小和提取时间的缩短都会显著降低果胶的提取率，而温度的上升也会一定程度上降低提取率。本试验所得结果与雷激等（2006）在研究低温碱法脱酯制取低酯果胶的试验结果一致，低温提取果胶效果较好。经总结本试验结果，发现采用磷酸氢二钠提取果胶时，各因素条件为pH 7、时间4 h、料液比1∶30 和温度60 ℃时，果胶的提取率最高。这与张春蓬（2011）采用磷酸氢二钠提取甘薯渣果胶结果基本一致，当pH 7.9、时间3.3 h、料液比20∶1 和温度66 ℃时，提取率能够达到最高。Takamine 等（2008）采用不同提取剂从甘薯渣中提取果胶，结果发现较高的提取率出现在pH 为7 以上的磷酸氢二钠溶液中。这也与本试验结果中pH 条件基本一致。

4 结论

综上，当本试验采用盐酸提取果胶时，各因素条件为pH 2、时间2 h、料液比1∶20 和温度75 ℃时，甘薯渣果胶提取率最高可达22.80%；采用磷酸氢二钠提取果胶时，各因素条件为pH 7、时间4 h、料液比1∶30 和温度60 ℃时，甘薯渣果胶的提取率最高可达21.10%。经比较，盐酸法提取甘薯渣果胶的提取率较高。