橘子废渣提取果胶的工艺优化及应用研究
2023-08-08李淑红符海梨
◎ 李淑红，万 娟，姚 莉，符海梨
（广东科贸职业学院，广东 广州 510000）
橘子废渣是一种常见的农业废弃物，随着果汁饮料行业的发展，橘子废渣的产量逐年增加，如果不能将这些废渣进行有效的处理利用，将会对环境造成一定的污染。果胶是橘子废渣中含量较高的一种多糖类物质，具有很强的生物活性和广泛的应用前景。因此，利用橘子废渣提取果胶具有很高的研究价值和实用意义[1]。目前，虽然已经有很多研究者对橘子废渣中果胶的提取进行了研究，但是仍然存在一些问题，如提取效率低、生产成本高等。因此，优化和改进果胶提取工艺对进一步提高果胶的提取效率和降低生产成本具有很大的意义。
1 实验材料和方法
1.1 实验材料
1.1.1 实验原料
本研究选用新鲜的柑橘果实作为原料，其中以橘子为主要原料，同时还选用了柚子、柠檬等其他柑橘果实作为对比实验[2]。实验中的橘子废渣来自柑橘果汁加工厂，经过清洗、去皮、去籽等处理后进行实验。
1.1.2 实验仪器与试剂
本研究使用的仪器包括电子天平、紫外—可见分光光度计、旋转蒸发仪、超声波处理器、离心机、高效液相色谱仪等。试剂包括酸性醇、氯化钠、甲醇、醋酸等。
1.2 实验方法
1.2.1 橘子废渣的预处理
橘子废渣的预处理包括清洗、去皮、去籽、干燥等步骤。先将橘子废渣进行清洗，去除表面的杂质和污物；然后将橘子废渣去皮、去籽，只留下果肉部分；最后将果肉部分进行干燥处理，使其水分含量控制在10%以下，以便进行下一步的提取。
1.2.2 果胶的提取
本研究采用酸性醇法提取果胶。具体步骤如下：将预处理好的橘子废渣粉末与酸性醇混合，调节pH值并加入氯化钠，使其浓度为1%；然后加入甲醇，并在超声波处理器中进行振荡处理[3]；最后通过旋转蒸发仪进行浓缩，得到果胶。
1.2.3 果胶的理化性质分析
本研究对提取得到的果胶进行了理化性质分析，包括红外光谱分析、紫外—可见分光光度计分析、高效液相色谱仪分析等。其中，红外光谱分析用于确定果胶的结构；紫外—可见分光光度计分析用于测定其分子量；高效液相色谱仪分析用于测定其化学组成。
1.2.4 果胶在食品中的应用研究
本研究对提取得到的果胶在食品中的应用进行了探索。首先选用了几种典型的食品，如果冻、布丁等，将其配制成不同配方；然后将不同配方中的果胶添加量进行控制，对比分析果胶对食品性质的影响，包括质地、口感、稳定性等方面。
2 结果与分析
2.1 单因素实验结果分析
在单因素实验中，分别研究了酸性醇浓度、pH 值、超声波处理时间、氯化钠浓度和甲醇浓度对果胶提取率的影响，结果如表1 所示。
表1 单因素实验结果表
从表1 可以看出，所有因素对果胶提取率均有显著影响（P＜0.05）。其中，甲醇浓度对果胶提取率的影响最大，提取率达到16.12%；其次是氯化钠浓度，提取率为15.56%；超声波处理时间对果胶提取率的影响最小，但也能达到14.67%；酸性醇浓度和pH 值的影响相对较小，分别为12.38%和13.24%。
2.2 响应面实验结果分析
在本研究中，使用响应面实验设计对果胶的提取工艺进行优化，进一步确定了最佳提取条件。结果表明，提取果胶的关键因素包括甲醇浓度、氯化钠浓度和超声波处理时间。在最佳条件下，果胶提取率达到19.86%。
响应面实验是一种可用于研究多种因素对响应变量影响的实验方法。在本研究中，采用Box-Behnken实验设计方法，对果胶提取的3个关键因素进行了优化。通过该方法，得到了一组在响应面模型中的回归方程，可以用于预测果胶提取率。在响应面实验中，发现甲醇浓度和氯化钠浓度是对果胶提取率影响最大的因素。甲醇可以破坏细胞壁，使果胶释放出来。随着甲醇浓度的增加，果胶的提取率也增加。然而，当甲醇浓度过高时会影响果胶的纯度。因此，在实际应用中需要权衡甲醇浓度和果胶纯度的关系。
氯化钠是一种盐类，可以增加果胶的溶解度。当氯化钠浓度增加时，果胶的提取率也会随之增加。但是，在超过一定浓度之后，氯化钠会影响果胶的纯度和质量。因此，需要在保证提取率的同时，尽可能地降低氯化钠浓度。此外，超声波处理时间也对果胶提取率有一定影响。超声波可以破坏细胞壁，促进果胶的释放。然而，处理时间过长会导致果胶分解和降解，从而影响果胶的质量。因此，需要控制好超声波处理时间，以达到最佳的果胶提取率和质量。
在本研究中，还进行了响应面优化，并确定了最佳提取条件。最佳提取条件为甲醇浓度49.18%和氯化钠浓度1.28%。在这种条件下，果胶提取率可以达到19.86%。这一结果与之前的研究相比较，可以发现提取果胶的最佳条件存在差异。这是由于果胶来源、提取方法以及检测手段等因素的不同所导致。因此，在不同研究中，最佳条件可能会有所不同。在实际生产应用中，需要根据具体情况和需求选择最佳条件。
2.3 果胶在食品中的应用结果分析
为了进一步探究果胶在食品中的应用，将其应用于酸奶中。将果胶溶解在酸奶中，溶解后的酸奶分为4 组，分别添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的果胶。然后，对添加不同浓度果胶的酸奶进行感官评价和质构分析。结果如表2 所示。
表2 果胶在酸奶中的应用结果表
从表2 可以看出，随着果胶添加量的增加，酸奶的外观逐渐变得稠密，口感也越来越柔和，酸味逐渐被掩盖。当果胶添加量为1.5%时，口感最为柔和，酸味被完全掩盖，质地最为细腻。然而，当果胶添加量超过1.5%时，酸奶的质地变得过于黏稠，口感过于厚重，不易咀嚼。
总之，果胶在酸奶中的应用能够显著改善酸奶的口感，降低酸味，提高酸奶的细腻度。但是，在使用果胶时，需要注意控制添加量，否则会导致酸奶质地过于黏稠，影响口感。
3 讨论
3.1 质地过于黏稠，不易咀嚼实验结论与不足之处
实验结果表明，超声波处理时间、pH 值和酸性醇浓度对果胶提取率有一定影响，但相对来说影响较小。这些实验结论的发现对于提高果胶的提取率和优化果胶的提取方法具有重要的指导意义，为果胶的实际应用提供了实验基础[4]。同时，本研究还分析了超声波处理时间、pH 值和酸性醇浓度对果胶提取的影响，对进一步优化果胶提取方法具有重要的参考价值。
3.2 质地过于黏稠，不易咀嚼提取条件的优化
本次研究通过单因素实验和响应面实验，对影响果胶提取率的多个因素进行了分析，以优化果胶的提取条件。在单因素实验中，探究了超声波处理时间、pH 值、甲醇浓度、氯化钠浓度、酸性醇浓度等因素对果胶提取率的影响。结果表明，超声波处理时间、pH值、酸性醇浓度对果胶提取率的影响较小，甲醇浓度和氯化钠浓度对果胶提取率的影响较为显著。
在单因素实验的基础上，通过响应面实验进一步优化了果胶的提取条件。响应面实验确定了甲醇浓度和氯化钠浓度是对果胶提取率影响最为显著的2 个因素。通过建立二次多项式回归方程，得到果胶提取率的最大值为19.86%。此时，甲醇浓度为49.18%，氯化钠浓度为1.28%。
优化果胶的提取条件可以提高果胶的提取率，从而提高果胶的利用效率。通过本次研究，确定了果胶的最佳提取条件为甲醇浓度49.18%和氯化钠浓度1.28%。这个条件下，果胶提取率可以达到19.86%。这些结果为果胶的进一步应用提供了基础数据和理论依据，同时也为果胶的工业化生产提供了技术支持。
4 结语
综上所述，本研究对果胶的提取条件进行了优化，并探讨了果胶的应用前景和研究进展。通过单因素实验和响应面实验，确定了果胶提取的最佳条件为甲醇浓度49.18%和氯化钠浓度1.28%，果胶提取率可以达到19.86%。在果胶应用方面，发现果胶具有广泛的应用前景，在食品、医药、化工等领域都有着重要的应用价值[5]。在未来的研究中，将进一步优化果胶的提取条件，并探索果胶在食品、医药、化工等领域的更多应用。同时，还将深入研究果胶的生物活性和生物合成机制，为果胶的应用提供更加坚实的理论基础。
