提取塔罗科血橙皮中果胶的新方法

作者：张毅

    果胶广泛分布于水果、蔬菜等植物中，是初生细胞壁和胞间层的主要组分，为一种水溶性膳食纤维，因其良好的乳化及胶凝作用而作为胶凝剂、增稠剂、稳定剂在食品工业中广泛应用。另一方面，也因其有助于肠道蠕动、促进消化吸收，降低血液胆固醇、血脂含量，能够吸附重金属离子，能有效去除肠道、呼吸道中的铅和汞，且不影响人体必需矿物质元素的

利用，而作一种细菌触发型结肠释药系统的良好载体及药物包衣材料或骨架材料使用。目前提取果胶研究的方法有：酸法、碱法、草酸铵法、离子交换树脂法、微生物法、酶解法、微波法、超声波法、逆流萃取法、高压脉冲电场法等，生产商品果胶的原料主要为柑橘皮、苹果渣、甜菜渣等。纤维素酶具有降解细胞壁纤维素释放果胶的功效，柠檬酸则为优良的食

用酸，其三羧酸结构能解除金属离子对果胶的羁绊，二者结合对缩短果胶提取时间，提高果胶产率均有积极的意义，是具有很好发展前景的方法之_。塔罗科血橙为意大利的主栽品种之一，于1972年引入我国，主要分布于四川、湖南等地，仅四川资中县种植面积已达到0.69万hfC12，年均产量超过20余万t，果实的平均可食率为77.gg%，在食用尤其是果汁加工企业会产生上万吨的果皮渣，充分利用将带来良好的经济效益和社会效益[11-12】。试验利用纤维素酶能降解纤维素的特点及结合食用柠檬酸的优点，联合提取了塔罗科血橙皮中的果胶，建立了纤维素酶法提取的工艺方法，对塔罗科血橙的综合利用具有一定的参考意义。

1  材料与方法

1.1仪器、设备与试剂

    TD-5台式低速离心机：四川蜀科仪器有限公司；DFT-100型中药粉碎机：温岭市林大机械有限公司；AE240电子分析天平：梅特勒一托利多；Starter3C实验室pH计：上海奥豪斯；恒温水浴振荡器：上海玺袁科技仪器公司；真空干燥箱：上海精宏实验设备有限公司。

    纤维素酶（1.1万u/g）；乙醇（食品级）；柠檬酸、盐酸、氢氧化钠，均为分析纯，成都金山化学试剂有限公司；试验用水为蒸馏水。

1.2原料预处理

    新鲜的血橙皮捣碎成2-3 cm的块状，于蒸馏水中煮沸5 min钝化果胶酶，洗净色素及糖分，于60 CC烘干，粉碎备用。

1.3提取工艺流程

    血橙皮灭酶一烘干粉碎一纤维素酶法提取一离心分离一洗涤干燥一称量

1.4果胶的提取

    准确称取一定量的血橙皮粉于提取瓶中，加定量提取液及纤维素酶，在合适的pH及温度下，恒温水浴酶解一定时间，升温至90 cC灭酶2-3 min，以柠檬酸调节pH，在适宜温度下提取一定时间，4 000 rlmin离心分离提取液，残渣以蒸馏水洗涤2次，清液合并，浓缩后加入2倍体积的950-/0乙醇后静置1 h，真空抽滤，以少量65%的乙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中50 0C烘干称重，计算果胶产率。计算公式如式

(1)。

    

1.5单因素试验

    取血橙皮粉1.5 9，设定料液比为1：40( g/mL)，酶解pH为4.5、酶解时间为45 min、酶解温度为40cC、酶用量为12 U/mL，酸提取pH为2.0、提取温度为90℃、提取时间为30 min条件下，按照“1.4”方法，探究各因素对果胶产率的影响。

1.6正交试验

    结合单因素试验，在酸提取最佳单因素条件下，以果胶产率为试验结果，主要优化了料液比、纤维素酶用量、酶解温度和酶解时间4个因素对果胶产率的影响。

2结果与分析

2.1单因素结果的影响

2.1.1料液比对果胶提取的影响

  

  

分别改变提取液的体积为20，30，40，50和60mL进行试验，结果见图l。

由图1可以看出：当料液比大于l：40( g/mL)时，果胶产率随着料液比增加而增大，在料液比为1：40( g/mL)时果胶产率最大，之后又下降。最初随着提取液增加，利于原果胶转化为果胶，且利于果胶分子扩散，故产率增大；当提取液过大，可能不利于果胶分子形成，故产率降低。因此确定料液比1：40(g/mL)为提取最佳比例。

2.1.2纤维素酶用量对果胶提取的影响

    分别改变加酶量分别为0，3，6，9，12和15 U／mL时进行试验，结果见图2。

    由图2可以看出：加纤维素酶对果胶产率的提高有积极作用，当纤维素酶用量为12 U/mL时，果胶提取产率最高，高于和低于这个活度，果胶的产率均有降低。这是因为纤维素酶用量过低时，纤维素降解不足，原果胶转化不完全，而用量过高，会产生过度降解问题。故纤维素酶12 U/mL为最佳用量。

 

2.1.3酶解温度对果胶提取的影响

    分别在30℃，35℃，40℃，45℃和50℃恒温水浴振荡器中酶解进行试验。结果见图3。

    由图3可以看出：当酶解温度为40℃的时候，果胶的产率最大，当温度低于40℃或者高于这个温度的时候，果胶的提取率都会降低。因为酶活性的表现需要在适宜的温度范围，低于或高于这一温度，果胶的产率均有降低，高于这一温度酶结构改变逐渐失活，而低于这一温度酶活性不足以显现出来。试验得出酶解温度40℃为果胶提取的最优酶解温度。

2.1.4酶解pH对果胶提取的影响

    各试验试样的pH分别为4.9，5.1，5.3，5.5和5.7，在此pH时进行试验，结果见图4。

    由图4可以看出：纤维素酶在不同的pH条件下，对果胶产率有一定影响，当pH为5.1时，果胶的提取率最大，即纤维素酶酶解最适pH为5.1。大于或小于这个值都会导致酶蛋白失活，对纤维素酶活性都有降低的影响。

 

2.1.5酶解时间对果胶提取的影响

    分别在酶解时间为15，30，45，60和75 min进行试验。结果见图5。

    由图5可以看出：当酶解时间小于45 min的时，随着酶解时间的增加果胶得率增加，但超过45 min对果胶产率并没有积极影响，而是降低了果胶得率，这是因为随着酶解时间的延长，果胶部分降解，因而果胶产率随着时间的增加而降低。故此将酶解时间确定为45 min为最佳条件。

  

2.1.6酸提取pH对果胶提取率的影响

    以柠檬酸调节提取pH分别为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0和3.5进行试验。结果见图6。

    从图6可以看出：pH为1.5时，果胶得率最高，但pH过低会促进果胶降解，同时pH过低会使果胶颜色变深，同时当pH低于2.0时，柠檬酸用量会大大增加以至达到饱和，会增加果胶的洗涤困难以及带来果胶损失，因此选用pH 2.0为最佳酸提pH。

 

2.1.7酸提取温度对果胶提取率的影响

    分别在酸提取温度为80℃，85℃，90℃，95℃和100℃下进行试验。试验结果见图7。

    由图7可以看出：在95℃时果胶提取率最高。低于或高于95℃对果胶得率有不利影响，这是因为温度过低不利于果胶溶出，但温度过高会加快果胶降解，降低果胶产率。因此确定提取温度为95℃。

  

  

 2.1.8酸提取时间对果胶提取率的影响

    分别进行酸提取时间为15，20，25，30和35 min的试验。结果见图8。

    由图8可以看出：酸提时间低于30 min时，果胶提取率随着酸提时间的延长而增加，当酸提时间超过30 min，果胶得率显著下降。这是因为时间过短不利于果胶溶出，过长的时间以至会使果胶降解起主导作用，对果胶产率提高不利。故确定酸提取时间为30min。

2.2果胶提取工艺优化正交试验设计及结果

    Lg(34)正交试验安排及结果见表1。由表l极差分析可知，RA>RC>RB>RD，即各素对果胶产率影响的 主效关系为A>C>B>D，果胶的产率受料液比影响大，酶解时间，酶用量以及酶解温度也对果胶提取率有一定影响，提取果胶的最优工艺条件为A：B．C：D．，即料液比1：40( g/mL)，纤维素酶用量9 U/mL，酶解时间45 min，酶解温度35℃。

 2_3验证试验结果

    在最优条件下进行4次平行验证试验，果胶产率分别为：29.20%，29.800-/0，30.92%和28.99%，平均产率可为29.97%，说明试验设计合理。按照GB 25533-2010方法测得果胶半乳糖醛酸含量为79 .770-/0，酯化度~J72.5 10-10，为高脂果胶；按照GB 5009.3-2010方法测得果胶含水率为8.37%。

3结论

    与传统酸法提取果胶相比，试验以纤维素酶法结合柠檬酸进行血橙皮中的果胶，充分利用了纤维素酶能降解纤维素的特点以及柠檬酸为食用酸的优点，既利于果胶的溶出，又符合绿色理念，对提高果胶产率和品质及环境友好具有积极的作用。试验最优工艺条件为：料液比为1：40( g/mL)，纤维素酶用量为9 U／mL，酶解时间为45 min，酶解温度为35℃，在优化条件下进行果胶的产率为29.97%，总半乳糖醛酸含量为79.77%，酯化度为72 .2go-/o，含水率为8.37%。产品为高脂果胶，半乳糖醛酸含量及含水率符合国家标准。

4摘  要  

以塔罗科血橙皮为原料，采用柠檬酸一纤维素酶法提取了其中的果胶。探索了料液比、酶用量、酶解时间、酶解pH、酶解温度、酸提取pH、提取温度、提取时间等因素对果胶产率的影响。以正交优化建立了纤维素酶法提取果胶的最优条件：料液比为1：40 (g/mL)、酶用量为9 U/mL、酶解时间为45 min、酶解温度为3i℃。在最优提取条件下果胶产率29.970A，总半乳糖醛酸含量为79.770A，酯化度为72.2goA，含水率为8_370A。研究结果对塔罗科血橙废弃物的综合利用具有一定的参考意义。