復(fù)合磷酸鹽法預(yù)處理西瓜皮制備低酯果膠工藝優(yōu)化

葉 華，曹玲玲

(安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院，安徽 鳳陽 233100)

復(fù)合磷酸鹽法預(yù)處理西瓜皮制備低酯果膠工藝優(yōu)化

葉 華，曹玲玲

(安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院，安徽 鳳陽 233100)

以西瓜皮為原料，研究復(fù)合磷酸鹽法預(yù)處理西瓜皮制備低酯果膠的工藝條件。實驗結(jié)果表明從西瓜皮中提取低酯果膠的最佳條件：質(zhì)量分數(shù)2%的磷酸鈉、質(zhì)量分數(shù)0.9%的磷酸氫二鈉、質(zhì)量分數(shù)0.3%的焦磷酸鈉、質(zhì)量分數(shù)0.6%的六偏磷酸鈉配比的復(fù)合磷酸鹽預(yù)處理，脫酯pH10、脫酯溫度15℃、脫酯時間0.5h。在此條件下，低酯果膠得率5.07%，甲氧基含量4.49%，脫酯效果較好。

西瓜皮；復(fù)合磷酸鹽；低酯果膠

西瓜(Citrullus lanatus)又名夏瓜、寒瓜、水瓜等，屬于葫蘆科，原產(chǎn)非洲。我國種植西瓜有1800多年的歷史，由于最初由“絲綢之路”從西域引進，故名西瓜[1]。西瓜皮營養(yǎng)極為豐富，含各類糖、氨基酸、番茄紅素、胡蘿卜素、維生素及礦物質(zhì)元素等，具有很高的藥用和食用價值[2]。在日常生活中，人們大多只食用瓜囊，而將西瓜皮作為廢棄物丟棄，不僅污染環(huán)境，還浪費西瓜皮的良好資源。因此，對西瓜皮的回收利用已讓很多學(xué)者產(chǎn)生興趣。近年來很多學(xué)者對西瓜皮果膠的提取工藝進行了研究[3-6]，以期開發(fā)果膠新資源。

果膠按果膠酯化程度將其分為兩類：高酯果膠(HMP)和低酯果膠(LMP)。低酯果膠又包括普通型低酯果膠(LMP)和酰胺化低酯果膠(ALMP)[7]。低酯果膠廣泛用于低糖制品生產(chǎn)，它的應(yīng)用更趨向于高檔保健制品[8-9]，低酯果膠還能有效地阻止人體對鉛等有害金屬元素的吸收[10-11]。因此低酯果膠食品的需求量將呈增長趨勢，對低酯果膠食品的研究和開發(fā)將具有不可估量的市場前景。盡管可以從大量植物中獲得果膠，但是商品果膠的來源是非常有限的，而且天然存在的果膠主要是高酯果膠，因此需要開發(fā)其他果膠資源和改造現(xiàn)有果膠以獲得理想品質(zhì)的低酯果膠。

由于傳統(tǒng)的低酯果膠的制備方法都是將果膠成品進行酶法、氨法等方法降酯，工藝流程復(fù)雜、耗時等不利因素不但提高了成本還降低了生產(chǎn)效率。本實驗采用復(fù)合磷酸鹽法預(yù)處理結(jié)合氨法脫酯從中西瓜皮直接提取低酯果膠，與普通的化學(xué)法相比不僅簡化了工藝流程，還提高了生產(chǎn)效率。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

西瓜 市售。所用試劑均為分析純。

ZK-82A型真空干燥箱 上海市實驗儀器總廠；MF-2485EGS海爾微波爐 青島海爾微波制品有限公司；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長城科工貿(mào)有限公司；LXJ-ⅡB低速大容量多管離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠； HH顯數(shù)恒溫水浴鍋 金壇市金城國勝實驗儀器廠；FA2104N電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

西瓜皮原料清洗→滅酶(100℃，3min)→復(fù)合磷酸鹽破壁處理→酸萃取→脫色→堿脫酯→乙醇沉淀→干燥→成品

1.2.2 操作要點

滅酶：新鮮的西瓜皮原料清洗后在沸水中煮制3min進行滅酶，鈍化果膠酯酶，撈出瀝干，在6 0℃干燥24h，然后切碎至3～5mm粒度。

破壁處理：將經(jīng)過滅酶處理的西瓜皮粒10g，用不同配比的復(fù)合磷酸鹽浸泡，靜置2 4 h后，9 0℃水浴30min，取出后立即用清水沖洗至無色，備用。

酸萃?。航?jīng)過正交試驗得出最優(yōu)復(fù)合磷酸鹽配比方案，在經(jīng)過此處理的西瓜皮中加入0.3mol/L的鹽酸，以浸沒瓜皮為宜，調(diào)整pH2.0～2.5左右，然后加熱至90℃，保溫水解20min，微波處理15min，使原果膠變?yōu)樗苄怨z而溶于水中，趁熱用尼龍紗布過濾，得到水溶性果膠提取液。

脫色：在濾液中加入質(zhì)量濃度為1.0g/100mL的活性碳于80℃加熱20min進行脫色，趁熱用布氏漏斗抽濾。

1.2.3 正交試驗設(shè)計

1.2.3.1 復(fù)合磷酸鹽正交試驗設(shè)計

參考劉玉杰[12]復(fù)合磷酸鹽配比方法(其中百分比為原料用量的質(zhì)量百分比)，設(shè)計L9(34)正交試驗，其因素水平表見表1。

表1 復(fù)合磷酸鹽正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels in the orthogonal array design for the optimization of the formulation of compound phosphates

1.2.3.2 低酯果膠制備正交試驗設(shè)計

由于從西瓜皮中提取的果膠是高酯果膠，而想要得到低酯果膠必須進行脫酯處理，本實驗中采用復(fù)合磷酸鹽預(yù)處理西瓜皮后，經(jīng)酸萃取，得到果膠溶液，然后直接進行氨法脫酯，制備低酯果膠。

以復(fù)合磷酸鹽、脫酯pH值、脫酯溫度、脫酯時間4個因素進行L9(34)正交試驗。氨法脫脂的條件是參考劉文等[13]設(shè)定的。正交試驗因素水平表見表2。

表2 低酯果膠制備正交試驗因素水平表Table 2 Factors and levels in the orthogonal array for the optimization of compound phosphates formula and deesterification conditions

1.2.4 測定方法

果膠含量測定：采用果膠酸鈣重量法[14]。

甲氧基含量的測定：參照雷激等[15]的測定方法。

1.2.5 果膠得率的計算

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

利用SAS軟件對正交試驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行處理并進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合磷酸鹽正交試驗結(jié)果

根據(jù)表1進行復(fù)合磷酸鹽配比正交試驗，驗證平行實驗三次取平均值，試驗結(jié)果見表3。從結(jié)果可以看出，不同磷酸鹽對果膠得率的影響因素主次為D＞B＞A＞C，即六偏磷酸鈉＞磷酸氫二鈉＞磷酸鈉＞焦磷酸。最佳工藝條件是A1B3C1D2，即2%的磷酸鈉、0.9%的磷酸氫二鈉、0.3%的焦磷酸鈉、0.6%的六偏磷酸鈉。

對此進行驗證實驗，做三次平行實驗，取平均值，結(jié)果表明：用A1B3C1D2即2%的磷酸鈉、0.9%的磷酸氫二鈉、0.3%的焦磷酸鈉、0.6%的六偏磷酸鈉配比的復(fù)合磷酸鹽處理，高酯果膠得率達到9.60%，高于

正交試驗各個試驗值。因此，可以說明A1B3C1D2是預(yù)處理最佳工藝條件。

2.2 低酯果膠制備正交試驗結(jié)果

2.2.1 正交試驗結(jié)果

以復(fù)合磷酸鹽、脫酯p H、脫酯溫度、脫酯時間4個因素進行L9(34)正交試驗。每組做3次平行試驗，取平均值，計算低酯果膠得率和低酯果膠甲氧基含量，結(jié)果見表4。然后根據(jù)表4數(shù)據(jù)利用SAS軟件分別進行低酯果膠得率和甲氧基含量分析處理，確定最佳低酯果膠制備條件。

表4 低酯果膠制備正交試驗結(jié)果表Table 4 Arrangement and experimental results of the orthogonal array for the optimization of compound phosphates formula and deesterification conditions

2.2.2 低酯果膠得率的數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表4低酯果膠得率相關(guān)數(shù)據(jù)，利用SAS軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理，結(jié)果見表5。

模型的F值為29.25，P＜0.0001，大于0.01水平上的F值，由此可知，模型有效，此次評定的結(jié)果是可靠的。F值為39.63，P＜0.0001，可認為在0.01水平上是極其顯著的，因此A復(fù)合磷酸鹽的3個水平對低酯果膠得率的影響有極顯著性差異；F值為62.17，P＜0.0001，小于在0.01水平上的F值，因此B脫酯pH的3個水平對低酯果膠得率的影響有極顯著性差異；F值為15.46，P＝0.0002，小于在0.01水平上的F值，因此C脫酯溫度的3個水平對低酯果膠得率的影響有極顯著性差異；F值為27.32，P＜0.0001，小于在0.01水平上的F值，因此D脫酯時間的3個水平對低酯果膠得率的影響有極顯著性差異；由上表還可說明各因素對低酯果膠得率的影響大小。比較F值大小：FB＞FA＞FD＞FC，因此，各因素對低酯果膠得率的影響程度大小次序為B＞A＞D＞C，即脫酯pH＞復(fù)合磷酸鹽＞脫酯時間＞脫酯溫度。

表5 低酯果膠得率模型的顯著性分析表Table 5 Variance analysis for the LMP yield

用SAS軟件進行多重比較分析，結(jié)果表明：復(fù)合磷酸鹽的第3個水平對低酯果膠提取率的影響極為顯著，效果最好；pH值的第2個水平對低酯果膠提取率的影響極為顯著；溫度的第2個水平對低酯果膠提取率的影響極為顯著；時間的第1個水平對低酯果膠提取率的影響極為顯著。因此低酯果膠提取的最佳條件是A3B2C2D1。

2.2.3 甲氧基含量的數(shù)據(jù)分析

表6 甲氧基含量模型的顯著性分析表Table 6 Variance analysis for the methoxyl content

模型的F值為17.57，P＜0.0001，大于0.01水平上的F值，由此可知，模型有效，此次評定的結(jié)果是可靠的。F值為27.30，P＜0.0001，可認為在0.01水平上是極其顯著的，因此A(復(fù)合磷酸鹽)的3個水平對甲氧基含量的影響有極其顯著性差異；F值為39.41，

P＜0.0001，小于在0.01水平上的F值，因此B(脫酯pH值)的3個水平對甲氧基含量的影響有極其顯著性差異；F值為0.87，P值為0.4389，大于在0.05水平上的F值，因此C(脫酯溫度)的3個水平對甲氧基含量的影響無顯著性差異；F值為2.78，P值為0.0920，大于在0.05水平上的F值，因此D(脫酯時間)的3個水平對對甲氧基含量的影響無顯著性差異；由上表還可說明各因素對甲氧基含量的影響大小。比較F值大小：FB＞FA＞FD＞FC，因此，各因素對甲氧基含量的影響程度大小次序為B＞A＞D＞C，即脫酯pH值＞復(fù)合磷酸鹽＞脫酯時間＞脫酯溫度。

用SAS軟件進行多重比較分析，結(jié)果表明：復(fù)合磷酸鹽的第3個水平對甲氧基含量的影響極為顯著；脫酯pH值的第2個水平對甲氧基含量的影響極為顯著；溫度的3個水平對甲氧基含量的影響都不顯著；時間的第1、3個水平對果膠提取率的影響顯著；因此提取低酯果膠的最佳條件是A3B2C1,2,3D1,3。

2.2.4 低酯果膠提取最佳條件

考慮低酯果膠得率和甲氧基含量兩個指標，綜合以上兩個分析結(jié)果，確定從西瓜皮中提取低酯果膠的最佳條件是A3B2C2D1，即2%的磷酸鈉、0.9%的磷酸氫二鈉、0.3%的焦磷酸鈉、0.6%的六偏磷酸鈉配比的復(fù)合磷酸鹽預(yù)處理，脫酯pH10、脫酯溫度15℃、脫酯時間0.5h。

驗證實驗結(jié)果表明：在該最佳條件下，低酯果膠得率為5.07%，測得的甲氧基含量為4.49%。

3 結(jié) 論

利用復(fù)合磷酸鹽預(yù)處理西瓜皮制備低酯果膠的最佳工藝條件：以2%的磷酸鈉、0.9%的磷酸氫二鈉、0.3%的焦磷酸鈉、0.6%的六偏磷酸鈉配比的復(fù)合磷酸鹽預(yù)處理，脫酯pH10、脫酯溫度15℃、脫酯時間0.5h，在此條件下低酯果膠得率為5.07%，甲氧基含量為4.49%。本實驗方法操作簡單，具有可行性。

[1]陳友權(quán). 西瓜的生物學(xué)與人體健康[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 16(1): 65-67.

[2]華景清, 蔡健. 西瓜的營養(yǎng)與藥用價值[J]. 食品與藥品, 2005, 7(6A): 67-69.

[3]武挨厚, 米拉. 西瓜皮果膠的制備[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院學(xué)報, 1997, 18(3): 57-60.

[4]王向東, 趙國建, 段江蓮. 從菜西瓜中提取果膠的最佳工藝研究[J].河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報, 2002, 16(2): 27-28.

[5]劉玲, 葉博, 紀淑娟. 西瓜中果膠不同提取工藝的比較研究[J]. 中國食品工業(yè)科技, 2007(7): 150-153.

[6]任小青, 史艷艷. 西瓜皮中果膠的提取工藝[J]. 食品研究與開發(fā), 2009, 30(4): 85-87.

[7]李巧巧, 雷激. 酰胺化果膠的特性、應(yīng)用及生產(chǎn)和研究狀況[J]. 中國食品添加劑, 2006(5): 67-70.

[8]王衛(wèi)平. 食品品質(zhì)改良劑：親水膠體的性質(zhì)及應(yīng)用(之五)——果膠[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 1996, 23(4): 81-84.

[9]焦云鵬, 徐偉, 朱秀靈, 等. 低酯果膠的制備應(yīng)用和研究進展[J]. 四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報, 2004, 23(4): 57-58.

[10]COLIN D M. Industrial pectins: source, production and applications[J]. Carbohydr Polym, 1990(12): 79-99.

[11]KHOTIMCHENKO M, SERGUSHCHENKO I, KHOTIMCHENKO Y. The effects of low-esterified pectin on lead-induced thyroid injury in rats[J]. Environmental Toxicology and Pharmacology, 2004, 17(2): 67-71.

[12]劉玉杰. 果膠原料(橘子皮)預(yù)處理方法研究[J]. 食品研究與開發(fā), 2008, 29(3): 85-88.

[13]劉文, 張潔, 侯永勝, 等. 高酯果膠氨法降酯條件的研究[J]. 食品研究與開發(fā), 2006, 27(10): 42-44.

[14]無錫輕工業(yè)大學(xué), 天津輕工業(yè)大學(xué). 食品分析[M]. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 1985: 199-204.

[15]雷激, 馬力, 李中柱, 等. 酶法制備低甲氧基果膠的工藝研究[J]. 食品工業(yè)科技, 2007, 28(2): 211-216.

Extraction of Low-methoxyl Pectin from Watermelon Peel Pretreated with Compound Phosphate

YE Hua，CAO Ling-ling
(College of Food and Drug, Anhui Science and Technology University, Fengyang 233100, China)

This paper reports the orthogonal array optimization of the extraction of low-methoxyl pectin (LMP) from watermelon peel pretreated with compound phosphates. The optimum procedure for LMP extraction were determined to be based on material pretreatment with compound phosphates consisting of sodium phosphate, disodium hydrogen phosphate, sodium pyrophosphate and sodium hexametaphosphate added at 2%, 0.9%, 0.3% and 0.6%, respectively and subsequent deesterification for 0.5 h at pH 10 at 15 ℃. Under the optimized conditions, the yield of LMP was 5.07% and the methoxyl content was 4.49% in the obtained LMP.

watermelon peel；compound phosphates；low-methoxyl pectin

TS202.3

A

1002-6631(2010)10-0175-04

2009-08-07

安徽科技學(xué)院人才引進項目(ZRC2007124)

葉華(1981—)，講師，碩士，研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail：yehua_2004@163.com