橙皮果膠的提取及性質(zhì)研究

夏天添，梁瑞紅，劉成梅，劉 偉，馮 靜，陳 軍

(南昌大學食品科學與技術(shù)國家重點實驗室，江西南昌 330047)

橙皮果膠的提取及性質(zhì)研究

夏天添，梁瑞紅，劉成梅*，劉 偉，馮 靜，陳 軍

(南昌大學食品科學與技術(shù)國家重點實驗室，江西南昌 330047)

以臍橙皮為原料，經(jīng)酸洗法處理后，以酸法提取橙皮果膠。通過單因素及正交實驗確定果膠提取的最佳工藝為:料液比1∶25(m∶V)，提取pH1.7，提取溫度85℃，提取時間100min。最佳醇沉條件:果膠提取液與乙醇的體積比1∶2，提取pH3.5。提取的果膠，提取率為21.816%，半乳糖醛酸含量為70.66%，酯化度為72.49%。其他性質(zhì)如水分(9.71%)、灰分(3.26%)和pH(2.93)等均滿足國標要求，表明該方法適宜用于從橙皮中提取果膠。

橙皮，果膠，提取，性質(zhì)

果膠是一種高分子聚合物，是植物細胞壁的組成成分，為白色、淺黃色到黃色的粉末，無固定熔點和溶解度，不溶于乙醇等有機溶劑［1－2］。果膠分子平均每100個半乳糖醛酸殘基C6位上以甲酯化形式(帶有甲氧基)存在的百分數(shù)稱為果膠的酯化度(Degree of Esterification，DE);按照酯化度不同，通?？煞譃楦啧スz(High Methoxyl Pectin，HM)(DE＞50%，甲氧基含量＞7%)和低酯果膠(Low Methoxyl pectin，LM)(DE＜50%，甲氧基含量＜7%)［3－6］。果膠具有非常好的膠凝性和乳化穩(wěn)定作用，且安全無毒，被廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化妝品等，作為穩(wěn)定劑、乳化劑和增稠劑［7］。國內(nèi)外對果膠的需求量都在不斷增加，而我國每年從國外進口大量果膠［8］，由此可見，發(fā)展果膠生產(chǎn)在國內(nèi)市場有著十分廣闊的前景。我國的橙子種植面積廣大，隨著食品加工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了大量的橙皮資源［9］。而浪費嚴重、轉(zhuǎn)化率低和處理不當所引發(fā)的環(huán)境污染等問題，亟待解決。本研究探討在預處理后，酸法提取贛南臍橙皮果膠的最佳工藝條件，并對所得產(chǎn)品進行了理化性質(zhì)的分析，為橙皮的處理和利用提供了一種綠色、高效、簡便、易行的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

興國－28臍橙 由江西某廠提供;蘋果果膠、柑橘果膠、間羥基聯(lián)苯、半乳糖醛酸 Sigma公司，分析純;溴化鉀 阿拉丁公司，光譜純;鹽酸、氫氧化鈉、硫酸、硼砂、無水乙醇 國產(chǎn)，分析純。

AR224CN 電子天平 美國 Ohaus公司; SevenMulti型 pH/電導率/離子綜合測試儀 瑞士Mettler Toledo公司;Du640紫外可見分光光度計 美國Beckman Coulter公司;Nicolet FT－IR 5700型傅里葉紅外光譜儀 美國Thermo Electron公司;TDL5A飛鴿牌離心機 上海安亭儀器廠;DHG－9145A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒儀器有限公司;HR83 (P)型水分測定儀 上海梅特勒－托利多儀器有限公司;QL－861微型旋渦混合器 海門市其林貝爾儀器制造有限公司;DV－III數(shù)字流變儀 BROOKFIELD公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液配制 半乳糖醛酸標準溶液配制∶稱取干燥至恒重的半乳糖醛酸25mg，加水溶解并定容至500mL，混勻，成0.05mg/mL的標準溶液。

0.15%間羥基聯(lián)苯溶液∶稱取0.15g間羥基聯(lián)苯溶于5mg/mL氫氧化鈉溶液中，定容至100mL，其質(zhì)量濃度為1.5mg/mL。

四硼酸鈉/硫酸溶液∶四硼酸鈉溶解在濃硫酸中形成0.0125mol/L的溶液，備用。

1.2.2 工藝流程 原料→預處理→烘干→粉碎→提取→離心→沉淀→烘干→粉碎→篩分→成品

1.2.3 操作要點

1.2.3.1 原料預處理 新鮮橙皮切成3cm×3cm的小塊后，分成三份。第一份直接在65℃烘干20h，粉碎;第二份用沸水漂燙10min后，65℃烘干20h，粉碎;第三份以一定量比例在調(diào)好pH的鹽酸水溶液中浸泡、擠干，重復三次，65℃烘干20h，粉碎［10］。

1.2.3.2 果膠提取 預處理好的原料，按一定的質(zhì)量體積比加入蒸餾水，用1∶1的鹽酸調(diào)溶液的不同pH，水浴加熱反應(yīng)一段時間后，取出離心得上層果膠溶液待用。

1.2.3.3 乙醇沉淀 向固定體積的幾份果膠液中加入不同體積的無水乙醇，并調(diào)節(jié)pH，以提取率為標準確定果膠醇沉的最佳工藝條件。以提取液與乙醇體積比表示，取1∶1，1∶1.5，1∶2，1∶2.5的條件進行比較。得到最優(yōu)結(jié)果后，再調(diào)節(jié)乙醇的pH至3.0～4.0，以提取率和GA%衡量最佳醇沉條件。

1.2.4 果膠提取條件的確定 通過單因素實驗，初步確定提取果膠的最佳料液比、提取pH、提取溫度、提取時間。并在此基礎(chǔ)上，建立4因素3水平正交實驗L9(34)(見表1)，以果膠提取率為指標，確定最佳提取工藝。

表1 正交實驗因素水平表L9(34)

式中∶m1－橙皮粉質(zhì)量(g);m2－果膠產(chǎn)品質(zhì)量(g)。

1.2.5 果膠的紅外光譜分析 把果膠研成粉末，與KBr混合壓片制樣，采用傅立葉紅外光譜儀對樣品在400～4000cm－1區(qū)內(nèi)進行紅外光譜分析［11－12］。

1.2.6 半乳糖醛酸含量(GA)的測定

1.2.6.1 標準曲線的制備 取標準溶液0.00，0.20，0.40，0.60，0.80，1.00mL置于具塞試管中，加蒸餾水補足至1.00mL。在冰浴中預冷后，加5.0mL四硼酸鈉/硫酸溶液，用旋渦混合器混合后沸水浴5min，再冰浴冷卻至室溫，再加100μL間羥聯(lián)苯混勻后在524nm處測吸光度，制作標準曲線［13］，見圖1。

1.2.6.2 測定 取1.00mL樣品溶液，過程同上。最后為避免樣品中半乳糖醛酸成分與四硼酸鈉/硫酸試液反應(yīng)的干擾，做一組對照，以100μL氫氧化鈉溶

稱量后果膠提取率計算如公式(1)所示。

計算公式∶

圖1 間羥基聯(lián)苯法制作的標準曲線圖

式中∶m1－果膠產(chǎn)品質(zhì)量(g);m2－半乳糖醛酸質(zhì)量(g)。

1.2.7 果膠酯化度、水分、灰分、pH的測定

1.2.7.1 果膠酯化度 采用FCC滴定法測定果膠酯化度［14］。

1.2.7.2 水分 參考GB25533－2010測定果膠水分(以干燥失重計)。

1.2.7.3 灰分 參考QB2484－2000測定果膠總灰分含量。

1.2.7.4 pH 參考GBn246－85測定0.1%果膠溶液的pH。液代替100μL間羥基聯(lián)苯，其他過程一樣，測定吸光度，從樣品吸收值中扣除。從標準曲線上查出半乳糖醛酸濃度(μg/mL)。

果膠純度計算如公式(2)所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 三種前處理方法的比較結(jié)果

如表2所示，漂燙處理和酸洗法處理過的橙皮，提取率較高，而未經(jīng)任何前處理直接烘干的橙皮，提取率比前兩種低了近2.3%。三種方法分別處理的果膠，在半乳糖醛酸含量上也有很大的差異，由高到低依次是酸洗法＞直接烘干＞漂燙法。在25℃相同濃度的條件下分別測定了三種處理方法得到的果膠溶液的粘度隨剪切速率的變化情況。從圖2中可以看出，三種果膠的粘度都隨著剪切速率的增大而逐漸降低，在15s－1后基本不變，溶液趨向于牛頓流體。而在剪切速率為2.5s－1時，酸洗法得到的果膠粘度達到60MPa·s，直接烘干得到的果膠粘度為48MPa· s，而漂燙法得到的果膠粘度僅為32MPa·s，可以看出酸洗法得到的果膠粘度好于其他兩種處理方法。實驗結(jié)果與專利CN 1703429A中所述一致，分析原因，可能是pH的選擇使橙皮中的天然果膠酯酶失活，從而使得橙皮的脫酯化降到最低，分子量增大，因而也就使得果膠的粘度增大。在同等條件下具有較高的半乳糖醛酸含量和粘度值的果膠擁有更好的凝膠特性，所以綜合考慮提取率、半乳糖醛酸含量和粘度值，本研究采用酸洗法來處理橙皮。

表2 不同前處理方法得到的果膠比較(%)

圖2 不同前處理方法對果膠粘度的影響

2.2 果膠提取的正交方案及結(jié)果

由表3可知，因素A、D、B較顯著，各因素對提取率的主次順序是A＞D＞B＞C，即料液比＞時間＞pH ＞溫度。最佳工藝組合為A1D3B3C3即果膠提取工藝最佳條件為∶料液比1∶25，提取pH1.7，提取溫度85℃，提取時間100min。做驗證實驗(n=3)，果膠提取率 21.816% 得率較高，因此確定最優(yōu)組合為A1B3C3D3。

表3 正交實驗結(jié)果與分析

2.3 醇沉條件的選擇

向固定體積的提取液中，加入不同體積的乙醇對果膠的提取率和GA有比較大的影響，隨著乙醇體積的增大，提取率逐漸升高，而半乳糖醛酸含量在提取液與乙醇體積比為1∶2時最大。在醇沉pH3.0～4.0范圍內(nèi)，果膠得率隨pH的增加而提高，而半乳糖醛酸含量在pH3.5時最高。據(jù)報道，果膠作為帶電多糖也具有離解系數(shù)［15］，因此，通過控制醇沉時的pH可以提高果膠的得率。通過實驗，綜合提取率與GA%兩個參數(shù)，確定乙醇沉淀的最佳條件為體積比1∶2，pH3.5。

2.4 果膠的紅外光譜分析結(jié)果

提取橙皮果膠的紅外光譜分析見圖3。在1000～2000cm－1之間的吸收峰是鑒定果膠主要化學官能團及提供用于比較不同類型果膠結(jié)構(gòu)信息的特征峰。其中1650cm－1處是自由羧基官能團吸收峰，1750cm－1處是酯化羧基官能團吸收峰，這兩個特征吸收峰的存在，可說明所得到的為果膠，果膠在1750cm－1處的特征峰還可用來區(qū)分果膠為高酯果膠還是低酯果膠。

圖3 三種果膠的紅外光譜圖

本研究提取的橙皮果膠與蘋果果膠及柑橘果膠的紅外光譜如圖3所示。所得到的果膠在1748cm－1處的吸收很強，因此，橙皮果膠為高酯化度果膠，果膠的酯化度的化學分析也證明這一點，數(shù)據(jù)如下∶1100～1200cm－1之間的兩個特征峰是R－O－R鍵和環(huán)C－C鍵的吸收峰;在1245cm－1處的特征峰是C－O－C鍵的伸縮振動峰，它表明有甲氧基存在。

Singthong等以已知酯化度果膠為材料進行紅外光譜掃描，探討采用紅外光譜計算果膠酯化方法［12］，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在A1730/(A1730+A1630)與果膠酯化度之間存在明顯線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2=0.9852，其中A為峰面積。以此式計算得本研究所得橙皮果膠的酯化度為70.22%。

2.5 果膠的理化性質(zhì)

以D－半乳糖醛酸濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制標準曲線，計算其回歸方程為∶y=0.0084x－0.0009，相關(guān)系數(shù)R2=0.9985，測定樣品果膠半乳糖醛酸含量為70.66%(n=3)，滿足國標要求。

用滴定法測得的樣品果膠的酯化度平均值為72.49%(n=3)，與紅外圖譜計算得到的酯化度70.22%，兩者間相對誤差小于5%，可相互驗證。因贛南橙皮果膠的酯化度高于50%，該果膠屬于高酯果膠。

在105℃下放置2h，用快速水分測定儀測得果膠的干燥失重最大為10.06%，樣品的平均干燥失重為9.71%，低于GB25533－2010所規(guī)定的12%。果膠灰分最大值為3.57%，樣品的平均灰分為3.26%，也低于QB2484－2000中規(guī)定的5%的灰分值，pH2.93也滿足GBn246－85中要求的2.8±0.2。

3 結(jié)論

通過研究確定三種前處理方法中，酸洗法處理后的新鮮橙皮提取得到的果膠，提取率更高，品質(zhì)更好。橙皮果膠提取的最佳工藝條件為∶料液比1∶25，提取pH1.7，提取溫度85℃，提取時間100min。乙醇沉淀的最佳條件為∶提取液與無水乙醇的體積比1∶2，pH為3.5。果膠產(chǎn)品的提取率為21.816%，半乳糖醛酸含量為70.66%，酯化度為72.49%，水分、灰分和pH均滿足國標要求。本實驗篩選出的工藝條件生產(chǎn)的果膠品質(zhì)好，提取率較高，方法簡單易行。為橙皮的利用和發(fā)展提供了一項變廢為寶的方法，同時有著十分廣闊的市場前景。

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Study on extraction and properties of pectin from the peel of orange

XIA Tian－tian，LIANG Rui－h(huán)ong，LIU Cheng－mei*，LIU Wei，F(xiàn)ENG Jing，CHEN Jun
(State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China)

Using peel of orange as the material，pectin was extracted by acid extraction method.Through factor analysis method and orthogonal experimental，the optimal process conditions were shown as follows∶ratio(solid∶liquid)1∶25(m∶V)，extracting solution pH1.7，extracting temperature 85℃，extracting time 100min，precipitated with ethanol in the ratio 1∶2 at pH3.5，and the resulting extraction yield was 21.816%.Analyzing the properties of the pectin，galactose－uronic acid，degree of methoxylation，moisture，ash content，and pH of solution were 70.66%，72.49%，9.71%，3.26%，and 2.93，respectively.All the parameters reached the Chinese standard.The method was suitable for the exaction of pecttion from the peel of orange.

peel of orange;pectin;extraction;property

TS255.1

B

1002－0306(2011)11－0234－03

2011－08－25 *通訊聯(lián)系人

夏天添(1986－)，女，碩士研究生，研究方向:食品質(zhì)量與衛(wèi)生。

國家重點實驗室目標導向項目(SKLF－MB－201004)。