柑橘皮果膠的制備及其脫色工藝

摘要：以柑橘皮為原料，通過單因素試驗和正交試驗確定了果膠提取的最佳工藝參數(shù)，并對果膠脫色的最佳脫色劑進行選擇，考察其脫色條件。結(jié)果表明，以柑橘皮為原料，按料液比（g/mL）1∶25加入pH為2的磷酸水溶液，于95 ℃的浸提溫度下浸提90 min，果膠的得率為13.04%；按10 g/L的量于果膠浸提液中添加活性白土作為脫色劑，于50 ℃以上的溫度下脫色30 min可達到較好的脫色效果，所得的果膠產(chǎn)品純度達72.63%，酯化度為77.95%，各項指標(biāo)均達到了國標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

關(guān)鍵詞：柑橘皮；果膠；提?。幻撋?/p>

中圖分類號：X792 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）23-5816-05

果膠是一種天然高分子化合物，是植物特有的細胞壁組織，其分子結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。果膠有特殊水果香味，無異味、無固定熔點和溶解度，具有膠凝和乳化作用，在食品工業(yè)中主要用作膠凝劑、增稠劑及穩(wěn)定劑，廣泛用于糖果、果凍、果汁、罐頭及各種飲料中。另一方面，由于具有良好的抗腹瀉、抗癌、治療糖尿病和減肥等多種作用，果膠也是醫(yī)藥和日化工業(yè)不可缺少的輔料[1-3]。在果膠的生產(chǎn)中，其色澤是一個非常重要的指標(biāo)。目前果膠的脫色一般采用活性碳[4]、醇氨溶液[4]、雙氧水[5]等方法。采用活性碳脫色，由于其顆粒細小，易造成過濾困難而使得果膠中混入雜質(zhì)，影響果膠質(zhì)量。采用醇氨溶液脫色，乙醇可以溶出果膠中的色素與雜質(zhì)，而果膠在乙醇溶液中的溶解度很小，故脫色效果較好，但因多次的洗滌、過濾轉(zhuǎn)移操作易造成果膠損失，使得脫色后果膠得率降低；另外，由于乙醇易揮發(fā)及價格等方面因素，生產(chǎn)成本較高。唐渝等[5]研究了雙氧水對果膠提取液進行脫色的工藝，發(fā)現(xiàn)雙氧水具有較好的脫色效果，但由于雙氧水脫色是基于氧化機理，是否會導(dǎo)致果膠質(zhì)量下降仍是一個值得研究的問題，而且雙氧水脫色成本較高、時間較長。本試驗針對目前果膠生產(chǎn)工藝進行了脫色及干燥方法的改進，并確定了柑橘皮提取果膠最佳工藝參數(shù)，以提高柑橘皮果膠的提取效率及質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 原料

柑橘皮：市售柑橘，分離果肉和果皮，果皮洗凈，65 ℃烘干、粉碎成1～3 mm顆粒后備用。

1.2 主要儀器

DK-S26型電熱恒溫水浴鍋、DGG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；BILON92-IID型超聲波細胞粉碎機、FD-1C-50型冷凍干燥機，上海比朗儀器有限公司；UV-1750型紫外可見分光光度計，日本島津公司；TG20-WS型高速離心機，長沙維爾康湘鷹離心機有限公司。

1.3 主要試劑

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)D-半乳糖醛酸，Sigma公司；咔唑、氫氧化鈉、鹽酸、磷酸、檸檬酸、無水乙醇等試劑均為分析純；活性炭、硅藻土、活性白土顆粒等均為市售。

1.4 方法

1.4.1 果膠提取工藝路線 市售柑橘，分離果肉和果皮，果皮洗凈后于100 ℃沸水中煮沸15 min，用清水漂洗至無色，壓濾，置于65 ℃烘箱中烘干，粉碎成1～3 mm顆粒后備用。準(zhǔn)確稱取一定量預(yù)處理好的柑橘皮顆粒，按料液比（g/mL，下同）1∶15～1∶30加入pH為1～3的磷酸水溶液，于80～100 ℃下不停地充分攪拌，恒溫保持1～2 h，得果膠浸提溶液。趁熱將漿狀液體置于離心機中離心收集上清液，按料液比1∶5用蒸餾水洗滌殘渣，其洗液離心，收集上清液。合并上清液經(jīng)脫色處理后，于0.098 MPa狀態(tài)下減壓濃縮至原體積的1%，向濃縮液中加入1倍量體積的無水乙醇進行沉淀，離心分離出果膠，經(jīng)低溫真空干燥即可（圖1）。

1.4.2 酸水解提取果膠工藝條件的確定 分別改變浸提液pH、浸提溫度、浸提時間和料液比，以果膠得率（果膠得率=純果膠質(zhì)量/柑橘皮粉末質(zhì)量×100%）為評價指標(biāo)，考察其對果膠浸提效果的影響。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，進行4因素4水平正交試驗（表1）。

1.4.3 果膠脫色劑的選擇 分別以活性炭、硅藻土、活性白土為脫色劑，按10 g/L的量添加至果膠浸提液中，80 ℃下攪拌脫色20 min，離心取上清液，得果膠脫色液，測定其在630 nm[6]處的吸光度，以果膠浸提液的吸光度為對照，計算脫色率，比較各脫色劑的脫色效果，同時考察脫色劑用量、脫色時間和脫色溫度對活性白土脫色效果的影響。脫色率=（果膠浸提液吸光度-果膠脫色液吸光度）/果膠浸提液吸光度×100%。

1.4.4 果膠相關(guān)指標(biāo)的測定 果膠純度的測定按咔唑比色法[7]進行；酯化度測定按酸堿滴定法[8，9]進行；膠凝度的測定按GBn 246-85《食品添加劑 果膠》中的方法進行；干燥質(zhì)量損失、灰分、鹽酸不溶物、pH、總半乳糖醛酸的測定參照QB 2484-2000《食品添加劑 果膠》中的方法進行；重金屬測定按 GB/T 8451-1987《食品添加劑中重金屬限量試驗法》進行；砷的測定按GB/T 8450-1987《食品添加劑中砷的測定方法》進行；鉛的測定按GB/T 8449-1987《食品添加劑中鉛的測定方法》進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸水解提取果膠工藝條件的確定

2.1.1 單因素試驗結(jié)果與分析 單因素試驗結(jié)果表明，①當(dāng)浸提液pH小于2時，果膠得率隨pH的加大而逐漸增加，在pH為2時達到最大，之后隨pH的進一步加大而迅速下降（圖1）。因此，浸提液pH以2為宜。②當(dāng)浸提溫度低于90 ℃時，果膠得率隨著浸提溫度的升高而逐漸提高，之后繼續(xù)提高浸提溫度，果膠得率趨于穩(wěn)定（圖2）。因此，浸提溫度選擇90 ℃為宜。③在料液比大于1∶25時，果膠的得率隨料液比的下降而迅速增加，當(dāng)料液比小于1∶25時，果膠的得率趨于穩(wěn)定（圖3）；當(dāng)料液比為1∶30時，果膠的得率雖然最大，但由于溶劑的比例增大，濃縮時將增加能耗，且提取出來的果膠在溶液中的含量太低，醇沉?xí)r溶劑用量過大，效果不理想，因此綜合分析后認為料液比選擇1∶25為宜。④隨著浸提時間的增加，果膠的得率逐漸增加，當(dāng)浸提時間達到90 min時，果膠得率趨于穩(wěn)定（圖4），綜合分析后認為浸提時間以90 min左右為宜。

2.1.2 正交試驗結(jié)果與分析 正交試驗結(jié)果（表2）表明，浸提液pH對果膠得率的影響最大，其次是浸提溫度和浸提時間，料液比的影響最小。其最優(yōu)工藝條件組合為A1B3C4D4，即浸提液pH為1，浸提溫度為95 ℃，浸提時間為120 min，料液比為1∶30。結(jié)合單因素試驗結(jié)果綜合分析后選擇柑橘皮提取果膠的工藝條件為：以柑橘皮顆粒為原料，按料液比1∶25加入pH為2的磷酸水溶液，于95 ℃的浸提溫度下浸提90 min。在此工藝參數(shù)條件下對柑橘皮中的果膠進行浸提，果膠得率達13.04%。

2.2 果膠脫色條件的研究

2.2.1 果膠脫色劑的選擇 試驗結(jié)果（圖5）表明，在相同條件下，幾種脫色劑中以硅藻土的脫色效果最差，活性炭和活性白土的脫色效果較好，其脫色率均達到60%以上。采用活性碳脫色，由于其顆粒細小，造成過濾困難，同時易混入果膠中，使果膠呈現(xiàn)暗黑色，嚴重影響果膠的品質(zhì)；而采用活性白土進行脫色，所得果膠較為透亮。因此，試驗過程中采用活性白土對果膠進行脫色。

2.2.2 脫色條件對活性白土脫色效果的影響 采用活性白土為脫色劑，在其他條件一定的情況下，分別改變活性白土的加入量、脫色時間、脫色溫度，考察其對活性白土脫色效果的影響。結(jié)果表明，①脫色時間的改變對活性白土脫色效果有顯著影響，脫色時間越長，活性白土脫色效果越好（圖6），但當(dāng)脫色時間達30 min以后，其脫色效果趨于穩(wěn)定。②活性白土的添加量越大，脫色效果亦越好（圖7），但當(dāng)添加量達到10 g/L以后，脫色效果趨于穩(wěn)定。③從脫色溫度來看，在一定范圍內(nèi)提高脫色溫度，活性白土脫色效果有比較明顯的改善（圖8）。由此可以得出，以10 g/L的量于果膠浸提液中添加活性白土作為脫色劑，于50 ℃以上的溫度下脫色30 min可達到較好的脫色效果。

2.3 果膠相關(guān)指標(biāo)的測定結(jié)果

采用本試驗所設(shè)計的提取工藝獲得的果膠產(chǎn)品的各項指標(biāo)測定結(jié)果如表3所示。由表3可見，所得果膠的干燥質(zhì)量損失、灰分、鹽酸不溶物、重金屬、砷、膠凝度、總半乳糖醛酸等各項參數(shù)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)QB 2484-2000或GBn 246-85?？偘肴樘侨┧岷繛楣z特性之一，本試驗所得的果膠產(chǎn)品的總半乳糖醛酸含量達到72.63%，高于標(biāo)準(zhǔn)QB 2484 -2000。果膠產(chǎn)品酯化度大于50%，屬于高脂果膠，這也與所對應(yīng)的pH測定結(jié)果一致，均符合標(biāo)準(zhǔn)QB2484-2000。因此，采用本試驗工藝提取的果膠純度較高，各項指標(biāo)均達到了國標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 結(jié)論

本試驗以果膠得率為指標(biāo)，采用4因素4水平正交試驗設(shè)計考察了浸提溫度、浸提時間、浸提液pH及料液比對柑橘皮中果膠浸提效果的影響。結(jié)果表明，浸提液pH對果膠得率的影響較為顯著，而浸提時間、浸提溫度及料液比對果膠得率的影響相對較小。通過試驗得出柑橘皮果膠制備的最適宜工藝條件為：以柑橘皮為原料，按料液比1∶25加入pH為2的磷酸水溶液，于95 ℃的浸提溫度下浸提90 min；在此工藝條件下進行試驗，柑橘皮中果膠的得率為13.04%。同時，本試驗對果膠脫色的最佳脫色劑進行了選擇，并考察其脫色條件。結(jié)果表明，按10 g/L的量于果膠浸提液中添加活性白土作為脫色劑，于50 ℃以上的溫度下脫色30 min可達到較好的脫色效果。

通過對果膠產(chǎn)品的各項參數(shù)指標(biāo)進行測定，采用本試驗工藝提取的柑橘皮果膠純度達75.2%，酯化度為77.95%，屬于高酯果膠，各項指標(biāo)均達到了國標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

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