鹽析法提取柚子皮果膠工藝的研究

蘇 龍

（玉林師范學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西 玉林 537000）

果膠是一種天然高分子多糖聚合物，通常為米白色至淡黃褐色粉末，無臭、味甜且?guī)嵛叮兹苡谒甗1]?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥及日化等行業(yè)，除作果醬、果凍、飲料等的增稠劑外，還用作化妝品生產(chǎn)的乳化劑、藥品生產(chǎn)的輔助劑[2-4]。

柚子是蕓香科柑橘屬的一種水果，產(chǎn)于我國福建、江西、廣東、廣西等南方地區(qū)。柚子清香、營養(yǎng)豐富，藥用價值很高，是人們喜食的名貴水果之一，也是醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的具食療效益的水果[5]。隨著柚子產(chǎn)量的不斷增加，柚子皮渣的量也隨之增加。我國柚皮資源豐富，但大部分被丟棄，造成了環(huán)境污染[7]。柚皮含有柚皮油、色素、果膠、黃酮類化合物等活性成分[8]，干柚皮中果膠含量可達(dá)10%～30%，是國內(nèi)外制取果膠的主要來源之一[9-10]。果膠提取方法有沸水抽提法、酸解法、微生物法、微波輔助提取法等[11-14]。沸水抽提法和酸解法提取的果膠顏色較深；微生物法是將原料切碎，引入菌種發(fā)酵一定時間，過濾培養(yǎng)液，乙醇沉淀再減壓干燥，分離得到產(chǎn)品，該法受菌種的活性和發(fā)酵條件影響較大；微波法是將原料破碎成一定細(xì)度，用一定pH值的酸溶液為萃取液，微波加熱萃取適當(dāng)時間，過濾，調(diào)節(jié)pH值并加入適量金屬離子沉淀，中性乙醇洗滌多次。雖然用該法獲得果膠的品質(zhì)較高，但工業(yè)上用微波工藝獲得這種品質(zhì)的果膠尚有一定難度。酸提取沉淀法是目前較有工業(yè)化前途的提取方法，該法又分為酸提取乙醇沉淀法（醇沉法）和酸提取鹽沉淀法（鹽析法），醇沉法所消耗的乙醇量大，鹽析法能大大降低乙醇用量，省去水解液濃縮工序和減少乙醇回收量。本實驗采用酸解法結(jié)合鹽析沉淀從柚皮中提取果膠的工藝方法，為推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)，是一種解決大量柚子皮渣利用的有效途徑，既可以將廢棄物資源化，費(fèi)用低，無二次污染，又能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，市場潛力大。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沙田柚：廣西玉林市售；無水乙醇、體積分?jǐn)?shù)95%乙醇、鹽酸、明礬、氨水等：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BGZ-246電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海博迅實業(yè)有限公司；HH-s數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；JYLC012多功能攪拌機(jī)：九陽有限責(zé)任公司。FE20 Five Easy實驗室pH計、AL204電子天平；梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 鹽析法提取果膠的工藝流程

柚子皮→浸泡→滅酶→漂洗、瀝干→酸水解→加鹽沉淀→離心→洗滌、脫鹽→洗滌→烘干→果膠成品。

操作要點：

浸泡：將干柚皮浸泡于水中約5 h，起到復(fù)水和初步去糖、芳香物質(zhì)、苦味和減少色素等物質(zhì)的作用。

滅酶：柚皮中果膠酶的存在，能把不溶性的原果膠變成水溶性果膠，從而造成部分果膠的流失，因此要進(jìn)行滅酶處理，將復(fù)水后的柚皮浸于100 ℃水中15 min可達(dá)到滅酶的目的。

漂洗：為了盡可能除去柚皮中的色素、苦味和糖分等，將浸泡、滅酶后的柚皮反復(fù)漂洗。

瀝干，絞碎：漂洗后瀝干，放入打漿機(jī)打漿。

水解萃?。航?jīng)過上述處理的柚子皮加入適量的蒸餾水，并用鹽酸溶液調(diào)pH值，在一定的恒溫水浴鍋中加熱，溶液呈微沸狀態(tài)，保持一段時間，并且不斷攪拌，直至水解完全為止。將水解完全的柚子皮及溶液倒入布袋內(nèi)壓榨除去大部分殘渣，再將液體轉(zhuǎn)入布氏漏斗，用真空泵進(jìn)行抽濾，進(jìn)一步除去殘渣。濾液用燒杯裝好，放于80 ℃恒溫水溶鍋中蒸發(fā)濃縮，除去多量水分，取出冷卻至室溫，即得果膠萃取液。

果膠沉淀與脫鹽：在上述濃溶液中用氨水調(diào)節(jié)pH值，然后加入適量的明礬飽和溶液，充分?jǐn)嚢瑁纯苫境恋砉z。沉淀分離后，用10%鹽酸和體積分?jǐn)?shù)70%乙醇的酸化醇進(jìn)行洗滌脫鹽，再以輕度堿化醇中和，再分別用體積分?jǐn)?shù)70%乙醇、蒸餾水洗滌，經(jīng)抽濾機(jī)抽干，將果膠放入干燥箱，調(diào)溫至55 ℃烘干12 h至質(zhì)量恒定，即得果膠成品。

1.3.2 柚皮中果膠提取率的測定

柚皮中果膠提取率的測定采用重量法，果膠提取率計算公式為：

式中：P為果膠提取率，%；w為提取果膠的質(zhì)量，g；W為樣品柚皮質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度條件對果膠提取率的影響

取經(jīng)過處理的柚皮50 g，在提取時間60 min，pH值為2，料水比1∶20（g∶mL）條件下，用明礬飽和溶液作為沉淀劑（按水解液體積1∶1比例加入飽和明礬溶液），分別在50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃、110 ℃進(jìn)行果膠提取，考察溫度對果膠提取率影響，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，在50～90℃溫度范圍內(nèi)，果膠提取得率隨浸提溫度的升高明顯增加；浸提溫度超過90 ℃，提取得率反而呈下降趨勢，可能由于果膠在高溫條件下容易裂解。結(jié)果表明，從能耗方面考慮，提取溫度應(yīng)該控制在90℃為宜。

圖1 溫度對果膠提取率的影響Fig.1 Effect of extraction temperature on pectin yield

2.2 不同料水比對果膠提取率的影響

取經(jīng)過處理的柚皮50 g，在提取時間60 min，溫度90 ℃，pH值為2的條件下，用明礬飽和溶液作為沉淀劑（按水解液體積1∶1比例加入飽和明礬溶液）進(jìn)行果膠提取，考察不同料水比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35（g∶mL）對果膠提取率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 料水比對果膠提取率的影響Fig.2 Effect of solid liquid on pectin yield

由圖2可知，隨著料水比的增加，果膠提取率也相應(yīng)增加，但當(dāng)料水比＞1∶25（g∶mL）以后，提取率基本處于水平狀態(tài)。從生產(chǎn)成本考慮，料水比選擇1∶25（g∶mL）較為適宜。

2.3 不同提取時間對果膠提取得率的影響

取經(jīng)過處理的柚皮50 g，在提取溫度90 ℃，pH值為2，料水比1∶25（g∶mL）的條件下，用明礬飽和溶液作為沉淀劑（按水解液體積1∶1比例加入飽和明礬溶液）進(jìn)行果膠提取，分別考察提取時間10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min、70 min 對果膠提取得率的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，提取時間在20 min前，果膠的提取率非常低，在20～50 min浸提時間范圍內(nèi)，果膠提取得率隨浸提時間延長明顯提高；但浸提時間50 min以后，果膠的提取得率反而下降。因此從沙田柚皮中提取果膠的浸提時間選擇50 min。

圖3 提取時間對果膠提取率的影響Fig.3 Effect of extraction time on pectin yield

2.4 浸提液pH值對果膠提取率的影響

取經(jīng)過處理的柚皮50g，在提取時間50 min，溫度90 ℃，料水比1∶25（g∶mL）條件下，用明礬飽和溶液作為沉淀劑（按水解液體積1∶1比例加入飽和明礬溶液），進(jìn)行果膠提取，考察浸提液pH值（即pH值分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0）對果膠提取得率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 浸提液pH值對果膠提取率的影響Fig.4 Effect of extraction pH on pectin yield

如圖4可知，當(dāng)pH值為1.5時，果膠的提取得率最高，當(dāng)pH值≥2.0時，果膠提取得率下降。這是因為適度的浸提液酸度可以使果膠釋放并水解，pH值≥2.0時果膠的穩(wěn)定性下降，易水解導(dǎo)致產(chǎn)量急劇下降[15]。結(jié)果表明，pH值為1.5時較為適宜。

2.5 飽和明礬溶液與水解液體積比對果膠提取率的影響

取50 mL水解液，調(diào)節(jié)水解液的pH值為4，在鹽析溫度50 ℃，鹽析時間30 min的條件下，加入不同體積的飽和明礬溶液沉淀果膠，考察不同的飽和明礬溶液與水解液體積比1∶5、1∶2.5、1∶1.67、1∶1.25、1∶1、1.2∶1、1.4∶1、1.6∶1對果膠提取得率的影響，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，鹽析法是果膠與金屬離子形成不溶于水的果膠鹽使果膠從溶液中分離，因此金屬鹽的量直接影響果膠的分離。金屬鹽用量少，果膠沉淀不完全；用量太大，既浪費(fèi)又使后面的脫鹽操作受影響。從圖5可看出，飽和明礬溶液與水解液體積比為1∶1時，果膠的提取得率最高。

圖5 飽和明礬溶液濃度對果膠提取率的影響Fig.5 Effect of alum saturated solution on pectin yield

2.6 鹽析pH值對果膠提取率的影響

取50 mL水解液，在鹽析溫度50 ℃，鹽析時間30 min，加入50 mL飽和明礬溶液的條件下沉淀果膠，考察鹽析pH值分別為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0對果膠提取率的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 鹽析pH值對果膠提取率的影響Fig.6 Effect of salting out pH on pectin yield

由圖6可知，鹽析時溶液的pH值對沉淀的形成及最后果膠的產(chǎn)量有影響。實驗證明，pH值為4.0時適合于沉淀的形成。pH值太低時，沉淀量少，甚至無沉淀形成；而pH值太高沉淀形態(tài)不好，形成的沉淀不穩(wěn)定，因為果膠在水溶液中呈弱酸的化學(xué)性質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)對熱和酸都相當(dāng)穩(wěn)定，當(dāng)pH值≥5.0時會部分失穩(wěn)且明顯衰變[16]。因此選擇最適鹽析pH值為4.0。

2.7 鹽析溫度對果膠提取得率的影響

取50 mL水解液，調(diào)節(jié)水解液的pH值為4，在鹽析時間30 min，加入50 mL飽和明礬溶液的條件下沉淀果膠，考察鹽析溫度30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃對果膠提取率的影響，結(jié)果見圖7。

圖7 鹽析溫度對果膠提取率的影響Fig.7 Effect of salting out temperature on pectin yield

由圖7可知，鹽析溫度影響果膠產(chǎn)量，在60 ℃時，果膠的提取率最佳，溫度＜60 ℃時，果膠沉淀速度慢，沉淀不完全；溫度＞60 ℃時，可導(dǎo)致部分沉淀溶解，降低產(chǎn)量。因此選擇最佳鹽析溫度為60 ℃。

2.8 鹽析時間對果膠提取得率的影響

取50 mL水解液，調(diào)節(jié)水解液的pH值為4，在鹽析溫度60 ℃加入50 mL飽和明礬溶液的條件下沉淀果膠，考察鹽析時間30 min、40 min、50 min、60 min、70 min、80 min、90 min對果膠提取得率的影響，結(jié)果見圖8。

圖8 鹽析時間對果膠提取率的影響Fig.8 Effect of salting out time on pectin yield

從圖8可知，鹽析時間太短，沉淀不完全，影響產(chǎn)品得率；時間太長，產(chǎn)量反而下降，這可能是因為果膠在溶液中發(fā)生降解。因此最佳鹽析時間為50 min。

3 結(jié)論

用酸水解結(jié)合鹽析沉淀法從玉林沙田柚柚皮中提取果膠的工藝條件為：提取液pH 值1.5，提取溫度90 ℃，提取時間50 min，料液比1∶25（g∶mL），飽和明礬溶液與水解液體積比1∶1，鹽析溫度60 ℃，鹽析時間50 min，鹽析pH值為4.0。此工藝條件下，果膠提取率為18%。從提取率來看，酸水解鹽析法比酸水解乙醇沉淀法要高[17]；和微波提取法基本齊平[18]；比離子交換法的得率稍低[19]。柚皮果膠的提取工藝成本低，條件明確，方法簡單易操作，具有實用價值，適合工業(yè)生產(chǎn)，將為果膠工業(yè)開辟出一條新的發(fā)展途徑。

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