南瓜果膠提取方法及果膠得率與理化特性相關(guān)性研究

于美娟，呂桂芝，張 群，劉詠紅，唐漢軍

（湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，湖南 長沙 410125）

南瓜（Pumpkin）是一年生蔓生草本植物，其營養(yǎng)價值高，在世界各地均有種植，亞洲栽培面積最廣[1]。我國每年南瓜的產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的13%以上，居世界第二[2]。果膠是一種天然的提取物，安全性高，因此可作為增稠劑、穩(wěn)定劑和乳化劑應(yīng)用于罐頭、果醬、糖果、果汁、冰淇淋和巧克力等產(chǎn)品生產(chǎn)[3-5]。有研究發(fā)現(xiàn)，南瓜果膠含量較高，為南瓜干物質(zhì)含量的7%~17%[6]，南瓜具有一定的降血糖作用，一個可能原因是南瓜中富含的膳食纖維成分（主要為果膠）[7]。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年約消耗果膠1 500 t以上，其中80%為國外進口[8]。由于進口果膠價格遠高于國產(chǎn)果膠，因此充分利用國內(nèi)南瓜資源生產(chǎn)果膠，對緩解果膠大量進口的局面有著重要的意義。

果膠的提取方法主要有酸水解提取法、離子交換樹脂提取法、超聲提取法、微波提取法和酶法提取等[8-10]。工業(yè)生產(chǎn)上一直采用酸水解法。這一加工過程存在殘渣分離困難、設(shè)備易被腐蝕、能源消耗大等不足，同時還產(chǎn)生大量酸性廢棄物造成環(huán)境污染。因此，很有必要開發(fā)一種新的果膠生產(chǎn)方式，大幅度提高果膠得率。另外，目前研究主要集中在果膠提取工藝及果膠性質(zhì)的分析[11-12]，對南瓜果膠含量與其他理化特性相關(guān)性缺乏系統(tǒng)分析。試驗從湖南省蔬菜研究所選育或栽培的25份南瓜材料中挑選出12個南瓜品種。對其果膠提取工藝進行了優(yōu)化，同時對其12個品種的主要理化特性與果膠含量相互關(guān)系進行系統(tǒng)分析，以期為南瓜高效化評價體系的建立及南瓜果膠工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與處理方法

南瓜材料均來自湖南省蔬菜研究所實驗基地。通過理化評價，挑選出12份果膠含量（以半乳糖醛酸計）相對較高的材料為研究對象。每份材料選一個大小及成熟度上相對一致的果實，用于果膠提取及理化分析。

材料前處理，首先洗凈擦干，稱取單果重；縱向切成大約10 cm（最大直徑）寬的條塊，沿果肉層去皮、囊衣和種籽后，果肉切成1 cm厚均勻薄片；果肉、果皮放置65℃烘箱烘干，粉碎過60目篩，備用。

1.2 儀器設(shè)備

全自動凱氏定氨儀（型號Foss Kjeltec-2300，美國）；紫外分光光度計（型號UV-1700，日本）電子天平（FA1104，上海精科天平）；電熱鼓風干燥箱（型號101-1AB，天津市泰斯特儀器有限公司）；微波爐（格蘭仕）；超聲波清洗器（型號KQ5200E，昆山市超聲儀器有限公司）；電熱數(shù)顯恒溫水浴鍋（XMTD-4000 北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司）；冷凍離心機（TGL-20M，長沙平凡儀器儀表有限公司）。

1.3 化學(xué)試劑

酸性蛋白酶（酶活40萬U）、半乳糖醛酸標準物質(zhì)（購于sigma公司）； 耐溫淀粉酶、耐溫蛋白質(zhì)酶、耐溫淀粉葡萄糖苷酶（用于測定纖維素，自購日本）；EDTA等其他試劑均為國藥試劑分析純以上。

1.4 試驗方法

1.4.1 南瓜果膠提取工藝

1.4.2 不同提取方法中添加螯合劑量試驗 分別稱取南瓜粉5.000 g，加pH值0.5硫酸溶液（料液比1∶20），分別加入2.0 g/L EDTA 0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，微波條件：中火加熱20 s；超聲波條件：在50℃下超聲提取40 min；超聲波+酶條件：在pH值4.5、加酶量0.5%、50℃下超聲提取40 min；過濾離心，取濾液測果膠得率。

1.4.3 單因素試驗 （1）酶添加量。稱取南瓜粉5.000 g，加pH值0.5硫酸溶液（料液比1∶20），加入2.0 g/L EDTA0.1%，在pH值4.5，溫度50℃，酸性蛋白酶添加量分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%，超聲提取40 min，過濾離心，取濾液測果膠得率。

（2）提取溫度。稱南瓜粉同酶添加量試驗中處理（加硫酸、EDTA），在pH值4.5，溫度分別為30、40、50、60、70、80℃時，添加酸性蛋白酶0.7%，超聲提取40 min，過濾離心，取濾液測果膠得率。

（3）提取pH值。稱南瓜粉同酶添加量試驗處理，在pH值分別為2.5、3.5、4.5、5.5、6.5，溫度50℃時，添加酸性蛋白酶0.7%，超聲提取40 min，過濾離心，取濾液測果膠得率。

（4）提取時間。稱南瓜粉同酶添加量試驗處理，在pH值4.5，溫度50℃時，添加酸性蛋白酶0.7%，超聲提取0、20、40、60、80、100 min，過濾離心，取濾液測果膠得率。

（5）料液比 稱取南瓜粉5.000 g，加pH值0.5硫酸溶液，使料液比分別為1∶5、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30，加入2.0 g/L EDTA 0.1%，溫度50℃，酸性蛋白酶添加量0.7%，pH值4.5，超聲提取40 min，過濾離心，取濾液測果膠得率。

1.4.4 果膠含量的測定 參照NY/T 2016-2011，略作修改，即準確稱取南瓜樣品5 g，置于100 mL燒杯中，用無水乙醇、75%乙醇至85℃水渦鍋，加熱洗去糖份，洗至上清液無糖反應(yīng)為止，然后向沉淀物中加入pH值0.5硫酸溶液20 mL，至85℃水渦鍋，充分攪拌，加熱15 min后離心，反復(fù)3~4次收集上清液定容至100 mL，用咔唑比色法在525 nm 處進行測定，果膠含量以半乳糖醛酸計。

1.4.5 水分含量測定 隨機分別取上述瓜皮、果肉3片，切成5 mm小丁，分別精確稱取1 g左右的樣品，根據(jù)GB 5009.3-2010《食品中水分的測定》進行瓜皮和瓜肉水分的測定。瓜肉干基百分量（%）=（1－瓜肉含水率）×100。

1.4.6 粗脂肪 參照GB/T 5009測定粗脂肪。

近20年來該醫(yī)療旅游領(lǐng)域研究持續(xù)升溫，已經(jīng)細化到服務(wù)質(zhì)量、目的地品牌、消費者特征等，如Ouintela等運用IPA模型分析，認為服務(wù)質(zhì)量是限制葡萄牙健康養(yǎng)生旅游發(fā)展的重要因素[5]；Cornelia Voigt等闡述了澳大利亞健康旅游業(yè)的發(fā)展前景，并且指出在澳大利亞健康旅游的主要群體是高收入家庭中24-35歲的女性游客[6]。概括而言，國外發(fā)展醫(yī)療旅游的經(jīng)驗通常包括獨特的醫(yī)療技術(shù)、適宜旅游的配套環(huán)境，通常還需要當?shù)鬲毺匚幕踩搿⑸鐣諊膮f(xié)調(diào)、中介機構(gòu)有效服務(wù)與配合等。

1.4.7 粗蛋白質(zhì)含量的測定 準確稱取1.000~1.500 0 g干南瓜粉放入消化管中，然后加入消化片（硫酸銅∶硫酸鈉=1∶13），10 mL濃硫酸，放在Foss凱氏定氮儀消化器上，420℃，消化40 min，冷卻后，將消化管放到自動定氮儀上檢測（氫氧化鈉溶液、超純水、硼酸溶液儀器運作時自動添加）。先平衡儀器，結(jié)束后，使用0.106 mol/L的鹽酸標準溶液滴定樣品，輸入樣品重量，儀器自動計算出粗蛋白的百分比含量。

1.4.8 纖維素分析 采用Prosky-AOAC法[13]。

1.4.9 可溶性總糖 參照李丹[14]苯酚-硫酸法，在490 nm 波長下進行比色測定。

1.5 統(tǒng)計分析

利用Excel 2007、SPSS（SV17.0）等軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 南瓜果膠提取工藝的研究

2.1.1 南瓜不同前處理對果膠提取的影響 在12個南瓜品種中選取了1~2個進行了不同前處理后，再用同一方法提取果膠，結(jié)果如表1。

從表1中可以看出，雖然幾種前處理對提取果膠得率沒有顯著性差異（P>0.05），但是不同的處理果膠得率還是稍有差異。1號（南瓜鮮樣提取可溶性總糖后的渣）和5號（鮮南瓜樣－40℃冷凍后提取可溶性總糖后的渣）與2號（鮮南瓜）提取果膠得率相近，說明上述兩種前處理對果膠損失很小，即可對南瓜進行綜合性利用，先提取多糖后，再用渣提取果膠或其它成份，如毛波[15]就進行南瓜綜合利用研究。南瓜經(jīng)蒸熟后果膠得率減少，可能是因為在蒸熟的過程中產(chǎn)生了水蒸汽，部分果膠溶在了其中。雖然鮮樣（鮮重換算成干重后）和干樣在果膠得率中沒有差別，但考慮到工業(yè)生產(chǎn)及運輸?shù)姆奖阈?，適宜以南瓜粉加工。

表1 不同前處理果膠提取得率Table1 Pectin extraction yield in different preliminary treatments

2.1.2 不同提取方法中添加螯合劑量對果膠提取得率的影響 從圖1中可以看出，3種提取方式在沒有加螯合劑EDTA時，果膠得率是超聲波+酶＞超聲波＞微波，果膠得率（以半乳糖醛酸計）分別為12.34%、11.75%、10.55%。隨著螯合劑EDTA添加量的增加，果膠得率也隨之增加，但當螯合劑EDTA添加量大于0.1%時，隨著螯合劑EDTA添加量的增加，果膠得率反而減少，即螯合劑EDTA添加量以0.1%為宜。另外，從整體效果來評價，以螯合劑+超聲波+酶提取方式最佳，其最大果膠得率可達13.66%。

（2）提取溫度對果膠提取得率的影響。從圖3中可以看出，溫度范圍在30~50℃時，果膠得率是隨著溫度上升而增加的，當溫度超過酶的最適范圍，從50℃上升到70℃時，酶活力受影響，而且果膠在高溫條件下也有可能被分解，導(dǎo)致果膠得率急速下降，當溫度大于70℃時，果膠得率下降速度緩解，并處于平穩(wěn)狀態(tài)。故在試驗中提取溫度以50℃為宜。

（3）提取pH值對果膠提取得率的影響。從圖4中可以看出， pH值在2.5~4.5之間時，隨著pH值的上升，果膠得率隨著增加，但在pH值超過4.5，酶的活性就會受到影響，果膠得率迅速下降，而pH值處于5.5~6.5時，酶可能處于無活力狀態(tài)，果膠得率處于平穩(wěn)。故在試驗中提取pH值以4.5為宜。

（4）提取時間對果膠得率的影響。提取時間，有利于酶與細胞壁充分接觸及使細胞壁破碎完全，從圖5中可以看出，超聲時間在0~40 min時，果膠得率處于增加趨勢，但隨著時間的延長，即提取時間大于40 min，會導(dǎo)致其他非果膠物質(zhì)溶出及破壞游離出來的果膠結(jié)構(gòu)，果膠的得率反而下降。故在試驗中超聲時間以40 min為宜。

（5）料液比對果膠提取得率的影響。料液比過低，細胞不能完全溶脹，果膠不能充分溶解出來，提取率就會較低，隨著料液增加，細胞充分溶脹，與酶液的接觸面隨之增大，提取得率較對增加。試驗結(jié)果如圖6所示，在料液比1∶5~1∶20之間，果膠提取得率是增加的；當料液比大于1∶20時，果膠得率逐漸減少，考慮到整個生產(chǎn)過程，如料液比過大，提取果膠的相對濃度降低，而且料液量過大，影響到后繼分離、過濾、濃縮等工序，故試驗中以料液比1∶20為宜。

2.2 南瓜果膠提取得率與理化特性的相關(guān)性分析

2.2.1 果肉中果膠含量與理化特性的相關(guān)性 在南瓜理化指標分析中，除水分是采用南瓜鮮樣外，其他指標都采用在65℃下烘干，并過60目篩的南瓜干粉，果膠提取方法采用常規(guī)酸水解法，分析結(jié)果如表2。

從表3可以看出，果膠得率與水分呈顯著負相關(guān)（r=－0.615，P<0.05），果膠得率與總纖維素呈極顯著正相關(guān)（r=0.660，P<0.01）。水分含量與總纖維素呈顯著負相關(guān)（r=－0.582，P<0.05），而總纖維素與粗脂肪呈顯著負相關(guān)（r=－0.513，P<0.05），粗脂肪與水分呈極顯著正相關(guān)（r=0.662，P<0.01）。由此可知，在不同的南瓜品種中，水分含量低，粗脂肪含量低，總纖維素含量高的品種，果膠提取得率會相對較高?？偫w維素含量高，果膠提取得率較高的原因可能與Adams[7]研究相符。

2.2.2 果皮中果膠含量與水分的相關(guān)性 南瓜果皮沿果肉層切下，在65℃下烘干后，粉碎并過60目篩，果膠提取方法采用常規(guī)酸水解法，果皮干基百分量（%）=（1－含水率）×100。南瓜果皮中果膠含量與水分結(jié)果如表4。

表2 各品種南瓜果肉理化特性分析 （%）Table2 Physical and chemical properties analysis of different varieties of pumpkin pulp

表3 果膠提取得率與理化特性的相關(guān)性分析Table3 Correlation of pectin extraction yield and Physical and chemical properties

從表5中可以知道，果皮果膠提取得率與果皮水份呈顯著負相關(guān)（r=－0.641，P<0.05），與果皮固形物呈顯著正相關(guān)（r=－0.638，P<0.05），而果皮固形物與水分呈極顯著負相關(guān)（r=－1.00，P<0.01）。

3 結(jié) 論

通過常規(guī)酸水解、螯合劑+微波、螯合劑+超聲波、螯合劑+超聲波+酶法提取幾種不同提取方法比較研究，得出螯合劑+超聲波+酶法提取果膠效果最好，經(jīng)單因素試驗得出其最佳提取條件為：在濃度為2.0 g/L螯合劑EDTA添加量為0.1%，蛋白酶添加量為0.7%，料液比1:20，溫度50℃，pH值4.5，超聲提取40 min。

表4 各品種南瓜果皮水分和果膠提取得率分析 （%）Table4 Water and pectin extraction yield of different varieties of pumpkin pulp

表5 果皮果膠提取得率與水分及果皮固形物含量的相關(guān)性分析Table5 Correlation analysis of pectin extraction yield and water,solids content in the skin

另外南瓜果肉果膠提取得率與水分呈顯著負相關(guān)（r=－0.615，P<0.05），果膠得率與總纖維素呈極顯著正相關(guān)（r=－0.660，P<0.01）。南瓜果皮果膠提取與果皮水份呈顯著負相關(guān)（r=－0.641，P<0.05），與果皮固形物呈顯著正相關(guān)（r=－0.638，P<0.05）。

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