果膠的提取及分離純化技術(shù)的研究進(jìn)展

◎翁家釧，許潤煒，李　穎（廣東石油化工學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，廣東 茂名 525000）

果膠的提取及分離純化技術(shù)的研究進(jìn)展

◎翁家釧，許潤煒，李穎
（廣東石油化工學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，廣東 茂名 525000）

果膠是一種天然的植物多糖，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能多樣，在食品、醫(yī)藥和其他行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。本文關(guān)于果膠提取方法及分離純化技術(shù)進(jìn)行綜述，提出未來研究技術(shù)發(fā)展方向，旨在為我國果膠提取及分離純化技術(shù)領(lǐng)域的研究提供有價值的參考。

果膠；提?。环蛛x純化；研究進(jìn)展

1824年，法國藥劑師Bracennot首次從胡蘿卜中提取得到果膠，并將其命名為“pectin”［1］。果膠是一類成分復(fù)雜的天然高分子聚合物，其相對分子質(zhì)量在1萬～40萬［2］，其本質(zhì)是一種呈線性結(jié)構(gòu)的多聚糖類，主要是由D-半乳糖醛酸以α-1，4-糖苷鍵連接聚合而成略帶酸性的大分子多糖，還常帶有其他中性多糖支鏈，如D-半乳糖、D-山梨糖、L-阿拉伯糖、L-鼠李糖、木糖等［3-5］。

果膠的應(yīng)用前景主要體現(xiàn)在以下幾個方面。①在食品加工工業(yè)和化工工業(yè)中，常作為增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑、膠凝劑和組織改良劑。②在醫(yī)藥領(lǐng)域上，是一種優(yōu)良的藥物制劑基質(zhì)，具有抗菌、消腫、止血、解毒、止瀉、降血壓和抗輻射等作用。③近年來，合成和改性果膠在抗癌和免疫方面也深受關(guān)注。因此，改進(jìn)已有的果膠提取及其分離純化技術(shù)，探索新型的果膠提取及其分離純化技術(shù)已成為推動我國乃至全世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必走之路。

本文主要綜述了近年來關(guān)于果膠提取及分離純化技術(shù)的國內(nèi)外研究進(jìn)展，并對未來的研究發(fā)展提出重點(diǎn)方向，以期為我國果膠提取及分離純化技術(shù)的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用提供有價值的參考。

1 果膠的提取技術(shù)

1.1預(yù)處理方法

通常在果膠提取前，須除去原料中的粉塵、色素、多余糖或酸類雜質(zhì)及具有不良口感的組分，以提高果膠提取率和品質(zhì)。董丹等［6］提取檸檬皮渣中的果膠，結(jié)果表明檸檬皮渣提取果膠的預(yù)處理工藝研究具有較高的理論價值，不僅提高了原料廢棄物的綜合利用率，降低了生產(chǎn)成本，而且提升了經(jīng)濟(jì)效益及產(chǎn)品的附加值，還能減少環(huán)境污染，因此具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會意義。

1.2提取方法

1.2.1酸堿萃取法

Virk等［7］利用檸檬酸提取蘋果皮中的果膠，通過與鹽酸（HCl）提取效果比較發(fā)現(xiàn)，檸檬酸從新鮮蘋果皮中提取果膠酸鈣量明顯高于HCl提取的果膠酸鈣量，說明部分有機(jī)酸的果膠提取率比無機(jī)酸要高。但此法仍然無法克服過度分解和產(chǎn)品質(zhì)量差等缺陷，難以實現(xiàn)工業(yè)化。張衛(wèi)紅［8］等以堿化法從蘋果渣中提取高酯果膠得到最優(yōu)pH值為9.0，反應(yīng)溫度為36 ℃反應(yīng)時間1.5 h。該法由于易發(fā)生β消除反應(yīng)，需嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，具有一定的局限性。

1.2.2離子交換法

傳統(tǒng)酸法提取果膠得率較低，這是因為果皮中Mg2+、Ca2+等離子與果膠結(jié)合，影響果膠向水溶性果膠的轉(zhuǎn)化，而離子交換法是利用溶液中各種帶電粒子與離子交換劑之間結(jié)合力的差異進(jìn)行物質(zhì)分離的操作方法，使所得果膠產(chǎn)率高，質(zhì)量好。顧焰波等［9］通過離子交換法從木瓜皮中提取果膠，用正交試驗法對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，果膠得率達(dá)17.52％，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)酸提取法。張燕等［10］通過添加離子交換樹脂從橘皮中提取果膠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其果膠得率和果膠酯化度均高于傳統(tǒng)方法。戴玉錦等［11］以干橙皮為原料，利用離子交換法提取果膠，選擇732型陽離子交換樹脂在其用量為5％，在料液比1∶20，浸提液pH 1.5，85 ℃下浸提2.5 h，可以使果膠得率達(dá)到22.55％。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)用離子交換法提取橙皮果膠在得率和質(zhì)量方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的酸提取法。

1.2.3微波提取法

梁志鴻等［12］通過微波協(xié)同酒石酸浸提、乙醇沉析得到果膠，在最佳工藝條件下得到果膠浸提率為21.77％，微波法快速、節(jié)能、浸提率更高。姚先超等［13］采用微波輔助技術(shù)從劍麻纖維生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣中提取果膠，通過響應(yīng)面優(yōu)化，在微波功率534 W、提取時間9.8 min、pH 1.3條件下得到劍麻果膠的提取率為6.10％。

1.2.4超聲波提取法

李建鳳等［14］利用響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助提取檸檬皮渣果膠，在pH 1.0，料液比20∶1，提取時間50 min條件下得到檸檬皮渣果膠粗產(chǎn)品提取率為26.45％。阮尚全等［15］探討了超聲波輔助提取血橙皮中果膠，在料液比1∶20，pH 1.5，提取溫度60 ℃條件下提取80 min，其果膠提取率可達(dá)15.89％。

1.2.5酶提取法

戴余軍等［16］利用纖維素酶提取柑橘皮果膠在最佳酶液濃度為0.5％、浸提pH為5.6、45 ℃條件下浸提45 min中，果膠提取率可達(dá)到36.56％。該法避免了酸浸提法的缺點(diǎn)，防止果膠提取時被降解，生產(chǎn)周期短，效率高。邸錚等［17］采用酶法提取蘋果皮渣中的果膠，并使用高效陰離子交換色譜-脈沖安培檢測法測定可溶性果膠的單糖組分，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)酶法比酸法提取的果膠不僅得率高2～3倍，且溶解性更好。

1.2.6連續(xù)逆流萃取法

謝練武等［18］用一定pH的鹽酸溶液從橘皮中提取果膠，通過對比對連續(xù)逆流萃取法和批量萃取法發(fā)現(xiàn)，連續(xù)逆流萃取法在較寬的pH和液/固比范圍內(nèi)都獲得了較高的果膠提取率。由此，與批量法相比，連續(xù)逆流萃取法不僅使用提取劑量少，且獲得果膠提取率較高，從而達(dá)到減少廢水量和節(jié)約運(yùn)行成本的目的。

1.2.7超臨界流體萃取法

李金海等［19］利用超臨界二氧化碳法探索西瓜皮中的果膠提取的影響因素，在最佳工藝條件下，西瓜皮中果膠的提取得率為12.10％。余先純等［20］采用超臨界二氧化碳萃取與微波處理技術(shù)相結(jié)合萃取柚皮果膠，結(jié)果表明：微波功率450 W、萃取時間15 min、萃取壓力8.5 MPa、萃取溫度40 ℃和CO2流量12 L/h時，果膠的得率為22.63％，且比微波輔助水浴加熱提取所得果膠得率高6.52％。

2 果膠的分離純化方法

2.1醇沉淀法

醇沉淀法是指將大量的醇加入到果膠提取液中，利用果膠不溶于醇類溶劑的特點(diǎn)，形成醇-水混合劑，將果膠沉淀出來。該方法制得的果膠色澤好，純度高，且生產(chǎn)工藝簡單。郭麗萍等［21］用醇沉淀法從香蕉皮中分離果膠，所得果膠色澤較好，呈灰白色，質(zhì)地黏稠。但陳芳艷等［22］在選用乙醇作為劍麻果膠的沉淀后發(fā)現(xiàn)，此方法消耗大量的醇，且回收時能耗較大，增加了生產(chǎn)成本，不利于規(guī)?；a(chǎn)。選用HCl作為電解質(zhì)加入到乙醇中，沉淀效果更加理想。

2.2鹽析法

鹽析法的原理是利用兩種相反電荷的電中和作用，在果膠溶液中加氨水中和，再加入電解質(zhì)金屬鹽類，可產(chǎn)生含少量鹽的氫氧化物沉淀和不溶于水的果膠酸鹽及其他雜質(zhì)。經(jīng)分離后，用酸化醇進(jìn)行洗滌脫鹽，使少量鹽的氫氧化物沉淀消失，酸與金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)生成果膠。所得的果膠因為不溶于醇而沉淀下來?，F(xiàn)在研究通常采用的是鋁鹽沉淀法、鐵鹽沉淀法、鈣鹽沉淀法和混合鹽析法。劉義武等［23］在檸檬皮果膠液中用鹽析法沉淀果膠，研究表明鹽析法提取果膠具有低消耗、低污染等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用前景較廣闊。

2.3膜分離法

膜分離法［24］是指利用天然或人工合成的高分子膜的選擇性，以外界能量或化學(xué)位差為推動力，對雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級、提純和濃縮的方法。毛波等［25］利用膜分離技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)工藝，對提取糖分后的南瓜渣提取液進(jìn)行除雜濃縮，再經(jīng)過醇沉精制，最后通過真空干燥得到果膠產(chǎn)品。試驗結(jié)果顯示，經(jīng)過膜除雜和濃縮后的果膠溶液，后續(xù)乙醇的使用量減少，果膠的純度有所提高。因而采用此工藝可降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益姚國新等［26］用微濾膜和超濾膜兩級膜對甜菊糖水提液進(jìn)行除雜，再用納濾膜進(jìn)行脫鹽濃縮。結(jié)果表明，進(jìn)過膜處理后的液體濃縮了15倍，純度達(dá)到87％左右。

3 展望

果膠是一類重要的天然植物提取物，目前廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域中。根據(jù)目前果膠的提取和分離純化技術(shù)研究進(jìn)展，今后果膠生產(chǎn)的趨勢可在以下幾方面努力：①重點(diǎn)探討多方法相結(jié)合的果膠生產(chǎn)技術(shù)，如微波酸解/酶解輔助法、超聲波酶解/酸解輔助法，超聲波-微波-酸解輔助法、超聲波微波協(xié)同萃取法等。②探索合理的改性果膠的生產(chǎn)工藝，延伸其應(yīng)用范圍，具有重大的意義。③改善工藝條件以獲得高質(zhì)量的果膠，尋求高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的果膠生產(chǎn)技術(shù)，以滿足人們對其生理與物理、化學(xué)功能的需求。

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Research Progress on Extraction and Separation Purification Technology of Pectin

Weng Jiachuan，Xu Runwei， Li Ying
（Guangdong University of Petrochemical Technology， School of Environmental and Biological Engineering， Maoming 525000， China）

Pectin is a kind of natural polymer， which is very complex and functional. It is widely used in food， medicine and other industries. In this paper， the new progress of the extraction and purification of pectin in recent years were summarized，and put forward the future research and development， and provide a reference for the research of pectin extraction and purification technology.

Pectin； Extraction； Separation purification； Research progress

TS209

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.12.010

廣東石油化工學(xué)院自然科學(xué)研究青年項目（編號：514011）；廣東石油化工學(xué)院2015年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（編號：2015DCA603）；廣東高校果蔬加工與貯藏工程技術(shù)開發(fā)中心開放基金（編號：220007）。

翁家釧（1994-），男，廣東潮州人，本科；主要研究方向為：食品科學(xué)與工程.

李穎（1988-），女，湖南長沙人，碩士，助教；主要研究方向為果蔬深加工。