超聲波輔助鹽析法提取橘子皮果膠的工藝研究

張　宇，劉曉飛，王　鑫，張　娜，馬永強(qiáng)

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱　150076）

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超聲波輔助鹽析法提取橘子皮果膠的工藝研究

張宇，劉曉飛，王鑫，張娜，*馬永強(qiáng)

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150076）

采用超聲波輔助鹽析法提取橘子皮中果膠。以果膠提取率為指標(biāo)，確定了三氯化鐵為果膠提取最佳鹽，然后通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對超聲波輔助鹽析法提取橘子皮中果膠進(jìn)行工藝研究。結(jié)果表明，在超聲功率600 W，超聲時(shí)間50 min，鹽溶液液料比1∶0.15（mL∶g），鹽析pH值6，鹽析溫度60℃的條件下橘子皮果膠提取率達(dá)到18.54%。

橘皮；果膠；超聲波；鹽析；提取

果膠作為一種親水性植物膠，廣泛存在于高等植物根、莖、葉和果實(shí)的細(xì)胞壁中［1］。果膠是人體必需七大營養(yǎng)素中水溶性膳食纖維的主要成分，具有良好的抗癌、抗腹瀉、抗?jié)儭⒖馆椛?、消腫、解毒、治療糖尿病和減肥等多種功效，還具有良好的乳化、增稠和穩(wěn)定性能，是一種優(yōu)良的藥物制劑基質(zhì)，在食品、化工和醫(yī)藥等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用［2-5］。目前，國內(nèi)外市場對果膠的需求日益增加，需求量每年仍以15%的速度遞增［6］，市場前景相當(dāng)廣闊。

目前，果膠的提取方法主要有水提、酸提及酶法等［7］。其中，酸提法由于操作方便、提取效率較高、所用試劑和工具價(jià)格低廉，因而應(yīng)用比較廣泛。酸提法是利用稀酸將果皮細(xì)胞中的非水溶性原果膠轉(zhuǎn)化成水溶性果膠，在果膠液中加入多價(jià)金屬鹽類，使果膠以沉淀形式析出，常用的酸有鹽酸、硫酸、亞硫酸、草酸銨等［8］。本研究將酸提法加入鹽類進(jìn)行鹽析，并且輔助超聲波法提取橘子皮中的果膠，希望能夠提供一種更加方便、快捷，且提取效率較高的果膠提取方法，為橘子廢棄物的綜合利用提供一定理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

橘子購于超市；咔唑、半乳糖醛酸、氯化鎂、氯化鋅、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸鋁，均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

超聲波破碎儀，寧波新知生物科技股份有限公司產(chǎn)品；高速萬能粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；722N型可見分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；恒溫水浴鍋，江蘇常熟醫(yī)療器械有限公司產(chǎn)品。

1.3半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定

稱取半乳糖醛酸0.100 0 g，定容于50 mL的容量瓶中，分別取0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 mL于6個(gè)50 mL容量瓶中，定容后得到標(biāo)準(zhǔn)溶液，移取每種標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0 mL，分別加6 mL濃硫酸，搖勻后于85℃加熱15 min，冷卻后，加入0.1%咔唑無水乙醇溶液0.5 mL。于波長525 mm處檢測吸光度，以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線［9］。得到線性方程：Y=0.006 9X-0.003 4，R2=0.999 8。

式中：W——樣品質(zhì)量，g；

C——標(biāo)準(zhǔn)曲線中查的所測果膠液中果膠的質(zhì)量濃度，mg/L。

1.4橘子皮果膠的提取

橘子剝皮，加入蒸餾水浸泡2 h后煮沸10 min，置于50℃的熱水漂洗，鈍化果膠酶的活性，直至水為無色、果皮無異味為止；于55℃干燥，粉碎，過50目篩，備用。

準(zhǔn)確稱取25 g經(jīng)預(yù)處理的橘子皮粉末，按液料比20∶1（mL∶g）加入蒸餾水，然后用1 mol/L的稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值為2.0，在一定功率的超聲波作用下處理一定時(shí)間。

待混合液冷卻至室溫后，用氨水調(diào)節(jié)pH值至一定值，加入一定比值的鹽溶液，在一定溫度下進(jìn)行提取橘子皮果膠，在此條件下進(jìn)行果膠提取的單因素試驗(yàn)，研究不同超聲功率（200，300，400，500，600 W）、超聲時(shí)間（10，20，30，40，50 min）、鹽溶液液料比（1∶0.05，1∶0.10，1∶0.15，1∶0.20，1∶0.25）、鹽析pH值（2，3，4，5，6） 和鹽析溫度（30，40，50，60，70℃），考察對橘子皮果膠提取率的影響。

1.5鹽析劑的選擇

按照1.4的方法提取橘子皮果膠，分別添加氯化鋁、氯化鋅、三氯化鐵、硫酸鐵、硫酸鋁5種鹽進(jìn)行試驗(yàn)，測得吸光度，通過公式計(jì)算出果膠的提取率，從而選取最佳鹽類。

1.6正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用單因素預(yù)試驗(yàn)，對果膠提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并將正交試驗(yàn)得出的最佳條件進(jìn)行驗(yàn)證。

L16（45）正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1　L16（45）正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

2　結(jié)果與分析

2.1鹽析劑的選擇

鹽析劑的選擇見表2。

表2　鹽析劑的選擇

本試驗(yàn)中選用的是鐵、鋁、鋅鹽，這些鹽類可以與果膠中的羧酸根離子生成不溶于水的鹽，從而使果膠析出。由表2可知，使用硫酸鋁、氯化鋁和氯化鋅的果膠得率相對較低，硫酸鐵和三氯化鐵的果膠得率較高，由于本試驗(yàn)體系中采用的提取液為鹽酸溶液，為了不引入更多的雜質(zhì)離子，并且三氯化鐵自身有一定的絮凝能力［10］，最終選用三氯化鐵作為鹽析劑。

2.2單因素對果膠提取率的影響

2.2.1超聲功率對果膠提取率的影響

超聲功率對果膠提取率的影響見圖1。

圖1　超聲功率對果膠提取率的影響

由圖1可知，隨著超聲功率的提高，果膠提取率呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)超聲功率達(dá)到500 W時(shí)，果膠的提取率最高，為14.3%。超聲波的空化效應(yīng)對橘子皮細(xì)胞壁具有破碎作用，能夠促進(jìn)果膠溶出。增大粒子的速度，界面擴(kuò)散層上的分子擴(kuò)散相應(yīng)加快，促使更多的果膠質(zhì)溶解，果膠提取率不斷提高［11］。但當(dāng)超聲功率繼續(xù)增加時(shí)，果膠提取率下降，原因可能是超聲功率過大，會(huì)造成部分果膠分解，裂解成多糖分子，從而導(dǎo)致果膠提取率下降［12］。因此，超聲功率選擇500 W。

2.2.2超聲時(shí)間對果膠提取率的影響

超聲時(shí)間對果膠提取率的影響見圖2。

圖2　超聲時(shí)間對果膠提取率的影響

由圖2可知，超聲時(shí)間太短，果皮中的果膠轉(zhuǎn)變成水溶性果膠不完全，果膠提取率低；隨著超聲時(shí)間延長，果皮中果膠能夠充分水解，果膠提取率提高；超聲時(shí)間繼續(xù)延長，果膠易在溶液中降解，造成果膠產(chǎn)量下降［13］。因此，超聲時(shí)間選擇30 min。

2.2.3鹽溶液液料比對果膠得率的影響

鹽溶液液料比對果膠提取率的影響見圖3。

圖3　鹽溶液液料比對果膠提取率的影響

由圖3可知，隨著三氯化鐵溶液液料比的增加，果膠提取率先增加后降低。三氯化鐵溶液液料比為1∶0.10時(shí)，果膠提取率最高；鹽溶液液料比繼續(xù)增加會(huì)影響果膠的沉淀，即增加成本又增加脫鹽難度［14］。因此，鹽溶液液料比選擇1∶0.10。

2.2.4鹽析pH值對果膠提取率的影響

鹽析pH值對果膠提取率的影響見圖4。

圖4　鹽析pH值對果膠提取率的影響

由圖4可知，果膠中的羧基以羧酸的形式存在，pH值低時(shí)無沉淀生成，隨著pH值的增大，水解傾向增大，果膠羧基被離解生成羧基離子的濃度增大，羧基離子取代鐵水合物中的羥基生成果膠鹽而被沉淀，果膠提取率增加［10］。pH值繼續(xù)增加，果膠顏色加深且脫鹽難度加大。因此，鹽析pH值選擇4。

2.2.5鹽析溫度對果膠提取率的影響

鹽析溫度對果膠提取率的影響見圖5。

圖5　鹽析溫度對果膠提取率的影響

由圖5可知，隨著鹽析溫度的升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加快，促使果皮中不溶性果膠轉(zhuǎn)化成水溶性果膠，超過一定溫度后，橘子皮中的果膠水解加劇，可能破壞果膠結(jié)構(gòu)而被糊化，導(dǎo)致果膠提取率有所下降［15］。因此，鹽析溫度選擇60℃。

2.3正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3。

表3　正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由R值比較可知，5個(gè)因素影響果膠提取率的主次順序?yàn)辂}析溫度（E）＞超聲時(shí)間（B）＞鹽溶液液料比（C）＞超聲功率（A）＞鹽析pH值（D）。由K值比較可知，A4B4C3D4E3為最佳條件，即超聲功率600 W，超聲時(shí)間50 min，鹽溶液液料比1∶0.15，鹽析pH值6，鹽析溫度60℃。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果橘子皮果膠提取率達(dá)到18.54%。

3　結(jié)論

以橘子的廢棄物橘子皮為原料，利用超聲波輔助鹽析法提取果膠，最佳工藝條件為超聲功率600 W，超聲時(shí)間50 min，鹽溶液液料比1∶0.15（mL∶g），鹽析pH值6，鹽析溫度60℃時(shí)，在此條件下橘子皮果膠提取率為18.54%，得到的果膠產(chǎn)品為淡黃色顆粒。超聲波輔助鹽析法提取橘子皮果膠工藝成本低、簡單易操作，具有實(shí)用價(jià)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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Study on Ultrasonic Assisted Extraction of Salt of Pectin from Orange Peel

ZHANG Yu，LIU Xiaofei，WANG Xin，ZHANG Na，*MA Yongqiang
（School of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang 150076，China）

Pectin in the orange peel is extracted byultrasonic assisted saltingout method.Determine three ferric chloride for pectin extriction best salt，then through single factor and orthogonal experiments of ultrasonic assisted salting out extraction pectin from orange peel process is studied.The results show that ultrasonic power is 600 W，ultrasonic time is 50 min，salt solution ratio is 1∶0.15（mL∶g），saltingpH value is 6，precipitation temperature of60℃.The extraction rate ofpetin is 18.54%.

orange peel；pectin；ultrasonic；salt out；extraction

TS209

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.07.009

1671-9646（2016）07a-0032-03

2016-02-28

黑龍江省教育廳項(xiàng)目資助（12541189）。

張宇（1992— ），男，碩士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工利用。*

馬永強(qiáng)（1963— ），男，碩士，教授，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物。