黃秋葵果膠提取及溶膠特性研究

陳 偉 李加興，2 - ,2

(1. 吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000；2. 吉首大學食品科學研究所，湖南 吉首 416000)

黃秋葵果膠提取及溶膠特性研究

陳 偉1CHENWei1李加興1，2LIJia-xing1,2

(1. 吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000；2. 吉首大學食品科學研究所，湖南 吉首 416000)

以黃秋葵為原料，研究其果膠的超聲輔助法提取條件及其溶膠特性。采用單因素試驗探討了料液比、pH值、提取溫度、超聲時間對提取果膠的影響，利用4因素3水平正交試驗進行工藝條件優(yōu)化，并采用理化檢測方法分析果膠純度、干燥失重、灰分含量、pH值、持水性和酯化度等特性。研究結(jié)果表明，在250 W超聲功率下，黃秋葵果膠提取的最佳工藝條件為料液比1∶15(g/mL)、pH值4.0、超聲溫度60 ℃、時間40 min，果膠的得率為20.45%；黃秋葵果膠的持水性為10.22 mL/g，酯化度為72.43%，且干燥失重、灰分、pH值均符合QB 2484—2000《食品添加劑 果膠》標準要求。研究表明，黃秋葵果膠采用超聲波輔助法提取得率較高，是一種持水性較好的高酯化果膠。

黃秋葵；果膠；超聲輔助提??；溶膠特性

黃秋葵原產(chǎn)自非洲地區(qū)，現(xiàn)已成為各國喜食的一種蔬菜。中國從印度引進黃秋葵，至今已種植約60年。目前，中國湖南、廣東、福建等省市均有黃秋葵的栽培與分布，部分城市還在周邊少量栽培供園林觀賞[1]。黃秋葵主食其長于兩側(cè)的嫩果，礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)與游離氨基酸富含于嫩果中，果實內(nèi)的黏性物質(zhì)主要成分為多糖和果膠[2]。現(xiàn)有研究[3-4]表明，作為新型蔬菜的黃秋葵具有多種保健功能與活性有益因子，尤其是果膠含量豐富，具有預防便秘、促進胃腸蠕動、促乳、調(diào)經(jīng)等功效，因而是一種老少皆宜的營養(yǎng)保健型蔬菜。

國內(nèi)外對黃秋葵的研究主要集中在制種栽培、種子生理等研究方面[5]，而對其果膠的提取方法及溶膠特性方面的研究相對較少。目前提取果膠主要運用酸解法[6]、鹽析法[7]、微波提取法[8]和超聲提取法[9]等，前兩種是比較傳統(tǒng)的提取技術，存在資源利用率與得率不高的缺陷。因此，本試驗在現(xiàn)有研究[10-11]的基礎上，對提取黃秋葵果膠的工藝條件進行優(yōu)化，并對果膠純度、干燥失重、灰分含量、pH值、持水性和酯化度等特性進行研究，旨在為黃秋葵精深加工及開發(fā)新的果膠資源提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

黃秋葵：湖南瀏陽湘純秋葵種植專業(yè)合作社；

95%乙醇：分析純，天津市富宇精細化工有限公司；

無水乙醇：分析純，成都科龍化工試劑廠；

硫酸鋁：分析純，北京化工廠；

酚酞：分析純，上海化學試劑采購供應站；

NaOH：分析純，天津市石英鐘廠霸州市化工分廠；

HCl：分析純，衡陽市凱信化工試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

電子天平：FA2004型，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；

微型植物粉碎機：YZ076型，天津市泰斯特儀器有限公司；

數(shù)顯電熱鼓風干燥箱：GZX9-146MBE型，上海博迅實業(yè)有限公司；

高速組織搗碎機：DS-l型，上海標本模型廠；

數(shù)顯恒溫水浴鍋：HH-2型，金壇市富華儀器有限公司；

飛鴿牌離心機：LXJ-IIB型，上海愛奉機電設備有限公司；

超聲波清洗器：KQ-250E型，濟南來寶醫(yī)療器械有限公司；

雷磁pH計：PHS-J4A型，上海精密科學儀器廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

黃秋葵嫩果→預處理→超聲波提取→水浴加熱→攪拌→加入鹽酸(調(diào)節(jié)pH值)→抽濾→加入飽和硫酸鋁溶液→靜置→過濾→再加入鹽酸、乙醇溶液→過濾→溶解、加入堿性溶液(沉淀殘余鋁離子)→過濾→洗滌→干燥→果膠成品

1.2.2 操作要點 將新鮮黃秋葵嫩果洗凈晾干，切去頭尾部分，進行干燥，粉碎、過篩，在超聲提取器中加入蒸餾水混合(超聲功率為250 W)，在恒溫水浴鍋中沸水浴加熱30 min，加入鹽酸調(diào)節(jié)pH為3.0左右，超聲處理一段時間后進行抽濾，將濾液倒入燒杯后加熱至50 ℃左右時，邊攪拌邊加入已配好的飽和硫酸鋁溶液，絮狀沉淀析出，靜置后過濾，再將濾渣加入0.8 mL鹽酸、100 mL 95%乙醇溶液，攪拌30 min后，過濾得果膠，接著將果膠溶于蒸餾水中，加入堿性溶液以沉淀殘余鋁離子，過濾，最后用乙醇溶液洗滌濾液兩次并凝聚分離出果膠，經(jīng)50.0 ℃左右干燥即得果膠產(chǎn)品[12]。

1.2.3 影響黃秋葵果膠得率的單因素試驗

(1) 料液比的影響：準確稱取黃秋葵粉末5份，裝入500 mL燒杯中，分別按照料液比1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30(g/mL)加入蒸餾水，在提取溫度50 ℃、提取時間40 min、浸提pH值為3.0的條件下放入超聲波提取器內(nèi)提取果膠，再經(jīng)上述操作得果膠成品并計算得率，以考察料液比對果膠得率的影響。

(2) 浸提pH的影響：準確稱取黃秋葵粉末5份，裝入500 mL燒杯中，分別加入鹽酸調(diào)節(jié)浸提pH值為2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，在料液比1∶15(g/mL)、提取溫度50 ℃、提取時間40 min的條件下放入超聲波提取器內(nèi)提取其果膠，再經(jīng)上述操作得果膠成品并計算得率，以考察浸提pH值對果膠得率的影響。

(3) 提取溫度的影響：準確稱取黃秋葵粉末5份，裝入500 mL燒杯中，分別將超聲波提取器的溫度設定為30，40，50，60，70 ℃，在料液比1∶15(g/mL)、提取時間40 min、浸提pH值為3.0的條件下放入超聲波提取器內(nèi)提取其果膠，再經(jīng)上述操作得果膠成品并計算得率，以考察提取溫度對果膠得率的影響。

(4) 提取時間的影響：準確稱取黃秋葵粉末5份，裝入500 mL燒杯中，分別在超聲波提取器內(nèi)提取30，40，50，60，70 min，在料液比1∶15(g/mL)、提取溫度50 ℃、浸提pH值為3.0的條件下提取其果膠，再經(jīng)上述操作得果膠成品并計算得率，以考察提取時間對果膠得率的影響。

1.2.4 黃秋葵果膠提取條件的正交優(yōu)化試驗 在單因素確定超聲波輔助提取法提取黃秋葵果膠的料液比、pH值、溫度、超聲時間等關鍵參數(shù)的基礎上，再采用正交試驗進行工藝條件優(yōu)化，以果膠得率判定最佳提取工藝條件。

1.2.5 果膠得率的測定 按式(1)計算果膠得率[13]。

(1)

式中：

R——果膠得率，%；

m0——原料質(zhì)量，g；

m1——果膠質(zhì)量，g。

1.2.6 黃秋葵溶膠特性的測定

(1) 溶膠的干燥失重、灰分含量和pH值：按QB 2484—2000執(zhí)行。

(2) 持水性的測定：根據(jù)文獻[14]，修改如下：取1 g(w0)黃秋葵果膠放入25 mL離心管中，稱重w1(g)，加入10 mL 的蒸餾水，振蕩3 min后，在室溫下放置30 min，然后在3 000 r/min離心30 min，除去上清液，將離心管倒置于濾紙上，3 min后稱取質(zhì)量w2(g)，按式(2)計算其持水性。

(2)

式中：

X2——持水性，mL/g；

w0——黃秋葵果膠的質(zhì)量，g；

w1——果膠加上離心管的質(zhì)量，g；

w2——離心后的質(zhì)量，g；

ρ——水的密度，g/cm2。

(3) 酯化度的測定：參考文獻[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各因素對黃秋葵果膠提取效果的影響

2.1.1 料液比的影響 由圖1可知，在料液比為1∶15(g/mL)時，果膠的得率較高。當料液比≤1∶15(g/mL)時，由于黃秋葵果膠為可溶性果膠，未能完全溶解在溶劑中，從而導致果膠得率較小；當料液比提高時，原料與溶劑接觸更為充分，有利于其果膠的浸出，所以果膠得率有所提高，但是當料液比≥1∶20(g/mL)時，原料中的果膠與溶劑中提取的果膠的濃度差越來越小，導致果膠溶出量的增幅趨于平緩，相應地還會增加后續(xù)回收溶劑的操作難度與時間。因此，料液比宜取1∶15(g/mL)左右。

2.1.2 浸提pH值的影響 由圖2可知，在pH值為3.0時，果膠的得率最高。當pH值≤3.0時，由于酸既可促進果膠溶解，也可使果膠裂解或者出現(xiàn)脫脂的現(xiàn)象，所以隨著pH值的上升，果膠溶解的效應大于酸裂解的，使得果膠得率上升；當pH值≥3.0時，由于酸解程度比較小，果膠得率不斷下降。因此，浸提pH值宜取3.0左右。

圖1 料液比對果膠提取效果的影響Figure 1 Effect of solid-liquid ratio on extraction yield of okra pectin

圖2 浸提pH值對果膠提取效果的影響Figure 2 Effect of pH value on extraction yield of okra pectin

2.1.3 提取溫度的影響 由圖3可知，在提取溫度為50 ℃時，果膠的得率最高。較低溫度下，由于果膠細胞未被完全破壞，果膠未完全浸出，導致果膠的得率較低，而隨著提取溫度的升高則有利于果膠變?yōu)樗苄怨z，故而果膠得率逐漸升高；但提取溫度≥50 ℃后，由于浸出的果膠被高溫破壞，導致果膠得率下降。因此，提取溫度宜取50 ℃左右。

2.1.4 提取時間的影響 由圖4可知，在提取時間為40 min時，果膠的得率最高。當提取時間逐漸延長時，黃秋葵里的果膠細胞逐漸被完全破壞，促使果膠被釋放出來成為水溶性的果膠，故而果膠得率會隨著提取時間的延長而逐漸提高；但當提取時間≥40 min時，果膠得率呈下降趨勢，這是由于提取時間過長容易破壞果膠，從而損失了這一部分的果膠。因此，提取時間宜取40 min左右。

圖3 提取溫度對果膠提取效果的影響Figure 3 Effect of extraction temperature on extraction rate of okra pectin

圖4 提取時間對果膠提取效果的影響Figure 4 Effect of extraction time on extraction rate of okra pectin

2.2 黃秋葵果膠超聲輔助提取工藝的優(yōu)化

正交試驗的因素與水平取值見表1，試驗設計及結(jié)果見表2。

表1 超聲波輔助提取果膠的因素水平表Table 1 Factors and levels of ultrasonic assisted extraction method

表2 最佳提取工藝條件正交試驗結(jié)果與分析Table 2 Orthogonal experiment results and analysis with optimum extraction conditions

由表2可知，提取時間對黃秋葵果膠得率的影響最大，其次為浸提pH值，次之則是料液比，影響最小的是提取溫度。最優(yōu)工藝條件組合是A2B3C3D2，即料液比為1∶15(g/mL)、pH值為4.0、提取溫度為60 ℃、提取時間為40 min。

由于此組合并未出現(xiàn)在正交試驗表中，故而按照此最優(yōu)工藝條件開展3次驗證實驗， 黃秋葵果膠的平均得率為(20.45±0.43)%，高于正交試驗表中的最高得率，表明A2B3C3D2是最優(yōu)工藝條件組合。

2.3 黃秋葵果膠的溶膠特性分析

由表3可知，黃秋葵果膠的干燥失重、溶膠灰分與pH值均符合果膠標準要求；持水性為10.22 (mL/g)，酯化度為72.43%，是一種持水性較好的高酯果膠。

表3 黃秋葵溶膠部分特性檢測結(jié)果Table 3 Detection results of soluble characteristics of okra Sol

3 結(jié)論

在單因素試驗條件下，探討料液比、提取溫度、提取時間以及pH值對黃秋葵果膠得率的影響，再利用正交試驗進行提取工藝條件的優(yōu)化。結(jié)果表明，在250 W超聲波功率下，提取黃秋葵果膠的最優(yōu)工藝組合為料液比1∶15(g/mL)、pH值4.0、提取溫度60 ℃、提取時間40 min，果膠平均得率為20.45%；經(jīng)分析檢測，超聲波輔助法提取所得的果膠酯化度為72.43%，且干燥失重、灰分、pH值均在果膠標準要求之內(nèi)。因此，黃秋葵果膠采用超聲波輔助方法提取的得率較高，是一種持水性較好的高酯化果膠。下一步有待研究外界環(huán)境條件對黃秋葵果膠特性的影響，溫度、金屬離子、酸堿及食品體系可溶性固形物濃度等因素對黃秋葵果膠溶膠性能的影響，為其具體應用提供更為全面的理論依據(jù)。

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Extraction of pectin from okra and itssol property

(1.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,JishouUniversity,Jishou,Hunan416000,China;2.InstituteofFoodScience,JishouUniversity,Jishou,Hunan416000,China)

The extraction conditions and sol property of pectin from Okra were studied by ultrasonic assisted extraction. The effects of materials-liquid ratio, pH, extraction temperature and ultrasonic time value on the extracting efficiency of pectin were studied by single-factor experiments. Then the L9(34) orthogonal experiment was carried out to optimize the process conditions, based on single-factor experiments, finally the physical and chemical methods were used to analyze pectin purity, dry weight loss, ash content, pH value, water holding capacity and esterification degree. At 250 W ultrasonic power, the results showed that the optimum extraction conditions were as follows. Using the ratio of materials to liquid of 1∶15 (g/mL) at pH 4.0, ultrasonic treated at 60 ℃ for 40 minutes, the yield of pectin was 20.45%. The water-holding capacity of okra pectin was 10.22 mL/g, and the degree of esterification was 72.43%. In addition, the weight loss, ash and pH value were in accordance with QB 2484-2000 (food additive pectin) standard. The results showed that the yield of okra pectin extracted by ultrasonic wave was higher, and okra pectin was highly esterified.

okra; pectin; ultrasonic assisted extraction; sol property

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.04.029