陽(yáng) 暉，胡本金

（長(zhǎng)江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶涪陵408100）

胭脂蘿卜又名涪陵紅心蘿卜，系十字花科蘿卜屬蘿卜種下的一個(gè)地方品種，是重慶市涪陵區(qū)的一種特產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品[1]。胭脂蘿卜加工主要是提取胭脂蘿卜色素、腌漬泡菜和加工胭脂蘿卜干為主。經(jīng)調(diào)查，在提取出胭脂蘿卜紅色素之后，胭脂蘿卜就只能做泡菜、甚至喂豬的原料，未能充分的開(kāi)發(fā)利用，資源浪費(fèi)嚴(yán)重[2]。

目前，我國(guó)果膠的資源豐富，百合、菠蘿、南瓜、柑桔、蘆薈、柚子皮、仙人掌、蘋(píng)果皮渣和蘿卜等都含有大量的果膠，已經(jīng)成為具有工業(yè)化生產(chǎn)價(jià)值的主要原料[3-5]。有關(guān)果膠的提取方法已有許多文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)，常用的方法有鋁鹽鹽析法[6]、離子交換法[7]、微生物法[8]等。提取時(shí)間一般要求在1h以上，由于高溫和長(zhǎng)時(shí)間加熱，原料中的果膠不可避免地會(huì)產(chǎn)生變性和分解破壞，且提取的果膠數(shù)量和質(zhì)量也不理想。微波是一種頻率為300MHz～300GHz的電磁波，用于天然成分的提取，選擇性強(qiáng)、操作時(shí)間短、溶劑耗量小、目標(biāo)組分得率高，并且能極大限度的保留分離組分的天然活性[9]。

本實(shí)驗(yàn)以胭脂蘿卜為原料，采用微波輔助法提取胭脂蘿卜中的果膠，并對(duì)其可行工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定其最佳工藝及工藝參數(shù)，旨在探索出一種最大限度提取優(yōu)質(zhì)的胭脂蘿卜果膠的方法，為胭脂蘿卜的規(guī)模化開(kāi)發(fā)利用提供新的方法和思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

胭脂蘿卜 購(gòu)于重慶涪陵農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；無(wú)水乙醇、鹽酸和活性炭 分析純。

JJ-2型組織搗碎機(jī) 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；DZ5-2型離心機(jī) 北京京立離心機(jī)有限公司；SG2型pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；CS101-2ABN型電熱鼓風(fēng)干燥箱 重慶市永生實(shí)驗(yàn)儀器廠；RV10BS25型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 德國(guó)IKA公司；WP700型微波爐 佛山市順德區(qū)格蘭仕微波爐有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 胭脂蘿卜→滅酶→漂洗→干燥→粉碎→鹽酸萃取→微波加熱→過(guò)濾→脫色→濾液濃縮→冷卻→醇沉→離心→干燥→果膠。

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 滅酶 將新鮮胭脂蘿卜洗凈后，切成塊狀在95℃，滅酶10min[10]。

1.2.2.2 漂洗 用40～50℃溫水漂洗8～10次，直到漂洗液顏色呈淺色。

1.2.2.3 干燥粉碎 用紗布擠壓漂洗后的胭脂蘿卜，除去部分水分后置于50℃，干燥18～20h。然后粉碎，過(guò)40目篩，備用。

1.2.2.4 過(guò)濾 將加熱后的提取液用8層紗布趁熱過(guò)濾，再抽濾，得到半透明狀果膠粗提液。

1.2.2.5 脫色 在果膠提取液中加入5%活性炭，于60℃，脫色10min。然后4000r/min，10min離心除去活性炭，收集濾液[11]。

1.2.2.6 濾液濃縮 將果膠粗提液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。溫度控制在60～70℃，濃縮比為3∶1。

1.2.2.7 醇沉 待濃縮液冷卻后，加入約原體積的1倍的95%乙醇，使酒精濃度達(dá)50%～60%，靜置1h，在5500r/min離心10min后，沉淀用無(wú)水乙醇洗滌2次。

1.2.3 微波法提取胭脂蘿卜果膠單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 不同pH對(duì)胭脂蘿卜果膠提取率的影響 在微波功率400W、液料比為25∶1、微波加熱時(shí)間為7min的條件下，研究不同pH（1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5）的鹽酸萃取液的對(duì)胭脂蘿卜中果膠提取率的影響。

1.2.3.2 不同料液比對(duì)果膠提取率的影響 在鹽酸萃取液pH為2.0、微波功率為400W、微波加熱時(shí)間為7min的條件下，研究不同液料比（15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1（v∶m））對(duì)胭脂蘿卜中果膠提取率的影響。

1.2.3.3 不同微波功率對(duì)果膠提取率的影響 在萃取液pH為2.0、液料比為25∶1、微波加熱時(shí)間為7min的條件下，研究不同微波功率（300、400、500、600、700、800W）對(duì)胭脂蘿卜中果膠提取率的影響。

1.2.3.4 不同微波加熱時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響 在微波功率為400W、萃取液pH為2、液料比為25∶1的條件下，研究不同微波加熱時(shí)間（5、6、7、8、9、10min）對(duì)胭脂蘿卜中果膠提取率的影響。

1.2.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 為了進(jìn)一步探討萃取液的pH、微波功率和微波加熱時(shí)間以及液料比對(duì)胭脂蘿卜中果膠的提取的影響，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，以果膠提取率為指標(biāo)對(duì)影響因素進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。根據(jù)Box-Behnken中心組合的設(shè)計(jì)原理，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的水平及因素見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的水平及因素Table 1 Factors and levels of test design

1.2.4 果膠提取率的計(jì)算 公式如下：

果膠提取率（%）=M/W×100

式中：M—提取的果膠重量，g；W—胭脂蘿卜質(zhì)量（干基），g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)Box-Benhnken原理，用Design Expert 7.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波法提取胭脂蘿卜中果膠單因素結(jié)果與分析

2.1.1 不同pH對(duì)胭脂蘿卜果膠提取率的影響 不同pH對(duì)胭脂蘿卜果膠提取率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 pH對(duì)果膠提取率的影響Fig.1 Effect of pH on extraction yield of pectin

由圖1可知，當(dāng)pH達(dá)到2.0時(shí)，果膠的提取率最高。提取液的pH過(guò)低，果膠的水解較強(qiáng)烈，果膠發(fā)生脫酯降解，果膠提取率較低；提取液的pH較高，果膠的水解不完全，從而果膠的提取率較低。因此較佳的pH為2.0。

2.1.2 不同料液比對(duì)果膠提取率的影響 不同料液比對(duì)果膠提取率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 液料比對(duì)果膠提取率的影響Fig.2 Effect of liquid-solid ratio on extraction yield of pectin

由圖2可知，液料比為25∶1時(shí)，果膠的提取率最高。當(dāng)液料比較小時(shí)，則難以保證胭脂蘿卜中的果膠全部轉(zhuǎn)移到液相中，物料的粘度比較大，過(guò)濾也比較困難，殘留增多，提取不完全，從而導(dǎo)致產(chǎn)率低。當(dāng)液料比較大時(shí)，果膠在溶液中濃度較低，過(guò)濾容易，但是濃縮所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，破壞了果膠成分，且乙醇的消耗增大，生產(chǎn)成本較高。因此，較佳的液料比為25∶1。

2.1.3 不同微波功率對(duì)果膠提取率的影響 不同微波功率對(duì)果膠提取率的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)微波功率達(dá)到500W時(shí)，果膠提取率最高。當(dāng)微波功率較低時(shí)，萃取溫度較低，果膠水解不充分，果膠提取率降低；當(dāng)微波功率過(guò)高，萃取溫度較高，果膠雖水解較完全但容易發(fā)生脫酯降解，從而降低了果膠的提取率。因此，微波功率在500W左右為宜。

圖3 微波功率對(duì)果膠提取率的影響Fig.3 Effect of microwave power on extraction yield of pectin

2.1.4 不同微波加熱時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響 不同微波加熱時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 微波加熱時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響Fig.4 Effect of micro wave-heating time on extraction yield of pectin

由圖4可知，隨著微波加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，果膠的提取率也不斷增加，但當(dāng)微波加熱時(shí)間達(dá)到8min以后開(kāi)始下降，可能是因?yàn)榧訜釙r(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使果膠分解，所以微波加熱時(shí)間以8min左右為宜。

2.2 響應(yīng)面模型擬合

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 用Design Expert 7.0統(tǒng)計(jì)軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2；方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。

由表2中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，微波法胭脂蘿卜果膠提取率預(yù)測(cè)模型：Y=12.63+0.24A+0.054B-0.19C-4.167×10-3D-0.18AB-0.49AC+0.11AD+0.23BC-0.36BD-0.055CD-0.66A2-0.84B2-0.39C2-0.56D2。

由表3方差分析結(jié)果可知，該回歸方程（模型）的回歸效果極顯著（p＜0.01），失擬項(xiàng)不顯著，說(shuō)明模型擬合程度好，有實(shí)際應(yīng)用意義。各因素對(duì)提取率影響的大小順序分別為：pH（A）＞微波功率（C）＞液料比（B）＞微波加熱時(shí)間（D）。對(duì)響應(yīng)值提取率作用極顯著的是A、AC、BD、A2、B2、C2和D2，顯著的是C?？梢?jiàn)，實(shí)驗(yàn)各因素對(duì)胭脂蘿卜果膠提取率的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。在α=0.05顯著水平下剔除不顯著項(xiàng)后，對(duì)原模型進(jìn)行優(yōu)化可得，提取率Y=12.63+0.24A-0.19C-0.49AC-0.36BD-0.66A2-0.84B2-0.39C2-0.56D2。

表2 響應(yīng)面分析方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Program and test results of response surface analysis

2.2.2 交互作用對(duì)胭脂蘿卜提取率的影響 響應(yīng)面圖是響應(yīng)值在各實(shí)驗(yàn)因子交互作用下得到的結(jié)果構(gòu)成的一個(gè)三維空間曲面。通過(guò)Design expert7.0軟件分析，根據(jù)回歸方程做出相應(yīng)的響應(yīng)面分析圖（圖5和圖6），考察擬合的響應(yīng)面曲線，分析液料比、pH、加熱時(shí)間和微波功率對(duì)胭脂蘿卜果膠提取率的影響。

圖5 pH與微波功率對(duì)提取率的影響Fig.5 Effect of pH and microwave power on extraction yield

表3 提取率回歸模型的方差分析Table 3 Variance analysis of regression equation on viscosity

圖6 加熱時(shí)間和液料比對(duì)提取率的影響Fig.6 Effect of heating time and liquid-solid ratio on extraction yield

由圖5可知，pH的變化坡度較微波功率的坡度變化大，且pH的等高線變化數(shù)量多于微波功率，說(shuō)明pH對(duì)果膠提取率的影響大于微波功率的影響；同理可知，圖6中液料比對(duì)提取率的影響大于加熱時(shí)間的影響。

2.2.3 提取條件優(yōu)化及驗(yàn)證 經(jīng)軟件Design Expert 7.0優(yōu)化，得到微波法提取胭脂蘿卜果膠最高提取率的最佳工藝參數(shù)為：液料比為24.57∶1、加熱時(shí)間為8.10min、微波功率為445.73W、pH為2.2。為驗(yàn)證響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的可靠性，考慮到實(shí)際操作的便利，將工藝參數(shù)修正為：液料比為25∶1、加熱時(shí)間為8.0min、微波功率為450W、pH為2.0。在此條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，胭脂蘿卜果膠的提取率為12.58%，與預(yù)測(cè)值12.73%較接近，說(shuō)明采用此法優(yōu)化得到的提取條件可靠。

3 結(jié)論

采用微波法提取胭脂蘿卜果膠在最佳提取條件：pH2.0、液料比25∶1、微波功率450W、微波加熱時(shí)間8.0min下，胭脂蘿卜果膠提取率達(dá)胭脂蘿卜干質(zhì)的12.58%。經(jīng)微波處理后果膠的提取率得以提高，且果膠質(zhì)量好、分子質(zhì)量大、膠凝強(qiáng)度大。微波法的選擇性強(qiáng)、操作時(shí)間短、萃取劑的用量少，既節(jié)約了萃取劑的花銷(xiāo)又減少了對(duì)環(huán)境的污染，是一種比較好的提取方法。

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