李亞鐸，俞 劍，王午海，裘 超，張廣宏(寧夏師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，寧夏固原756000)

果膠是以原膠、果膠、果膠酸的形態(tài)廣泛分布于植物的果實(shí)、根、莖、葉中的多糖類高分子聚合物，屬于親水性植物膠。果膠是細(xì)胞壁的重要組成成分之一，伴隨著纖維素而存在。按其溶解性，可分為水溶性和非水溶性果膠，非水溶性果膠可溶于六偏磷酸鈉溶液或無機(jī)酸溶液。天然果膠中的原果膠不溶于水，可溶于酸、堿、鹽等化學(xué)試劑成為水溶性果膠。

果膠作為一種新型、天然、功能型食品添加劑，廣泛用于果醬、果凍、食品包裝膜以及生物培養(yǎng)基等領(lǐng)域［1］。在食品方面可用作膠凝劑、乳化劑、增稠劑、穩(wěn)定劑、增香增效劑。果膠還是維持身體健康的重要物質(zhì)，具有增強(qiáng)胃腸蠕動(dòng)，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收的功能，對(duì)防治高血壓、肥胖癥等病癥有較好的療效。果膠還具有成膜的特性，因此可用于造紙和紡織的施膠劑［2］，如用于尿不濕，可保護(hù)嬰幼兒皮膚。隨著近年來研究工作的深入，果膠的用途不斷被開發(fā)出來，其發(fā)展?jié)摿薮?，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

全世界果膠年需求量超過2萬(wàn)t，我國(guó)每年消耗果膠超過2 000 t，其中80%都要依靠進(jìn)口，而且需求量每年都在高速增長(zhǎng)［3－5］。目前，我國(guó)生產(chǎn)果膠大多是從柑橘皮和蘋果渣中提?。?－7］，原料來源受季節(jié)性和生產(chǎn)技術(shù)的限制，不利于果膠的連續(xù)生產(chǎn)，使得我國(guó)果膠需求主要依靠國(guó)外進(jìn)口，但進(jìn)口果膠價(jià)格昂貴，所以擴(kuò)大果膠產(chǎn)量和提高果膠生產(chǎn)技術(shù)水平具有巨大的市場(chǎng)潛力和重要意義。

寧夏固原日照時(shí)間長(zhǎng)、晝夜溫差大、干旱少雨、春暖快、秋霜遲等氣候特點(diǎn)有利于向日葵的生長(zhǎng)和有機(jī)質(zhì)積累。于是，具有抗鹽堿、耐干旱、產(chǎn)量高、宜栽培等特點(diǎn)的向日葵便成為寧南山區(qū)避災(zāi)抗旱的主栽作物之一。寧夏固原市向日葵種植面積大，大多數(shù)農(nóng)民都會(huì)將向日葵盤焚燒，造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。如果能利用這些價(jià)格低廉、來源廣泛的原材料，經(jīng)過處理將其運(yùn)用于食品中，不但能變廢為寶，而且還提高了農(nóng)民的收入。筆者通過探究向日葵盤中果膠的最佳提取工藝，為合理利用資源［8］，防止污染環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)效益提供參考，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

1 材料與方法

1.1 材料 原料:自然風(fēng)干向日葵盤，采自寧夏固原。主要試劑:鹽酸，氫氧化鈉、乙醇，均為分析純;蒸餾水。主要儀器:粉碎機(jī)，70目篩，滴管，量筒，燒杯，電子稱，pH計(jì)，表面皿，抽濾瓶，濾紙，濾布，玻璃棒，恒溫水浴鍋，遠(yuǎn)紅外干燥箱，研缽。

1.2 方法

1.2.1 提取原理。在果膠的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中，采用酸提取法提取果膠。其原理是利用熱的酸性水溶液將植物細(xì)胞中原果膠轉(zhuǎn)化成水溶性果膠，使果膠從植物轉(zhuǎn)移到水相當(dāng)中，形成果膠水溶液。所用的酸一般為無機(jī)酸和有機(jī)酸2種。

1.2.2 原料預(yù)處理。試驗(yàn)將固原自然風(fēng)干向日葵盤常溫下浸泡10 min左右，經(jīng)過漂洗，洗去其上面的灰塵等雜質(zhì)，多次清洗后，烘箱將其烘干(或自然風(fēng)干)，用粉碎機(jī)粉碎過篩(70目)得到干凈的原料。

1.2.3 向日葵盤中果膠提取工藝流程。預(yù)處理的向日葵盤粉末用稀酸溶液水解，恒溫水浴并不斷攪拌，一定時(shí)間后過濾，得果膠提取液，根據(jù)其不溶于乙醇的性質(zhì)，再將其沉淀、干燥即可。

主要過程為:風(fēng)干的向日葵盤→預(yù)處理→稱取原料10 g→加入300 ml水→蒸煮→過濾→濾液濃縮→加乙醇浸泡→抽濾→再用乙醇浸泡→抽濾(多次進(jìn)行此過程)→果膠→干燥→稱重。

1.2.4 具體提取過程。用電子稱稱取10 g處理好的向日葵盤粉末于500 ml的燒杯中，再用500 ml量筒量取300 ml水加入燒杯中，調(diào)節(jié)好溶液pH(電子pH計(jì))。

在一定溫度下進(jìn)行蒸煮相應(yīng)的時(shí)間，待溶液冷卻至室溫用濾布過濾得到濾液，濾液在一定的溫度下進(jìn)行濃縮至一定體積，再加入一定量的乙醇進(jìn)行浸泡沉淀，過濾棄去濾液(用乙醇多次浸泡有脫色效果)，待乙醇揮發(fā)殆盡，再用遠(yuǎn)紅外烘箱在40℃的溫度下對(duì)其進(jìn)行烘干稱重。

1.2.5 含量計(jì)算。將果膠置于50℃干燥烘箱中烘至質(zhì)量恒定，再用電子天平稱量，計(jì)算果膠提取率。

式中，m1為提取到的果膠質(zhì)量(g);m為向日葵盤粉末的質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)對(duì)向日葵盤中果膠產(chǎn)量的影響

2.1.1 酸性條件下pH對(duì)提取向日葵盤中果膠產(chǎn)量的影響。選取提取液60 ml、乙醇用量65 ml、蒸煮時(shí)間為120 min，蒸煮溫度85℃，濃縮溫度為70℃，比較酸度分別為0.83、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、4.00、5.00 時(shí)對(duì)果膠產(chǎn)率的影響及果膠提取率，如圖1所示。

圖1 酸性條件下pH對(duì)果膠提取率的影響

由圖1可知，提取向日葵盤中果膠的最佳pH為1.5。當(dāng)pH 1.5時(shí)，果膠的提取率最大，為16.10%;當(dāng) pH ＜1.0 時(shí)，果膠發(fā)生去酯反應(yīng)，提取率下降;當(dāng)pH＞2.0時(shí)，果膠不穩(wěn)定，提取率下降;當(dāng)pH＞3.0時(shí)，果膠會(huì)發(fā)生酯的皂化反應(yīng)及β-消除反應(yīng)，會(huì)誘導(dǎo)半乳糖醛酸殘基之間的糖苷鍵斷裂，在半乳糖醛酸C4和C5之間形成雙鍵，并與羰基的碳氧形成共軛雙鍵，從而果膠發(fā)生分解，導(dǎo)致提取率下降。

2.1.2 弱堿性條件下pH對(duì)向日葵盤中果膠產(chǎn)量的影響。選取提取液60 ml、乙醇用量65 ml、蒸煮時(shí)間為120 min，蒸煮溫度85℃，濃縮溫度為70℃，比較酸度分別為6.00、7.00、8.00、9.00、12.00、13.00、14.00 時(shí)對(duì)果膠產(chǎn)率的影響及果膠提取率，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可見，在堿性條件下雖然能得到果膠，但是品質(zhì)并不好。

2.1.3 提取時(shí)間(蒸煮時(shí)間)對(duì)向日葵盤中果膠產(chǎn)量的影響。選取提取液60 ml、乙醇用量65 ml、蒸煮溫度85℃，濃縮溫度為70 ℃、pH 為 1.5，比較蒸煮時(shí)間分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 h 時(shí)對(duì)果膠產(chǎn)率的影響及果膠提取率，結(jié)果如圖3所示。

圖2 弱堿條件不同pH對(duì)果膠提取率的影響

圖3 不同蒸煮時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響

由圖3可知，在其他條件不變時(shí)，果膠百分含量隨蒸煮時(shí)間的增長(zhǎng)先增加達(dá)到最大值后降低。蒸煮時(shí)間為2.0 h時(shí)果膠的百分含量最高。出現(xiàn)這種情況的原因是蒸煮時(shí)間太短向日葵盤中果膠沒有完全轉(zhuǎn)化為可溶性果膠，蒸煮時(shí)間太長(zhǎng)可溶性的果膠有可能水解為低聚糖了。

2.1.4 濃縮溫度對(duì)向日葵盤中果膠產(chǎn)量的影響。蒸煮溫度85 ℃，pH 為1.5，比較濃縮溫度分別為 60、65、70、75、80、85℃時(shí)對(duì)果膠產(chǎn)率的影響及果膠提取率，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同濃縮溫度對(duì)果膠提取率的影響

由圖4可見，隨著濃縮溫度的提高，果膠提取率逐漸增加，增加到一定的溫度果膠含量又降低。當(dāng)濃度溫度為70℃時(shí)果膠百分含量最高，濃縮溫度太高會(huì)破壞果膠的結(jié)構(gòu)。

2.1.5 乙醇用量對(duì)向日葵盤中果膠產(chǎn)量的影響。比較乙醇用量分別為40、45、50、55、60、65、70、75 ml時(shí)對(duì)果膠產(chǎn)率的影響及果膠提取率，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同乙醇用量對(duì)果膠提取率的影響

由圖5可知，乙醇用量為65 ml時(shí)，向日葵盤中果膠提取率達(dá)到最高值。

2.2 固原向日葵盤果膠制品的理化性質(zhì) 對(duì)固原向日葵盤中提取的果膠制品的理化性質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)，結(jié)果見表1。參照QB2484－2000國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［9］，固原向日葵盤中提取的果膠制品的各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

表1 果膠制品質(zhì)量特性

3 討論

該試驗(yàn)采用酸提取法以蒸煮的形式提取向日葵盤中的果膠。通過試驗(yàn)得知，向日葵盤中果膠的最佳提取工藝條件為蒸煮2 h、蒸煮溫度為85℃、濃縮溫度為70℃、提取液pH 1.5、乙醇用量為65 ml，在此條件下果膠的提取率可達(dá)16%左右。試驗(yàn)確定的果膠提取工藝條件是可行的，果膠質(zhì)量是符合相關(guān)要求的。

經(jīng)理化檢驗(yàn)，果膠制品的總半乳糖醛酸含量為68.37%，干燥失重為7.64%，總灰分5.13%，鹽酸不溶物0.93%，pH 2.18。該試驗(yàn)方法獲得的果膠提取得率高，品質(zhì)基本符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

［1］鄭志花，曹端林，李永祥.用微波加熱技術(shù)從向日葵盤中提取果膠［J］.華北工學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，24(4):300 －302.

［2］田繼武，劉朝良，朱保建，等.桑枝皮中果膠的提取工藝優(yōu)化［J］.食品科學(xué)，2011，32(16):22 －26.

［3］涂國(guó)云，王正武，王仲妮.果膠的制備與應(yīng)用［J］.食品與藥品，2007，9(6):50 －56.

［4］WU H J.The situation and outlook of citrus processing industry in China［C］.Beijing:China/FAO Citrus Symposium，2001.

［5］TEIKO M J.Citrus juice production and fresh market extension technologies［C］.Beijing:China/FAO Citrus Symposium，2001.

［6］單楊.中國(guó)柑橘工業(yè)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)與對(duì)策［J］.中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2008，8(1):1 －8.

［7］潘小芳，黃慰生，胡東紅.永春柑桔皮提取果膠的研究［J］.泉州師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2001，19(4):36 －39.

［8］李巧玲.果膠的提?。跩］.食品研究與開發(fā)，2002，23(3):16 －17.

［9］劉蓮芳，柴正榮.QB 2484－2000，食品添加劑果膠［S］.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2000.