顧焰波，仇 菲，湯小芳，常曉壘

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

離子交換法提取銀杏殼中果膠工藝研究

顧焰波，仇 菲，湯小芳，常曉壘

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

采用離子交換法對(duì)銀杏殼中果膠進(jìn)行提取。通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)探討了提取過程中各因素對(duì)果膠得率的影響，結(jié)果表明適宜工藝條件為:離子交換樹脂用量7%，pH 2.0，提取溫度85℃，提取時(shí)間2h，料液比1∶20(g∶mL)。在此工藝條件下，果膠得率為4.85%。

離子交換法；銀杏殼；果膠；提取

果膠是一種親水性植物，主要結(jié)合單元為D-毗喃半乳糖醛酸的部分甲酯化的聚合物。果膠具有抗腹瀉、抗癌、治療糖尿病、減肥的功效，是人體七大營養(yǎng)元素中膳食纖維的主要成分，因具有凝膠作用而被作為添加劑廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中[1]，所以在食品、醫(yī)藥和化妝品工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。

銀杏果俗稱生白果，含有多種營養(yǎng)元素，具有益肺氣、治咳喘、止帶蟲、縮小便、護(hù)血管等食療作用和醫(yī)用效果。白果殼作為白果深加工的主要廢棄物，既污染環(huán)境又浪費(fèi)資源，若進(jìn)行提取并加以利用，將可以提高白果加工的經(jīng)濟(jì)效益，是一項(xiàng)極有意義的研究。目前，有關(guān)離子交換法生產(chǎn)果膠已見諸報(bào)道，主要有橙皮[2]、桔皮[3-4]、蘋果渣[5-6]、木瓜皮[7]果膠的提取，但從銀杏殼中提取尚未見報(bào)道。本文采取離子交換法從銀杏殼中提取果膠，并較系統(tǒng)地研究工藝條件，以期為更好地開發(fā)銀杏資源與果膠的研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

銀杏（外購），無水乙醇，95%乙醇，鹽酸，氫氧化鈉（均為分析純）。732型陽離子交換樹脂。

pHS-3C酸度計(jì)，RE-52旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，SHB-Ⅲ真空泵，DHG-9202-3SA電熱鼓風(fēng)干燥箱，XFB-200微型高速粉碎機(jī)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 銀杏殼預(yù)處理

將銀杏殼洗凈，將果殼壓碎，在蒸餾水中浸泡30min（除去雜質(zhì)）。然后在沸水中煮沸3～5min左右（滅酶），瀝干，放入烘箱中烘干，在高速粉碎機(jī)中粉碎成粉末狀。加入100mL 95%乙醇，在60℃的水浴鍋中水浴浸提4h，用布氏漏斗過濾，重復(fù)浸提2次，使之盡可能除去色素。過濾，最后將濾渣放在烘箱中烘干備用。

1.2.2 732型陽離子交換樹脂預(yù)處理

將干的732型陽離子交換樹脂用蒸餾水在磁力攪拌器中攪拌2h，用4倍體積的2mol·L-1的鹽酸溶液在磁力攪拌器中攪拌0.5h，傾去清液，將樹脂洗至中性。再用2mol·L-1的氫氧化鈉溶液在磁力攪拌器中攪拌0.5h，傾去清液，將樹脂洗至中性。最后用2mol·L-1的鹽酸溶液在磁力攪拌器中攪拌0.5h，傾去清液，將樹脂洗至中性，使之轉(zhuǎn)化為氫型樹脂，放在烘箱中（約70℃）烘干備用。

1.2.3 銀杏殼果膠提取方法

1）浸提:準(zhǔn)確稱取1.0000g經(jīng)預(yù)處理的果殼粉末，并稱取一定量的732型氫型樹脂，放在錐形瓶中，用已經(jīng)配置好的2mol·L-1的鹽酸調(diào)節(jié)蒸餾水的酸度，調(diào)節(jié)一定pH值，并以此作為浸提劑，在一定溫度的水浴條件下浸提一定時(shí)間，過濾，濾渣用蒸餾水洗滌2次，濾液即為果膠浸提液。

2）濃縮:將上步所得到的果膠浸提液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上以4∶1的比例進(jìn)行濃縮。

3）冷卻與乙醇沉淀:將濃縮過的果膠濃縮液放在冰箱中冷卻，然后將在冰箱中冷卻后的果膠濃縮液注入到相同體積的已經(jīng)預(yù)冷的無水乙醇中，靜置5h左右，使果膠沉淀析出。

4）過濾與洗滌:將上個(gè)步驟得到的混合物進(jìn)行抽濾，濾渣用95%乙醇洗滌，再進(jìn)行抽濾，最后用無水乙醇洗滌濾渣并進(jìn)行抽濾，得到濾渣。

5）干燥與稱重:將濾渣放在烘箱中烘干至恒重。稱重，計(jì)算得率。

2 結(jié)果與分析

2.1 離子交換樹脂用量的確定

稱取5份銀杏殼粉末，每份1.0000g，分別加入不同用量的732型氫型樹脂（占銀杏殼粉末重，下同），在相同條件下（料液比1g∶20mL，pH 2.0，溫度85℃，時(shí)間2h），提取果膠，結(jié)果見圖1。

圖1 樹脂用量對(duì)果膠得率的影響Fig.1 Effects of the amount of resin on pectin yield

由圖1可知，在上述條件下，當(dāng)樹脂用量小于7%時(shí)，隨著樹脂用量增加，果膠提取量明顯增加，當(dāng)樹脂用量大于7%時(shí)，隨著樹脂用量的增加，果膠提取量變化不明顯。這是由于732型氫型樹脂上H+能與銀杏殼中的Ca2+等多價(jià)陽離子發(fā)生交換，使Ca2+等多價(jià)陽離子交換到樹脂上，解除了Ca2+等多價(jià)陽離子對(duì)果膠的束縛，從而加速了原果膠的溶解，提高了果膠的產(chǎn)量。離子交換樹脂法與傳統(tǒng)的酸提取法相比較，果膠產(chǎn)量明顯提高[8]。當(dāng)樹脂用量較低時(shí)，Ca2+等多價(jià)陽離子沒有完全交換出來，果膠水解不徹底，果膠產(chǎn)量相對(duì)較低，當(dāng)樹脂用量為7%時(shí)，Ca2+等多價(jià)陽離子基本被全部交換出來了，再增加樹脂的用量，果膠產(chǎn)量也不會(huì)提高。所以，從成本方面考慮，選擇7%的樹脂用量為宜。

2.2 離子交換法提取果膠的影響因素

按7%的樹脂用量，提取銀杏殼中果膠，通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)，對(duì)料液比、浸提時(shí)間、浸提溫度、pH值影響因素進(jìn)行了研究。

2.2.1 單因素試驗(yàn)

2.2.1.1 料液比對(duì)果膠得率的影響

稱取5份銀杏殼粉末，每份1.0000g，在相同條件下（pH 2.0，溫度85℃，時(shí)間2h），提取果膠，調(diào)節(jié)不同料液比提取果膠，結(jié)果見圖2。

圖2 料液比對(duì)果膠得率的影響Fig.2 Effects of material-liquid ratio on pectin yield

由圖2可知，當(dāng)料液比小于1g∶20mL時(shí)，隨著料液比的增大，果膠得率明顯增加，當(dāng)料液比為1g∶20mL時(shí)，果膠得率達(dá)到最大值，再增加料液比，果膠得率呈下降趨勢(shì)。這是由于料液比過小時(shí)，難以保證原料中的果膠全部轉(zhuǎn)移到溶液中，溶液中含有的果膠濃度低，醇析后轉(zhuǎn)化成果膠的量相應(yīng)降低，且料液比過小，溶液黏度大、過濾困難，造成提取不完全，提取量低；料液比過大時(shí)，提取出來的果膠質(zhì)在溶液中的含量太低，過濾容易，但是沉淀消耗的乙醇量大，沉淀效果不理想。因此，料液比為1g∶20mL時(shí)，果膠提取效果較佳。

2.2.1.2 浸提時(shí)間對(duì)果膠得率的影響稱取5份銀杏殼粉末，每份1.0000g，在相同條件下（料液比1g∶20mL，pH 2.0，溫度85℃），調(diào)節(jié)不同浸提時(shí)間浸提果膠，結(jié)果見圖3。由圖3可知，當(dāng)浸提時(shí)間小于2h時(shí)，隨著浸提時(shí)間的增大，果膠得率明顯增加，當(dāng)浸提時(shí)間為2h時(shí)，果膠得率達(dá)到最大，再增加浸提時(shí)間，果膠得率呈下降趨勢(shì)。這可能是由于浸提時(shí)間過短，會(huì)導(dǎo)致果膠水解不完全，提取率低；浸提時(shí)間過長，會(huì)使果膠水解過度，果膠脫脂裂解，且色澤變深，影響果膠質(zhì)量。所以，浸提時(shí)間為2h時(shí)，果膠提取效果較佳。

圖3 浸提時(shí)間比對(duì)果膠得率的影響Fig.3 Effects of extraction time on pectin yield

2.2.1.3 浸提溫度對(duì)果膠得率的影響

稱取5份銀杏殼粉末，每份1.0000g，在相同條件下（料液比1g∶20mL，pH 2.0，時(shí)間2h），調(diào)節(jié)不同浸提溫度浸提果膠，結(jié)果見圖4。

圖4 浸提溫度比對(duì)果膠得率的影響Fig.4 Effects of extraction temperature on pectin yield

由圖4可知，當(dāng)浸提溫度小于85℃時(shí)，隨著浸提溫度的增大，果膠得率明顯增加，當(dāng)浸提溫度為85℃時(shí)，果膠得率達(dá)到最大值，再增加浸提溫度，果膠得率變化不明顯，但果膠色澤加深，質(zhì)量下降。這可能是由于溫度升高，有利于果膠的水解溶出，果膠提取量相應(yīng)增加。當(dāng)溫度過高時(shí)，可能會(huì)引起果膠自身結(jié)構(gòu)的破壞，并降低果膠的膠凝能力，從而使果膠產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)，且溫度過高，導(dǎo)致果膠色澤加深，質(zhì)量下降。所以，浸提溫度為85℃時(shí)，果膠提取效果較佳。

2.2.1.4 pH值對(duì)果膠得率的影響

稱取5份銀杏殼粉末，每份1.0000g，在相同條件下（料液比1g∶20mL，溫度85℃，時(shí)間2h），調(diào)節(jié)不同pH值浸提果膠，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，當(dāng)pH值小于1.5時(shí)，隨著pH值的增大，果膠得率增大，當(dāng)pH值增至1.5與2.0時(shí)，果膠得率達(dá)到較佳值，再增加pH值，果膠得率呈下降趨勢(shì)。pH值過低，果膠水解過度，易使果膠脫脂裂解，提取率降低，且副反應(yīng)增多，影響了果膠的質(zhì)量；pH值過高，原果膠的水解程度弱，生成果膠量低，提取率降低。所以，pH值為1.5與2.0時(shí)，果膠提取效果較佳。

圖5 pH值對(duì)果膠得率的影響Fig.5 Effects of pH value on pectin yield

2.2.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)以上單因素實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果，進(jìn)行正交試驗(yàn)研究，結(jié)果見表1。

表1 正交試驗(yàn)結(jié)果Table1 Results of orthogonal test

由表1可知，R(浸提溫度) ＞R(pH值)＞R(料液比) ＞R(浸提時(shí)間)，說明4因素對(duì)果膠得率的影響順序?yàn)?浸提溫度＞pH值＞料液比＞浸提時(shí)間，浸提溫度對(duì)果膠得率影響最大。并確定試驗(yàn)的最優(yōu)條件為A2B2C2D2，即:料液比1g∶20mL，溫度85℃，pH 2.0，時(shí)間2.0h，此參數(shù)下的果膠得率最好。按此最佳組合做平行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定果膠平均得率得 率為4.85%。

3 結(jié)論

通過離子交換法從銀杏殼中提取果膠試驗(yàn)表明，交換樹脂適宜用量為7%，從單因素試驗(yàn)可知，液料比為1g∶20mL，浸提時(shí)間為2h，浸提溫度為85℃，pH值為1.5～2.0時(shí)，果膠提取效果較好。并在此基礎(chǔ)上，用正交試驗(yàn)法對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳優(yōu)化條件為:pH 2.0，溫度85℃，時(shí)間2h，料液比1g∶20mL，此時(shí)果膠得率為4.85%。研究結(jié)果表明，用離子交換法提取銀杏果殼中果膠，其得率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的酸提取法。因此，采用本工藝提取果膠，具有較好的應(yīng)用前景。

[1] 周仲實(shí).膜分離技術(shù)在果膠中的應(yīng)用[J].食品工業(yè)科技，2003，24(2):51-55.

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Extraction of Pectin from Ginkgo Biloba L. Shells by Ion-exchange Method

GU Yan-bo, QIU Fei, TANG Xiao-fang, CHANG Xiao-lei
(Taizhou Institute of Science and Technology, NJUST, Taizhou 225300, China)

The pectin of ginkgo biloba L. shells were extracted by ion-exchange method. The inf uent of single factors and orthogonal tests on the yield of pectin were studied. The results showed that the appropriate technical conditions were as followed: cation exchange resins 7%, pH 2.0, the extraction temperature 85℃, the extraction time 2h，the ratio of material to extraction solution 1g/20mL. Under the process conditions, the extract yield of pectin was 4.85%.

ion- exchange method; ginkgo biloba L. shells; pectin; extraction

TS 255

A

1671-9905(2015)05-0012-04

泰州市科技支撐社會(huì)發(fā)展計(jì)劃（指導(dǎo)性）項(xiàng)目；南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院化工學(xué)院“夢(mèng)蘭神彩”大學(xué)生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目

顧焰波(1982-)，男，江蘇如東人，碩士，講師，主要研究方向:精細(xì)化工和化工分離研究。E-mail:ybg8209@163.com

2015-02-04