曹東，黎星辰，唐靜，李秋萍，林秀泉，安都，林洪斌*

（西華大學(xué)生物工程學(xué)院，四川成都610039）

檸檬果渣果膠提取工藝研究

曹東，黎星辰，唐靜，李秋萍，林秀泉，安都，林洪斌*

（西華大學(xué)生物工程學(xué)院，四川成都610039）

研究以檸檬果渣為主要原料提取果膠的最佳工藝條件，采用微波輔助酸法提取檸檬果膠。通過(guò)單因素試驗(yàn)研究萃取劑、微波加熱時(shí)間、加熱功率、pH及料液比對(duì)果膠提取率的影響。再通過(guò)正交試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化提取條件，得出影響果膠提取率的因素的主次順序?yàn)槲⒉訜釙r(shí)間＞pH＞微波加熱功率＞料液比。最終確定了提取果膠的最佳工藝為選用鹽酸溶液作為萃取劑，微波加熱時(shí)間2 min，pH值為2.0，微波加熱功率480 W，料液比1∶30（g∶mL），其提取率為27.96%。

檸檬渣；果膠；乙醇；微波

果膠是淺白色或淺黃色的粉末狀物質(zhì)，廣泛存在于果實(shí)、蔬菜中，能直接影響植物組織的完整性和堅(jiān)實(shí)度，也是可溶性膳食纖維的主要成分。果膠是一種天然多糖類高分子化合物，其分子的主鏈?zhǔn)怯?50～500個(gè)D-半乳糖醛酸通過(guò)α-1,4糖苷鍵連接而成的，在主鏈中相隔一定距離含有α-L-鼠李呲喃糖基側(cè)鏈，因此果膠的分子結(jié)構(gòu)由均勻區(qū)與毛發(fā)區(qū)組成[1-3]。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，人們對(duì)于健康的要求越來(lái)越高，果膠作為膠凝劑、增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑、增香增效劑等廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域[4-5]，除此之外，在化妝、醫(yī)藥、紡織業(yè)及微生物等領(lǐng)域也有所應(yīng)用[6-11]。果膠原料的來(lái)源非常廣泛且需求量大，目前具有提取價(jià)值的是蘋果渣和柑橘類果皮中的果膠[12-14]，雖然從檸檬果渣中提取的果膠性能好、色澤佳，檸檬果渣中的果膠含量達(dá)30%，但國(guó)內(nèi)高效制備果膠的工藝并不成熟。傳統(tǒng)制備工藝是酸法提取，這一方法雖然操作簡(jiǎn)單，但化學(xué)試劑用量大，廢棄液對(duì)環(huán)境造成的污染較大且需要在較高溫度條件下提取，存在一定的安全隱患且制備成本高經(jīng)濟(jì)效益低[15]。本試驗(yàn)以檸檬渣為原料，通過(guò)單因素試驗(yàn)研究了萃取劑、微波加熱功率、微波加熱時(shí)間、pH值、料液比對(duì)果膠提取率的影響，再采用正交試驗(yàn)確定最佳工藝條件，為檸檬果渣的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮檸檬（安岳尤力克）：購(gòu)于當(dāng)?shù)厝巳藰?lè)超市；體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇、鹽酸、硫酸、草酸（分析純）：成都科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9075A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、DHP-9052型電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海益恒實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；PHS-3C型酸度計(jì)：方舟科技有限公司；MAS-II型常壓微波合成/萃取工作站：上海新儀微波化學(xué)有限公司；HL-2033型多功能食品粉碎機(jī)：上海鼎廣機(jī)械設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原材料預(yù)處理

削去檸檬的外皮，并將得到的檸檬果渣（剝下檸檬的中果皮即為檸檬渣）煮沸滅酶，再用去離子水漂洗至漂洗液無(wú)色，然后置于75℃烘箱中烘干，將烘干后的產(chǎn)品置于多功能食品粉碎機(jī)中粉碎，將得到檸檬果渣粉末備用。

1.3.2 檸檬果渣果膠提取工藝流程及操作要點(diǎn)

檸檬果渣→滅酶→漂洗至無(wú)色→烘干→粉碎→加去離子水并調(diào)pH→微波加熱→趁熱過(guò)濾→二次提取→真空濃縮→快速冷卻→乙醇沉析→干燥→稱質(zhì)量

趁熱過(guò)濾、二次提?。簩⒓訜岷蟮乃嵋撼脽嵊?層紗布趁熱過(guò)濾，濾渣進(jìn)行二次提取后再用循環(huán)式真空泵抽濾，合并濾液，得到半透明狀果膠粗提液。

濾液真空濃縮：將果膠粗提液倒入圓底燒瓶中，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。溫度控制在60～70℃。若不經(jīng)濃縮而直接用乙醇沉析，會(huì)造成乙醇用量過(guò)大，提高經(jīng)濟(jì)成本，降低工業(yè)可行性。

快速冷卻：將濃縮后的樣液迅速冷卻，較高的溫度會(huì)使果膠濃縮液發(fā)生酯化反應(yīng)從而影響果膠得率。若快速冷卻還可減少提取液的用量，降低成本。

1.3.3 檸檬果渣果膠提取單因素試驗(yàn)

分別改變萃取劑、微波加熱時(shí)間、微波加熱功率、pH值以及料液比探求其對(duì)果膠提取率的影響。

1.3.4 檸檬果渣果膠提取正交試驗(yàn)

在對(duì)提取時(shí)萃取劑的選擇、微波加熱時(shí)間、加熱功率、pH值和料液比5個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取微波加熱時(shí)間、加熱功率、pH值和料液比為影響因素，以檸檬果渣果膠提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定檸檬果渣果膠的最佳提取條件。

1.3.5 檸檬果渣果膠提取率

檸檬果渣果膠提取率的測(cè)定采用重量法，果膠提取率的計(jì)算公式：

式中：P為果膠提取率，%；m為提取得到的果膠的質(zhì)量，g；W為樣品檸檬果渣的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 萃取劑對(duì)果膠提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5份3g檸檬渣粉末于三角瓶中，以1∶25（g∶mL）的料液比加入去離子水，分別用鹽酸+草酸（1∶1、1.5∶1、2∶1）、鹽酸、硫酸調(diào)節(jié)pH值至2.0，微波功率480 W條件下加熱4 min，取出過(guò)濾后趁熱抽濾，濾渣再進(jìn)行2次提取，收集濾液用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇沉淀，靜置45 min后，抽濾、收集濾渣，烘干至質(zhì)量恒定，計(jì)算檸檬果渣的果膠提取率。

由圖1可知，混合酸作為萃取劑時(shí)，隨著鹽酸比例增大，果膠提取率相應(yīng)增加，可能的原因是提取溶液的極性會(huì)在一定程度上影響原溶性果膠變?yōu)樗苄怨z的量。以鹽酸和硫酸分別提取時(shí)效果較好，但由硫酸提取果膠時(shí)其最終產(chǎn)品呈黃色，其感官質(zhì)量不如鹽酸好。因此，在試驗(yàn)中采用鹽酸溶液作為萃取劑。

2.1.2 微波加熱時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5份3g經(jīng)預(yù)處理的檸檬渣粉末，以1∶25（g∶mL）的料液比加入去離子水，分別用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2.0，微波功率480 W條件下分別加熱2 min、3 min、4 min、5 min、6 min，取出后用8層紗布過(guò)濾再趁熱抽濾，濾渣進(jìn)行二次提取，收集濾液用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇沉淀，靜置45 min后，抽濾，收集濾渣，烘干至質(zhì)量恒定，計(jì)算檸檬渣果膠的提取率，結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，在特定的加熱功率下，當(dāng)加熱時(shí)間較短時(shí)，原料溫度不高，檸檬渣中的原果膠不能得到充分的水解，隨著加熱時(shí)間的增加，上升至合適的溫度時(shí)，檸檬渣中果膠質(zhì)得到充分水解，果膠提取率逐漸提高。當(dāng)達(dá)到最大提取率后，若加熱時(shí)間不斷延長(zhǎng)，溶液中的果膠質(zhì)在較高溫度的酸性條件下發(fā)生降解，產(chǎn)率也隨之下降，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)加熱時(shí)間為4 min時(shí)，果膠有最大提取率。

2.1.3 微波加熱功率對(duì)果膠提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5份3 g經(jīng)預(yù)處理的檸檬果渣，以1∶25（g∶mL）的料液比加入去離子水，分別用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2.0，在微波功率分別為320W、400W、480W、560W、640W的條件下加熱4 min，取出用8層紗布過(guò)濾再趁熱抽濾，濾渣進(jìn)行二次提取，收集濾液用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇沉淀，靜置45 min后，抽濾，收集濾渣，烘干至質(zhì)量恒定，計(jì)算檸檬果渣果膠的提取率，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可知，當(dāng)微波輻射功率較低時(shí)，萃取液的溫度較低，原果膠不能完全轉(zhuǎn)為水溶性果膠溶于水中，果膠提取率低。隨著微波輻射功率的提高，檸檬渣中的不溶性果膠質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)化為可溶性果膠，產(chǎn)率隨之上升。但微波功率過(guò)高時(shí)，檸檬渣果膠分子發(fā)生解聚，從而使果膠的產(chǎn)率迅速下降。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)加熱功率為480 W時(shí)提取率最高。

2.1.4 pH值對(duì)果膠提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5份3 g經(jīng)預(yù)處理的檸檬果渣粉末，以1∶25（g∶mL）的料液比加入去離子水，分別用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至1.6、1.8、2.0、2.2、2.4，微波功率480 W條件下加熱4 min，取出用8層紗布過(guò)濾后趁熱抽濾，濾渣進(jìn)行二次提取，收集濾液用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇沉淀，靜置45 min后，抽濾，收集濾渣，烘干至質(zhì)量恒定，計(jì)算檸檬果渣果膠的提取率，結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，當(dāng)pH過(guò)低時(shí)，溶液極性較強(qiáng)，對(duì)果膠分子甙鍵及酯鍵破壞大，使果膠發(fā)生解聚導(dǎo)致產(chǎn)率下降；隨著pH的上升，在酸性條件下，逐漸將原果膠轉(zhuǎn)化成水溶性果膠，使果膠從檸檬渣中轉(zhuǎn)移到水相當(dāng)中，形成果膠水溶液，果膠提取率依次緩慢上升，當(dāng)pH值為2.0時(shí)，提取率最大，若繼續(xù)提高pH值，原果膠不能完全轉(zhuǎn)變成水溶性從而使果膠提取率呈下降趨勢(shì)。

2.1.5 料液比對(duì)果膠提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5份3 g經(jīng)預(yù)處理的檸檬渣粉末，以1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35（g∶mL）的料液比加入去離子水，分別用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2.0，在微波功率為480 W的條件下加熱4 min，取出用8層紗布過(guò)濾，趁熱抽濾，濾渣進(jìn)行二次提取，收集濾液用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇沉淀，靜置45 min后，抽濾，收集濾渣，烘干至質(zhì)量恒定，計(jì)算檸檬果渣果膠的提取率，結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可知，隨著液料比的增加，檸檬果渣果膠的提取率不斷增加；當(dāng)液料比達(dá)到1∶25（g∶mL）時(shí)提取率最高；而繼續(xù)增加液料比時(shí)，檸檬果渣果膠的提取率開(kāi)始下降，因此1∶25（g∶mL）為適宜的液料比。

2.2 提取條件優(yōu)化正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)提取果膠的基礎(chǔ)上，確定影響果膠提取率的因素主要有微波處理時(shí)間、微波加熱時(shí)間、pH值、料液比，以果膠提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，提取條件優(yōu)化正交試驗(yàn)的因素與水平見(jiàn)表1，正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見(jiàn)表2，方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。

極差是反映該因素水平變動(dòng)時(shí)總指標(biāo)的變化，數(shù)據(jù)的直觀分析是通過(guò)極差的大小來(lái)評(píng)價(jià)各因素對(duì)指標(biāo)的影響大小。極差越大，該因素水平變動(dòng)時(shí)總指標(biāo)的變化越大[16]。由表2可知，影響微波結(jié)合酸法提取果膠的因素的主次順序?yàn)榧訜釙r(shí)間＞pH值＞料液比＞加熱功率。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，A1B2C2D3提取效果最好，在該條件下進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，計(jì)算果膠提取率，結(jié)果取平均值，得出平均提取率為27.96%。因此，試驗(yàn)的最佳條件為選鹽酸作為萃取劑，pH值為2.0、加熱時(shí)間2 min、加熱功率480 W、料液比1∶30（g∶mL）。在此最佳條件下，果膠的提取率為27.96%。由方差分析（表3）可知，加熱時(shí)間對(duì)果膠的提取率有顯著影響。

3 結(jié)論

以檸檬渣為提取原料，采用以酸提取為基礎(chǔ)結(jié)合微波輔助最后以乙醇沉淀的方法提取檸檬果膠。通過(guò)單因素及正交試驗(yàn)，得到檸檬果渣果膠提取的最佳工藝為選用鹽酸溶液作為萃取劑，微波加熱時(shí)間2 min，pH值為2.0，微波加熱功率480 W，料液比1∶30（g∶mL），其提取率為27.96%；并且可知微波加熱時(shí)間是影響果膠提取率的主要因素。與傳統(tǒng)酸法提取的果膠相比，微波輔助酸法成本較低、耗能少，所提取的果膠具有顏色較好、品質(zhì)高和提取率較高等特點(diǎn)，可為檸檬的綜合利用提供理論參考依據(jù)。

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CAO Dong,LI Xingchen,TANG Jing,LI Qiuping,LIN Xiuquan,AN Du,LIN Hongbin*

(School of Bioengineering,Xihua University,Chengdu 610039,China)

Using lemon pomace as main material,the pectin extraction technology was optimized by microwave assisted acid method.The effect of extraction agent,microwave heating time,power,pH and solid-liquid ratio on pectin extraction rate was investigated by single factor experiments. The effect of the four factors on pectin extraction rate in order was microwave heating time,pH,microwave heating power,and solid-liquid ratio.The optimal condition was hydrochloric acid solution as extraction agent,microwave heating time 4 min,pH 2.0,microwave heating power 480 W and solid-liquid ratio 1∶30(g∶ml).Under this condition,the pectin extraction rate was 27.96%.

lemon pomace;pectin;ethanol;microwave

Q539+.8

A

0254-5071（2015）04-0128-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.04.029

2015-03-12

四川省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201410623055）

曹東（1991-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称芳庸ぁ?/p>

*通訊作者：林洪斌（1985-），男，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)槭称钒踩?/p>