廖立敏，李建鳳（1.“果類廢棄物資源化”四川省高等學校重點實驗室，四川內(nèi)江641100；.內(nèi)江師范學院化學化工學院，四川內(nèi)江641100）

超聲波輔助提取夏橙皮渣果膠研究

廖立敏1,2，李建鳳2
（1.“果類廢棄物資源化”四川省高等學校重點實驗室，四川內(nèi)江641100；2.內(nèi)江師范學院化學化工學院，四川內(nèi)江641100）

以干燥的夏橙皮渣為原料，先用復合磷酸鹽堿性溶液浸泡24 h，采用超聲波輔助提取法對果膠進行了提取。以果膠提取率為考察指標，研究了鹽酸濃度、液料比、水解溫度、水解時間、超聲波處理時間對果膠提取的影響。結(jié)果表明，鹽酸濃度為0.15mol/L、液料比為30mL/g、水解溫度為70℃、水解時間為30min、超聲波處理時間為40min時，果膠提取率高達20.67%，試驗重現(xiàn)性好。

夏橙皮；磷酸鹽；正交試驗；果膠；超聲波輔助提取

柑橘類水果是中國盛產(chǎn)的水果品種之一，柑橘資源豐富、品種繁多優(yōu)良，夏橙是柑橘類水果之一。柑橘在中國分布范圍廣，全國近20個?。ㄊ?、自治區(qū)）生產(chǎn)柑橘。在我國柑橘類水果的主要產(chǎn)地四川，柑橘類水果種植面積達270 000余hm2。柑橘類水果在四川內(nèi)江地區(qū)種植廣泛，以柑橘類水果為原料的果汁企業(yè)每年產(chǎn)生大量的果皮渣，傳統(tǒng)的處理方法是將其直接進行丟棄、填埋或小部分加工成飼料，造成了極大的資源浪費，給當?shù)丨h(huán)境帶來了負面影響。柑橘類果皮渣中含有精油［1-2］、色素［3］、苦素［4］、黃酮［5-6］、果膠［7］等物質(zhì)，果膠含量較為豐富。果膠屬于植物多糖類物質(zhì)，可以用于食品、藥品等行業(yè)，提取柑橘類果皮渣中的果膠將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟價值。目前，從天然產(chǎn)物中提取果膠的方法主要有酸提取法［8］、堿提取法［9］、酶法［10］、微波法［11］、超聲波輔助提取法［12］等。由于超聲波輔助提取具有條件溫和、實驗設(shè)備簡單、提取快速等優(yōu)點，本文采用堿性復合磷酸鹽溶液對夏橙皮渣原料進行預處理，以鹽酸溶液為提取溶劑、超聲波為提取能量對夏橙皮渣中的果膠進行提取研究，對于柑橘類果皮渣資源化利用具有一定的參考價值。

1　材料與方法

1.1儀器與試劑

6202高速粉碎機：北京錕捷玉誠機械設(shè)備有限公司；BT323S電子分析天平：北京市賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；KQ-400KDB型高功率數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；DZF-I型真空干燥箱：北京市永光明醫(yī)療儀器廠。復合磷酸鹽（質(zhì)量比）：2%的磷酸鈉、0.9%的磷酸氫二鈉、0.3%的焦磷酸鈉、0.6%的六偏磷酸鈉；鹽酸；無水乙醇；夏橙：產(chǎn)自四川內(nèi)江。

1.2方法

1.2.1夏橙皮渣果膠的提取及提取率的計算

新鮮夏橙洗凈，取皮，沸水中煮5 min～10 min，擠干放入烘箱中以60℃干燥至恒重，用中藥粉碎機粉碎，過篩取60目～40目粉末備用。稱取5 g夏橙皮粉，加復合磷酸鹽溶液剛好淹沒所有原料即可，浸泡靜置預處理24 h，清水沖洗，過濾。原料置于燒杯，加入一定體積及濃度的鹽酸水解液，在一定溫度下水解一定時間，取出400 W超聲波處理一定時間。4層紗布過慮收集濾液，濾渣用少量蒸餾水洗滌，合并濾液得果膠提取液。適當濃縮后加等體積無水乙醇并攪拌，得沉淀。抽濾，60℃烘干，得果膠粗品。提取率/%=干果膠粗品質(zhì)量/夏橙皮粉質(zhì)量×100。

1.2.2夏橙皮渣果膠提取的單因素及正交試驗

以鹽酸濃度為0.10 mol/L、液料比為30 mL/g、水解溫度為70℃、水解時間為30 min、超聲波處理時間為40 min為基礎(chǔ)，在固定其它試驗條件下，改變其中一個試驗因素，按試驗方法進行單因素試驗。

在前期的單因素探索試驗的基礎(chǔ)上，對鹽酸濃度、液料比、水解溫度、水解時間、超聲波處理時間這五個因素進一步細化選點優(yōu)化提取工藝，選用L16（45）正交表安排試驗，因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1　Factors and levels of orthogonal experiments

2　結(jié)果與討論

2.1單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1鹽酸濃度對提取效果的影響

其它條件固定，鹽酸濃度為0、0.1、0.2、0.3、0.4 mol/L時，果膠實際收率見圖1。

圖1　鹽酸濃度對提取效果的影響Fig.1　Effect of hydrochloric acid concentration on the extraction

從圖1可以看出果膠實際收率隨著鹽酸濃度的增大而增大，說明低pH有利于果膠水解。但是當酸的濃度達0.20 mol/L之后，繼續(xù)增大濃度，果膠實際產(chǎn)率反而略微下降，這可能是因為pH值過低，果膠水解過于強烈，易水解成果膠酸，果膠的膠凝度會降低，使得果膠實際收率略微下降。因此基本確定最佳鹽酸濃度為0.20 mol/L左右。

2.1.2液料比對提取效果的影響

圖2　液料比對提取效果的影響Fig.2　Effect of liquid-solid ratio on the extraction

其它條件固定，液料比為10、20、30、40、50 mL/g時，果膠實際收率見圖2。從圖可以看出起初提取液體積的增加使得果膠的實際收率上升，果膠的實際收率達到最大時的液料比為30 mL/g。液料比太小，細胞內(nèi)外濃度差不大，果膠不易溶出。液料比過大可能導致其他物質(zhì)也過多溶出，從而影響果膠的溶出。從試驗結(jié)果可以基本確定最佳液料比為30 mL/g左右。

2.1.3水解溫度對提取效果的影響

其它條件固定，水解溫度為50、60、70、80、90℃時，果膠實際收率見圖3。

圖3　水解溫度對提取效果的影響Fig.3　Effect of hydrolysis temperature on the extraction

從圖3可以看出在低溫區(qū)果膠收率隨溫度的升高而增大，當超過最大值后繼續(xù)升高溫度果膠收率降低。溫度主要影響分子運動速度，水解溫度太低，可能使得果膠質(zhì)水化溶出不夠而影響產(chǎn)率，但溫度過高一是試驗操作不方便，另外果膠也可能會降解，降低果膠實際收率。從試驗結(jié)果可以基本確定最佳最佳水解溫度為70℃左右。

2.1.4水解時間對提取效果的影響

其它條件固定，水解時間為10、30、50、70、90 min時，果膠實際收率見圖4。水解時間影響水解的程度，從圖4可以看出水解時間為30 min時果膠實際收率最大，基本確定最佳最佳水解時間為30 min左右。

2.1.5超聲波處理時間對提取效果的影響

其它條件固定，超聲波處理時間為10、30、50、70、 90 min時，果膠實際收率見圖5。

圖4 水解時間對提取效果的影響Fig.4　Effect of hydrolysis time on the extraction

圖5超聲波處理時間對提取效果的影響Fig.5　Effect of ultrasonic treatment time on the extraction

在超聲波功率一定時，超聲波處理時間決定物料接受超聲波輻射的劑量，表現(xiàn)出隨著超聲處理時間的延長果膠實際收率上升，在30 min時提取率接近最大。基本確定最佳處理時間為30 min左右。

2.2正交試驗結(jié)果與分析

選用五因素四水平正交表安排試驗，考察鹽酸濃度、液料比、水解溫度、水解時間、超聲波處理時間對果膠提取率的影響，在單因素試驗初步確定的最佳試驗條件周圍進一步細化選點，正交設(shè)計試驗安排及試驗結(jié)果見表2。

將表2數(shù)據(jù)進行處理，極差分析結(jié)果見表3。

由正交試驗結(jié)果與極差分析表可知，影響果膠實際收率的因素強弱順序依次為C＞B＞A＞E＞D，優(yōu)組合為A3B3C3D2E4。鹽酸濃度主要影響水解速度及水解完成的程度，太小水解速度慢，水解不充分；而鹽酸濃度太大，水解過于劇烈對果膠實際收率也不利，因此鹽酸濃度為0.15 mol/L是合適的。液料比主要影響有效成分擴散速度計平衡時細胞內(nèi)殘留濃度，液料比太小提取速度慢、提取不充分；液料比太大，造成溶劑和能源的浪費，因此液料比為30 mL/g是合適的。水解溫度影響水解速度及水解完成的程度，溫度太低、太高對提取都不利，因此水解溫度為70℃是合適的。水解時間影響水解完成的程度，時間太短水解不充分，時間太長可能導致過度水解，因此水解時間為30 min是合適的。超聲波處理處理時間太短，果膠未完全擴散至溶劑；而時間太長，難以避免部分果膠吸附于殘渣表面，造成實際收率率反而有所降低，并且時間太長造成能源浪費，因此認為超聲波處理時間選取40 min是較合適的。

表2　L16（45）正交試驗安排及結(jié)果Table 2　L16（45）orthogonal experimental design and results

表3極差分析結(jié)果Table 3　Results of range analysis

2.3優(yōu)化與驗證

根據(jù)分析得出果膠提取工藝條件為：鹽酸濃度為0.15 mol/L，液固比為30 mL/g，水解溫度為70℃，水解時間為30 min，超聲波處理時間為40 min。在此條件下重復試驗3次，得到果膠提取率分別為20.61%、20.85%、20.56%，3次提取率平均值為20.67%。在最適條件下提取夏橙皮渣果膠，不僅有高的提取率，而且有較好重現(xiàn)性。

3　結(jié)論

本文通過正交試驗優(yōu)化了復合磷酸鹽預處理后，超聲波輔助提取夏橙皮中果膠類物質(zhì)的工藝。結(jié)果表明應(yīng)用復合磷酸鹽預處理夏橙皮渣，然后經(jīng)超聲波輔助提取果膠，果膠的提取率高。本研究提取的果膠粗品仍然含有較多雜質(zhì)，有待進一步純化。此法提取果膠操作簡便、成本低廉、適用于工業(yè)化生產(chǎn)。本研究對于柑橘類果皮渣的綜合應(yīng)用具有一定的參考價值。

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Ultrasound-assisted Extraction of Pectin from Summer Orange Peel

LIAO Li-min1，2，LI Jian-feng2
（1.Key Laboratory of Fruit Waste Treatment and Resource Recycling of Sichuan Provincial College，Neijiang 6411900，Sichuan，China；2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang 641100，Sichuan，China）

Dried summer orange peel was adopted as raw materials in the study.After materials were soaked with phosphate solution for 24 h，pectin was extracted through ultrasound-assisted extraction method.The effects of hydrochloric acid concentration，liquid-solid ratio，hydrolysis temperature，hydrolysis time and ultrasonic treatment time on extraction rate of pectin were studied.The results showed that when the hydrochloric acid concentration was 0.15 mol/L，liquid ratio was 30 mL/g，hydrolysis temperature was 70℃，hydrolysis time was 30 min，and ultrasonic treatment time was 40 min，the extraction rate of pectin reached 20.67%and the experimental reproducibility was good.

Summer orange peel；phosphate；orthogonal test；pectin；ultrasound-assisted extraction

2015-09-19

四川省教育廳青年基金項目（13ZB0003）

廖立敏（1981—），男（漢），副教授，碩士，研究方向：果類廢棄物資源化。