代彩玲，王 萍 ，王 靜，王豐豐，李書頡

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院 呼和浩特 010019； 2.通遼市經(jīng)濟作物工作站 內(nèi)蒙古通遼 028000)

果膠（pectin）是一類雜多糖物質，廣泛存在于植物細胞壁中[1]，作為穩(wěn)定劑與膠凝劑被廣泛應用于食品添加劑和化妝品當中[2-3]，且有研究表明果膠在醫(yī)療保健方面有抗癌和抗菌的作用[4-5]。隨著果膠的結構與功能逐漸明確，其應用前景更加精細化與具體化，同時也引起更多科研工作者對果膠的研究[6]。果膠提取原料有限，目前廣泛應用的商業(yè)化果膠提取原料為蘋果皮與柑橘皮[2]。我國雖然果膠資源豐富，但利用率較低，造成了嚴重的資源浪費與經(jīng)濟損失[7]。

籽瓜瓜皮中含10%～20%的果膠[8]，是優(yōu)質的果膠資源。我國為籽瓜主產(chǎn)區(qū)，種植面積與產(chǎn)出量均居世界首位[9]，其中內(nèi)蒙古是籽瓜種植較大的省份[10]，且種植面積在不斷的擴大[11]。但是目前占籽瓜總質量40%～45%的籽瓜瓜皮處理方式普遍以丟棄為主，不僅造成了資源浪費，同時造成了環(huán)境污染，引起農(nóng)田瓜病蟲害[12]。有報道指出籽瓜瓜皮中果膠利用與提取是解決瓜皮廢棄問題的主要途徑之一[13-14]。因此，深入研究籽瓜瓜皮的綜合利用價值具有廣闊的前景[15]。

目前籽瓜果膠提取研究多集中于甘肅、新疆、河北等地區(qū)籽瓜品種的單一提取方法的優(yōu)化，如朱春麗等[16]、安仕豪等[17]優(yōu)化了新疆地區(qū)籽瓜超聲波法提取籽瓜皮果膠的工藝。劉金郎等[18]采用酸提醇析法對甘肅籽瓜皮果膠提取及脫色工藝進行優(yōu)化。筆者首次采用2種提取方法對內(nèi)蒙古地區(qū)代表性籽瓜品種的果膠進行提取并對提取率進行比較分析，以期得到適合內(nèi)蒙古地區(qū)籽瓜瓜皮果膠提取的最佳方法及其最佳工藝，為內(nèi)蒙古地區(qū)籽瓜果膠提取提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

籽用西瓜品種選擇‘內(nèi)蒙古黑中片’（采種自種質來源地），營養(yǎng)缽育苗，2017年5月定植于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學科技園區(qū)實驗基地，采用露地栽培管理，雙蔓整枝，1蔓1瓜，人工套袋授粉，于2017年9月收獲，取瓜皮為試驗材料[19]。

1.2 方法

1.2.1 原料預處理 取新鮮籽瓜皮，洗凈切碎，在95℃水浴鍋中加熱5 min滅酶，于45℃鼓風干燥箱中干燥24 h，將干燥后的瓜皮用萬能粉碎機粉碎至40目（0.425 mm）。

1.2.2 傳統(tǒng)酸解法試驗步驟 稱取籽瓜皮粉10 g，按照1∶30～1∶60的料液比與蒸餾水混合，然后用酸調(diào)節(jié)溶液pH值至1.0～2.5，然后在85～95℃水浴條件下加熱 90～180 min，攪拌萃取，用抽濾裝置過濾，得到含有果膠的濾液。濾液用離心機以轉速3 000 r·min-1離心 15 min，取上清液，旋轉蒸發(fā)至原體積的1/3，用無水乙醇（≥99.7%）沉淀2 h，過濾后繼續(xù)用無水乙醇洗滌沉淀2～3次，將得到的果膠于45℃鼓風干燥箱中干燥14 h，取出稱質量，計算果膠得率。

1.2.3 微波輔助法試驗步驟 稱取籽瓜皮粉10 g，與蒸餾水按1∶30～1∶60的料液比混合，然后用酸調(diào)節(jié)溶液pH值于1.0～2.5，將混合溶液微波加熱4～7 min，功率為500～700 W，然后進行過濾，收集濾液，以3 000 r·min-1轉速離心15 min，取上清液旋轉蒸發(fā)至原體積的1/3，用無水乙醇沉淀2 h，過濾后將沉淀繼續(xù)用無水乙醇洗滌2～3次，將得到的果膠置于45℃鼓風干燥箱中干燥14 h，然后稱質量，計算果膠得率。

1.2.4 萃取劑的選擇 保持其他條件相同，萃取溫度為90℃，pH值為2.0，萃取時間為2 h，料液比1∶15，在 HCl、H2SO3、H2SO4、H3PO4和 HNO3中篩選出高果膠得率萃取劑。

1.2.5 傳統(tǒng)酸解法單因素試驗 a、pH對果膠得率的影響：萃取溫度為90℃，萃取時間為2 h，料液比1∶15，以 H2SO4為萃取劑，在 pH 為 1.0、1.5、2.0、2.5梯度下篩選出高果膠得率pH值。b、料液比對果膠得率的影響：萃取溫度為90℃，萃取時間為2 h，調(diào)節(jié)溶液為a中高果膠得率pH值，在料液比為1∶30、1∶40、1∶50、1∶60 梯度條件下篩選出高果膠得率料液比。c、萃取時間對果膠得率的影響：萃取溫度為90℃，用H2SO4調(diào)節(jié)pH為a中篩選出的最佳值，料液比為b中篩選的最佳值，比較萃取時間為90、120、150、180 min下的果膠得率，從而篩選出最佳萃取時間。d、萃取溫度對果膠得率的影響：H2SO4萃取劑，pH為a中篩選出的最佳值，料液比為b中篩選的最佳值，萃取時間為c中篩選出的最佳值，比較萃取溫度為80、85、90、95℃下的果膠得率，從而篩選出最佳萃取溫度。

1.2.6 傳統(tǒng)酸解法正交試驗 通過單因素試驗，選擇 H2SO4為萃取劑，對萃取溫度（A）、pH 值（B）、萃取時間（C）、料液比（D）采用 L9（34）正交設計[20]，從而進一步優(yōu)化籽瓜皮果膠提取工藝，試驗因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平

1.2.7 微波輔助法單因素試驗 a、pH對果膠得率的影響：料液比為1∶40，微波時間為6 min，微波功率為 600 W，篩選 pH 為 1.0、1.5、2.0、2.5梯度下高果膠得率pH值。b、料液比對果膠得率的影響：微波時間為6 min，微波功率為600 W，pH為a中篩選出的最佳值，比較料液比為 1∶30、1∶40、1∶50、1∶60梯度下果膠得率，從而確定最佳料液比。c、微波時間對果膠得率的影響：微波功率為600 W，pH為a中篩選出的最佳值，料液比為b中篩選出的最佳比值，比較微波時間為4、5、6、7 min條件下果膠得率，從而確定最佳微波時間。d、微波功率對果膠得率的影響：pH為a中篩選出的最佳值，料液比為b中篩選出的最佳比值，微波時間為c中篩選出的最佳值，比較微波功率為500、600、700 W條件下果膠得率，從而確定最佳微波功率。

1.2.8 微波輔助法正交試驗 在前期試驗基礎上，選擇以H2SO4為萃取劑，對料液比（A）、微波功率（B）、微波時間（C）、pH 值（D）采用 L9（34）正交設計，從而進一步優(yōu)化籽瓜皮果膠提取工藝，試驗因素水平見表2。

表2 正交試驗因素水平

2 結果與分析

2.1 最佳萃取劑的選擇

由表3可知，保持相同的提取條件時，選用不同萃取劑，所得果膠得率差異顯著，比較而言，以H2SO4為萃取劑的果膠得率最高，這可能是因為籽瓜皮厚度更大、硬度更強，H2SO4可以更好的起到軟化瓜皮作用，而且可以有效促進原果膠溶解為可溶性果膠。其他酸液提取率低的原因各不相同，鹽酸可能由于揮發(fā)性強，在萃取過程中如果不補充鹽酸，溶液酸性會越來越弱，不利于果膠溶解。而硝酸本身對果膠的溶解性較差，亞硫酸提取籽瓜皮果膠得率最低，并且會有二氧化硫揮發(fā)出來，危害人體。

表3 萃取劑種類對果膠得率的影響

2.2 傳統(tǒng)酸解法工藝優(yōu)化

2.2.1 傳統(tǒng)酸解法單因素試驗 由圖1可知，伴隨pH值的增大，果膠得率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當pH值是1.5時，果膠得率達到最大值。由此可以看出，pH值對果膠得率影響很大，適宜的pH值可以促進果膠的水解，增加得率。但是pH值過低時，酸性太強而導致原果膠水解過度且果膠裂解，使得果膠得率低；pH值過高時，不能充分軟化組織細胞，果膠不能完全溶解，所以果膠得率低。

圖1 pH值對果膠得率的影響

由圖2可知，隨著料液比值的降低，果膠得率呈先升高后降低的趨勢，當料液比是1∶50時，果膠得率最高。料液比的影響主要是通過溶劑的多少來影響果膠的溶解程度的，當料液比太小時，因溶劑太少果膠無法完全析出，使得果膠得率較低；料液比太大時，多余的溶劑不僅造成試劑浪費而且為后續(xù)的濃縮工藝和沉淀過程增加了困難，造成果膠損失增大，從而使得果膠得率有所下降。

圖2 料液比對果膠得率的影響

由圖3可知，隨著萃取時間的延長果膠得率逐漸增大，當萃取時間為120 min時得率達到最大，之后隨著萃取時間的繼續(xù)延長果膠得率持續(xù)下降。在萃取過程中，萃取時間太短果膠不能充分溶解于溶液；萃取時間太長，會使部分析出的果膠進一步水解成果膠酸，從而降低果膠得率。

圖3 萃取時間對果膠得率的影響

由圖4可知，伴隨萃取溫度的增大，果膠得率呈先升高后降低的趨勢，當萃取溫度為90℃時果膠得率最高。這是由于加熱過程中如果溫度太低，果膠不能完全溶解于溶劑，但溫度太高又會造成果膠受熱分解，從而使得率降低。

圖4 萃取溫度對果膠得率的影響

2.2.2 傳統(tǒng)酸解法正交試驗 通過正交試驗（表4）以及利用SPSS 18.0軟件對正交結果進行分析（表5），結果表明，各因素對果膠提取率影響極顯著，且各個因素之間對果膠提取率的影響差異很大，RB＞RD＞RC＞RA，4個因素對果膠提取率的影響程度為pH值＞料液比＞萃取時間＞萃取溫度；傳統(tǒng)酸解法提取籽瓜皮果膠最優(yōu)工藝條件是A2B2C2D1，即萃取溫度為90℃，pH值為1.5，萃取時間為120 min，料液比為 1∶40。

表4 傳統(tǒng)酸解法正交試驗結果

表5 正交試驗方差分析結果

2.3 微波輔助法工藝優(yōu)化

2.3.1 微波輔助法單因素試驗 由圖5可以看出，隨著pH值增大，果膠得率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，pH值為1.5時，果膠得率最高。由圖6可以看出，隨著料液比值的減小，果膠得率呈先增大后減小的趨勢，當料液比為1∶40時，果膠得率最高。由圖7可以看出，在高能量的微波輻射下，隨著微波時間的延長，果膠快速溶解，得率呈先增大后減小的趨勢，當微波時間為6 min時，果膠得率達到最高。由圖8可以看出，隨著微波功率的增大，果膠得率呈先增大后減小的趨勢。這是由于微波輔助法在加熱過程中，伴隨微波功率的增大，果膠不斷從組織細胞中溶出，當微波功率過低時，果膠無法完全溶出造成得率較低，但微波功率過大時高能量的微波會使溶出的果膠分解，從而降低果膠得率。因此最適宜的微波功率為600 W。

圖5 pH值對果膠得率的影響

圖6 料液比對果膠得率的影響

圖7 微波時間對果膠得率的影響

圖8 微波功率對果膠得率的影響

2.3.2 微波輔助法正交試驗 通過正交試驗（表6）以及利用SPSS 18.0軟件對正交結果進行分析（表7）可知，各因素對果膠提取率的影響極顯著，且各個因素之間對果膠提取率的影響差異很大，RD＞RA＞RC＞RB，4個因素對果膠提取率的影響程度為pH值＞料液比＞微波時間＞微波功率；微波輔助法提取籽瓜皮果膠的最佳提取工藝為A3B1C3D1，即料液比為1∶50，微波功率為500 W，微波時間為7 min，pH 值為 1。

表6 微波輔助法正交試驗結果

表7 正交試驗方差分析結果

2.4 傳統(tǒng)酸解法與微波輔助法的比較

按每種方法正交試驗確定的最佳提取工藝條件進行籽瓜皮果膠提取驗證試驗，3組平行試驗取均值，所得結果如表8所示。

表8 傳統(tǒng)酸解法與微波輔助法的比較

由表8可以看出，傳統(tǒng)酸解法與微波輔助法最佳提取工藝下果膠得率差異顯著，采用微波輔助法提取籽瓜皮果膠比傳統(tǒng)酸解法果膠得率提高了27.02%，時間縮短了94.17%。微波輔助法消耗溶劑略多于傳統(tǒng)酸解法，但操作時間短且得率高，大幅度提高了果膠提取效率，從而降低了生產(chǎn)成本。所以，微波輔助法在內(nèi)蒙古籽瓜果膠提取工藝的研究上有更為廣闊的應用前景。

3 討論與結論

對內(nèi)蒙古地區(qū)代表性籽瓜品種‘內(nèi)蒙古黑中片’果膠最佳提取方法的研究得出：通過正交試驗得出傳統(tǒng)酸解法的最佳提取工藝為：pH值為1.5，料液比為1∶40，萃取溫度為90℃，萃取時間為120 min，提取率為15.25%。微波輔助法的最佳提取工藝為：pH值為1，料液比為1∶50，微波功率為500 W，微波時間為7 min，提取率為19.37%。提取籽瓜皮果膠選擇H2SO4為萃取劑效果最佳，而李于善等[21]研究表明，從柑橘皮中提取果膠選擇亞硫酸為萃取劑效果最好，由此可知提取籽瓜皮需要更強的酸性條件，可能由于籽瓜皮比柑橘皮、蘋果皮等果皮厚度更大和硬度更強。各個因素對果膠提取率影響程度不同，pH值影響最大，萃取溫度或者微波功率影響最小。其中料液比通過影響果膠溶解程度以及濃縮工藝來影響果膠得率，這與張雪丹等[22]研究柿果膠提取工藝優(yōu)化中原理一致。

微波輔助法比傳統(tǒng)酸解法果膠得率提高了27.02%，且節(jié)約了94.17%的時間，由此可知微波提取法更適于內(nèi)蒙古地區(qū)籽瓜瓜皮果膠的提取。且在此方法的最佳提取條件下，‘內(nèi)蒙古黑中片’的果膠得率高達19.37%；朱春麗等[16]選用新疆地區(qū)籽瓜瓜皮采用微波輔助法進行果膠提取，得率為13.58%；劉金郎等[18]選擇甘肅籽瓜品種采用傳統(tǒng)酸解法進行瓜皮果膠提取，得率約為10.13%。所以‘內(nèi)蒙古黑中片’與我國其他地區(qū)的籽瓜皮相比，瓜皮果膠含量較高。與水果果皮提取果膠相比，‘內(nèi)蒙古黑中片’的果膠提取率也較高。王福海[23]利用柚子皮進行果膠提取，得率為15.9%。李朋亮等[24]利用鹽析法對蘋果渣進行果膠提取，得率為17%。所以‘內(nèi)蒙古黑中片’籽瓜皮比柚子皮、蘋果渣等原料所提取的果膠得率均高，因此利用籽瓜瓜皮提取果膠是內(nèi)蒙古地區(qū)籽用西瓜副產(chǎn)物開發(fā)利用的一個有效途徑，不僅減少資源浪費，同時可以提高農(nóng)民經(jīng)濟收入。