酸水解法提取柑橘皮果胶的工艺优化

酸水解法提取柑橘皮果胶的工艺优化

李殿怡; 豆颜雨; 王艺会; 邵美丽; 袁海龙; 李杰

【期刊名称】《《化学与生物工程》》

【年(卷),期】2019(036)010

【总页数】5页(P51-54,68)

【关键词】柑橘皮; 果胶; 酸水解法; 提取工艺; 优化

【作者】李殿怡; 豆颜雨; 王艺会; 邵美丽; 袁海龙; 李杰

【作者单位】南阳理工学院生物与化学工程学院河南南阳 473004

【正文语种】中文

【中图分类】R284.2

随着农业产业化的发展，我国柑橘栽培面积逐年扩大[1-2]。柑橘皮是利用柑橘生

产果汁的副产品，柑橘皮含有丰富的果胶成分，主要是高酯果胶和低酯果胶[3-6]。果胶是一种支链多糖，大多由半乳糖、糖醛酸和阿拉伯聚糖组成。天然果胶主要以原果胶、果胶酸的形态存在于植物的细胞壁和细胞内层，具有将细胞粘合在一起的作用，在各种水果中约占植物纤维的40%[7]。纯果胶外观呈白色至黄褐色，无臭，轻微特异性气味。由于果胶具有很好的凝聚性和乳化稳定性，在食品、医药、日化等行业被广泛应用[8-10]。

果胶的提取方法有酸法[11]、离子交换法[12]、微生物法[13-14]等。近年来，为

提高果胶质量和收率，研究人员努力开发提取新技术，并取得了一定成就[15]。我

国果胶资源丰富，尚未充分开发利用，年产量低且价格昂贵，而目前市场上对高质量果胶的需求量较高。因此，研发操作简单、成本低的果胶提取新工艺是亟待解决的课题[16]。考虑到柑橘皮中存在的钙盐果胶、镁盐果胶均不溶于稀酸液，故在稀酸液中加入适量的六偏磷酸，通过六偏磷酸与Ca2+、Mg2+作用生成络合物发生“屏蔽”，将与其结合的果胶分子游离出来，提高收率[17]。鉴于此，作者采用酸水解法提取柑橘皮果胶，探讨液料比、pH值、提取温度、提取时间等因素对柑橘皮果胶提取率的影响；在此基础上，进行4因素4水平正交实验，对提取工艺进

行优化，以期为提高柑橘资源的附加值提供理论参考[17-18]。

1 实验

1.1 原料、试剂与仪器

柑橘皮。

无水乙醇、乙醚、氢氧化钠、醋酸、氯化钙等均为分析纯。

酸度计，电子天平，恒温水浴锅，离心机，电热恒温鼓风干燥箱等。

1.2 酸水解法提取柑橘皮果胶

工艺流程：原料预处理→酸法提取→浓缩→陈化→煮沸→过滤→95%乙醇洗涤→

干燥→成品。

原料预处理：称取新鲜柑橘皮20 g(干品为8 g)，用清水洗净，放入250 mL烧杯中，加120 mL水，加热至90 ℃，保温5～10 min；冷却后切成3～5 mm大小，用50 ℃左右的热水漂洗数次，每次漂洗后都要用尼龙布挤干，再进行下一次漂洗，直至水无色，皮无异味；低温干燥，备用。

操作步骤：取果胶提取液45 mL，过滤后用旋转蒸发仪浓缩至15 mL，置于500 mL烧杯中，加入100 mL 0.1 mol·L-1的氢氧化钠溶液，静置30 min；然后加入50 mL 1 mol·L-1的醋酸，静置5 min；再在搅拌下缓缓加入25 mL 1 mol·L-1

的氯化钙溶液，静置60 min，进行陈化；加热煮沸5 min，趁热过滤；最后用95%

的乙醇洗涤至洗出液无色为止；将滤渣同滤纸一起放入坩埚中，在(45±5) ℃的烘箱中干燥至恒重，按下式计算果胶提取率(以果胶酸计)：

式中:m1为果胶酸钙、滤纸及坩埚质量，g；m2为滤纸及坩埚的质量，g；m为样品质量，g；V1为果胶提取液测定体积，mL；V为果胶提取液总体积，mL；

0.923 3为果胶酸钙换算为果胶酸时的换算系数，果胶酸钙C17H22O11Ca的钙含量约7.67%、果胶酸含量约92.33%。

1.3 工艺优化

1.3.1 单因素实验

固定其它条件不变，分别考察液料比(10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1，mL∶g，下同)、pH值(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0)、提取温度(50 ℃、60 ℃、

70 ℃、80 ℃、90 ℃)、提取时间(30 min、60 min、90 min、120 min、150 min)对柑橘皮果胶提取率的影响，每个实验重复3次，取平均值。

1.3.2 正交实验

在单因素实验的基础上，以果胶提取率为评价指标，设计4因素4水平L16(45)正交实验，其因素与水平见表1。

表1 正交实验的因素与水平

Tab.1 Factors and levels of orthogonal experiments水平因素A.液料比mL∶gB.pH值C.提取温度℃D.提取时间

min110∶12.08090225∶12.56060320∶11.09030415∶11.570120

2 结果与讨论

2.1 单因素实验结果

2.1.1 液料比对果胶提取率的影响

在提取时间为90 min、提取温度为80 ℃、pH值为1.5的条件下，考察液料比对

果胶提取率的影响，结果如图1所示。

图1 液料比对果胶提取率的影响Fig.1 Effect of liquid-solid ratio on extraction rate of pectin

从图1可知，随着液料比的增大，果胶提取率先升高后降低，在液料比为20∶1

时达到最高。这是因为，当液料比小于20∶1时，由于水太少，柑橘皮不能全部

溶于水溶液中，导致提取率不高；当液料比大于20∶1时，提取液中所含果胶浓

度太低，提取困难，导致提取率下降。

2.1.2 pH值对果胶提取率的影响

在提取时间为90 min、液料比为20∶1、提取温度为80 ℃的条件下，考察pH

值对果胶提取率的影响，结果如图2所示。

图2 pH值对果胶提取率的影响Fig.2 Effect of pH value on extraction rate of pectin

从图2可知，随着pH值的增大，果胶提取率先升高后降低，在pH值为1.5时达到最高。这是因为，半乳糖醛酸基之间的化学键是相当耐酸的，当pH值低于1.0时，果胶发生去酯反应，致使果胶降解，提取率下降；当pH值在 1.0～1.5时,柑橘皮中不可溶性原果胶转变为可溶性果胶，随着pH值的增大，提取率逐渐升高，此时果胶色浅；当pH值高于2.0时，果胶不稳定，开始降解，导致提取率下降。

2.1.3 提取温度对果胶提取率的影响

在提取时间为90 min、液料比为20∶1、pH值为1.5的条件下，考察提取温度对果胶提取率的影响，结果如图3所示。

图3 提取温度对果胶提取率的影响 Fig.3 Effect of extraction temperature on extraction rate of pectin

从图3可知，随着提取温度的升高，果胶提取率先升高后降低，在提取温度为80 ℃时达到最高。这是因为，提取温度升高，使得柑橘皮中不溶于水的原果胶发生溶解，