柑橘皮果膠的制備及其脫色工藝

摘要：以柑橘皮為原料，通過單因素試驗和正交試驗確定了果膠提取的最佳工藝參數，并對果膠脫色的最佳脫色劑進行選擇，考察其脫色條件。結果表明，以柑橘皮為原料，按料液比（g/mL）1∶25加入pH為2的磷酸水溶液，于95 ℃的浸提溫度下浸提90 min，果膠的得率為13.04%；按10 g/L的量于果膠浸提液中添加活性白土作為脫色劑，于50 ℃以上的溫度下脫色30 min可達到較好的脫色效果，所得的果膠產品純度達72.63%，酯化度為77.95%，各項指標均達到了國標和行業標準的要求。

關鍵詞：柑橘皮；果膠；提取；脫色

中圖分類號：X792 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）23-5816-05

果膠是一種天然高分子化合物，是植物特有的細胞壁組織，其分子結構十分復雜。果膠有特殊水果香味，無異味、無固定熔點和溶解度，具有膠凝和乳化作用，在食品工業中主要用作膠凝劑、增稠劑及穩定劑，廣泛用于糖果、果凍、果汁、罐頭及各種飲料中。另一方面，由于具有良好的抗腹瀉、抗癌、治療糖尿病和減肥等多種作用，果膠也是醫藥和日化工業不可缺少的輔料[1-3]。在果膠的生產中，其色澤是一個非常重要的指標。目前果膠的脫色一般采用活性碳[4]、醇氨溶液[4]、雙氧水[5]等方法。采用活性碳脫色，由于其顆粒細小，易造成過濾困難而使得果膠中混入雜質，影響果膠質量。采用醇氨溶液脫色，乙醇可以溶出果膠中的色素與雜質，而果膠在乙醇溶液中的溶解度很小，故脫色效果較好，但因多次的洗滌、過濾轉移操作易造成果膠損失，使得脫色后果膠得率降低；另外，由于乙醇易揮發及價格等方面因素，生產成本較高。唐渝等[5]研究了雙氧水對果膠提取液進行脫色的工藝，發現雙氧水具有較好的脫色效果，但由于雙氧水脫色是基于氧化機理，是否會導致果膠質量下降仍是一個值得研究的問題，而且雙氧水脫色成本較高、時間較長。本試驗針對目前果膠生產工藝進行了脫色及干燥方法的改進，并確定了柑橘皮提取果膠最佳工藝參數，以提高柑橘皮果膠的提取效率及質量。

1 材料與方法

1.1 原料

柑橘皮：市售柑橘，分離果肉和果皮，果皮洗凈，65 ℃烘干、粉碎成1～3 mm顆粒后備用。

1.2 主要儀器

DK-S26型電熱恒溫水浴鍋、DGG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；RE-52AA型旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器廠；BILON92-IID型超聲波細胞粉碎機、FD-1C-50型冷凍干燥機，上海比朗儀器有限公司；UV-1750型紫外可見分光光度計，日本島津公司；TG20-WS型高速離心機，長沙維爾康湘鷹離心機有限公司。

1.3 主要試劑

標準物質D-半乳糖醛酸，Sigma公司；咔唑、氫氧化鈉、鹽酸、磷酸、檸檬酸、無水乙醇等試劑均為分析純；活性炭、硅藻土、活性白土顆粒等均為市售。

1.4 方法

1.4.1 果膠提取工藝路線 市售柑橘，分離果肉和果皮，果皮洗凈后于100 ℃沸水中煮沸15 min，用清水漂洗至無色，壓濾，置于65 ℃烘箱中烘干，粉碎成1～3 mm顆粒后備用。準確稱取一定量預處理好的柑橘皮顆粒，按料液比（g/mL，下同）1∶15～1∶30加入pH為1～3的磷酸水溶液，于80～100 ℃下不停地充分攪拌，恒溫保持1～2 h，得果膠浸提溶液。趁熱將漿狀液體置于離心機中離心收集上清液，按料液比1∶5用蒸餾水洗滌殘渣，其洗液離心，收集上清液。合并上清液經脫色處理后，于0.098 MPa狀態下減壓濃縮至原體積的1%，向濃縮液中加入1倍量體積的無水乙醇進行沉淀，離心分離出果膠，經低溫真空干燥即可（圖1）。

1.4.2 酸水解提取果膠工藝條件的確定 分別改變浸提液pH、浸提溫度、浸提時間和料液比，以果膠得率（果膠得率=純果膠質量/柑橘皮粉末質量×100%）為評價指標，考察其對果膠浸提效果的影響。在單因素試驗的基礎上，進行4因素4水平正交試驗（表1）。

1.4.3 果膠脫色劑的選擇 分別以活性炭、硅藻土、活性白土為脫色劑，按10 g/L的量添加至果膠浸提液中，80 ℃下攪拌脫色20 min，離心取上清液，得果膠脫色液，測定其在630 nm[6]處的吸光度，以果膠浸提液的吸光度為對照，計算脫色率，比較各脫色劑的脫色效果，同時考察脫色劑用量、脫色時間和脫色溫度對活性白土脫色效果的影響。脫色率=（果膠浸提液吸光度-果膠脫色液吸光度）/果膠浸提液吸光度×100%。

1.4.4 果膠相關指標的測定 果膠純度的測定按咔唑比色法[7]進行；酯化度測定按酸堿滴定法[8，9]進行；膠凝度的測定按GBn 246-85《食品添加劑 果膠》中的方法進行；干燥質量損失、灰分、鹽酸不溶物、pH、總半乳糖醛酸的測定參照QB 2484-2000《食品添加劑 果膠》中的方法進行；重金屬測定按 GB/T 8451-1987《食品添加劑中重金屬限量試驗法》進行；砷的測定按GB/T 8450-1987《食品添加劑中砷的測定方法》進行；鉛的測定按GB/T 8449-1987《食品添加劑中鉛的測定方法》進行。

2 結果與分析

2.1 酸水解提取果膠工藝條件的確定

2.1.1 單因素試驗結果與分析 單因素試驗結果表明，①當浸提液pH小于2時，果膠得率隨pH的加大而逐漸增加，在pH為2時達到最大，之后隨pH的進一步加大而迅速下降（圖1）。因此，浸提液pH以2為宜。②當浸提溫度低于90 ℃時，果膠得率隨著浸提溫度的升高而逐漸提高，之后繼續提高浸提溫度，果膠得率趨于穩定（圖2）。因此，浸提溫度選擇90 ℃為宜。③在料液比大于1∶25時，果膠的得率隨料液比的下降而迅速增加，當料液比小于1∶25時，果膠的得率趨于穩定（圖3）；當料液比為1∶30時，果膠的得率雖然最大，但由于溶劑的比例增大，濃縮時將增加能耗，且提取出來的果膠在溶液中的含量太低，醇沉時溶劑用量過大，效果不理想，因此綜合分析后認為料液比選擇1∶25為宜。④隨著浸提時間的增加，果膠的得率逐漸增加，當浸提時間達到90 min時，果膠得率趨于穩定（圖4），綜合分析后認為浸提時間以90 min左右為宜。

2.1.2 正交試驗結果與分析 正交試驗結果（表2）表明，浸提液pH對果膠得率的影響最大，其次是浸提溫度和浸提時間，料液比的影響最小。其最優工藝條件組合為A1B3C4D4，即浸提液pH為1，浸提溫度為95 ℃，浸提時間為120 min，料液比為1∶30。結合單因素試驗結果綜合分析后選擇柑橘皮提取果膠的工藝條件為：以柑橘皮顆粒為原料，按料液比1∶25加入pH為2的磷酸水溶液，于95 ℃的浸提溫度下浸提90 min。在此工藝參數條件下對柑橘皮中的果膠進行浸提，果膠得率達13.04%。

2.2 果膠脫色條件的研究

2.2.1 果膠脫色劑的選擇 試驗結果（圖5）表明，在相同條件下，幾種脫色劑中以硅藻土的脫色效果最差，活性炭和活性白土的脫色效果較好，其脫色率均達到60%以上。采用活性碳脫色，由于其顆粒細小，造成過濾困難，同時易混入果膠中，使果膠呈現暗黑色，嚴重影響果膠的品質；而采用活性白土進行脫色，所得果膠較為透亮。因此，試驗過程中采用活性白土對果膠進行脫色。

2.2.2 脫色條件對活性白土脫色效果的影響 采用活性白土為脫色劑，在其他條件一定的情況下，分別改變活性白土的加入量、脫色時間、脫色溫度，考察其對活性白土脫色效果的影響。結果表明，①脫色時間的改變對活性白土脫色效果有顯著影響，脫色時間越長，活性白土脫色效果越好（圖6），但當脫色時間達30 min以后，其脫色效果趨于穩定。②活性白土的添加量越大，脫色效果亦越好（圖7），但當添加量達到10 g/L以后，脫色效果趨于穩定。③從脫色溫度來看，在一定范圍內提高脫色溫度，活性白土脫色效果有比較明顯的改善（圖8）。由此可以得出，以10 g/L的量于果膠浸提液中添加活性白土作為脫色劑，于50 ℃以上的溫度下脫色30 min可達到較好的脫色效果。

2.3 果膠相關指標的測定結果

采用本試驗所設計的提取工藝獲得的果膠產品的各項指標測定結果如表3所示。由表3可見，所得果膠的干燥質量損失、灰分、鹽酸不溶物、重金屬、砷、膠凝度、總半乳糖醛酸等各項參數指標均符合標準QB 2484-2000或GBn 246-85。總半乳糖醛酸含量為果膠特性之一，本試驗所得的果膠產品的總半乳糖醛酸含量達到72.63%，高于標準QB 2484 -2000。果膠產品酯化度大于50%，屬于高脂果膠，這也與所對應的pH測定結果一致，均符合標準QB2484-2000。因此，采用本試驗工藝提取的果膠純度較高，各項指標均達到了國標和行業標準的要求。

3 結論

本試驗以果膠得率為指標，采用4因素4水平正交試驗設計考察了浸提溫度、浸提時間、浸提液pH及料液比對柑橘皮中果膠浸提效果的影響。結果表明，浸提液pH對果膠得率的影響較為顯著，而浸提時間、浸提溫度及料液比對果膠得率的影響相對較小。通過試驗得出柑橘皮果膠制備的最適宜工藝條件為：以柑橘皮為原料，按料液比1∶25加入pH為2的磷酸水溶液，于95 ℃的浸提溫度下浸提90 min；在此工藝條件下進行試驗，柑橘皮中果膠的得率為13.04%。同時，本試驗對果膠脫色的最佳脫色劑進行了選擇，并考察其脫色條件。結果表明，按10 g/L的量于果膠浸提液中添加活性白土作為脫色劑，于50 ℃以上的溫度下脫色30 min可達到較好的脫色效果。

通過對果膠產品的各項參數指標進行測定，采用本試驗工藝提取的柑橘皮果膠純度達75.2%，酯化度為77.95%，屬于高酯果膠，各項指標均達到了國標和行業標準的要求。

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