南瓜果膠提取方法及果膠得率與理化特性相關性研究

于美娟，呂桂芝，張 群，劉詠紅，唐漢軍

（湖南省農產品加工研究所，湖南 長沙 410125）

南瓜（Pumpkin）是一年生蔓生草本植物，其營養價值高，在世界各地均有種植，亞洲栽培面積最廣[1]。我國每年南瓜的產量約占世界總產量的13%以上，居世界第二[2]。果膠是一種天然的提取物，安全性高，因此可作為增稠劑、穩定劑和乳化劑應用于罐頭、果醬、糖果、果汁、冰淇淋和巧克力等產品生產[3-5]。有研究發現，南瓜果膠含量較高，為南瓜干物質含量的7%~17%[6]，南瓜具有一定的降血糖作用，一個可能原因是南瓜中富含的膳食纖維成分（主要為果膠）[7]。據不完全統計，我國每年約消耗果膠1 500 t以上，其中80%為國外進口[8]。由于進口果膠價格遠高于國產果膠，因此充分利用國內南瓜資源生產果膠，對緩解果膠大量進口的局面有著重要的意義。

果膠的提取方法主要有酸水解提取法、離子交換樹脂提取法、超聲提取法、微波提取法和酶法提取等[8-10]。工業生產上一直采用酸水解法。這一加工過程存在殘渣分離困難、設備易被腐蝕、能源消耗大等不足，同時還產生大量酸性廢棄物造成環境污染。因此，很有必要開發一種新的果膠生產方式，大幅度提高果膠得率。另外，目前研究主要集中在果膠提取工藝及果膠性質的分析[11-12]，對南瓜果膠含量與其他理化特性相關性缺乏系統分析。試驗從湖南省蔬菜研究所選育或栽培的25份南瓜材料中挑選出12個南瓜品種。對其果膠提取工藝進行了優化，同時對其12個品種的主要理化特性與果膠含量相互關系進行系統分析，以期為南瓜高效化評價體系的建立及南瓜果膠工業化生產應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與處理方法

南瓜材料均來自湖南省蔬菜研究所實驗基地。通過理化評價，挑選出12份果膠含量（以半乳糖醛酸計）相對較高的材料為研究對象。每份材料選一個大小及成熟度上相對一致的果實，用于果膠提取及理化分析。

材料前處理，首先洗凈擦干，稱取單果重；縱向切成大約10 cm（最大直徑）寬的條塊，沿果肉層去皮、囊衣和種籽后，果肉切成1 cm厚均勻薄片；果肉、果皮放置65℃烘箱烘干，粉碎過60目篩，備用。

1.2 儀器設備

全自動凱氏定氨儀（型號Foss Kjeltec-2300，美國）；紫外分光光度計（型號UV-1700，日本）電子天平（FA1104，上海精科天平）；電熱鼓風干燥箱（型號101-1AB，天津市泰斯特儀器有限公司）；微波爐（格蘭仕）；超聲波清洗器（型號KQ5200E，昆山市超聲儀器有限公司）；電熱數顯恒溫水浴鍋（XMTD-4000 北京市永光明醫療儀器有限公司）；冷凍離心機（TGL-20M，長沙平凡儀器儀表有限公司）。

1.3 化學試劑

酸性蛋白酶（酶活40萬U）、半乳糖醛酸標準物質（購于sigma公司）； 耐溫淀粉酶、耐溫蛋白質酶、耐溫淀粉葡萄糖苷酶（用于測定纖維素，自購日本）；EDTA等其他試劑均為國藥試劑分析純以上。

1.4 試驗方法

1.4.1 南瓜果膠提取工藝

1.4.2 不同提取方法中添加螯合劑量試驗 分別稱取南瓜粉5.000 g，加pH值0.5硫酸溶液（料液比1∶20），分別加入2.0 g/L EDTA 0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，微波條件：中火加熱20 s；超聲波條件：在50℃下超聲提取40 min；超聲波+酶條件：在pH值4.5、加酶量0.5%、50℃下超聲提取40 min；過濾離心，取濾液測果膠得率。

1.4.3 單因素試驗 （1）酶添加量。稱取南瓜粉5.000 g，加pH值0.5硫酸溶液（料液比1∶20），加入2.0 g/L EDTA0.1%，在pH值4.5，溫度50℃，酸性蛋白酶添加量分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%，超聲提取40 min，過濾離心，取濾液測果膠得率。

（2）提取溫度。稱南瓜粉同酶添加量試驗中處理（加硫酸、EDTA），在pH值4.5，溫度分別為30、40、50、60、70、80℃時，添加酸性蛋白酶0.7%，超聲提取40 min，過濾離心，取濾液測果膠得率。

（3）提取pH值。稱南瓜粉同酶添加量試驗處理，在pH值分別為2.5、3.5、4.5、5.5、6.5，溫度50℃時，添加酸性蛋白酶0.7%，超聲提取40 min，過濾離心，取濾液測果膠得率。

（4）提取時間。稱南瓜粉同酶添加量試驗處理，在pH值4.5，溫度50℃時，添加酸性蛋白酶0.7%，超聲提取0、20、40、60、80、100 min，過濾離心，取濾液測果膠得率。

（5）料液比 稱取南瓜粉5.000 g，加pH值0.5硫酸溶液，使料液比分別為1∶5、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30，加入2.0 g/L EDTA 0.1%，溫度50℃，酸性蛋白酶添加量0.7%，pH值4.5，超聲提取40 min，過濾離心，取濾液測果膠得率。

1.4.4 果膠含量的測定 參照NY/T 2016-2011，略作修改，即準確稱取南瓜樣品5 g，置于100 mL燒杯中，用無水乙醇、75%乙醇至85℃水渦鍋，加熱洗去糖份，洗至上清液無糖反應為止，然后向沉淀物中加入pH值0.5硫酸溶液20 mL，至85℃水渦鍋，充分攪拌，加熱15 min后離心，反復3~4次收集上清液定容至100 mL，用咔唑比色法在525 nm 處進行測定，果膠含量以半乳糖醛酸計。

1.4.5 水分含量測定 隨機分別取上述瓜皮、果肉3片，切成5 mm小丁，分別精確稱取1 g左右的樣品，根據GB 5009.3-2010《食品中水分的測定》進行瓜皮和瓜肉水分的測定。瓜肉干基百分量（%）=（1－瓜肉含水率）×100。

1.4.6 粗脂肪 參照GB/T 5009測定粗脂肪。

近20年來該醫療旅游領域研究持續升溫，已經細化到服務質量、目的地品牌、消費者特征等，如Ouintela等運用IPA模型分析，認為服務質量是限制葡萄牙健康養生旅游發展的重要因素[5]；Cornelia Voigt等闡述了澳大利亞健康旅游業的發展前景，并且指出在澳大利亞健康旅游的主要群體是高收入家庭中24-35歲的女性游客[6]。概括而言，國外發展醫療旅游的經驗通常包括獨特的醫療技術、適宜旅游的配套環境，通常還需要當地獨特文化植入、社會氛圍的協調、中介機構有效服務與配合等。

1.4.7 粗蛋白質含量的測定 準確稱取1.000~1.500 0 g干南瓜粉放入消化管中，然后加入消化片（硫酸銅∶硫酸鈉=1∶13），10 mL濃硫酸，放在Foss凱氏定氮儀消化器上，420℃，消化40 min，冷卻后，將消化管放到自動定氮儀上檢測（氫氧化鈉溶液、超純水、硼酸溶液儀器運作時自動添加）。先平衡儀器，結束后，使用0.106 mol/L的鹽酸標準溶液滴定樣品，輸入樣品重量，儀器自動計算出粗蛋白的百分比含量。

1.4.8 纖維素分析 采用Prosky-AOAC法[13]。

1.4.9 可溶性總糖 參照李丹[14]苯酚-硫酸法，在490 nm 波長下進行比色測定。

1.5 統計分析

利用Excel 2007、SPSS（SV17.0）等軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 南瓜果膠提取工藝的研究

2.1.1 南瓜不同前處理對果膠提取的影響 在12個南瓜品種中選取了1~2個進行了不同前處理后，再用同一方法提取果膠，結果如表1。

從表1中可以看出，雖然幾種前處理對提取果膠得率沒有顯著性差異（P>0.05），但是不同的處理果膠得率還是稍有差異。1號（南瓜鮮樣提取可溶性總糖后的渣）和5號（鮮南瓜樣－40℃冷凍后提取可溶性總糖后的渣）與2號（鮮南瓜）提取果膠得率相近，說明上述兩種前處理對果膠損失很小，即可對南瓜進行綜合性利用，先提取多糖后，再用渣提取果膠或其它成份，如毛波[15]就進行南瓜綜合利用研究。南瓜經蒸熟后果膠得率減少，可能是因為在蒸熟的過程中產生了水蒸汽，部分果膠溶在了其中。雖然鮮樣（鮮重換算成干重后）和干樣在果膠得率中沒有差別，但考慮到工業生產及運輸的方便性，適宜以南瓜粉加工。

表1 不同前處理果膠提取得率Table1 Pectin extraction yield in different preliminary treatments

2.1.2 不同提取方法中添加螯合劑量對果膠提取得率的影響 從圖1中可以看出，3種提取方式在沒有加螯合劑EDTA時，果膠得率是超聲波+酶＞超聲波＞微波，果膠得率（以半乳糖醛酸計）分別為12.34%、11.75%、10.55%。隨著螯合劑EDTA添加量的增加，果膠得率也隨之增加，但當螯合劑EDTA添加量大于0.1%時，隨著螯合劑EDTA添加量的增加，果膠得率反而減少，即螯合劑EDTA添加量以0.1%為宜。另外，從整體效果來評價，以螯合劑+超聲波+酶提取方式最佳，其最大果膠得率可達13.66%。

（2）提取溫度對果膠提取得率的影響。從圖3中可以看出，溫度范圍在30~50℃時，果膠得率是隨著溫度上升而增加的，當溫度超過酶的最適范圍，從50℃上升到70℃時，酶活力受影響，而且果膠在高溫條件下也有可能被分解，導致果膠得率急速下降，當溫度大于70℃時，果膠得率下降速度緩解，并處于平穩狀態。故在試驗中提取溫度以50℃為宜。

（3）提取pH值對果膠提取得率的影響。從圖4中可以看出， pH值在2.5~4.5之間時，隨著pH值的上升，果膠得率隨著增加，但在pH值超過4.5，酶的活性就會受到影響，果膠得率迅速下降，而pH值處于5.5~6.5時，酶可能處于無活力狀態，果膠得率處于平穩。故在試驗中提取pH值以4.5為宜。

（4）提取時間對果膠得率的影響。提取時間，有利于酶與細胞壁充分接觸及使細胞壁破碎完全，從圖5中可以看出，超聲時間在0~40 min時，果膠得率處于增加趨勢，但隨著時間的延長，即提取時間大于40 min，會導致其他非果膠物質溶出及破壞游離出來的果膠結構，果膠的得率反而下降。故在試驗中超聲時間以40 min為宜。

（5）料液比對果膠提取得率的影響。料液比過低，細胞不能完全溶脹，果膠不能充分溶解出來，提取率就會較低，隨著料液增加，細胞充分溶脹，與酶液的接觸面隨之增大，提取得率較對增加。試驗結果如圖6所示，在料液比1∶5~1∶20之間，果膠提取得率是增加的；當料液比大于1∶20時，果膠得率逐漸減少，考慮到整個生產過程，如料液比過大，提取果膠的相對濃度降低，而且料液量過大，影響到后繼分離、過濾、濃縮等工序，故試驗中以料液比1∶20為宜。

2.2 南瓜果膠提取得率與理化特性的相關性分析

2.2.1 果肉中果膠含量與理化特性的相關性 在南瓜理化指標分析中，除水分是采用南瓜鮮樣外，其他指標都采用在65℃下烘干，并過60目篩的南瓜干粉，果膠提取方法采用常規酸水解法，分析結果如表2。

從表3可以看出，果膠得率與水分呈顯著負相關（r=－0.615，P<0.05），果膠得率與總纖維素呈極顯著正相關（r=0.660，P<0.01）。水分含量與總纖維素呈顯著負相關（r=－0.582，P<0.05），而總纖維素與粗脂肪呈顯著負相關（r=－0.513，P<0.05），粗脂肪與水分呈極顯著正相關（r=0.662，P<0.01）。由此可知，在不同的南瓜品種中，水分含量低，粗脂肪含量低，總纖維素含量高的品種，果膠提取得率會相對較高。總纖維素含量高，果膠提取得率較高的原因可能與Adams[7]研究相符。

2.2.2 果皮中果膠含量與水分的相關性 南瓜果皮沿果肉層切下，在65℃下烘干后，粉碎并過60目篩，果膠提取方法采用常規酸水解法，果皮干基百分量（%）=（1－含水率）×100。南瓜果皮中果膠含量與水分結果如表4。

表2 各品種南瓜果肉理化特性分析 （%）Table2 Physical and chemical properties analysis of different varieties of pumpkin pulp

表3 果膠提取得率與理化特性的相關性分析Table3 Correlation of pectin extraction yield and Physical and chemical properties

從表5中可以知道，果皮果膠提取得率與果皮水份呈顯著負相關（r=－0.641，P<0.05），與果皮固形物呈顯著正相關（r=－0.638，P<0.05），而果皮固形物與水分呈極顯著負相關（r=－1.00，P<0.01）。

3 結 論

通過常規酸水解、螯合劑+微波、螯合劑+超聲波、螯合劑+超聲波+酶法提取幾種不同提取方法比較研究，得出螯合劑+超聲波+酶法提取果膠效果最好，經單因素試驗得出其最佳提取條件為：在濃度為2.0 g/L螯合劑EDTA添加量為0.1%，蛋白酶添加量為0.7%，料液比1:20，溫度50℃，pH值4.5，超聲提取40 min。

表4 各品種南瓜果皮水分和果膠提取得率分析 （%）Table4 Water and pectin extraction yield of different varieties of pumpkin pulp

表5 果皮果膠提取得率與水分及果皮固形物含量的相關性分析Table5 Correlation analysis of pectin extraction yield and water,solids content in the skin

另外南瓜果肉果膠提取得率與水分呈顯著負相關（r=－0.615，P<0.05），果膠得率與總纖維素呈極顯著正相關（r=－0.660，P<0.01）。南瓜果皮果膠提取與果皮水份呈顯著負相關（r=－0.641，P<0.05），與果皮固形物呈顯著正相關（r=－0.638，P<0.05）。

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