八月瓜果皮果膠提取工藝優(yōu)化及其理化特性研究

李加興,吳　萍,吳　越,馬　浪,肖秀鳳,周炎輝

(1.吉首大學(xué) 食品科學(xué)研究所,湖南吉首416000;2.湖南奇異生物科技有限公司,湖南長沙 410008;3.湖南湘純農(nóng)業(yè)科技有限公司,湖南長沙 410008)

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八月瓜果皮果膠提取工藝優(yōu)化及其理化特性研究

李加興1,吳萍1,吳越2,馬浪2,肖秀鳳3,周炎輝2

(1.吉首大學(xué) 食品科學(xué)研究所,湖南吉首416000;2.湖南奇異生物科技有限公司,湖南長沙 410008;3.湖南湘純農(nóng)業(yè)科技有限公司,湖南長沙 410008)

以八月瓜果皮為原料,優(yōu)化酸提醇沉法提取其果膠的工藝,并對果膠酯化度、半乳糖醛酸含量進(jìn)行測定。首先采用單因素實(shí)驗(yàn)探討了料液比、pH、提取時間、提取溫度等因素對果膠得率的影響,再通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化提取工藝,最后對果膠的酯化度、半乳糖醛酸進(jìn)行分析。結(jié)果表明,酸提醇沉法提取八月瓜果膠的最佳工藝條件為液料比1∶20(g/mL)、pH1.5、提取時間120 min、提取溫度90 ℃,此條件下得率達(dá)12.15%;八月瓜果皮果膠的酯化度為81.94%,屬于高酯果膠,其半乳糖醛酸含量為83.17%,符合GB 25533-2010對果膠半乳糖醛酸含量的要求。

八月瓜果皮,果膠,酸提醇沉,理化特性

八月瓜為木通科木通屬攀援式藤本野生植物三葉木通(Akebiatrifoliatekoidz.)的果實(shí),又名八月炸、八月扎、木通子等,主要分布于我國南部、長江流域和西北地區(qū)[1]。八月瓜鮮果富含氨基酸、礦質(zhì)元素、三萜及皂甙等活性成分,具有抗腫瘤、抗衰老、降血壓、抗菌、利尿等保健藥用功效,可生食、入藥、釀酒、加工飲料等[2-5]。

果膠具有較好的乳化、增稠、穩(wěn)定和膠凝作用,是一種天然、安全的食品添加劑,在食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。植物果皮富含果膠,而八月瓜果皮厚實(shí),果皮幾乎占果重的40.70%,將是一種提取果膠的優(yōu)良原料[6]。目前,果膠的制備方法主要包括酸提醇沉法、離子交換法、膜分離技術(shù)、微波法、酶解法、微生物法等[7-8]。其中,酸提醇沉法是提取果膠最常用的方法,具有工藝簡單、易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。因此,本實(shí)驗(yàn)以八月瓜果皮為原料,采用酸提醇沉法,研究優(yōu)化其果膠提取工藝,并分析果膠產(chǎn)品的理化性質(zhì),以期為八月瓜果皮果膠的開發(fā)應(yīng)用提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

八月瓜古丈縣壽康合作社;無水乙醇、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉等均為分析純;半乳糖醛酸高級純合肥博美生物科技有限責(zé)任公司;咔唑試劑天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;所用其他試劑均為分析純。

SOPTOP可見分光光度計上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;NDJ-8S數(shù)字式粘度計上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;雷磁PHSJ-4A實(shí)驗(yàn)室pH計上海精科;TD24醫(yī)用離心機(jī)長沙平凡儀器儀表有限公司;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1果膠提取工藝流程八月瓜果皮→沸水滅酶→干燥→粉碎→過60目篩→稱量→調(diào)pH→恒溫浸提→冷卻→離心分離(4500 r/min,15 min)→醇沉→離心分離→收集離心沉淀→無水乙醇洗滌2～3次→干燥(50～60 ℃)→八月瓜果皮果膠。

1.2.2果膠提取工藝參數(shù)確定

1.2.2.1單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)定pH 1.5、提取溫度90 ℃、提取時間120 min,提取料液比分別控制為1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35(g/mL);設(shè)定提取液料比1∶25(g/mL)、提取溫度90 ℃、提取時間120 min,控制pH分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0;設(shè)定提取液料比1∶25(g/mL)、pH1.5、提取溫度90 ℃,分別控制提取時間為30、60、90、120、150 min;設(shè)定提取液料比1∶25(g/mL)、pH1.5、提取時間120 min,分別控制提取溫度為60、70、80、90、100 ℃,提取八月瓜果皮果膠,以考察提取料液比、pH、提取時間、提取溫度對果膠提取得率的影響。

1.2.2.2正交實(shí)驗(yàn)在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以八月瓜果皮果膠得率作為評價指標(biāo),進(jìn)行四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn),優(yōu)化果膠提取工藝。正交實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計見表1。

表1　正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.2.3果膠得率的測定果膠得率(%)=M1/M2×100。式中:M1為提取得到的八月瓜果皮果膠質(zhì)量,g;M2為八月瓜果皮粉質(zhì)量,g。

1.2.4半乳糖醛酸含量的測定利用咔唑硫酸法測定八月瓜果膠中的半乳糖醛酸含量[9]。

1.2.4.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作精確稱取半乳糖醛酸0.1 g,用蒸餾水溶解,定容至100 mL,制成濃度為1.0 mg/mL的半乳糖醛酸溶液,再分別移取1、2、3、4、5、6 mL至100 mL容量瓶中并定容至刻度,得濃度為10、20、30、40、50和60 μg/mL的半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)溶液;取7支50 mL比色管,分別加入濃硫酸12 mL,置于冰水中冷卻,邊冷卻邊緩緩加入上述半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)溶液各2 mL,在第7支比色管中加入2 mL的蒸餾水作空白對照,充分混合后再置于冰水中冷卻,然后于沸水浴中加熱10 min,冷卻至室溫后,再加入0.15%咔唑溶液1 mL,充分混合,室溫放置30 min,之后在波長530 nm下以試劑空白作參比,測定吸光度A;以半乳糖醛酸濃度為橫坐標(biāo),吸光值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得線性回歸方程為Y=0.0081X-0.0177(R2=0.9950)。

1.2.4.2樣品測定準(zhǔn)確稱取0.05 g果膠粉于50 mL燒杯中,加入10 mL 0.5 mol/L硫酸、15 mL水,攪勻,在75 ℃水溶中水解15 min,冷卻至室溫后定容于50 mL容量瓶中,然后準(zhǔn)確移取5.00 mL該液于另一100 mL容量瓶,稀釋至刻度,按制作標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法測定吸光度,并在標(biāo)準(zhǔn)曲線中查出半乳糖醛酸含量。

1.2.5果膠酯化度(DE)的測定采用滴定法測定八月瓜果膠的酯化度[10]。準(zhǔn)確稱取50 mg經(jīng)洗滌干燥的果膠樣品于250 mL錐形瓶中,用2 mL乙醇潤濕,加入100 mL不含CO2的水和3滴酚酞指示劑,用0.1 mol/LNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈粉紅色,記錄消耗的NaOH體積(V1),繼續(xù)加入0.5 mol/L的NaOH溶液20 mL,劇烈振蕩后放置15 min,再加入0.5 mol/L HCl溶液20 mL,劇烈振蕩至粉紅色消失,加入3滴酚酞指示劑,用0.1 mol/L NaOH溶液滴定至溶液呈粉紅色即為終點(diǎn),記錄消耗的NaOH體積(V2)。果膠酯化度(DE)按下式計算:

DE=V2/(V1+V2)×100

2　結(jié)果與分析

2.1單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1料液比對八月瓜果皮果膠得率的影響料液比對八月瓜果皮果膠得率的影響如圖1所示。

圖1　 料液比對果膠得率的影響Fig.1　Effect of solid-liquid ratio on the yield of pectin

由圖1可知,隨著料液比的增加,果膠得率呈現(xiàn)先升后降的趨勢。當(dāng)提取料液比較小時,水解的果膠不能完全轉(zhuǎn)移至液相中,導(dǎo)致得率較低,而料液比增加后果膠得率隨之增加,當(dāng)料液比增大至1∶25(g/mL)時得率較高,達(dá)到12.00%;當(dāng)料液比進(jìn)一步增大時,可能由于果膠在過量的酸液中水解而損失[11],導(dǎo)致果膠得率下降。因此,提取八月瓜果皮果膠的料液比控制在1∶25(g/mL)左右較為適宜。

2.1.2pH對八月瓜果皮果膠得率的影響pH對八月瓜果皮果膠得率的影響如圖2所示。

圖2　pH對果膠得率的影響Fig.2　Effect of pH on the yield of pectin

果膠在適度的酸性條件下比較穩(wěn)定,但在強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下,果膠分子容易降解[12]。由圖2可知,提取液pH<1.5時,酸度太強(qiáng),果膠過度水解,導(dǎo)致果膠質(zhì)水解得到的果膠進(jìn)一步脫酯裂解[13];提取液pH>1.5時,果膠的得率隨pH的上升而下降,果膠質(zhì)水解緩慢,造成果膠得率下降;當(dāng)pH為1.5左右時,果膠得率達(dá)到最大,為11.85%。因此,提取果膠的pH控制在1.5左右較為適宜。

2.2.3提取時間對八月瓜果皮果膠得率的影響提取時間對八月瓜果皮果膠得率的影響如圖3所示。

圖3　提取時間對果膠得率的影響Fig.3　Effect of extraction time on the yield of pectin

由圖3可知,隨著提取時間的延長,果膠得率隨之增加;但酸對果膠分子的甙鍵、酯鍵具有破壞作用,若提取時間過長會導(dǎo)致果膠降解、膠凝度下降,使得率降低[13],因而當(dāng)提取時間過長,超過120 min后,果膠得率呈現(xiàn)下降趨勢。因此,將提取時間控制在120 min左右較為適宜。

2.2.4提取溫度對八月瓜果皮果膠得率的影響提取溫度對八月瓜果皮果膠得率的影響如圖4所示。

圖4　提取溫度對果膠得率的影響Fig.4　Effect of extraction temperature on the yield of pectin

由圖4可知,提取溫度<90 ℃時,果膠得率隨溫度的升高而升高,且增幅較為明顯,這是因?yàn)闇囟壬呒哟罅斯z的溶解度且傳質(zhì)速度也增加,使果膠得率提高。雖然八月瓜果膠是高酯果膠,具有一定的熱穩(wěn)定性[7],但溫度過高會破壞果膠的分子結(jié)構(gòu),同樣也會降低果膠膠凝度,因此隨著提取溫度的繼續(xù)升高,果膠得率略微下降[14]。所以,八月瓜果皮果膠的提取溫度應(yīng)控制在90 ℃左右為宜。

2.2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

由表2可知,采用酸提醇沉法提取八月瓜果膠,對果膠得率影響的大小順序?yàn)閜H>提取時間>料液比>提取溫度,最佳工藝組合為A1B2C2D2,即料液比1∶20(g/mL)、pH 1.5、提取時間120 min、提取溫度90 ℃,此條件下得率為12.30%。

表2　L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計與結(jié)果分析

2.3驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為了考查最佳工藝條件下組合實(shí)驗(yàn)效果,根據(jù)最優(yōu)工藝參數(shù)進(jìn)行3組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表3所示。

表3　驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可知,驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到的八月瓜果皮果膠得率平均值為12.15%,接近最佳工藝條件下的得率,表明正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到的最佳工藝參數(shù)準(zhǔn)確可行。

2.4八月瓜果皮果膠的半乳糖醛酸含量及酯化度

由表4可知,八月瓜果皮果膠半乳糖醛酸含量為83.17%,高于65%,符合GB 25533-2010中對果膠半乳糖醛酸含量的要求,并且酯化度達(dá)81.94%,屬于高酯果膠。

表4　八月瓜果皮果膠的半乳糖醛酸含量及酯化度

3　結(jié)論

采用酸提醇沉法提取八月瓜果膠,對果膠得率影響的大小順序?yàn)閜H>提取時間>料液比>提取溫度,最佳工藝條件為液料比1∶20(g/mL)、pH1.5、提取時間120 min、提取溫度90 ℃,此條件下的得率可達(dá)12.15%。制備的八月瓜果皮果膠半乳糖醛酸含量為83.17%,符合GB 25533-2010對果膠半乳糖醛酸含量的要求,其酯化度為81.94%,屬于高酯果膠,可作為凝膠劑、穩(wěn)定劑、增稠劑等純天然添加劑應(yīng)用于食品加工中。

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Optimization of extraction conditions and analysis of physicochemical property of pectin fromAkebiatrifoliatapeel

LI Jia-xing1,WU Ping2,WU Yue2,MA Lang2,XIAO Xiu-feng3,ZHOU Yan-hui2

(1. Institute of Food Science,Jishou University,Jishou 416000,China;2. Hunan Amazing Grace Biotechnology Co.,Ltd.,Changsha 410008,China;3. Hunan Xiangchun Agricultural Technology Co. Ltd.,Changsha 410008,China)

UsingAkebiatrifoliatapeel as the material,optimization of the acid extracting and alcohol precipitation process to extract pectin fromAkebiatrifoliatepeel,and the degree of esterification and galacturonic acid of its physicochemical property was measured. First of all,the effects of solid to liquid ratio,pH,extracting temperature and extracting time on the pectin yield were discussed by the single factor tests. And then,the orthogonal experiment was used to optimize the extraction conditions,and the degree of esterification and galacturonic acid were analyzed at last. The results showed that the optimum conditions of acid extraction and alcohol precipitation process of extracting pectin fromAkebiatrifoliatepeel were as follows:solid to liquid-ratio 1∶20(g/mL),pH1.5,extracting temperature 90° C,extracting time 120 minutes,and the extraction yield was reached to 12.15% under these conditions. The pectin fromAkebiatrifoliatapeel was a kind of high methoxyl pectin,its degree of esterification was 81.94%,and its galacturonic acid was 83.17%,meet GB 25533-2010 of galacturonic acid content requirements.

Akebiatrifoliatapeel;pectin;acid extraction and alcohol precipitation;physicochemical property

2015-04-13

李加興(1969-),男,博士,教授,研究方向:植物資源開發(fā)利用與功能性食品研究,E-mail:jslijiaxing@sohu.com。

TS

A

1002-0306(2016)01-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.01.000