酸法提取胡蘿卜中果膠工藝條件的研究

徐坤范，李慶山

（臨清農(nóng)業(yè)局，山東聊城 252600）

酸法提取胡蘿卜中果膠工藝條件的研究

徐坤范，李慶山

（臨清農(nóng)業(yè)局，山東聊城 252600）

文章的試驗(yàn)以鹽酸為提取劑，首先設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)，分別研究不同料液比、pH、提取溫度和提取時(shí)間對胡蘿卜果膠提取率的影響，然后進(jìn)一步采用正交試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)確定酸法提取果膠的最佳工藝條件。結(jié)果表明：當(dāng)料液比為1∶15（g/mL），pH為1.5，提取溫度為80℃，提取時(shí)間為85 min時(shí)，胡蘿卜中果膠提取率達(dá)到最大，且4個(gè)因素對酸法提取胡蘿卜中果膠的影響順序大小依次為：提取時(shí)間＞提取溫度＞pH＞料液比。

胡蘿卜 鹽酸 果膠 提取

果膠基本結(jié)構(gòu)為α-D-半乳糖醛酸，廣泛存在于植物中，具有良好的抗癌、降低血糖血脂、疏通血管等多種作用。食品、醫(yī)藥、日化等多種領(lǐng)域利用果膠的無毒無刺激性研制新產(chǎn)品[1，2]。近年來，隨著這些工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，人們接觸的果膠制品越來越多，需求量也日益增長。相關(guān)數(shù)據(jù)指出，目前國內(nèi)果膠的年需求量為1 000 t左右，且人們對果膠的數(shù)量和質(zhì)量要求日益升高，而我國果膠的供用量嚴(yán)重不足，每年果膠產(chǎn)量的75%需要花高價(jià)從其他國家引進(jìn)[3]。因此，在我國加大對果膠的開發(fā)利用程度，尋求新的生產(chǎn)資源和最佳生產(chǎn)條件是一項(xiàng)具有重要意義的工作。

胡蘿卜是傘形科的草本植物，一般為圓錐形或橢圓形，食用部分為肉質(zhì)根，其營養(yǎng)價(jià)值非常豐富。國內(nèi)外多種資料表明，胡蘿卜中果膠含量豐富，具有非常廣闊的開發(fā)前景[4，5]。該文以胡蘿卜為研究對象，利用單因素試驗(yàn)和進(jìn)一步的正交試驗(yàn)，確定出酸法提取胡蘿卜中果膠的最佳工藝條件，為酸法提取果蔬中的果膠提供參考依據(jù)，同時(shí)為提高我國果膠的年產(chǎn)量提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

胡蘿卜：選用市售無蟲害、無腐爛、外觀良好的胡蘿卜為試驗(yàn)材料。

1.2 儀器設(shè)備與試劑

1.2.1 試劑

0.15%咔唑乙醇溶液：精確稱取0.300 g咔唑試劑，用無水乙醇充分溶解，并用200 mL容量瓶定容。

半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)溶液：精確稱量50 mg半乳糖醛酸試劑，用蒸餾水充分溶解，并定容至50 mL容量瓶中，配置成濃度1 g/L的半乳糖醛酸原液，再通過稀釋操作，配置成濃度分別為10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L 、50 mg/L 、60 mg/L 、70 mg/L 的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液 [6，7]。

無水乙醇、濃硫酸、無水乙醚。1.2.2 儀器設(shè)備

FA124電子天平（廣州滬瑞明儀器有限公司）；HH-4恒溫水浴鍋（金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司）；TDL-5離心機(jī)（廣州滬瑞明儀器有限公司）；723型可見分光光度計(jì)（上海光學(xué)儀器廠）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

原料的選擇及預(yù)處理→除雜→果膠的提取→冷卻后，定容搖勻→過濾→得到稀膠狀提取液待用→標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作→測定。

1.3.2 操作要點(diǎn)

原料的選擇：選擇新鮮、品質(zhì)優(yōu)良、無傷痕以及無腐爛的新鮮胡蘿卜來做實(shí)驗(yàn)原料。

原料的預(yù)處理：將新鮮的胡蘿卜洗干凈，去除外果皮，隨后切成塊狀，用研缽研磨成糊狀。

除雜：將研磨好的胡蘿卜加入適量的無水乙醇，并于沸水浴中加熱15 min，鈍化果膠酶，待其冷卻至室溫后進(jìn)行過濾，然后用無水乙醇和乙醚進(jìn)行多次洗滌，最后在通風(fēng)櫥中風(fēng)干掉乙醚，以排除脂類、糖分、色素等不利因素對該試驗(yàn)的影響[8，9]。

果膠的提取：精確稱量5.000 g處理好的胡蘿卜樣品，在燒杯中加入稀鹽酸，放置沸水浴中加熱提取，果膠可在稀鹽酸作用下加熱轉(zhuǎn)化為可溶性果膠，加熱過程中應(yīng)隨時(shí)補(bǔ)充因?yàn)檎舭l(fā)而損失的水分，加熱完成后，取出在室溫下冷卻完全，隨后定容到容量瓶中，進(jìn)行過濾，得到濾液待用。

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

分別量取12 mL濃硫酸依次加入8支試管中，同時(shí)放入冰水浴中冷卻，隨后分別取2 mL各種濃度的半乳糖醛酸緩慢加入試管中，充分震蕩混勻后，于冰水浴中冷卻完全后，用沸水浴加熱10 min，取出在室溫下冷卻完成后，依次加入1 mL配置好的咔唑乙醇溶液，震蕩搖勻[10-12]。另依上法以蒸餾水設(shè)置一個(gè)空白試劑。同時(shí)在室溫條件下靜置30 min，完成后將分光光度計(jì)調(diào)到530 nm波長下，測定各試管溶液的吸光值，隨后以樣液的吸光值A(chǔ)為縱坐標(biāo)，每毫升中半乳糖醛酸的含量（mg/L）為橫坐標(biāo)，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.4 果膠含量的測定

進(jìn)行稀釋操作，使果膠提取液中的半乳糖醛酸含量為10～70 mg/L。吸取冰水冷卻完成后的濃硫酸12 mL加入試管中，然后加入2 mL稀釋好的樣液，震蕩搖勻，在冰水浴中冷卻完成后，取出通過沸水浴加熱10 min，取出后在室溫下進(jìn)行冷卻，冷卻完全后加入1 mL的咔唑乙醇溶液，充分震蕩混勻，于室溫下靜置30 min[13，14]。將提前半小時(shí)打開預(yù)熱的分光光度計(jì)調(diào)零，調(diào)到530 nm波長下測定其吸光值，并記錄數(shù)據(jù)，利用半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)曲線方程和果膠提取率公式，求出樣品果膠提取率。

1.3.5 提取率的計(jì)算

式中，c為半乳糖醛酸濃度（μg/mL），V為稀釋好的果膠樣液體積（mL），K為果膠提取液稀釋倍數(shù)，W為樣品質(zhì)量（g）[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)測定結(jié)果，確定標(biāo)準(zhǔn)曲線。圖1所示。

圖1 半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 不同料液比對胡蘿卜中果膠提取率的影響

精確稱量5.000 g處理好的胡蘿卜樣品，設(shè)置時(shí)間為85 min，pH為2.0，提取溫度為85℃，探究不同料液比對酸法提取胡蘿卜中果膠的影響，分別設(shè)置料液比為 1∶5（g/mL）、1∶10（g/mL）、1∶15（g/mL）、1∶20（g/mL）、1∶25（g/mL）。

最后得出在不同提取料液比的影響下胡蘿卜中果膠的提取率，結(jié)果見圖2。

圖2 不同料液比對胡蘿卜果膠提取率的影響

圖3 不同pH對胡蘿卜果膠提取率的影響

由圖2可知，胡蘿卜中果膠提取率隨料液比的增加，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最高為13.22%。這可能是由于料液比較低時(shí)，胡蘿卜中的果膠無法完全溶解析出，使果膠的提取率降低；但當(dāng)料液比較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鹽酸用量增加，萃取時(shí)間增加，造成果膠分子裂解，最終致使果膠的提取率下降。因此，在其他因素不變的情況下，料液比為1∶15（g/mL）較為合適。

2.3 不同pH對胡蘿卜中果膠提取率的影響

精確稱量5.000 g處理好的胡蘿卜樣品，設(shè)置提取時(shí)間為85 min，提取溫度為85℃，料液比為上一步試驗(yàn)確定的最佳水平，探究不同pH對酸法提取胡蘿卜中果膠的影響，分別設(shè)置提取pH為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0，最后得出在不同提取pH的影響下胡蘿卜中果膠的提取率，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，胡蘿卜中果膠的提取率隨著pH的增加，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，提取率最高為11.78%。其原因可能是當(dāng)環(huán)境的pH較低時(shí)，酸度過高，由于提取過度，使果膠分子遭到破壞，進(jìn)而影響了果膠的提取率。當(dāng)pH較高時(shí)，原料組織軟化程度過低，導(dǎo)致胡蘿卜中不溶性果膠的轉(zhuǎn)化率下降，使得果膠提取率降低。因此，綜合考慮各方面因素，選取pH為1.5較為合適。

2.4 不同提取溫度對胡蘿卜中果膠提取率的影響

精確稱量5.000 g處理好的胡蘿卜樣品，設(shè)置提取時(shí)間為85 min，pH和料液比為上述試驗(yàn)確定的最佳水平，分別選取提取溫度為70℃、75℃、80℃、85℃、90℃，探究不同提取溫度對酸法提取胡蘿卜中果膠的影響，最后得出在不同提取溫度下，胡蘿卜中果膠的提取率，結(jié)果見圖4。

圖4 不同提取溫度對胡蘿卜果膠提取率的影響

由圖4可知，隨著提取溫度的升高，胡蘿卜果膠的提取率呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢，最高為12.32%。這種現(xiàn)象可能是由于提取溫度較低時(shí)，果膠發(fā)生局部水解，不能充分溶解，導(dǎo)致提取率較低，而提取溫度過高時(shí)，果膠分子鏈被破壞，影響果膠的提取程度，最終導(dǎo)致果膠提取率降低。因此，綜合考慮各方面原因，提取溫度為75℃較為合適。

2.5 不同提取時(shí)間對胡蘿卜中果膠提取率的影響

精確稱量5.000 g處理好的胡蘿卜樣品，pH、料液比和提取溫度為上述試驗(yàn)確定的最佳水平，分別設(shè)置提取時(shí)間為40 min、55 min、70 min、85 min、100 min，探究不同提取時(shí)間對酸法提取胡蘿卜中果膠的影響，最后得出在不同提取時(shí)間的影響下，胡蘿卜果膠的提取率，結(jié)果見圖5。

圖5 不同提取時(shí)間對胡蘿卜果膠提取率的影響

由圖5可知，胡蘿卜中果膠的提取率隨著提取時(shí)間的不斷增加，呈現(xiàn)先上升后降低的變化，提取率最高為12.18%。這可能由于提取時(shí)間過短，不能充分軟化原料組織，導(dǎo)致果膠不能充分溶出，因而果膠提取率較低；而提取時(shí)間過長就會(huì)破壞果膠的分子結(jié)構(gòu)，使果膠提取率下降。因此，綜合考慮各方面因素，最佳提取時(shí)間為70 min。

2.6 正交試驗(yàn)

通過單因素試驗(yàn)得知，提取料液比、pH、提取溫度和提取時(shí)間的不同都會(huì)影響胡蘿卜中果膠的提取率，為進(jìn)一步優(yōu)化酸法提取胡蘿卜中果膠的工藝條件，根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，設(shè)計(jì)4因素3水平的正交試驗(yàn)，從而求得酸法提取胡蘿卜中果膠的最佳工藝條件。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1和表2。

綜合表1和表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，以A2B2C3D3組合最佳，即料液比為1∶15（g/mL），pH為1.5，提取溫度為80℃，提取時(shí)間85 min時(shí)，胡蘿卜中果膠的提取率最高。由R值可知，4個(gè)因素對胡蘿卜果膠提取率影響程度大小順序?yàn)椋篋（提取時(shí)間）＞C（提取溫度）＞B（pH）＞A（料液比）。

2.7 驗(yàn)證試驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取5.000 g處理好的胡蘿卜樣品，在料液比1∶15（g/mL），pH 1.5，提取溫度為80℃的條件下，提取85 min，重復(fù)3次，取平均值，測得胡蘿卜果膠的提取率為13.66%，高于單因素試驗(yàn)中的最大提取率。因此正交試驗(yàn)優(yōu)選的工藝條件較好，說明此工藝條件穩(wěn)定可行。

表1 正交因素水平表

表2 酸法提取胡蘿卜果膠正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

通過以上試驗(yàn)可以確定酸法提取胡蘿卜中果膠的最佳工藝條件，即提取料液比1∶15（g/mL），pH為1.5，提取溫度80℃，提取時(shí)間85 min，且4個(gè)因素對酸法提取胡蘿卜果膠的影響順序分別為：提取時(shí)間＞提取溫度＞pH＞料液比。

酸法提取胡蘿卜中果膠工藝條件的研究對解決我國果膠產(chǎn)量低下，提高果膠質(zhì)量是極具現(xiàn)實(shí)意義的。本文以胡蘿卜為研究對象，利用酸法提取其中果膠，為酸法提取果蔬中的果膠提供了技術(shù)支持，是一項(xiàng)成本廉價(jià)，來源廣泛的研究項(xiàng)目。

[1]張學(xué)杰，郭科，蘇艷玲．果膠研究新進(jìn)展．中國食品學(xué)報(bào)，2010，（1）：167～168

[2]丁利君，陳艷．超聲波對佛手瓜果膠提取效果的影響．廣州食品工業(yè)科技，2002，（3）：68～79

[3]徐金瑞，劉興華，任亞梅．蘋果渣中果膠的鹽析工藝研究．中國食品學(xué)報(bào)，2006，（6）：98～101

[4]徐偉玥，郝利平．酸解法提取胡蘿卜果膠的工藝研究．糧食與食品工業(yè)，2007，（05）：66～75

[5]趙二勞，張敏．超聲波輔助提取胡蘿卜中果膠的研究．中國食品添加劑，2011，（05）：87～90

[6]朱建華，楊曉泉，熊犍．超聲波技術(shù)在食品工業(yè)中的最新應(yīng)用進(jìn)展．釀酒，2005，（2）：5～9

[7]姜錄，邱禮萍．不同方法提取香蕉皮中果膠的研究．食品科技，2007，（10）：231～232

[8]張燕，毛桂枝．離子交換樹脂法提取桔皮中果膠．食品研究與開發(fā)，2003，24（4）：52～54

[9]李文德，革克昌．果膠的應(yīng)用研究進(jìn)展．糧油食品科技，1999，7（4）：4～6

[10]張雪梅，蒲彪．發(fā)酵制取檸檬皮膳食纖維及其脫色工藝研究．中國釀造，2006，54（1）：26～29

[11]趙利，王杉．果膠的制備及其在食品工業(yè)的應(yīng)用綜述．食品科技，1999，（5）：32～34

[12]吳環(huán)．蘆柑皮中果膠提取研究．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（7）：3982～3983，3991

[13]Chi Ming Jiang，Ying Jiang Lai，Bor-Hon Lee．Changes in physico-chemical properties of pectin from jelly fig（Ficus awkeotsang Makino）seeds during extraction and gelling．Food Research International．2002，11（3）：70～73

[14]Zhou J Z，Zhou C S，Xie L W，et．Study on Extraction Conditions of Pectin from Shaddock Peel．Natural Product Research and Development，2006，（18）：483～486

[15]張明，吳煜，朱文明．用柚子皮提取果膠的工藝優(yōu)化研究．河北化工，2006，（2）：42～43