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）

文章的試驗以鹽酸為提取劑，首先設(shè)計單因素試驗，分別研究不同料液比、pH、提取溫度和提取時間對胡蘿卜果膠提取率的影響，然后進一步采用正交試驗和驗證試驗確定酸法提取果膠的最佳工藝條件。結(jié)果表明：當料液比為1∶15（g/mL），pH為1.5，提取溫度為80℃，提取時間為85 min時，胡蘿卜中果膠提取率達到最大，且4個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重不足，每年果膠產(chǎn)量的75%需要花高價從其他國家引進[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，利用單因素試驗和進一步的正交試驗，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。

半乳糖醛酸標準溶液：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 的系列標準溶液 [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（金壇市盛藍儀器制造有限公司）；TDL-5離心機（廣州滬瑞明儀器有限公司）；723型可見分光光度計（上海光學(xué)儀器廠）。

1.3 實驗方法

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→標準曲線的制作→測定。

1.3.2 操作要點

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驗原料。

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行過濾，然后用無水乙醇和乙醚進行多次洗滌，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)隨時補充因為蒸發(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，進行過濾，得到濾液待用。

1.3.3 標準曲線的制作

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)置一個空白試劑。同時在室溫條件下靜置30 min，完成后將分光光度計調(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，每毫升中半乳糖醛酸的含量（mg/L）為橫坐標，制作標準曲線。

1.3.4 果膠含量的測定

進行稀釋操作，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]。將提前半小時打開預(yù)熱的分光光度計調(diào)零，調(diào)到530 nm波長下測定其吸光值，并記錄數(shù)據(jù)，利用半乳糖醛酸標準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 繪制標準曲線

根據(jù)測定結(jié)果，確定標準曲線。圖1所示。

圖1 半乳糖醛酸標準曲線

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，胡蘿卜中的果膠無法完全溶解析出，使果膠的提取率降低；但當料液比較高時，會導(dǎo)致鹽酸用量增加，萃取時間增加，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)置提取時間為85 min，提取溫度為85℃，料液比為上一步試驗確定的最佳水平，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%。其原因可能是當環(huán)境的pH較低時，酸度過高，由于提取過度，使果膠分子遭到破壞，進而影響了果膠的提取率。當pH較高時，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)置提取時間為85 min，pH和料液比為上述試驗確定的最佳水平，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，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，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確定的最佳水平，分別設(shè)置提取時間為40 min、55 min、70 min、85 min、100 min，探究不同提取時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；而提取時間過長就會破壞果膠的分子結(jié)構(gòu)，使果膠提取率下降。因此，綜合考慮各方面因素，最佳提取時間為70 min。

2.6 正交試驗

通過單因素試驗得知，提取料液比、pH、提取溫度和提取時間的不同都會影響胡蘿卜中果膠的提取率，為進一步優(yōu)化酸法提取胡蘿卜中果膠的工藝條件，根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，設(shè)計4因素3水平的正交試驗，從而求得酸法提取胡蘿卜中果膠的最佳工藝條件。具體試驗數(shù)據(jù)見表1和表2。

綜合表1和表2的試驗數(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℃，提取時間85 min時，胡蘿卜中果膠的提取率最高。由R值可知，4個因素對胡蘿卜果膠提取率影響程度大小順序為：D（提取時間）＞C（提取溫度）＞B（pH）＞A（料液比）。

2.7 驗證試驗

準確稱取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%，高于單因素試驗中的最大提取率。因此正交試驗優(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結(jié)果

3 結(jié)論

通過以上試驗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℃，提取時間85 min，且4個因素對酸法提取胡蘿卜果膠的影響順序分別為：提取時間＞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，是一項成本廉價，來源廣泛的研究項目。

[1]張學(xué)杰，郭科，蘇艷玲．果膠研究新進展．中國食品學(xué)報，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，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