表面活性劑聯(lián)合超聲輔助提取百香果皮中果膠

唐秋實(shí)，葉翠平，陳文娜，楊雅蘭，陳燕舞*

1. 順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院輕化與材料學(xué)院（佛山 528000）；2. 廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院（佛山 528300）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)資源和環(huán)境的重要性認(rèn)識(shí)逐漸增強(qiáng)，對(duì)食品安全問(wèn)題重要性不斷提高。中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大，但相關(guān)副產(chǎn)物的綜合利用率還非常低，在水果加工產(chǎn)業(yè)，大部分水果皮被當(dāng)作廢棄物扔掉，對(duì)資源、環(huán)境、食品方面都造成一定不利影響。大多數(shù)果皮中富含多種營(yíng)養(yǎng)成分和功能活性物質(zhì)，果膠就是其中一種含量豐富的植物性多糖，其基本結(jié)構(gòu)由半乳糖醛酸通過(guò)α-1, 4糖苷鍵組成，具有多種生理活性和理化特性功能，廣泛用于醫(yī)藥健康和食品工業(yè)[1-3]。從果皮中提取果膠，既能提高資源利用率，降低對(duì)環(huán)境污染和食品安全的影響，又能提高企業(yè)的效益，具有重要意義。

果膠的提取工藝有多種，主要包括酸法提取、酶法提取、微波提取、超聲波輔助提取等[4-6]，各種提取工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，不同產(chǎn)品、不同提取方法、不同提取條件所得果膠的提取率和特性都會(huì)有所差異。酸法提取主要采用無(wú)機(jī)酸，但會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定影響，而采用有機(jī)酸提取相對(duì)綠色環(huán)保，超聲輔助提取法具有加熱均勻、速度快，綠色節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)[7-8]。采用表面活性劑可輔助提取果膠，利用表面活性劑的增溶作用，通過(guò)結(jié)合大量水而代替提取過(guò)程中用的醇，能夠節(jié)約成本，提高果膠提取率[9]。

百香果是一種國(guó)內(nèi)外廣泛種植的熱帶、亞熱帶水果，其果汁營(yíng)養(yǎng)成分豐富，香味濃郁獨(dú)特，并有較高保健作用[10]。百香果皮占百香果質(zhì)量的50%～55%，且果膠含量豐富，但目前百香果皮利用率比較低，大多作為廢棄物處理掉，關(guān)于百香果皮中果膠的綠色提取工藝研究較少報(bào)道，試驗(yàn)采用綠色環(huán)保的有機(jī)酸輔助超聲、表面活性劑開(kāi)展百香果皮中果膠的提取工藝研究，為百香果皮中果膠的高效綠色提取提供新的方法，對(duì)百香果的高值化利用具有一定參考意義。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

新鮮百香果（市售）；檸檬酸、十二烷基硫酸鈉SDS、吐溫20、吐溫80、無(wú)水乙醇、氨水、硫酸、半乳糖醛酸等（均為國(guó)產(chǎn)分析純）。

數(shù)顯電子分析天平、精密數(shù)顯pH計(jì)（德國(guó)Sartorius公司）；小型粉碎機(jī)（Thermo Fisher公司）；數(shù)顯式電熱恒溫水浴鍋（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海福馬實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）。

1.2 分析方法

1.2.1 百香果皮預(yù)處理

將新鮮的百香果果皮洗凈切片，浸入90 ℃水中5 min以滅活酶，用水沖洗后切成顆粒狀，用50 ℃左右的熱水漂洗，以除掉水溶性物質(zhì)和色素，隨后在50 ℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥24 h后粉碎，過(guò)80目篩，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 果膠的提取

工藝流程：百香果皮粉→加水→加檸檬酸→加入表面活性劑→水浴→超聲（功率500 W）→過(guò)濾→濾液→活性炭脫色→用氨水調(diào)節(jié)pH→同體積乙醇沉淀→過(guò)濾→濾渣→乙醇洗滌→干燥→粉碎得果膠成品。

單因素試驗(yàn)：以果膠提取率為指標(biāo)，在其他條件相同情況下，分別考察料液比（1∶10，1∶20，1∶30，1∶40 g/mL），檸檬酸添加量（0.25，1.00，3.00，5.00和10.00 g/100 mL），提取溫度（60，70，80，90和95 ℃），水浴時(shí)間（20，40，60，80和100 min），超聲提取時(shí)間（10，15，20，25和30 min），表面活性劑優(yōu)選（吐溫20，吐溫80和SDS），表面活性劑用量（1，2，3，4和5 g/100 mL）對(duì)果膠提取率的影響。

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，利用正交試驗(yàn)L9(34)對(duì)4個(gè)考察因素進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，考察各因素對(duì)產(chǎn)率的影響。

1.2.3 果膠提取率的計(jì)算

百香果皮的果膠提取率=果膠干粉質(zhì)量（g）/百香果果皮干粉質(zhì)量（g）×100% （1）

1.2.4 果膠含量的測(cè)定

采用咔唑硫酸比色法測(cè)定提取后的果膠含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比對(duì)果膠提取的影響

采用常規(guī)提取方法，不加表面活性劑，固定提取條件：檸檬酸加入量3 g/100 mL、提取溫度80 ℃、提取時(shí)間60 min，超聲20 min，對(duì)比不同料液比（1∶10，1∶20，1∶30和1∶40 g/mL）提取率的變化。由圖1可以看出，隨著溶液體積增加，提取率先增高，隨后降低并達(dá)到平穩(wěn)，這是因?yàn)榱弦罕冗^(guò)高時(shí)，果膠難以全部溶出，果膠提取率低，隨著溶液增加，果膠逐漸溶出，提取率達(dá)到最高15.2%，溶液繼續(xù)增加時(shí)，溶液中果膠濃度占比低，析出的果膠量少，因此，優(yōu)選最佳料液比1∶20 g/mL。

圖1 料液比對(duì)果膠提取率的影響

2.1.2 酸度對(duì)果膠提取的影響

采用常規(guī)提取方法，不加表面活性劑，固定提取料液比1∶30 g/mL，提取溫度80 ℃、提取時(shí)間60 min，超聲20 min，添加不同量的檸檬酸調(diào)節(jié)酸度（0.25，1.00，3.00，5.00和10.00 g/100 mL），比較酸度對(duì)果膠提取率的影響（見(jiàn)圖2）。

常規(guī)果膠提取采用鹽酸調(diào)節(jié)pH，果膠的工業(yè)化提取過(guò)程中容易造成環(huán)境污染，研究表明有機(jī)酸可作為果膠提取的酸度調(diào)節(jié)劑[8,11]，檸檬酸作為一種廉價(jià)易得的有機(jī)酸，是一種環(huán)境友好型的酸度調(diào)節(jié)劑。試驗(yàn)對(duì)比不同添加量檸檬酸對(duì)百香果皮中果膠提取的影響，隨著檸檬酸添加量增加，果膠提取率逐漸提高，檸檬酸添加量5 g/100 mL以上時(shí)，果膠提取率增加幅度變緩，但試驗(yàn)所得果膠產(chǎn)品顏色逐漸變深，這是因?yàn)樗岬脑黾訒?huì)導(dǎo)致部分纖維素、半纖維素分解，使果膠里己糖和戊糖含量增加，從而影響果膠質(zhì)量，因此綜合果膠提取率和顏色考慮，加入檸檬酸添加量選5 g/100 mL），此時(shí)測(cè)定料液pH 1.8。

圖2 檸檬酸添加量對(duì)果膠提取率的影響

2.1.3 時(shí)間對(duì)果膠提取的影響

在最佳料液比、酸度條件下，固定提取溫度80 ℃，比較水浴提取時(shí)間（20，40，60，80和100 min），超聲時(shí)間（10，15，20，25和30 min）對(duì)果膠提取的影響（見(jiàn)圖3）。水浴時(shí)間40 min時(shí)，提取率最高（22.3%），隨著時(shí)間延長(zhǎng)，提取率降低；超聲時(shí)間低于25 min時(shí)，果膠提取率隨著超聲時(shí)間的增加而逐漸提高，而超聲時(shí)間進(jìn)一步增加，果膠的提取率逐漸下降。水浴時(shí)間長(zhǎng)反而提取率降低，可能是因?yàn)槟z凝，導(dǎo)致溶出變少；超聲提取時(shí)，超聲時(shí)間短，果膠難快速溶出，造成百香果果皮渣的提取率低，超聲提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，果膠大分子逐漸發(fā)生解聚，生成小分子糖類(lèi)物質(zhì)，影響果膠后續(xù)的膠凝，提取率降低。

因此，選擇水浴提取時(shí)間40 min、超聲25 min為宜。

2.1.4 溫度對(duì)果膠提取的影響

在最佳料液比、酸度、提取時(shí)間和超聲時(shí)間條件下。比較提取溫度50，60，70，80，和95 ℃對(duì)果膠提取率的影響（見(jiàn)圖4）。隨著溫度升高果膠提取率增加，60～80 ℃區(qū)間時(shí)提取率最高，隨后則降低。這是因?yàn)闇囟雀撸肿舆\(yùn)動(dòng)加快，利于果膠的溶出，由于果膠是大分子聚合物，在溫度高于80 ℃時(shí)，高溫下分子發(fā)生解聚，膠凝能力降低，提取率因此下降。因此，果膠最佳提取溫度60～80 ℃，從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，最佳溫度選擇60 ℃。

圖3 時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響

圖4 溫度對(duì)果膠提取率的影響

2.1.5 表面活性劑對(duì)果膠提取的影響

表面活性劑的分子表面同時(shí)具有親水親油基團(tuán)，添加少量表面活性劑就能使溶液體系的界面狀態(tài)發(fā)生明顯變化，能增加物質(zhì)的相溶性，表面活性劑在輔助植物活性物的提取工藝中已有研究報(bào)道[12]。

優(yōu)選百香果果膠常規(guī)提取條件后，比較相同添加量（2 g/100 mL）的表面離子活性劑SDS、吐溫20、吐溫80對(duì)果膠提取的影響（見(jiàn)表1），結(jié)果表明表面活性劑能提高果膠的提取率，這是因?yàn)楸砻婊钚詣┠茉黾右耗そ佑|，加快傳質(zhì)過(guò)程，利于果膠溶出，其中吐溫80更能明顯提高果膠提取率。

表1 表面活性劑對(duì)果膠提取率的影響（用柱形圖）

優(yōu)選吐溫80，對(duì)比不同添加量（1，2，3，4和5 g/100 mL）所得果膠的提取率（見(jiàn)圖5），吐溫80添加量3 g/100 mL時(shí)，果膠提取率最高（26.34%）。這可能是因?yàn)楫?dāng)表面活性劑濃度適當(dāng)時(shí)，其雙親分子結(jié)構(gòu)降低界面間張力，水溶液更容易進(jìn)入植物細(xì)胞，促進(jìn)果皮細(xì)胞中的果膠溶出。

圖5 吐溫80添加量對(duì)果膠提取率的影響

2.1.6 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)，選取料液比、檸檬酸添加量、超聲時(shí)間、吐溫80添加量這4個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，每個(gè)因素選取3個(gè)水平，以果膠提取率為參考指標(biāo)，進(jìn)一步研究最優(yōu)提取工藝。從分析結(jié)果（表2）可看出，影響果膠提取率的因素主次順序?yàn)锳＞C＞D＞B，即料液比＞超聲時(shí)間＞吐溫80添加量＞檸檬酸添加量，比較各因素間的均值大小確定優(yōu)先方案為A2C3D3B3，即料液比為1∶20 g/mL、超聲時(shí)間30 min、吐溫80添加量4 g/100 mL、檸檬酸添加量7 g/100 mL，在此條件下百香果果膠的提取率為27.40%±0.22%，純度為87.3%。表面活性劑對(duì)提取率的影響，單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)選最佳提取工藝條件。結(jié)果表明，超聲和表面活性劑輔助能提高果膠提取率，影響果膠提取因素的主次順序依次為：料液比、超聲時(shí)間、吐溫80添加量、檸檬酸添加量。最佳提取工藝條件為：料液比1∶20 g/mL、水浴時(shí)間40 min、水浴溫度60 ℃、檸檬酸添加量7 g/100 mL、超聲時(shí)間30 min、表面活性劑吐溫80添加量4 g/100 mL。此工藝條件下百香果皮中果膠的提取率可達(dá)27.4%，純度為87.3%。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析