陳妮娜

（漳州城市職業(yè)學(xué)院，福建 漳州 363000）

0 引言

果膠主要存在與蔬果根、莖、葉部的細(xì)胞壁內(nèi)和細(xì)胞液中，主要以半乳糖醛酸為成分的一種復(fù)合多糖類物質(zhì)[1]。果膠具有良好的增稠、乳化和凝膠作用，還可以降低血糖、血脂及膽固醇，因此被廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域中[2]。目前，商業(yè)果膠主要是橘皮和蘋果渣，但隨著人們對(duì)綠色食品的追求，果膠的提取試樣、方法等受到更多的關(guān)注。石榴果實(shí)營(yíng)養(yǎng)豐富，除直接食用外還可以加工成石榴汁、石榴酒，生產(chǎn)過程大量的石榴皮渣被丟棄，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[3]。目前，以石榴皮的果膠提取研究報(bào)道甚少，以石榴皮作為原料，同一酸性條件下利用酶或螯合劑協(xié)同微波加熱法提取果膠，對(duì)果膠產(chǎn)率、理化性質(zhì)的分析，選擇較適宜的石榴皮果膠提取方法，并根據(jù)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化石榴皮渣的果膠提取工藝，得到提取石榴皮果膠的最佳工藝條件，為提取石榴皮果膠的生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

石榴皮；無水乙醇、十二烷基磺酸鈉、六偏磷酸鈉、草酸銨、纖維素酶、果膠酶、鹽酸，均為分析純。

PHS-3C 型實(shí)驗(yàn)室pH 計(jì)，上海雷磁廠產(chǎn)品；101-3 型鼓風(fēng)干燥箱，上海光地儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；LWMC-205 型可調(diào)功率微波化學(xué)反應(yīng)器，南京陵江科技開發(fā)有限責(zé)任公司產(chǎn)品；FA2204B 型電子天平，上海精科有限公司產(chǎn)品；R201 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鄭州長(zhǎng)城科上貿(mào)有限公司產(chǎn)品；SHB-3 型循環(huán)水多用真空泵，鄭州杜甫儀器廠產(chǎn)品；NDJ-8S 型數(shù)顯旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海精天儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

石榴皮清洗→剪碎滅酶→烘干粉碎稱樣→調(diào)節(jié)pH 值→加適量螯合劑并微波加熱→離心過濾脫色濃縮→沉淀、抽濾、干燥粉碎得果膠粉。

1.2.2 操作要點(diǎn)

（1）原料預(yù)處理。將石榴皮剪碎，于100 ℃沸水中煮4～5 min，使果膠酶的活性鈍化。

（2）螯合物或酶法協(xié)同微波法加熱浸提液。按相同的料液比1∶20（g∶mL），加入適量螯合劑或酶，置于燒杯中，加鹽酸調(diào)節(jié)pH 值至2，放入微波爐，調(diào)節(jié)微波功率和時(shí)間提取果膠。

（3）濃縮、沉淀。將微波處理后的過濾浸提液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，于60 ℃下真空濃縮，冷卻后加入一定量的95%乙醇，充分?jǐn)嚢?，靜置30 min，沉淀析出。

（4）抽濾、干燥。用真空抽濾裝置進(jìn)行抽濾，濾出物用75%乙醇洗滌，把果膠沉淀物于60 ℃下干燥得果膠，粉碎得果膠粉。

1.2.3 果膠提取率計(jì)算及果膠的理化性質(zhì)測(cè)定

根據(jù)QB 2484—2000 果膠產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)法規(guī)定，測(cè)定石榴果膠水分、灰分、pH 值。

稱取制備的果膠，溶于適量蒸餾水調(diào)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的溶膠，用黏度計(jì)測(cè)定溶膠黏度。果膠酯化度的測(cè)定參考[4]。

1.2.4 微波法協(xié)同提取石榴皮中果膠的單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)

以石榴皮作試驗(yàn)材料，加入適量的螯合劑或酶，選取料液比、提取液pH 值、微波功率、微波時(shí)間4個(gè)單因素試驗(yàn)。在4 個(gè)單因素基礎(chǔ)上，分別選取各因素對(duì)應(yīng)的3 個(gè)較優(yōu)水平做正交試驗(yàn)，以對(duì)提取石榴皮中果膠的工藝條件做進(jìn)一步優(yōu)化。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同提取方法制備的石榴皮果膠提取率及理化性質(zhì)

不同方法提取石榴皮果膠的提取率及理化性質(zhì)見表1。

由表1 可知，在相同的料液比1∶10（g∶mL），提取液pH 值為1 的條件下，用不同制備方法得到的石榴皮果膠均為高酯化度類型。單純微波法制備的果膠產(chǎn)率最低，黏稠度差。酶法協(xié)同微波法、鰲合劑協(xié)同微波法提高石榴皮果膠的產(chǎn)率和品質(zhì)，說明酶及鰲合物作為提取液的萃取劑，均有促進(jìn)殘留于酸解皮渣中果膠溶出的作用，改善單一微波法制備果膠的弊端[5]。鰲合劑協(xié)同微波法所制備的果膠與酶法協(xié)同微波法的果膠相比，鰲合劑協(xié)同微波制備的果膠灰分較大，雖然果膠的品質(zhì)受到一些影響，但其理化指標(biāo)均比較理想且產(chǎn)率高，其中六偏磷酸鈉協(xié)同微波法制備的果膠產(chǎn)率最高13.2%，可能是六偏磷酸鈉溶液作為提取劑在酸性條件下不僅將水溶性果膠及原果膠浸提出來，還將以鈣鹽等形式存在的非水溶性果膠轉(zhuǎn)化為水溶性果膠而被浸提出來。酶法協(xié)同微波法所得果膠產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、黏度較大，溶膠成膜性能較好?；诠z大部分的用途主要考慮產(chǎn)率、凝膠性能，綜合上述所制備果膠的產(chǎn)率和理化指標(biāo)，選擇六偏磷酸鈉協(xié)同微波法來制備石榴皮果膠。

表1 不同方法提取石榴皮果膠的提取率及理化性質(zhì)

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 料液比對(duì)果膠提取率的影響

稱取4 g 石榴皮粉，調(diào)節(jié)提取液的pH 值為2，加入0.3%含量的六偏磷酸鈉，微波功率800 W，微波時(shí)間3 min，考查不同料液比對(duì)果膠提取率的影響。

料液比對(duì)果膠提取率的影響見圖1。

圖1 料液比對(duì)果膠提取率的影響

由圖1 可知，果膠提取率隨著料液比的增大而逐漸減小，在料液比為1∶10～1∶20（g∶mL）提取液用量少，微波加熱時(shí)溶液溫度上升快，有利于石榴皮中不溶性的果膠快速水解形成果膠并轉(zhuǎn)移到提取液中，果膠提取率比較高。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，如果料液比小于1∶10，石榴皮不能完全浸沒在提取液中使得提取不完全，對(duì)果膠產(chǎn)率有較大的影響。當(dāng)料液比為1∶30 后果膠提取率大大減少，表明提取液量多、果膠濃度太低，乙醇難以將果膠沉淀析出，果膠提取率反而下降。因此，料液比1∶10～1∶20 為宜。

2.2.2 提取液pH 值對(duì)果膠提取率的影響

稱取4 g 石榴皮粉，料液比為1∶10（g∶mL），加入0.3%含量的六偏磷酸鈉，微波功率800 W，微波時(shí)間3 min，考查提取液pH 值對(duì)果膠提取率的影響。

提取液pH 值對(duì)果膠提取率的影響見圖2。

圖2 提取液pH 值對(duì)果膠提取率的影響

由圖2 可知，提取液的酸度對(duì)石榴皮果膠的提取影響比較大。當(dāng)pH 值為1 時(shí)，果膠提取率達(dá)到高峰；當(dāng)pH 值小于1 時(shí)，果膠容易過分水解使果膠提取率低；當(dāng)pH 值大于1 時(shí)，隨著pH 值增大，提取率逐漸降低，可能酸度不夠?qū)е鹿z水解不完全。因此，pH 值選擇1 左右適宜。

2.2.3 微波功率對(duì)果膠提取率的影響

稱取4 g 石榴皮粉，料液比為1∶10（g∶mL），調(diào)節(jié)提取液的pH 值為2，加入0.3%含量的六偏磷酸鈉，微波時(shí)間3 min，考查提取液微波功率對(duì)果膠提取率的影響。

微波功率對(duì)果膠提取率的影響見圖3。

圖3 微波功率對(duì)果膠提取率的影響

由圖3 可知，隨著微波功率的增加，果膠產(chǎn)率增大，當(dāng)微波功率600～800 W 時(shí)果膠產(chǎn)率較高，微波功率大于800 W就開始下降。可能是適當(dāng)?shù)奈⒉ㄌ幚硎沟梅肿娱g的碰撞速率加快，果膠更容易滲出溶解在提取液中，而微波功率太大會(huì)使提取液產(chǎn)生暴沸現(xiàn)象，石榴皮中的果膠水解強(qiáng)烈或發(fā)生變性，裂解成其他的多糖分子。因此，微波功率選擇在600～800 W 為宜。

2.2.4 微波時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響

稱取4 g 石榴皮粉，料液比為1∶10（g∶mL），調(diào)節(jié)提取液的pH 值為1，加入0.3%含量的六偏磷酸鈉，微波功率700 W，考查微波時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響。

微波時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響見圖4。

圖4 微波時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響

由圖4 可知，微波時(shí)間為3～4 min 時(shí)果膠提取率最大，表明微波時(shí)間太短不能將果膠完全提取出來，但是微波時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)提取液溫度過高，部分果膠容易發(fā)生降解，使得提取率降低，尤其在5 min 以后提取率大大降低，與試驗(yàn)相符合，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)微波時(shí)間長(zhǎng)，提取液不斷蒸發(fā)水分濃縮導(dǎo)致溶劑少，更易暴沸，果膠提取更不完全。因此，選擇微波時(shí)間3～4 min 為宜。

2.2.5 六偏磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)果膠提取率的影響

六偏磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)果膠提取率的影響見圖5。

圖5 六偏磷酸鈉含量對(duì)果膠提取率的影響

由圖5 可知，果膠提取率隨著六偏磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而逐漸升高，當(dāng)六偏磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.4%后又趨于穩(wěn)定?？赡苁怯捎诹姿徕c的添加量，決定著原果膠中的鈣離子能否被完全螯合和完全溶出。在六偏磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)低時(shí)，單位體積內(nèi)螯合劑的量少，螯合和溶出能力有限，果膠提取率較低。但六偏磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)太大又容易引起果膠灰分過高[5]。因此，選擇六偏磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%為宜。

2.3 正交試驗(yàn)確定最佳工藝參數(shù)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為確定微波最佳工藝參數(shù)，固定螯合劑含量，選取料液比、pH 值、微波功率、微波時(shí)間，四因素三水平，用L9（34）進(jìn)行正交試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表2，正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

在固定0.4%質(zhì)量分?jǐn)?shù)六偏磷酸鈉的作用下，影響石榴果皮果膠提取率的因素主次順序?yàn)榱弦罕龋緋H 值＞微波功率＞微波時(shí)間。分析得到石榴果皮果膠提取的最優(yōu)工藝條件組合是A2B2C2D2，即料液比為1∶15（g∶mL），pH 值為1.5，微波功率為600 W，微波時(shí)間為3 min，在此條件下重復(fù)提取石榴皮中果膠3 次，測(cè)得平均提取率為7.75%。

3 結(jié)論

在石榴皮提取果膠過程中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的六偏磷酸鈉輔助微波加熱法提取果膠的最佳工藝參數(shù)為料液比1∶15（g∶mL），pH 值1.5，微波功率600 W，微波時(shí)間3 min，在此條件下驗(yàn)證結(jié)果與正交試驗(yàn)一致，果膠提取率最高為7.75%。