橙皮中酸性果胶超声波辅助提取工艺的优化

2020-10-16周艳蕊时文强张文成

安徽化工 2020年5期

周艳蕊，时文强，张文成

（合肥工业大学食品与生物工程学院，农产品生物化工教育部工程研究中心，安徽合肥230601）

近年来，我国柑桔栽培面积逐年扩大，年产量位于世界第二[1-2]。橙子内果皮白色、海绵状部分含有如d-宁烯、柠檬苦素和果胶等物质[3]。果胶是一种天然线性高分子化合物[4]，在食品、医药和其他工业中起重要作用[5-7]。但橙皮一般得不到充分利用，大都作为垃圾处理，资源浪费严重，且对环境造成一定污染。如何利用橙皮生产果胶，将其变废为宝，从而最大限度获得经济效益，已成为学术界关注的热点。目前，国内外提取果胶的主要方法有酸水解沉淀法[8]、微波辅助法[9]、离子交换树脂法[10]、微生物法[11-12]等。酸法提取橙皮果胶是传统的一种方法，耗时长；超声波辅助法是利用超声在传递中产生“空化效应”，可以加快细胞内容物的流出，操作简便，提取效率高[13]。

本文以橙子内果皮为原料，采用超声辅助酸性水溶液提取果胶，并通过正交实验获得较优工艺参数。

1 材料与仪器

甜橙，市购；盐酸、无水乙醇、氢氧化钠等均为分析纯；活性炭、硅藻土、AB-8树脂、D-101树脂等，国药集团。

B-260恒温水浴锅，上海亚荣生化仪器厂；KQ-500B超声波处理器，昆山市超声仪器有限公司；FA1004N电子天平，上海精密仪器仪表有限公司。

2 实验方法

2.1 单因素实验

在超声设备固定功率180 W下，分别考查了料液比、pH值、提取温度、提取时间对橙子内皮果胶提取效果影响，确定各因素的适宜水平范围。

2.2 正交实验

在单因素的基础上，取料液比、pH值、提取温度、提取时间进行4因素3水平正交实验，对橙皮果胶提取条件进一步优化，确定最佳提取工艺。

3 实验结果与分析

3.1 单因素实验

（1）料液比对橙皮果胶提取的影响

选取萃取液温度60℃，浸提时间60 min，pH=2.0，料液比对橙皮果胶提取的影响如图1所示。从图1可以看出，料液比为1∶60时果胶得率最高。提取液体积太小，橙皮果胶无法完全溶解提取，但是提取液体积过大，将会对下面的醇沉淀造成困难，醇沉不充分，产生浪费，影响果胶得率。料液比在1∶60时，橙皮内果皮提取率最高。故橙皮果胶最佳提取料液比是1∶60。

图1 料液比对果胶提取的影响

（2）pH值对橙皮果胶提取的影响

选取萃取料液比为1∶60，温度60℃，浸提时间60 min，pH值对橙皮果胶得率的影响如图2所示。从图2可以看出，提取pH值在2.0时，果胶得率达到最高。当pH小于2.0时，酸性越强，非水溶性果胶越容易转化成水溶性果胶，但果胶在强酸下较容易发生水解，所以酸性越强果胶得率越低；当pH大于2.0时，非水溶性果胶越难转化成水溶性果胶，从而导致果胶得率较低；当pH等于2.0时，橙皮果胶提取率达到最大值。故橙皮果胶最佳提取pH值是2.0。

图2 pH值对果胶提取的影响

（3）提取时间对橙皮果胶提取的影响

选取提取料液比1∶60，浸提温度60℃，pH=2.0，改变提取时间，实验结果如图3。从图3可看出，提取时间70 min时，橙皮果胶得率最高。在一定范围内，随着提取时间的增加，橙皮果胶提取得更充分，果胶萃取率升高，果胶降解速度小于果胶提取速度；但是当果胶浸提时间大于70 min，果胶提取速率小于果胶降解速率，造成果胶被酯解、裂解，橙皮果胶得率下降。故橙皮果胶最佳提取时间是70 min。

图3 浸提时间对果胶提取的影响

（4）提取温度对橙皮果胶提取的影响

选取提取料液比为1∶60，浸提时间为60 min，pH=2.0，橙皮果胶提取效率受温度的影响如图4。从图4可看出，温度在60℃时橙皮果胶得率最高。温度较低时，果胶溶胀不完全，橙皮果胶得率降低；当提取温度大于60℃时，在提取过程中果胶会发生水解，橙皮果胶提取率不再升高。故橙皮果胶最佳提取温度是60℃。