从柑橘类果皮中提取果胶的试验对比研究

2021-11-13龚殿婷刘志壮张宏军

应用化工 2021年10期

龚殿婷，刘志壮，张宏军

(1.辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺 113001;2.新东北电气集团工艺研究院，辽宁沈阳 110027)

果胶有着广泛应用，市场需求量大，且呈高速增长趋势。以果蔬的渣、皮类为原料提取果胶，变废为宝，已成为研究热点，且可带来巨大的经济效益[1-4]。柑橘类果皮中果胶最为丰富，是最主要的果皮类原料。国内外众多学者利用各种方法分别从柑橘类果皮中提取了果胶[5-7]。新工艺、新方法逐渐出现，例如超声波辅助、酶法、连续逆流萃取法、离子交换树脂法、草酸铵法和混合盐析法等[8-12]。但至今并无对比性的试验研究。本文以柑桔、橙子、柠檬三种柑橘类果皮为原料，探索在同种工艺下提取果胶的效果，探讨提高果胶收率的方法，对于利用橘类果皮制备果胶有着重要的生产意义。

1 实验部分

1.1 原料的预处理

分别称取适量新鲜的柠檬皮、橙皮、柑桔皮，清洗后切碎，以热水煮沸、浸泡，并烘干待用。

1.2 提取果胶

称取干燥后的碎果皮于反应器中，加入配制好的混合酸(冰乙酸-10%盐酸)与一定温度下浸提，分离后将滤液用活性炭吸附去色后，浓缩、调节至中性，加醇沉淀、静置，得絮状物。再次分离、洗涤后烘干得固体块状果胶，研磨、粉碎、过筛，即得成品果胶粉。

2 果胶收率的影响因素分析

2.1 固液比对果胶产量的影响

固液比为所用果皮与加入混合酸的质量比，相同体积的3种果皮碎干质量不同，因此所选固液比有所差异，试验结果见图1。

由图1可知，固液比对果胶得率的影响较大，特别是固液比从1.6上升为1.8，3种果皮的果胶得率明显上升。但固液比过大，反而稀释了混合酸浓度，不利于果胶的提取，果胶得率有下降趋势。由3条曲线趋势可以看出，柑桔皮、橙子皮和柠檬皮的最佳固液比分别为1.8,1.8和1.9，并且柑桔皮的固液比极值表现最为显著。

2.2 浸提液pH值对果胶得率的影响

果蔬中，果胶多数以原果胶存在，不溶于水，可溶于酸。果胶为高分子聚合物，用酸可使相应的键断裂，变成小分子的结构。果胶提取过程中的化学变化，就是加酸脱脂，碳水化合物因不与酸反应，将会混在最终生成物中。用于果胶酸解的酸已不再局限于单一的无机酸或有机酸，混合酸逐渐成为新的选择。试验配制了冰乙酸-10%盐酸的混合酸作为酸提剂。浸提液的酸度过小会使部分果胶脱脂裂解，影响果胶产量。酸度过大，果胶易水解为果胶酸，从而导致果胶提取量下降。经过众多学者的研究发现，当果胶浸提液的pH值在2附近时，实验效果最佳。而酸度的调节过程中可通过加入一定量的去离子水，此时就要同时考虑固液比的影响，另外，也可在混合酸的配制时，直接将pH值调整至所需酸度。本试验采用的后者，结果见图2。

由图2可知，柑桔皮所需的酸度恰好为pH=2.0，橙子皮为pH=2.1，柠檬皮所需酸度最小，当pH值在2.3时才能达到最佳的果胶提取率。

2.3 浸提温度对果胶得率的影响

果胶的基本结构为α-1，4糖苷键连接的聚半乳糖醛酸，属于多糖，为防止被酶水解，预处理过程中热煮方式破坏了果胶酶活性。浸提温度会直接影响果胶的得率，通常果胶浸提的温度在80 ℃左右。浸提温度低，果胶水化溶出不完全；温度过高不利于试验操作，而且还可能会使果胶降解，影响果胶产量，考虑本试验所用混合酸为冰乙酸与盐酸配制，均为易挥发酸，浸提温度试验区间选为60～95 ℃，结果见图3，柑桔皮的浸提温度在75～80 ℃之间时果胶得率变化不大，橙子皮与柠檬皮的浸提温度均在85 ℃ 出现最佳值。

2.4 浸提时间对果胶得率的影响

酸法分解，提取时间非常关键。通常提取物质，加热时间越长越好。足够长的时间可以保证果皮中的原果胶完全溶解，但提取时间过长，又会使果皮中果胶被氢离子解酯、裂解，导致提取率下降[13]。图4为相同试验条件下，3种果皮不同浸提时间下的果胶得率。

由图4可知，当浸提的时间达到70 min时，3种果皮的果胶均具有大幅度增长，其中柑桔皮达到最大果胶得率。取相同的果胶得率时，柠檬所需时间最多。

2.5 乙醇用量对果胶提取率的影响

从柑橘类果皮中果胶属高酯化度果胶，酯化度在70%以上，可用乙醇洗涤沉淀。乙醇对果胶有凝聚作用，以除去可溶性糖类、脂肪、色素等物质。果胶中的醛基(—CHO)与乙醇中羟基(—OH),发生反应形成酯类化合物。试验发现，当在浓缩液中加入乙醇时，即可发现果胶絮状沉淀产生，随着乙醇用量的增加，果胶絮凝量增大，直到沉淀完全，当乙醇用量为提取液体积的1.0～1.5倍时，已可满足试验需求。此时再增加乙醇用量，果胶的絮凝量不再增加。在保证能够完全沉淀出果胶的前提下，没有必要继续增大乙醇用量，造成乙醇的浪费，增加生产成本。