榴莲皮果胶提取工艺的优化实验研究

王海燕，廖明顺，张 敏，文 斌，李鹏声，黄彩霞，王晓波

(广东药学院公共卫生学院，广东广州 510310)

榴莲皮果胶提取工艺的优化实验研究

王海燕，廖明顺，张 敏，文 斌，李鹏声，黄彩霞，王晓波*

(广东药学院公共卫生学院，广东广州 510310)

目的:确定榴莲壳果胶的最佳提取条件，为榴莲壳废弃物进一步利用提供参考。方法:以榴莲壳为材料，取内部白瓤部分，采用盐酸提取乙醇沉析及超声波方法提取果胶，重量法计算得率。以料液比、提取剂pH、提取温度、时间做单因素实验，根据单因素实验结果，进行正交实验L9(34)，确定最佳提取条件。结果:传统酸法提取果胶的最佳条件为料液比1∶30，pH2.0，提取温度为90℃，提取时间为90min，得率为14.97%。超声波提取法料液比为1∶30，提取剂pH1.0，超声温度为80℃，超声时间为60min，得率达到19.68%。结论:两种提取榴莲壳果胶的方法比较发现超声辅助提取法的提取效果优于传统酸提法。

榴莲壳，果胶，超声，正交实验

果胶是一种天然多糖类高分子化合物，广泛存在于高等植物的根、茎、叶、果实的细胞壁中［1］。由于果胶不仅作为天然食品添加剂，而且具有维持人体健康的作用，对增强胃肠蠕动，促进营养吸收的功能以及降低血糖、血脂，减少胆固醇，解除铅中毒都存有明显作用，在食品和医药领域有着广泛的应用［2－3］，据不完全统计，我国每年约消耗果胶1500 t以上，其中从国外进口约占80%［4］。目前果胶的提取多从柑橘、苹果等农作物中提取，关于榴莲壳内皮提取果胶的研究，相关报道较少。本实验以榴莲壳内皮为原料，采用盐酸水解乙醇沉淀法及辅助超声两种方法制取果胶，并通过单因素和正交实验，对影响榴莲壳内皮果胶的提取效果的因素进行比较实验研究，优化提取条件，为榴莲壳废弃物的再利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

榴莲壳 采自广州市海珠区红卫集贸市场;试剂 国产优级分析纯;实验用水 二次蒸馏水。

DFT－50型手提式高速中药粉碎机 温岭市大德中药机械有限公司;BS224s型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;101AS－1型电热鼓风干燥箱 上海浦东荣丰科学仪器有限公司;SHZ－D (Ⅲ)型循环水式真空泵 巩义市予华仪器有限公司;RE－2000型旋转蒸发器 上海亚荣生化试剂厂; KQ500E型超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品预处理 称取一定量的榴莲壳，取白瓤部分，水冲洗净后置于100℃水煮15m in，使果胶酶失活。再用30℃的温水反复漂洗，洗去原料中的糖苷、色素等。洗净后切成5～10mm的颗粒，放入平皿中。置于70℃下烘干，粉碎过60目筛，干燥保存待用［5］。

1.2.2 果胶得率与提取率的计算［6］准确称取一定质量的原料W(g)，在最佳提取条件下提取果胶，测定提取物中果胶的质量为W1(g)。

准确称取一定质量的原料，在最佳提取条件下多次提取果胶，直至提尽，然后测定提取物中果胶的质量为Wm(g)。

1.3 果胶提取工艺

1.3.1 传统酸法提取果胶

1.3.1.1 传统酸法提取果胶单因素实验 取1.0g经预处理的榴莲壳内皮粉末，按一定料液比(粉末质量:溶液体积(g:m L))加入不同pH的盐酸，在一定温度的恒温水浴箱中不停地搅拌。提取一段时间后，趁热减压抽滤，并将滤渣用80℃热水洗涤至黏稠。为了减少乙醇消耗量，用旋转蒸发仪浓缩果胶溶液。所得浓缩液即为果胶提取液。待果胶提取浓缩液冷却后，在不断搅拌下加入等体积的95%乙醇溶液，静置1～2h至果胶完全析出。减压抽滤，滤渣用无水乙醇洗涤2～3次，进一步除去色素、水分及其他杂质。滤液减压蒸馏回收乙醇。所得果胶滤饼置于干燥箱内，调节55～60℃温度干燥，得果胶产品。称重并计算得率［6］。

分别改变料液比、提取剂pH、提取温度以及提取时间实验条件，考察其对果胶提取效果的影响。

1.3.1.2 传统酸法提取果胶的工艺优化实验 根据以上单因素实验的结果，选择料液比、pH、提取温度及提取时间四个因素，采用L9(34)正交实验，确定传统酸法提取果胶的最佳提取条件。正交实验因素水平表见表1。

表1 传统酸法提取果胶正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing acid extraction of pectin

1.3.1.3 优化方法重复性检验 准确称取1.0g榴莲壳粉末3份，按照传统酸法正交实验最佳提取条件提取果胶。称重计算产率，计算平均量与RSD。

1.3.2 超声波辅助法提取果胶

1.3.2.1 超声波辅助法单因素实验［7－10］准确称取5份1.0g经预处理的榴莲壳内皮粉末，超声波固定功率(40kHz)下，分别改变料液比、提取剂pH、提取温度以及提取时间，考察其对果胶提取效果的影响。

1.3.2.2 超声辅助提取果胶正交实验 根据以上单因素实验的结果，选择料液比、pH、超声温度、超声时间四个因素，采用L9(34)正交实验，确定超声辅助提取果胶的最佳提取条件。正交实验因素水平表见表2。

1.3.2.3 优化方法重复性检验 准确称取1.0g榴莲壳粉末3份，按照超声正交实验最佳提取条件提取果胶。称重计算产率，计算平均量与RSD。

表2 超声辅助提取果胶正交实验因素水平表Table 2 Factors and levels in orthogonal design for optimizing ultrasonic－assisted extraction of pectin

1.3.3 传统酸法与超声波提取法的比较

2 结果与讨论

2.1 传统酸法提取果胶

2.1.1 传统酸法提取果胶单因素实验结果

2.1.1.1 传统酸法料液比对果胶提取效果的影响从图1中可知，当料液比较小时，果胶产率低。随着料液比增大，果胶产率逐渐上升，并在1∶25达到峰值，1∶25以后果胶产率有所下降。故选择1∶20、1∶25、1∶30做正交实验。

图1 传统酸法料液比对果胶得率的影响Fig.1 Effect ofmaterial/liquid ratio on pectin yield

2.1.1.2 传统酸法提取剂pH对果胶提取效果的影响

由图2可知，提取剂pH1.0时果胶产率最高，随着pH升高，果胶产率降低。pH太低造成提取液颜色过深，严重影响果胶产品颜色，当pH过低时，有可能引起果胶的降解，使果胶质量下降，pH也不能太高，否则不能完全分离果胶，导致果胶得率降低［11］。故选择pH1.0、2.0、3.0做正交实验。

图2 传统酸法提取剂pH对果胶得率的影响Fig.2 Effect of pH on pectin yield

2.1.1.3 传统酸法提取温度对果胶提取效果的影响 由图3可知，温度低，果胶提取不完全，从而使果胶得率偏低。90℃时得率最高，但温度太高，100℃时，果胶长时间处于沸腾状态，引起其分子的降解，得率下降。从得到的果胶成品发现，随着温度升高，果胶色泽加深。综合考虑，选择70、80、90℃做正交实验。

2.1.1.4 提取总时间对果胶提取效果的影响 由图4可知，随着提取时间的延长，果胶产率明显增加。在80min达到峰值，80min以后产率趋于平缓甚至有下降趋势。但当提取时间过长时，果胶会解酯、裂解，造成果胶产率下降。故选择70、80、90min做正交实验。

图3 传统酸法提取温度对果胶得率的影响Fig.3 Effect of extraction temperature on pectin yield

图4 传统酸法提取时间对果胶得率的影响Fig.4 Effect of extraction heating time on pectin yield

2.1.2 传统酸提法正交实验结果 见表3。

表3 传统酸提法榴莲壳内皮果胶提取工艺正交实验结果Table 3 Results of orthogonal array design experiments for optimizing traditional acid extraction of pectin

由表3正交极差分析可知，RC＞RA＞RB＞RD，即传统酸法正交实验4个因素对果胶提取的影响强弱顺序为:提取温度＞液料比＞提取pH＞提取时间。由各k值可得出传统酸法正交实验结果的最佳提取条件为A3B2C3D3。即料液比为1∶30，提取剂pH为2.0，提取温度为90℃，提取时间为90m in。

2.1.3 传统酸提法工艺重复性检验 按传统酸法正交实验所得的最佳提取条件，即:料液比为1∶30，提取剂 pH为 2.0，提取温度为 90℃，提取时间为90m in，平行实验3次，结果见表4。

表4 传统酸提法工艺重复性实验结果Table 4 Result of repeated test for optimizing acid extraction of pectin

经计算，果胶产率平均量为14.97%，RSD= 1.22%(n=3)，说明重复性良好。

2.2 超声波法提取果胶

2.2.1 超声波单因素实验结果

2.2.1.1 超声料液比对果胶提取效果的影响 由图5可知，随着料液比的增加，果胶产率也随之增加。其原因是料液比太小，使得物料黏度大，且浓度梯度小，扩散深度慢，难以保证原料中的果胶质全部转移到提取液中，提取不完全，产率低且过滤困难，胶质残留多。料液比增大，使得提取出来的胶质在溶液中的浓度太低，虽然容易过滤，但真空浓缩时间过长，沉淀时酒精消耗大，沉淀效果不太理想［12］。故选择1∶20、1∶25、1∶30做正交实验。

图5 超声波提取法料液比对果胶得率的影响Fig.5 Effect ofmaterial/liquid ratio on pectin yield

2.2.1.2 超声提取剂pH对果胶提取效果的影响 由图6可知，当pH为1.0时，果胶产率最高，随着pH升高，果胶产率逐渐降低。溶液pH过高，提取时间将会延长，导致果胶不稳定，容易分解成果胶酸，使产率下降。溶液pH过低，提取时间缩短，造成果胶进一步分解，且过滤时易随溶液而滤掉，使果胶得率降低，同时果胶颜色加深。因为酸量的增加会导致部分纤维素、半纤维素分解，使果胶中己糖和戊糖的含量增加，影响果胶品质［13］。综合考虑，选择pH1.0、2.0、3.0做正交实验。

图6 超声提取剂pH对果胶得率的影响Fig.6 Effect of pH on pectin yield

2.2.1.3 超声温度对果胶提取效果的影响 由图7可知，随着温度升高，果胶产率逐渐增加。综合考虑，选择70、80、90℃作正交实验。

图7 超声温度对果胶得率的影响Fig.7 Effect of extraction temperature on pectin yield

2.2.1.4 超声时间对果胶提取效果的影响 由图8可知，随着超声时间延长，果胶产率超声有所提高，在40min以后果胶产率上升缓慢，于60m in时趋于稳定。综合考虑选择30、60、90m in作正交实验。

图8 超声时间对果胶得率的影响Fig.8 Effect of extraction heating time on pectin yield

2.2.2 超声波的工艺优化正交实验结果 由表5正交极差分析可知，RB＞RD＞RC＞RA，即超声辅助法正交实验4个因素对果胶提取的影响强弱顺序为:提取剂pH＞提取时间＞提取温度＞料液比。由k值可以看出，超声波提取正交实验结果的最好提取条件为A3B1C2D2。即料液比为1∶30，提取剂pH为1.0，提取温度为80℃，提取时间为60m in。

表5 超声辅助法正交实验结果Table 5 Results of orthogonal design for optimizing ultrasonic－assisted extraction of pectin

2.2.3 超声波提取工艺优化重复性检验 按超声波提取正交实验所得的最佳提取条件，即料液比为1∶30，提取剂pH为1.0，提取温度为80℃，提取时间为60m in，平行实验3次，结果如表6。

表6 超声波提取优化重复性实验结果Table 6 Result of repeated test for ultrasonic－assisted extraction of pectin

经计算，果胶产率平均量为19.68%，RSD= 1.73%(n=3)，说明重复性良好。

2.3 传统酸法与超声波提取法的比较

传统酸法:料液比为1∶30，提取剂pH为2.0，提取温度为90℃，提取时间为90m in，提取果胶产率平均量为14.97%，颜色较深，纯度杂质相对较多;超声波提取法:料液比为1∶30，提取剂pH为1.0，提取温度为80℃，提取时间为60min，提取的果胶产率平均量为19.68%，颜色较浅，较纯，杂质少。传统酸法与超声波提取法提取的果胶产率均相差较大，与普通的提取方法比较，超声波提取所用的温度较传统酸法低，时间短，利于节约能源，降低成本。而且提取的果胶颜色较杂质少。这与超声波提取果胶的主要原理有关。

超声波是频率高于人耳能听到频率范围的声波，频率一般在20kHz以上。超声波在水中传播，可以产生释放巨大能量的激化和突发，即“空化效应”，这种效应可以产生高达数百个大气压的局部瞬间压力，形成冲击波，是固体表面即液体介质受到极大冲击力，从而破碎细胞，这是超声波应用于果胶原料破壁的理论基础。同时，超声波产生的振动作用加强了被破碎物的扩散及溶解［14］。故超声波辅助法与传统酸法相比，能够提高提取效率，缩短提取时间，降低提取温度，提高经济效益，具有明显优势。

3 结论

通过单因素和正交实验结果表明:榴莲壳内皮中果胶传统酸法提取的最佳工艺为料液比1∶30、pH2.0、90℃、90m in，最大得率为14.97%。超声波辅助提取的最佳工艺为料液比1∶30、pH1.0、80℃、60m in，最大得率为19.68%。超声波辅助提取比酸提取缩短了时间，由90m in降到60m in，得率由14.97%提高到19.68%，所得果胶颜色浅杂质少。

［1］李冬梅，尹凯丹.榴莲的保健价值和加工利用［J］.中国食物与营养，2009(3):32－33.

［2］陈熠，熊远福，文祝友，等.果胶制备技术研究进展［J］.河南化工，2008，25(12):6－9.

［3］李鹏，范桂侠，隋世强.果胶的提取和应用［J］.科教前沿，2009，23(1):49－50.

［4］赵二劳，王彦波.微波辅助提取沙棘果胶［J］.中国食品添加剂，2009:23－90.

［5］谢练武，周春山，周尽花.连续逆流萃取法从桔皮中提取果胶［J］.工艺技术，2005(7):140－142.

［6］李春明，管春梅.咔唑比色法测定玉米种皮中的果胶含量［J］.中国公共卫生，2004，20(4):490－491.

［7］仇农学，田玉霞，邓红，等.超滤法分离苹果果胶及其理化性质［J］.中国农业科学，2009，42(10):3609－3616. Vmax为 0.31μmol/(mg protein·m in)、Km为 0.56 mmol/L。

［8］Yeoh S，Shi J，Langrish T A G.Comparisons between differenttechniques for water－based extraction of pectin from orange peels［J］.Desalination，2008，218( 1 /2 /3) : 229－237.

［9］田辉，马力.果胶的提取与分离［J］.中国食品添加剂，2006( 11) : 126－129.

［10］翁慧，赵玉英，宋娟娟，等.超声法从向日葵盘中提取果胶和果胶含量的测定［J］. 内蒙古民族大学学报，2010，25( 1) : 22.

［11］Wong Weng Wai，Abbas F M Alkarkhi，et al. Effect ofextraction conditions on yield and degree of esterification of durianrind pectin: An experimental design ［J］. Food and Bio PoductsProcessing，2010( 8) : 213－214.

［12］曹德菊，黄祥明，刘小刚.AAS 法间接测定植物果胶含量的研究［J］.安徽农业大学学报，2000，27( 2) : 202－203.

［13］李宏睿，邹立强，韩雅惠，等.芦柑皮果胶提取工艺的研究［J］.保鲜与加工，2011，11( 1) : 32－35.

［14］徐文秀，丁学儒.超声波提取苹果渣中果胶的工艺研究［J］.农业与技术，2009，29( 4) :84－87.

Study on the extraction of pectin technology from durian shell

WANG Hai－yan，LIAO M ing－shun，ZHANG M in，WEN Bin，LIPeng－sheng，HUANG Cai－xia，WANG Xiao－bo*
(School of Public Health，Guangdong Pharmacy Collage，Guangzhou 510310，China)

Ob jective:Provided references for the research on and made sure of the best cond itions for the extraction of pectin by durian shell.Methods:Using the durian shell inner peel as material，the method of acid hyd rochloric ethanol p recipitation and ultrasonic wave were used to extract pectin.Made sing le factor experiment on the factors of solid－liquid ratio，pH，extracts tem perature，extrac ts time and L9(34)orthogonal experim ent and calculated the yield.Result:The best trad itional extrac tion cond itions were:1∶30 of solid－liquid ratio，pH2.0，90℃and 90m in，the yield could reach 14.97%.The best cond itions w ith the ultrasonic wave were:1∶30 of solid－liquid ratio，pH1.0，80℃of ultrasonic wave tem perature and 60m in of ultrasonic wave time，the yield could reach 19.68%.Conc lusion:The com parisons of two methods on the extraction of pectin by durian shell revealed that the effectiveness of the method w ith the help of ultrasonic was better than the traditionalmethod of acid extraction.

durian shell inner peel;pectin;ultrasonic wave;orthogonalexperiment

TS255.1

B

1002－0306(2012)12－0246－05

2011－09－07 *通讯联系人

王海燕(1989－)，女，在读本科，研究方向:食物营养与天然物质功效成分。

教育部预防医学特色专业建设点基金(高教函【2008】21号);广东药学院学生课外实验项目。