微波辅助提取胡萝卜果胶的工艺优化

赵强，张敏，许雳，赵二劳

（忻州师范学院化学系，山西忻州034000）

果胶是广泛存在于植物细胞壁中的一类复杂多糖，具有良好的增稠、稳定、胶凝和乳化作用，常作为增稠剂、稳定剂、胶凝剂和乳化剂广泛应用于食品、医药、化妆品、印染等行业[1-2]。有关资料[3-4]表明，我国年需果胶约1 500 t，并呈高速增长趋势，但80%的果胶靠进口，而进口果胶价格远高于国产果胶。可见，大力开展果胶的研究开发，寻求生产果胶的新资源，探索提高我国果胶质量与产量的新工艺，是极具实际意义的工作。

胡萝卜为伞形科，一年或二年生的根菜，我国栽培普遍，资源丰富。从胡萝卜中提取果胶已有报道[5]，但采用微波法从胡萝卜中提取果胶鲜见报道。已有研究[6-7]证明，微波法是一种具有选择性强、操作时间短、溶剂用量小、目标组分提取率高等特点的有效可行的果胶提取方法。为此，本文在单因素分析的基础上，采用正交试验法优化微波辅助提取胡萝卜中果胶的工艺条件，并与传统水提法进行比较，以期为胡萝卜中果胶的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

胡萝卜：购于当地农贸市场；果胶（Pectin from Citrus）；日本东京化成工业株式会社；咔唑（分析纯）：北京化学试剂公司；其余盐酸、浓硫酸、无水乙醇、乙醚等试剂均为国产分析纯；实验用水为二次蒸馏水。

723型可见分光光度计：上海光谱仪器有限公司；LWMC-201型微电脑微波化学反应器：南京陵江科技开发有限责任公司；AL204型电子天平、FE20实验室pH计：上海梅特勒-托利多仪器有限公司；RE-52AA型旋转蒸发仪：河南巩义市予华仪器有限责任公司。

1.2 方法

1.2.1 原料预处理

新鲜胡萝卜洗净，切块，榨汁机粉碎后，将其在沸水中煮7 min～10 min灭酶，使果胶酶失活，以避免提取过程中果胶的流失。过滤，用无水乙醇洗涤数次，再用无水乙醚对滤渣脱色，乙醚挥发除去，收集沉淀干燥待用[8]。

1.2.2 胡萝卜中果胶的提取

称取一定量预处理后的胡萝卜粉，以水为提取液，用盐酸调节pH，在实验设计的料液比、时间、功率、提取液pH下，进行微波提取，提取液过滤后，浓缩定容，为待测液。

1.2.3 胡萝卜中果胶含量测定

果胶测定采用硫酸咔唑比色法[8]，其原理是果胶水解生成半乳糖醛酸，在硫酸溶液中与咔唑试剂作用，生成紫红色化合物，其呈色强度与半乳糖醛酸的浓度成正比。

实验时，取8支25 mL的比色管，各加入12.0 mL浓硫酸，置于冰水浴中，边冷却边分别加入2 mL浓度为 0、10、20、30、40、50、60、70 μg/mL 的果胶标准溶液，充分混合后再置于冰水浴中冷却。然后在沸水浴中加热10 min，冷却至室温后，各加入0.15%咔唑乙醇溶液1 mL，摇匀，室温下放置反应30 min后，以未加果胶的比色管中溶液为参比，在波长530 nm处测定吸光度，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，得回归方程为：A=0.0054 C－0.011 4 ，R2=0.999 5，式中：A为所测溶液的吸光度值；C为溶液中果胶的浓度，（μg/mL）。在 0.8 μg/mL～5.6 μg/mL 范围内果胶浓度与其吸光度值呈良好的线性关系。胡萝卜中果胶的提取率按下式计算，即：

果胶提取率/%=（提取果胶质量/原料总质量）×100

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 料液比对果胶提取率的影响

在微波功率260 W，提取液pH=2.0，提取时间为3.5 min时，考察料液比（g/mL）对果胶提取的影响，结果如图1。

图1 料液比对果胶提取率的影响Fig.1 Effect of material-liquid rate on extraction rate

由图1可知，料液比对果胶提取的影响较大，料液比太小，则提取液黏度大浓度梯度小，不利于果胶的溶出，提取不充分。当料液比增大时，果胶提取率增高，料液比为1∶350时，果胶提取率最大。当料液比超过1∶350时，提取率开始下降，所以选用料液比（g/mL）为 1∶350。

2.1.2 提取液pH对果胶提取率的影响

在料液比为 1∶350（g/mL），微波功率 260 W，提取时间为3.5 min的条件下，考察提取液pH对果胶提取的影响，结果如图2。

图2 提取液pH对果胶提取率的影响Fig.2 Effect of pH of extraction solution on extraction rate

从图2可知，提取液酸度对提取率的影响明显，随着提取液pH的增大，果胶提取率先增后降。其原因可能是提取液pH过低，原果胶水解过度，果胶脱脂裂解，导致果胶提取率下降；提取液pH较高，原果胶水解不完全，也会导致果胶提取率不高。实验选定提取液的pH为2.0。

2.1.3 提取时间对果胶提取率的影响

在料液比为 1∶350（g/mL），提取液 pH=2.0，微波功率260 W的条件下，考察提取时间对果胶提取的影响，结果如图3。

图3 提取时间对果胶提取率的影响Fig.3 Effect of time of extraction on extraction rate

由图3可以看出，果胶提取率随提取时间的增加而增加，当提取时间大于3.5 min后，果胶提取率变化不大，综合考虑，实验选定提取时间为3.5 min。

2.1.4 微波功率对果胶提取率的影响

在料液比为 1∶350（g/mL），提取液 pH=2.0，提取时间为3.5 min的条件下，考察微波功率对果胶提取的影响，结果如图4。

图4 微波功率对果胶提取率的影响Fig.4 Effect of microwave power on extraction rate

由图4可知，随着微波功率的增加，果胶提取率逐渐增大，当微波功率大于325 W时，果胶提取率下降。这是因为功率的增大，有利于原果胶的水解，促使胡萝卜中不溶性果胶更快的水解成可溶性果胶，但功率过高，果胶水解过于强烈，使果胶裂解为多糖分子，使果胶提取率下降，综合考虑选取微波功率为260 W。

2.2 胡萝卜中果胶的微波辅助提取工艺优化——正交试验

根据单因素试验的结果，以料液比，提取时间，微波功率，提取液pH为因素，果胶提取率为考察指标，进行正交试验，因素水平设计见表1。试验结果与方差分析见表2、表3。

表1 正交试验设计Table 1 The design of orthogonal test

表2 正交试验结果Table 2 The results of orthogonal test

表3 正交试验的方差分析Table 3 The variance analysis of orthogonal test

由表2的极差分析可知，各因素对果胶提取率影响的主次顺序为A＞D＞C＞B，即料液比＞pH＞时间＞功率。各因素的优化组合为A2B3C2D1，由表3的方差分析可知，料液比对果胶提取率的影响达到显著水平。最后选取A2B3C2D1为最佳提取工艺，即微波功率325 W，提取液pH为1.5，提取时间为3.5 min，料液比（g/mL）为 1∶350。

2.3 微波法与酸水解法的比较

按照实验确定的微波辅助提取最佳工艺条件进行胡萝卜中果胶的提取，平行实验3次，并与水提法比较，结果见表4。

表4 微波法与水提法的比较Table 4 The comparison of microwave-assisted extraction and water extraction

由表4可知，采用确定的最佳工艺提取时，胡萝卜中果胶提取率均高于其它正交试验提取率，说明试验确定的最佳工艺较合理，稳定性较高。同时可知微波辅助提取法与传统水提法相比，不仅大大缩短了提取时间，而且果胶提取率也增加了7.98%，表明微波辅助提取法省时高效。

3 结论

微波辅助提取胡萝卜中果胶的最佳工艺条件为：料液比 1∶350（g/mL），提取液 pH1.5，提取时间 3.5 min，微波功率325 W。此条件下，胡萝卜中果胶的提取率可达20.46%。与传统水提法相比，提取时间大大缩短，果胶提取率增加了7.98%。表明微波辅助提取法是一种省时高效的胡萝卜果胶提取方法。

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