超声波辅助提取夏橙皮渣果胶研究

廖立敏，李建凤（1.“果类废弃物资源化”四川省高等学校重点实验室，四川内江641100；.内江师范学院化学化工学院，四川内江641100）

超声波辅助提取夏橙皮渣果胶研究

廖立敏1,2，李建凤2
（1.“果类废弃物资源化”四川省高等学校重点实验室，四川内江641100；2.内江师范学院化学化工学院，四川内江641100）

以干燥的夏橙皮渣为原料，先用复合磷酸盐碱性溶液浸泡24 h，采用超声波辅助提取法对果胶进行了提取。以果胶提取率为考察指标，研究了盐酸浓度、液料比、水解温度、水解时间、超声波处理时间对果胶提取的影响。结果表明，盐酸浓度为0.15mol/L、液料比为30mL/g、水解温度为70℃、水解时间为30min、超声波处理时间为40min时，果胶提取率高达20.67%，试验重现性好。

夏橙皮；磷酸盐；正交试验；果胶；超声波辅助提取

柑橘类水果是中国盛产的水果品种之一，柑橘资源丰富、品种繁多优良，夏橙是柑橘类水果之一。柑橘在中国分布范围广，全国近20个省（市、自治区）生产柑橘。在我国柑橘类水果的主要产地四川，柑橘类水果种植面积达270 000余hm2。柑橘类水果在四川内江地区种植广泛，以柑橘类水果为原料的果汁企业每年产生大量的果皮渣，传统的处理方法是将其直接进行丢弃、填埋或小部分加工成饲料，造成了极大的资源浪费，给当地环境带来了负面影响。柑橘类果皮渣中含有精油［1-2］、色素［3］、苦素［4］、黄酮［5-6］、果胶［7］等物质，果胶含量较为丰富。果胶属于植物多糖类物质，可以用于食品、药品等行业，提取柑橘类果皮渣中的果胶将产生巨大的经济价值。目前，从天然产物中提取果胶的方法主要有酸提取法［8］、碱提取法［9］、酶法［10］、微波法［11］、超声波辅助提取法［12］等。由于超声波辅助提取具有条件温和、实验设备简单、提取快速等优点，本文采用碱性复合磷酸盐溶液对夏橙皮渣原料进行预处理，以盐酸溶液为提取溶剂、超声波为提取能量对夏橙皮渣中的果胶进行提取研究，对于柑橘类果皮渣资源化利用具有一定的参考价值。

1　材料与方法

1.1仪器与试剂

6202高速粉碎机：北京锟捷玉诚机械设备有限公司；BT323S电子分析天平：北京市赛多利斯仪器系统有限公司；KQ-400KDB型高功率数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；DZF-I型真空干燥箱：北京市永光明医疗仪器厂。复合磷酸盐（质量比）：2%的磷酸钠、0.9%的磷酸氢二钠、0.3%的焦磷酸钠、0.6%的六偏磷酸钠；盐酸；无水乙醇；夏橙：产自四川内江。

1.2方法

1.2.1夏橙皮渣果胶的提取及提取率的计算

新鲜夏橙洗净，取皮，沸水中煮5 min～10 min，挤干放入烘箱中以60℃干燥至恒重，用中药粉碎机粉碎，过筛取60目～40目粉末备用。称取5 g夏橙皮粉，加复合磷酸盐溶液刚好淹没所有原料即可，浸泡静置预处理24 h，清水冲洗，过滤。原料置于烧杯，加入一定体积及浓度的盐酸水解液，在一定温度下水解一定时间，取出400 W超声波处理一定时间。4层纱布过虑收集滤液，滤渣用少量蒸馏水洗涤，合并滤液得果胶提取液。适当浓缩后加等体积无水乙醇并搅拌，得沉淀。抽滤，60℃烘干，得果胶粗品。提取率/%=干果胶粗品质量/夏橙皮粉质量×100。

1.2.2夏橙皮渣果胶提取的单因素及正交试验

以盐酸浓度为0.10 mol/L、液料比为30 mL/g、水解温度为70℃、水解时间为30 min、超声波处理时间为40 min为基础，在固定其它试验条件下，改变其中一个试验因素，按试验方法进行单因素试验。

在前期的单因素探索试验的基础上，对盐酸浓度、液料比、水解温度、水解时间、超声波处理时间这五个因素进一步细化选点优化提取工艺，选用L16（45）正交表安排试验，因素水平见表1。

表1 正交试验因素水平表Table 1　Factors and levels of orthogonal experiments

2　结果与讨论

2.1单因素试验结果与分析

2.1.1盐酸浓度对提取效果的影响

其它条件固定，盐酸浓度为0、0.1、0.2、0.3、0.4 mol/L时，果胶实际收率见图1。

图1　盐酸浓度对提取效果的影响Fig.1　Effect of hydrochloric acid concentration on the extraction

从图1可以看出果胶实际收率随着盐酸浓度的增大而增大，说明低pH有利于果胶水解。但是当酸的浓度达0.20 mol/L之后，继续增大浓度，果胶实际产率反而略微下降，这可能是因为pH值过低，果胶水解过于强烈，易水解成果胶酸，果胶的胶凝度会降低，使得果胶实际收率略微下降。因此基本确定最佳盐酸浓度为0.20 mol/L左右。

2.1.2液料比对提取效果的影响

图2　液料比对提取效果的影响Fig.2　Effect of liquid-solid ratio on the extraction

其它条件固定，液料比为10、20、30、40、50 mL/g时，果胶实际收率见图2。从图可以看出起初提取液体积的增加使得果胶的实际收率上升，果胶的实际收率达到最大时的液料比为30 mL/g。液料比太小，细胞内外浓度差不大，果胶不易溶出。液料比过大可能导致其他物质也过多溶出，从而影响果胶的溶出。从试验结果可以基本确定最佳液料比为30 mL/g左右。

2.1.3水解温度对提取效果的影响

其它条件固定，水解温度为50、60、70、80、90℃时，果胶实际收率见图3。

图3　水解温度对提取效果的影响Fig.3　Effect of hydrolysis temperature on the extraction

从图3可以看出在低温区果胶收率随温度的升高而增大，当超过最大值后继续升高温度果胶收率降低。温度主要影响分子运动速度，水解温度太低，可能使得果胶质水化溶出不够而影响产率，但温度过高一是试验操作不方便，另外果胶也可能会降解，降低果胶实际收率。从试验结果可以基本确定最佳最佳水解温度为70℃左右。

2.1.4水解时间对提取效果的影响

其它条件固定，水解时间为10、30、50、70、90 min时，果胶实际收率见图4。水解时间影响水解的程度，从图4可以看出水解时间为30 min时果胶实际收率最大，基本确定最佳最佳水解时间为30 min左右。

2.1.5超声波处理时间对提取效果的影响

其它条件固定，超声波处理时间为10、30、50、70、 90 min时，果胶实际收率见图5。

图4 水解时间对提取效果的影响Fig.4　Effect of hydrolysis time on the extraction

图5超声波处理时间对提取效果的影响Fig.5　Effect of ultrasonic treatment time on the extraction

在超声波功率一定时，超声波处理时间决定物料接受超声波辐射的剂量，表现出随着超声处理时间的延长果胶实际收率上升，在30 min时提取率接近最大。基本确定最佳处理时间为30 min左右。

2.2正交试验结果与分析

选用五因素四水平正交表安排试验，考察盐酸浓度、液料比、水解温度、水解时间、超声波处理时间对果胶提取率的影响，在单因素试验初步确定的最佳试验条件周围进一步细化选点，正交设计试验安排及试验结果见表2。

将表2数据进行处理，极差分析结果见表3。

由正交试验结果与极差分析表可知，影响果胶实际收率的因素强弱顺序依次为C＞B＞A＞E＞D，优组合为A3B3C3D2E4。盐酸浓度主要影响水解速度及水解完成的程度，太小水解速度慢，水解不充分；而盐酸浓度太大，水解过于剧烈对果胶实际收率也不利，因此盐酸浓度为0.15 mol/L是合适的。液料比主要影响有效成分扩散速度计平衡时细胞内残留浓度，液料比太小提取速度慢、提取不充分；液料比太大，造成溶剂和能源的浪费，因此液料比为30 mL/g是合适的。水解温度影响水解速度及水解完成的程度，温度太低、太高对提取都不利，因此水解温度为70℃是合适的。水解时间影响水解完成的程度，时间太短水解不充分，时间太长可能导致过度水解，因此水解时间为30 min是合适的。超声波处理处理时间太短，果胶未完全扩散至溶剂；而时间太长，难以避免部分果胶吸附于残渣表面，造成实际收率率反而有所降低，并且时间太长造成能源浪费，因此认为超声波处理时间选取40 min是较合适的。

表2　L16（45）正交试验安排及结果Table 2　L16（45）orthogonal experimental design and results

表3极差分析结果Table 3　Results of range analysis

2.3优化与验证

根据分析得出果胶提取工艺条件为：盐酸浓度为0.15 mol/L，液固比为30 mL/g，水解温度为70℃，水解时间为30 min，超声波处理时间为40 min。在此条件下重复试验3次，得到果胶提取率分别为20.61%、20.85%、20.56%，3次提取率平均值为20.67%。在最适条件下提取夏橙皮渣果胶，不仅有高的提取率，而且有较好重现性。

3　结论

本文通过正交试验优化了复合磷酸盐预处理后，超声波辅助提取夏橙皮中果胶类物质的工艺。结果表明应用复合磷酸盐预处理夏橙皮渣，然后经超声波辅助提取果胶，果胶的提取率高。本研究提取的果胶粗品仍然含有较多杂质，有待进一步纯化。此法提取果胶操作简便、成本低廉、适用于工业化生产。本研究对于柑橘类果皮渣的综合应用具有一定的参考价值。

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Ultrasound-assisted Extraction of Pectin from Summer Orange Peel

LIAO Li-min1，2，LI Jian-feng2
（1.Key Laboratory of Fruit Waste Treatment and Resource Recycling of Sichuan Provincial College，Neijiang 6411900，Sichuan，China；2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang 641100，Sichuan，China）

Dried summer orange peel was adopted as raw materials in the study.After materials were soaked with phosphate solution for 24 h，pectin was extracted through ultrasound-assisted extraction method.The effects of hydrochloric acid concentration，liquid-solid ratio，hydrolysis temperature，hydrolysis time and ultrasonic treatment time on extraction rate of pectin were studied.The results showed that when the hydrochloric acid concentration was 0.15 mol/L，liquid ratio was 30 mL/g，hydrolysis temperature was 70℃，hydrolysis time was 30 min，and ultrasonic treatment time was 40 min，the extraction rate of pectin reached 20.67%and the experimental reproducibility was good.

Summer orange peel；phosphate；orthogonal test；pectin；ultrasound-assisted extraction

2015-09-19

四川省教育厅青年基金项目（13ZB0003）

廖立敏（1981—），男（汉），副教授，硕士，研究方向：果类废弃物资源化。