微波法协同提取石榴皮果胶的工艺研究

陈妮娜

（漳州城市职业学院，福建 漳州 363000）

0 引言

果胶主要存在与蔬果根、茎、叶部的细胞壁内和细胞液中，主要以半乳糖醛酸为成分的一种复合多糖类物质[1]。果胶具有良好的增稠、乳化和凝胶作用，还可以降低血糖、血脂及胆固醇，因此被广泛应用在食品、医药、化妆品等领域中[2]。目前，商业果胶主要是橘皮和苹果渣，但随着人们对绿色食品的追求，果胶的提取试样、方法等受到更多的关注。石榴果实营养丰富，除直接食用外还可以加工成石榴汁、石榴酒，生产过程大量的石榴皮渣被丢弃，造成资源浪费和环境污染[3]。目前，以石榴皮的果胶提取研究报道甚少，以石榴皮作为原料，同一酸性条件下利用酶或螯合剂协同微波加热法提取果胶，对果胶产率、理化性质的分析，选择较适宜的石榴皮果胶提取方法，并根据单因素试验和正交试验优化石榴皮渣的果胶提取工艺，得到提取石榴皮果胶的最佳工艺条件，为提取石榴皮果胶的生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

石榴皮；无水乙醇、十二烷基磺酸钠、六偏磷酸钠、草酸铵、纤维素酶、果胶酶、盐酸，均为分析纯。

PHS-3C 型实验室pH 计，上海雷磁厂产品；101-3 型鼓风干燥箱，上海光地仪器设备有限公司产品；LWMC-205 型可调功率微波化学反应器，南京陵江科技开发有限责任公司产品；FA2204B 型电子天平，上海精科有限公司产品；R201 型旋转蒸发仪，郑州长城科上贸有限公司产品；SHB-3 型循环水多用真空泵，郑州杜甫仪器厂产品；NDJ-8S 型数显旋转黏度计，上海精天仪器有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

石榴皮清洗→剪碎灭酶→烘干粉碎称样→调节pH 值→加适量螯合剂并微波加热→离心过滤脱色浓缩→沉淀、抽滤、干燥粉碎得果胶粉。

1.2.2 操作要点

（1）原料预处理。将石榴皮剪碎，于100 ℃沸水中煮4～5 min，使果胶酶的活性钝化。

（2）螯合物或酶法协同微波法加热浸提液。按相同的料液比1∶20（g∶mL），加入适量螯合剂或酶，置于烧杯中，加盐酸调节pH 值至2，放入微波炉，调节微波功率和时间提取果胶。

（3）浓缩、沉淀。将微波处理后的过滤浸提液放入旋转蒸发仪中，于60 ℃下真空浓缩，冷却后加入一定量的95%乙醇，充分搅拌，静置30 min，沉淀析出。

（4）抽滤、干燥。用真空抽滤装置进行抽滤，滤出物用75%乙醇洗涤，把果胶沉淀物于60 ℃下干燥得果胶，粉碎得果胶粉。

1.2.3 果胶提取率计算及果胶的理化性质测定

根据QB 2484—2000 果胶产品质量指标法规定，测定石榴果胶水分、灰分、pH 值。

称取制备的果胶，溶于适量蒸馏水调配成质量分数为2%的溶胶，用黏度计测定溶胶黏度。果胶酯化度的测定参考[4]。

1.2.4 微波法协同提取石榴皮中果胶的单因素试验和正交试验

以石榴皮作试验材料，加入适量的螯合剂或酶，选取料液比、提取液pH 值、微波功率、微波时间4个单因素试验。在4 个单因素基础上，分别选取各因素对应的3 个较优水平做正交试验，以对提取石榴皮中果胶的工艺条件做进一步优化。

2 结果与分析

2.1 不同提取方法制备的石榴皮果胶提取率及理化性质

不同方法提取石榴皮果胶的提取率及理化性质见表1。

由表1 可知，在相同的料液比1∶10（g∶mL），提取液pH 值为1 的条件下，用不同制备方法得到的石榴皮果胶均为高酯化度类型。单纯微波法制备的果胶产率最低，黏稠度差。酶法协同微波法、鳌合剂协同微波法提高石榴皮果胶的产率和品质，说明酶及鳌合物作为提取液的萃取剂，均有促进残留于酸解皮渣中果胶溶出的作用，改善单一微波法制备果胶的弊端[5]。鳌合剂协同微波法所制备的果胶与酶法协同微波法的果胶相比，鳌合剂协同微波制备的果胶灰分较大，虽然果胶的品质受到一些影响，但其理化指标均比较理想且产率高，其中六偏磷酸钠协同微波法制备的果胶产率最高13.2%，可能是六偏磷酸钠溶液作为提取剂在酸性条件下不仅将水溶性果胶及原果胶浸提出来，还将以钙盐等形式存在的非水溶性果胶转化为水溶性果胶而被浸提出来。酶法协同微波法所得果胶产品质量稳定、黏度较大，溶胶成膜性能较好。基于果胶大部分的用途主要考虑产率、凝胶性能，综合上述所制备果胶的产率和理化指标，选择六偏磷酸钠协同微波法来制备石榴皮果胶。

表1 不同方法提取石榴皮果胶的提取率及理化性质

2.2 单因素试验结果

2.2.1 料液比对果胶提取率的影响

称取4 g 石榴皮粉，调节提取液的pH 值为2，加入0.3%含量的六偏磷酸钠，微波功率800 W，微波时间3 min，考查不同料液比对果胶提取率的影响。

料液比对果胶提取率的影响见图1。

图1 料液比对果胶提取率的影响

由图1 可知，果胶提取率随着料液比的增大而逐渐减小，在料液比为1∶10～1∶20（g∶mL）提取液用量少，微波加热时溶液温度上升快，有利于石榴皮中不溶性的果胶快速水解形成果胶并转移到提取液中，果胶提取率比较高。试验中发现，如果料液比小于1∶10，石榴皮不能完全浸没在提取液中使得提取不完全，对果胶产率有较大的影响。当料液比为1∶30 后果胶提取率大大减少，表明提取液量多、果胶浓度太低，乙醇难以将果胶沉淀析出，果胶提取率反而下降。因此，料液比1∶10～1∶20 为宜。

2.2.2 提取液pH 值对果胶提取率的影响

称取4 g 石榴皮粉，料液比为1∶10（g∶mL），加入0.3%含量的六偏磷酸钠，微波功率800 W，微波时间3 min，考查提取液pH 值对果胶提取率的影响。

提取液pH 值对果胶提取率的影响见图2。

图2 提取液pH 值对果胶提取率的影响

由图2 可知，提取液的酸度对石榴皮果胶的提取影响比较大。当pH 值为1 时，果胶提取率达到高峰；当pH 值小于1 时，果胶容易过分水解使果胶提取率低；当pH 值大于1 时，随着pH 值增大，提取率逐渐降低，可能酸度不够导致果胶水解不完全。因此，pH 值选择1 左右适宜。

2.2.3 微波功率对果胶提取率的影响

称取4 g 石榴皮粉，料液比为1∶10（g∶mL），调节提取液的pH 值为2，加入0.3%含量的六偏磷酸钠，微波时间3 min，考查提取液微波功率对果胶提取率的影响。

微波功率对果胶提取率的影响见图3。

图3 微波功率对果胶提取率的影响

由图3 可知，随着微波功率的增加，果胶产率增大，当微波功率600～800 W 时果胶产率较高，微波功率大于800 W就开始下降。可能是适当的微波处理使得分子间的碰撞速率加快，果胶更容易渗出溶解在提取液中，而微波功率太大会使提取液产生暴沸现象，石榴皮中的果胶水解强烈或发生变性，裂解成其他的多糖分子。因此，微波功率选择在600～800 W 为宜。

2.2.4 微波时间对果胶提取率的影响

称取4 g 石榴皮粉，料液比为1∶10（g∶mL），调节提取液的pH 值为1，加入0.3%含量的六偏磷酸钠，微波功率700 W，考查微波时间对果胶提取率的影响。

微波时间对果胶提取率的影响见图4。

图4 微波时间对果胶提取率的影响

由图4 可知，微波时间为3～4 min 时果胶提取率最大，表明微波时间太短不能将果胶完全提取出来，但是微波时间太长时提取液温度过高，部分果胶容易发生降解，使得提取率降低，尤其在5 min 以后提取率大大降低，与试验相符合，因为发现微波时间长，提取液不断蒸发水分浓缩导致溶剂少，更易暴沸，果胶提取更不完全。因此，选择微波时间3～4 min 为宜。

2.2.5 六偏磷酸钠质量分数对果胶提取率的影响

六偏磷酸钠质量分数对果胶提取率的影响见图5。

图5 六偏磷酸钠含量对果胶提取率的影响

由图5 可知，果胶提取率随着六偏磷酸钠质量分数的增大而逐渐升高，当六偏磷酸钠质量分数达到0.4%后又趋于稳定。可能是由于六偏磷酸钠的添加量，决定着原果胶中的钙离子能否被完全螯合和完全溶出。在六偏磷酸钠质量分数低时，单位体积内螯合剂的量少，螯合和溶出能力有限，果胶提取率较低。但六偏磷酸钠质量分数太大又容易引起果胶灰分过高[5]。因此，选择六偏磷酸钠质量分数0.4%为宜。

2.3 正交试验确定最佳工艺参数

在单因素试验的基础上，为确定微波最佳工艺参数，固定螯合剂含量，选取料液比、pH 值、微波功率、微波时间，四因素三水平，用L9（34）进行正交试验。

正交试验因素与水平设计见表2，正交试验结果见表3。

表2 正交试验设计

表3 正交试验结果

在固定0.4%质量分数六偏磷酸钠的作用下，影响石榴果皮果胶提取率的因素主次顺序为料液比＞pH 值＞微波功率＞微波时间。分析得到石榴果皮果胶提取的最优工艺条件组合是A2B2C2D2，即料液比为1∶15（g∶mL），pH 值为1.5，微波功率为600 W，微波时间为3 min，在此条件下重复提取石榴皮中果胶3 次，测得平均提取率为7.75%。

3 结论

在石榴皮提取果胶过程中，加入质量分数为0.4%的六偏磷酸钠辅助微波加热法提取果胶的最佳工艺参数为料液比1∶15（g∶mL），pH 值1.5，微波功率600 W，微波时间3 min，在此条件下验证结果与正交试验一致，果胶提取率最高为7.75%。