超声辅助提取猕猴桃果皮及果肉中果胶的工艺优化

孟凡池+曹建芳+张钰婷+常明阳

摘要：为了提高猕猴桃果皮及果肉的果胶提取率，采用酸解乙醇沉淀法分别提取了猕猴桃果皮及果肉中的果胶，并采用超声波辅助找出了最优工艺，在原有工艺基础上提高了果胶产率，结果表明：猕猴桃果皮的果胶提取率（3.7%～4.2%）大于猕猴桃果肉的果胶提取率（1.6%～2.1%）。

关键词：超声辅助；乙醇沉淀法；猕猴桃；果胶

中图分类号：TQ432

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）14-0283-02

1 引言

果胶是普遍存在于植物内的一种酸性多糖物质，主要以粉末的状态存在，颜色呈现淡黄色，水溶性比较好，具有良好的胶凝化作用、乳化作用和稳定作用，它被广泛用于食品、医药、化妆品及印染等行业。果胶对糖尿病等慢性疾病有一定的疗效，而且还有降血压、血脂，减少胆固醇，清除铅中毒，预防癌症等作用。果胶普遍存在于植物的细胞壁和细胞内层，是内部细胞的支撑物质。正是因为不同的蔬菜，水果果胶含量不同，所以造成口感有区别[1～3]。果胶的提取方法有酸解法、盐析法、微生物法和离子交换法等，本研究工作采用酸解乙醇沉淀法提取猕猴桃果皮及果肉中的果胶[4，5]。我国南方有丰富的猕猴桃资源，猕猴桃果肉多被制作成为食品，而果皮则被丢弃，造成了浪费，而且污染环境，本次研究对猕猴桃果皮进行利用的同时节约了资源。

超声波是频率超过人耳听力范围的声波，当超声波作用于提取介质时，介质会被撕裂出许多小空穴，这些小空穴瞬间就会闭合，而闭合时会产生高达几千个大气压的瞬时压力，即空化现象。空化过程中产生的极大压力造成物料迅速击碎、分解，使溶剂能够渗透进入细胞内部，然后细胞中的成分就会溶于溶剂之中。在超声波的作用下，可以促进成分向溶剂中溶解，从而提高有效成分的提出率，达到提取有效成分的目的[6]。超声波对香蕉皮、柑橘皮等的果胶提取工艺有很大改善，但没有相关研究使用超声波辅助提取猕猴桃果皮及果肉中果胶。因此笔者采用超声辅助提取猕猴桃果皮及果肉中果胶，旨在提高果胶提取率，探索最优工艺。

2 材料与方法

2.1 实验材料

鲜猕猴桃果肉和皮渣，浓硫酸，无水乙醇，活性炭。

2.2 实验仪器

榨汁机（JYZ-D55型 九阳九阳股份有限公司），离心机（TD-5M型 山东博科生物产业有限公司），电子天平（BSM-1204型沈阳瑞丰精细化学品有限公司），水浴恒温震荡器（WR-1型 上海思尔达科学仪器有限公司），烘箱（DW-ZK1-01型苏州仁发环保节能烘箱制造有限公司），pH计（PHS-25上海仪电科学仪器股份有限公司），纱布及常规玻璃仪器。

2.3 实验方法

首先将猕猴桃去皮，用果肉榨汁，得到的果汁经离心后得到浅黄色溶液保存备用，取20 g备用溶液，调节溶液pH值，加入无水乙醇后置于超声波清洗器中，在不同超声功率，超声时间，超声温度下进行沉淀，得到茶白色絮状物悬浮于溶液上层，将得到的混合液进行过滤，得到茶白色絮状物后烘干称重，即为果胶[7～9]。考察乙醇的加入方式（直接加入80 ℃热无水乙醇35 mL、直接加入冷无水乙醇35 mL、先加入10 mL水，再加入80 ℃无水乙醇25 mL、先加入10 mL水，再加入冷无水乙醇25 mL），超声功率（100、150、200、250 W），超声时间（5、10、20、30 min），超声温度（60、70、80、90 ℃），pH值（2、3、4、5）各因素对果胶产率的影响，重复3次。

然后将猕猴桃果皮用清水清洗2～3次，沥干后取20g果皮捣碎置于烧杯，加入热水浸泡30 min除酶，果皮沥干后加入去离子水，用酸度计和浓硫酸调节溶液pH值，之后将溶液加热至90 ℃，置于水浴恒温震荡器中恒温搅拌90 min，得到棕红色浑浊液，将此浑浊液倒入白布包压滤，滤液经离心分离后得到茶色果胶液，加入活性炭脱色除杂，再次过滤后加入无水乙醇进行沉淀，得到茶白色絮状物悬浮于溶液上层，将得到的混合液进行过滤，得到茶白色絮状物后烘干称重，即为果胶[10-15]。考察乙醇的加入方式（直接加入80 ℃热无水乙醇35 mL、直接加入冷无水乙醇35 mL、先加入10 mL水，再加入80 ℃无水乙醇25 mL、先加入10 mL水，再加入冷无水乙醇25 mL），超声功率（100、200、300、400 W），超声时间（30、60、90、120 min），超声温度 （70、80、90、100 ℃），pH值（1、2、3、4）各因素对果胶产率的影响，重复3次。

3 结果与分析

3.1 乙醇的加入方式对果胶产率的影响

乙醇的加入方式不同，对果胶产率有明顯的影响，由表1知，保持其它条件不变，改变乙醇的加入方式（直接加入80 ℃热无水乙醇35 mL、直接加入冷无水乙醇35 mL、先加入10 mL水，再加入80 ℃无水乙醇25 mL、先加入10 mL水，再加入冷无水乙醇25 mL），可得到直接加入80 ℃热无水乙醇35 mL果胶产率>先加入10 mL水，再加入80 ℃无水乙醇25 mL果胶产率>直接加入冷无水乙醇35 mL果胶产率>先加入10 mL水，再加入冷无水乙醇25 mL果胶产率，可以得出加入热无水乙醇的效率更高，更利于果胶溶出，所以直接加入80 ℃热无水乙醇35 mL为最佳方案。

3.2 超声功率对果胶产率的影响

本次研究选择了猕猴桃果肉提取果胶超声功率（100、150、200、250 W）与果皮提取果胶超声功率（100、200、300、400 W）。由图1、图2可以看出，当超声功率达到150 W时，果肉果胶提取率较高，说明此时超声波破壁效果最好，溶出的果胶最多。在超声功率小于150 W时随着超声功率增加，果胶质量增加，这因为超声功率增加，超声波能量也随之增加，对细胞的破壁效果更好，使果胶产率上升，当超声波功率过大时，果胶产率降低，这可能由于超声波产生的热量使果胶分子降解，使果胶产率降低。而超声波达到200 W时，果皮果胶提取率较高，说明此时超声波破壁效果最好，溶出的果胶最多，相比于果肉果胶提取，果皮果胶提取率明显更高，其最适合超声功率也更高，但总体趋势相近。

3.3 超声温度对果胶产率的影响

本次研究选择了猕猴桃果肉提取果胶超声温度（60、70、80、90 ℃）与果皮提取果胶超声温度（70、80、90、100 ℃）。由图3、图4可以看出，开始时果胶产率随着超声温度的升高而提高，这主要是因为提高超声温度有利于组织细胞的疏松，使原果胶更容易溶出。温度过低时，原果胶难以水解，使果胶产率降低。由图可知，猕猴桃果皮的最适超声温度为90 ℃，猕猴桃果肉的最适超声温度为80 ℃，当温度继续升高时，果胶产率随着超声温度的升高而下降，这因为果胶耐热性较差，高温容易破坏果胶结构，使产率降低。因此，猕猴桃果皮的超声温度应控制在90 ℃左右，猕猴桃果肉的超声温度应控制在80 ℃左右。

3.4 超声时间对果胶产率的影响

本次研究选择了猕猴桃果肉提取果胶超声时间（5、10、20、30 min）与果皮提取果胶超声时间（30、60、90、120 min）。由图5、图6可以看出，果胶产量受水浴时间影响较大，随着水浴时间增加，猕猴桃果皮和果肉的果胶产量都增加。果肉提取果胶水浴10 min为最佳方案；果皮提取果胶水浴90 min为最佳方案。若水浴时间过短，则原果胶水解不完全，导致果胶产率下降，若水浴时间过长，果胶会分解，也会导致果胶产率下降。通过对比 猕猴桃果皮和果肉的最佳超声时间可以看出，猕猴桃果肉中的果胶在短时间内便能完全水解，而猕猴桃果皮中的果胶则需要较长时间才可水解完全，其果胶产量差距较大，这说明了猕猴桃果皮中果胶含量比果肉中高，其更不易水解。

3.5 pH值对果胶产率的影响

本次研究选择了猕猴桃果肉提取果胶pH值（2、3、4、5）与果皮提取果胶pH值（1、2、3、4）。由图7、图8可知，随着pH值升高，果胶产率升高，达到一定pH值后，果胶产率随着pH值升高而降低。pH值为4时猕猴桃果肉果胶提取率较高，pH值为2时果皮果胶提取率较高。这是因为当pH值过低时，原果胶水解能力较强，但果胶因为酸性过高容易脱脂裂解，从而降低产率。而当pH值过高时，水解能力弱，原果胶不能完全溶出，同样降低果胶产率。由图可知，猕猴桃果皮提取果胶要求的酸性更强，这可能因为果皮中存在的果胶更不易水解，只有在强酸下才能水解完全。

4 结论

对得出数据进行了整理，得出猕猴桃果肉提取果胶时直接加入80 ℃热无水乙醇35 mL，超声功率150 W，超声时间10 min，超声温度80 ℃， pH值为4时果胶产率较高。猕猴桃果皮提取果胶时直接加入80 ℃热无水乙醇35 mL，超声功率200 W，超声时间90 min，超声温度90 ℃， pH值为2时果胶产率较高。采用超声波辅助提取猕猴桃果皮及果肉中果胶，在原有工艺基础上提高了果胶产率，并比较了猕猴桃果皮及果肉的果胶提取率，研究证明果皮的果胶提取率约为果肉的1.5～2.5倍。

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