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【摘要】目的：探讨酸水解-盐析法从柠檬皮中提取果胶的工艺，确定提取柠檬果胶的最佳工艺条件。方法：采用正交试验设计，选取提取时间、提取温度及料液比作为工艺因素，每个因素采用3个水平，选择L9(34)正交表进行实验，通过分析提取果胶的影响因素，优化果胶提取的工艺参数。结果：在此条件下提取柠檬果胶的适宜条件为：水料混合液pH值为2.0、提取温度为85℃、料液比为1:20、提取时间为2h。结论：在此条件下，果胶的提取得率最高。为从柠檬中提取果胶提供了依据及参考。
【关键词】柠檬；果胶提取；酸水解-盐析
果胶是一种天然高分子聚合物，其基本结构是D-吡喃半乳糖醛酸，通常以部分甲酯化状态存在，属直链多糖[1]。果胶是人体必需的营养物质之一，是维持健康的重要物质。根据近年来的科学研究，发现包括果胶在内的食物纤维还具有防止肠癌和增强抗癌力、预防糖尿病、防止肥胖病以及抑制肠内致病菌的繁殖等功效[2]。
传统工艺的果胶提取主要用乙醇沉淀法，通常的方法主要有铝盐盐析法、乙醇沉淀法、离子交换法、微生物法、微波法等[3]。本文采用酸水解―铝盐盐析法提取柠檬果胶，并对影响果胶提取率的一些因素进行了研究，从而得出最佳提取工艺条件，为提高柠檬的综合利用价值，开发柠檬皮提取果胶提供资料依据。
1 仪器、材料及试剂
1.1 仪器
725紫外分光光度计（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；pHS-3C数字式酸度计（杭州东星仪器设备厂）；HHS电热恒温水浴锅（武汉市琴台医疗器械厂）；RE-52 AAA旋转蒸发仪（上海嘉鹏科技有限公司）；SHB-ⅢA循环水式真空泵（河南省太康科教器材厂）；AL204电子天平（梅特勒-托利仪器上海有限公司）；DGG-9070B恒温鼓风干燥箱（上海嘉信实验仪器有限公司）；DZ5-WS自动平衡离心机（赛特湘仪器离心有限公司）；粉碎机等。
1.2 材料 市售新鲜柠檬。
1.3 试剂 NaHSO4、浓盐酸、浓硫酸、浓磷酸、去离子水、氨水、硫酸铝、0.6％的偏磷酸钠、95％乙醇、活性炭、树脂l2 均为分析纯，半乳糖醛酸、咔唑为化学纯。
2 实验方法
2.1柠檬皮的预处理
取100g鲜柠檬皮用水清洗干净后切成3mm～5mm大小颗粒，转入烧杯加适量水，在60℃下浸泡30min，以除去果胶酶。取出用纱布包好，用0.5％的 NaHSO3溶液浸泡2h。在 70~80℃下烘干，直到恒重。用组织粉碎机搅碎，60目过筛。每次取5 g果渣，加50 mL去离子水(以下简称水)，用40℃左右的水洗，直到洗涤水变成无色为止。
2.2酸水解
漂洗沥干后加入4～5倍蒸馏水，并用稀盐酸调pH=2左右，加热到90℃左右50min～60min，不断搅拌，使原果胶转化为可溶性果胶。将水解完全的柠檬皮及溶液倒入布袋内压榨，并趁热用垫有尼龙布(100目)的布氏漏斗抽滤，分离出柠檬残渣，得果胶水解液。
2.3 盐析[4]
将所得的果胶水解液在温度为40~50℃的旋转蒸发仪中进行浓缩至有少量固形物出现。虑液冷却后，用盐酸调pH值为1-3，在不断搅拌下缓缓地加入一定量饱和硫酸铝溶液。硫酸铝加入过程中即可看到絮状果胶物质析出，静置10min使果胶沉淀完全。
2.4 纯化干燥
用真空泵进行抽滤，果胶沉淀物用一倍量的75%乙醇洗涤1～2次，在3600r/min下离心（10min），除去上清液，即得果胶。放入烘箱（50～60℃）烘干5h，称重，计算得率（%）。
2.5果胶含量的测定
2.5.1测定方法：采用咔唑比色法[5]
2.5.2标准曲线的绘制：取6支20mL试管，加浓硫酸12mL，放入冰水中冷却，各加入不同浓度的半乳糖醛酸标准溶液1mL，充分混合再置入冰水中冷却 10min，沸水浴中加热 10min，冷却至室温，加入0.15咔唑试剂lmL，充分混合，置室温下40min，于岛津Uv-160A从200~800nm自动扫描，在 525nm波长处有最大吸收峰，测A值，求出标准曲线方程：y= 0.005x+0.01；R= 0.999。
2.5.3果胶提取率的计算
果胶提取率 (％)=半乳糖醛酸含量(g)／柠檬渣中的果胶含量×100%
3 实验结果
3.1果胶的定性定量测定
3.1.1取干燥成品lg，加水10mL，即呈胶状液体；若加入乙醇，即出现悬浮沉淀。
3.1.2取干燥成品1g，加水50mL，加热搅拌使果胶完全溶解，加蔗糖5g，倒入12.5％柠檬酸溶液的烧杯中，冷却后即成柔软而有弹性的胶冻。
3.1.3称取干燥成品1g，用蒸馏水定容至50mL，在25℃下用酸度计测定pH为5.4。
经定性鉴别显示：本实验从柠檬中提取出来的确为果胶，产品称重得8.5g，提取率为8.5%。果胶成品为黄白色的粉末，味微甜带酸，无固定熔点和溶解度。
3.2酸水解-盐析法提取果胶工艺条件的研究（单因素试验）
3.2.1不同酸对果胶提取率的影响
采用柠檬皮在提取时间2h，混合液量100mL（即料液比为1:20），温度85℃～90℃的工艺条件下，分别用乙酸，柠檬酸，乳酸，硝酸，盐酸，硫酸来调节pH值提取果胶，结果表明，前三种酸果胶的得率为0，后三种酸的得率分别为11.2%，14.5%，15.7%。可知，只有强酸能从柠檬中得到果胶，用硝酸提取的果胶产量低，而且溶解性差，用硫酸提取的果胶产量虽高，但色泽较差，用盐酸提取的果胶无论产量、色泽、溶解性均较好，所以选用盐酸。
3.2.2 pH值对果胶提取率的影响
分别取5 g柠檬渣6份，按1:20料液比加水混合，用盐酸分别调节pH值到1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0，85℃下水浴2h，4500 r/min离心30 min，取上清液定容到250 mL，分光光度计测其半乳糖醛酸含量。结果表明，随着pH值的增大，提取率先增后减。当pH=2时，果胶提取率最高；pH>2时，提取率迅速降低；在pH=3.5时，提取率已很低。pH在1.5～2.5范围内，果胶性质稳定。
3.2.3 温度对果胶提取率的影响
分别取5g柠檬渣6份，按1:20料液比加水混合，用盐酸调节pH值到2.0，分别在75、80、85、90、95、100℃下加热2h，4500r/min离心30 min，取上清液定容250 mL，分光光度计测其半乳糖醛酸含量。结果表明，随着温度的增加，果胶提取率先迅速增大后趋于平缓，在85℃时提取率最高；继续增大，提取率变化不大，表明温度在80～90℃之间比较适合果胶的提取。
3.2.4 时间对果胶提取率的影响
分别取5g柠檬渣6份，按1:20料液比加水混合，用盐酸调节pH值为2.0，在85℃下分别水浴0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、3.5 h，4500r/min离心30 min，取上清液定容到250 mL，分光光度计测其半乳糖醛酸含量。结果表明，随着盐析时间的延长，果胶提取率先迅速增大后缓慢降低，当盐析时间为2h提取率最高，随着时间的延长，果胶提取率反而降低。说明盐析时间在1.5-2.5h之间比较适合。时间太短，原料中的果胶不能被完全提取出来；时间过长，果胶容易降解，同时还增加了生产成本。
3.2.5 料液比对果胶提取率的影响
分别取5 g柠檬渣6份，按1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:35料液比加水混合，用盐酸调节pH为2.0，95℃水浴2 h，4500r/min离心30 min，取上清液定容到250 mL，分光光度计测其半乳糖醛酸含量。结果表明，随着料液比的增大，果胶提取率先迅速增大而后迅速降低，当料液比为1::20时，果胶提取率最高。果渣于酸液混合的比例要考虑两方面因素：首先果渣中的果胶要全溶要足够的酸，其次要考虑盐析条件，酸又不能太多。料液比对果酸得率的影响见图5。
3.3果胶提取工艺参数的优化
以pH值、盐析温度、时间及料液比分别为实验因素，每因素分别取3水平作正交试验，结果可知，果胶提取的最优水平为A2B3C2D2。即最佳工艺条件为：酸水解温度 85℃，水解液pH2.0，酸水解料液比1:20，盐析2h。
3.4果胶提取的最优工艺条件的确定
在单因素试验的基础上进行正交试验，优选工艺条件。选取水料混合液的盐析温度(A)、盐析时间(B)、水解液的pH值(C)、料液比(D)4个因素，每个因素分别选取3个水平进行L9(3 4)正交试验。正交试验表明，4个因素对果胶提取的影响主次关系为：A>C>D>B，表明混合液的水解温度对果胶提取得率的影响最大，水解液的pH次之，料液比和盐析时间的影响程度较小。最优的因素水平组合为：A2B3C2D2，即：水料混合液pH值为2.0、提取温度为85℃、料液比为1:20、提取时间为2h时，果胶的提取得率最高。最优因素水平的验证实验显示，果胶得率为8.5g／l00g。
4 结论与分析
果胶作为一种高分子有机物，它的耐热性较差，萃取温度如果过高，会引起果胶本身结构的破坏，温度如果过低，水解速度会降低，果胶不能完全浸出，同时果胶溶液难于过滤，不易实现液渣分离，同时考虑到灭酶的作用，故选定萃取温度为 85℃左右。水中的钙、镁离子对原果胶有一定的封闭作用，使其难于转化成水溶性果胶，所以水的软化处理对柠檬中果胶的提取也十分重要。
果胶的色泽对果胶的质量有较大的影响，从柠檬中提取的果胶一般不同程度上带有黄色，采用双氧水进行脱色，由于果胶结构中含有羟基，过氧化氢的氧化作用能破坏果胶分子，因此在采用双氧水脱色后，果胶的粘度降低。而离子交换树脂和活性炭都为物理性脱色，对果胶的结构不会产生影响，但是树脂脱色作用时间长，工艺较为复杂，因此选用活性炭作为脱色剂。实验发现1.0%的活性炭，60℃脱色40min即可。
参考文献
[1] 陈清，陈孔荣，果胶一种有开发前途的药物制剂基质。现代应用医学。1997，14：322-323。
[2]张孟琴，田爱琴，刘占朝等，酸解法从三叶木通果皮中提取果胶的研究[J].安徽农业科学;2007（16）：69-72
[3]刘峥，王永梅．微波法提取柚皮中的果胶[J].食品研究与开发，2003 (1)：88～91
[4]邓红，宋纪蓉．盐析取食法从苹果渣中提取果胶的工艺条件研究[J].食品科学，2002，23(3)：57～60．
[5]戴玉锦;王凤仙;张筱娟;;用离子交换法从柚皮中提取果胶的研究[J].安徽农业科学;2006（3）：57-60
