国内果胶提取工艺的研究进展

安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2010,38(13)：6932-6933,6960责任编辑常俊香责任校对傅真治国内果胶提取方法研究进展岳贤田(南京化工职业技术学院，江苏南京2IOO48)摘要结合国内果胶的研究现状，论述了酸萃取法、碱萃取法、微生物法、酶法、逆流萃取法、盐析法、离子交换法、树脂萃取法、微波法、超声波法、高压脉冲电场法及复合法在果股提取中的应用。关键词果胶;提取方法;研究进展中图分类号R284.2文献标识码A文章编号0517-6611(2010)13-06932-02ResearchAdvancementofExtractionMethodofPectininChinaYUEXian-tian(NanjingInstituteofChemicalVocationalandTechnology,Nanjing,Jiangsu210048)AbstractTakingtheresearchstatusofpectininChinaintoaccount,theapplicationofacidextraction,alkaliextraction,microbiologicalmethod，enzymicmethod,countercurrentextraction，saltfractionation，ionexchangemethod，resinextraction，microwavemethod，ultrasonicmethod,highvoltagepulse-electricfieldmethodandcombinationmethodinpectinextractionwasdiscussed.KeywordsPectin；Extractionmethod；ResearchadvancementI果胶的结构与功能果胶(Pectin)是以原果胶、果胶、果胶酸的形态广泛分布于植物果实、根、茎、叶中的多糖类高分子化合物，是一种亲水性植物胶。果胶是胞壁的组成成分，伴随纤维素而存在,构成相邻细胞中间层粘结物，将植物组织紧紧的粘结在一起。果胶主要是由a-l，4糖苷键联接的半乳糖醛酸与鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖等中性糖形成的聚合物,以及一些非糖成分如甲醇、乙酸和阿魏酸等。果胶结构由主链和侧链两部分组成,ex-1,4糖苷键连接的D-半乳糖醛酸单元直链形成高聚半乳糖醛酸主链，侧链由短的呈毛发状的鼠李糖半乳糖醛酸聚糖构成。复杂的中性糖侧链连在鼠李糖半乳糖醛酸聚糖上。果胶的相对分子质量在I万~40万[1]。苹果、柑桔等的果实中含有较多的果胶。此外，胡罗卜的肉质根、向日葵的花盘等也富含果胶。目前商品果胶的原料主要是柑橘皮（含果胶30%)、柠檬皮（含果胶25%)及苹果皮（含果胶15%)，真正具有工业生产价值的果胶来源首推柑桔果皮和苹果榨汁废滓。另据文献报道,甘薯渣的果胶含量达31%,且甘薯果胶的凝胶特性与苹果果胶相似[2]。果胶具有良好的乳化、增稠、稳定和胶凝作用，在食品、纺织、印染、烟草、冶金等领域具有广泛应用。同时,由于果胶具有抗菌、止血、消肿、解毒、降血脂、抗辐射等作用，近年来，其在医药领域的应用十分广泛[3]。2果胶提取方法2.1酸萃取法传统的无机酸提取法是将洗净、除杂预处理后的果皮用无机酸（如盐酸、硫酸、亚硫酸、硝酸、磷酸等）调节一定PH值，加热90~95tC并不断搅拌,恒温50~60min，然后将果胶提取液离心、分离、过滤除杂（提取用水最好经过软化处理），得到果胶澄清液。该法的缺点是果胶分子在提取过程中会发生局部水解，反应条件也较复杂，过滤时速度较慢,生产周期较长，效率较低。徐伟玥等通过正交试验优化了酸解法提取胡萝卜果胶的工艺条件,结果表明,其最优工艺条件为:料液比I:30，提取时间90min，提取温度95tC,所得胡萝卜果胶提取率为15.64%[4]。夏红等以0.2作者简介岳贤田（1980-)，男，安徽和县人，硕士，工程师，从事绿色化工方面的研究。收稿日期2010~02~08mo^L的盐酸溶液萃取香蕉皮中的果胶，通过正交试验研究了萃取液用量、萃取温度和萃取时间对果胶提取率的影响。结果表明，萃取液用量是原料的2倍、萃取时间为1.5h、萃取温度为85T时，果胶的提取率相对较高[5]。2.2碱萃取法生产中常用的碱法脱酯速度很快,但果胶在碱法脱酯过程中，除了分子中的甲氧基含量减少外，还发产生果胶分子解聚，即P-消去反应。P-消去反应可导致果胶分子量、粘度和胶凝能力下降。果胶的脱酯反应和P-消去反应往往同时发生，但反应条件不同时，两者的反应速度不同；这2种化学反应属于竞争性反应:前者使果胶中甲氧基含量降低，而后者必须在甲氧基存在的条件下才能进行，两者相互竞争甲氧基’脱酯反应进行一定阶段后，由于甲氧基含量的减少，2种化学反应速度均降低。雷激等以商品柑橘高酯果胶为原料,重点探讨了低温碱法脱酯对果胶质量的影响(以果胶的半乳糖醛酸含量、酯化度（DE值）、特性粘度等为考察指标），结果表明，低温下(5tC)碱法脱酯可将影响果胶品质的P-消去反应控制在较小程度，所得产品能最大程度的保持其特性粘度。柑橘高酯果胶碱法脱酯的最佳工艺条件为:pH值9.0,5T低温处理30min，该条件下所得果胶半乳糖酸酸含量为81.387%,DE值为38.95%，指标达到低酯果胶产品的标准$。张卫红等以从苹果渣中提取的高酯果胶为原料，研究碱化法制备低酿果胶的工艺条件。通过单因素试验分别探讨pH值、温度和反应时间对低酯果胶得率的影响,并在此基础上设计3因素3水平的正交试验，得出碱化法制备低酯果胶的最优工艺条件为:pH值9.0，反应温度36cC，反应时间1.5hm。2.3微生物法微生物酶可选择性地分解植物组织中的复合多糖体，从而有效提取植物组织中的果胶。采用微生物发酵法萃取的果胶相对分子质量较大，果胶的胶凝度较高，质量较稳定,提取液中果皮不破碎，也不需进行热、酸处理，具有容易分离、提取完全、低消耗、低污染、产品质量稳定等特点。因此微生物法提取果胶具有广阔的发展前景。2.4酶法酶法提取果胶的一般步骤是:在磨成粉的原料中加人含有酶的缓冲液,于恒温水浴振荡器内提取。反应结束后抽滤，乙醇沉淀，过滤分离，干燥，粉碎得果胶成品。但酶法提取果胶反应时间较长，酶制剂用量较大，阻碍了其在国内的应用。将酸法与酶法结合,先用酸法提取少量果胶，再用酶法提取剩余的果胶，可大大缩短反应时间，减少酶的用量。随着酶制剂成本的不断降低,酶法提取果胶将具有很好的发展前景。邸铮等比较了盐酸水解法和纤维素酶、半纤维素酶对苹果皮渣果胶的提取效果，采用高效阴离子交换色谱一脉冲安培检测法(HPAEC-PAD)测定可溶性果胶的单糖组分，并通过粘度计测定其特性粘度，推导其分子量。结果表明,酶法提取比酸法提取的果胶得率高2~3倍，且所提果胶溶解性较好。酸法、纤维38卷13期岳贤田国内果胶提取方法研究进展6933素酶、半纤维素酶3种方法提取的可溶性果胶平均分子量分别为292600、122400、165200Da：8]。苏艳玲等采取酶法提取柑橘皮果胶，研究了温度、加酶量、料液比及提取时间对果胶提取率的影响。结果表明，pH值为4.6的磷酸氢二钠一柠檬酸缓冲液的提取效果最佳，其最佳提取条件为:温度37cC、加酶量0.IU/g、料液比1:20、提取时间4h,此条件下果胶提取率达6.109%%。2.5逆流萃取法连续逆流萃取法比批量萃取法具有更高的两相浓度差，从而增大了传质驱动力。总之，与批量法相比,连续逆流萃取法可在较宽的pH值范围内选取工艺条件，使用较少的提取剂和较小的设备即可获得较高的提取率，从而减少废水处理量,节约生产成本。谢练武等采用一定pH值的盐酸溶液提取果胶，对连续逆流萃取法和批量萃取法进行了比较。结果表明，当液/固比为20:1，PH值在1.0~3.2范围内，以及pH值为2.0，液/固比在16:1~25:I范围内时，连续逆流萃取法的果胶提取率均高于批量萃取法。在较宽的pH值和液/固比范围内，连续逆流萃取法具有较高的果胶提取率™。黄永春等对草酸铵逆流萃取法提取西番莲鲜果皮中果胶的工艺进行了研究,考察了逆流萃取的级数、温度、草酸铵浓度、料液比和反应时间对果胶得率的影响，并对工艺条件进行了优化，得草酸铵逆流萃取法提取西番莲果皮中果胶的最优条件为:逆流萃取级数3级、温度90cC、草酸铵浓度0.45%、果皮质量与草酸铵体积比I:35、提取时间5.5h0与传统酸提取法相比，果胶得率由2.22%提高到3.82%，对所制备果胶的品质进行测定，结果表明，草酸铵逆流萃取法果胶得率、品质均优于传统酸法[11]。2.6盐析法孔瑾等采用盐析法从干南瓜皮中提取食用果胶，并对其提取工艺和条件进行了研究,结果表明，料液比1:7，萃取液pH值2.0，萃取温度95tC，萃取时间90min，并用硫酸铝作沉淀剂，果胶得率达13.6%。与酒精法相比，盐析法提取果胶具有成本低，得率高，果胶制品纯等特点[12]。2.7离子交换法果胶类物质可与细胞壁半纤维素等共价结合,并可通过次级键与细胞壁其他多聚体相结合。多价阳离子特别是钙离子存在时，阳离子键合引起低酯果胶类物质的不溶性，降低了高酯果胶的浸胀性。所以单纯酸法提取不能完全解除果皮中多价阳离子及其他杂质对果胶的束缚。而且果皮中多价金属离子、低分子物质和色素等经酸法处理后仍残留于果胶中，影响果胶的品质。戴玉锦等以干橙皮为原料，通过单因素试验和正交试验确定离子交换法提取果胶的优化工艺条件为:732型阳离子交换树脂用量5%，料液比1:20，浸提液PH值1.5,浸提温度85cC，浸提时间2.5h，该工艺条件下果胶得率为22.55%。2.8树脂法酸水解结合阳离子交换法是提取果胶的较优方法，阳离子交换树脂通过吸附Ca、Mg等阳离子,从而加速原果胶水解，提高果胶的质量和得率;同时,阳离子交换树脂可吸附分子量小于500的小分子物质，解除果胶的一些机_械性牵绊，提高果胶的品质和纯度。张卫红等以苹果渣为原料，研究了D151H阳离子树脂提取果胶的工艺条件。并采用单因素和正交试验确定了最佳提取工艺,结果表明,加人D151H阳离子交换树脂可提高果胶得率;在优化工艺条件下，粗果胶得率可达9%左右[14]。2.9微波法微波法提取果胶选择性较强，操作时间较短，与传统的酸提取法相比，提取时间缩短,溶剂用量减小，受热均匀，目标组分得率高,且不会破坏果胶的长链结构，果胶收率和质量均有提髙。孙德武等利用微波辐射萃取法从桔皮中提取果胶,通过试验确定了微波条件下提取果胶的最佳工艺条件为:料液质量比1:35,提取液pH值1.8,微波功率500W，提取温度60,该条件下果胶提取率达17.5%以上[15]。2.10超声波法超声波提取法又称超声波辅助提取法。黄永春等对超声波辅助提取西番莲果皮中果胶的工艺进行了研究，考察了超声功率、超声时间、料液比、提取温度及提取液pH值对果胶得率的影响，根据L16(45)设计正交试验,得果胶最适提取条件为:超声功率200W、超声时间35min、料液比I:20(g:ml)、提取温度40cC、提取液PH值I.5。与传统酸提取法相比,最适提取时间由3.5h缩短到35min,得率由2.22%提高到2.51%。同时,对所制备果胶的品质进行测定,结果表明，超声波对果胶提取具有强化作用，而且不改变果胶的性质[16]。2.11高压脉冲电场法高电压脉冲电场（Highintensitypulsedelectricfields，HPEF)是一■种全新的非热处理杀菌方法⑴，HPEF杀菌可保持食品的原有风味,具有处理时间短、能耗低等特点近几年来,HPEF常被用来提取细胞内的一些物质（基于HPEF可实现细胞膜穿孔）。于庆宇等研究了高电压脉冲电场技术对苹果渣中果胶提取率的影响。并对榨汁后所得苹果渣进行电场预处理，研究了电场强度、pH值、脉冲数、料液比和温度等对果胶提取率的影响。结果表明，当电场强度为5kV/cm、脉冲数为10、PH值为3、料液比为1:19、温度为62tC时,苹果渣果胶得率为14.21%[17]。2.12复合