全 文 ：分离与提取
2014年第 40卷第 3期(总第 315期) 227
采用木瓜蛋白酶提取柠檬皮果胶*
刘义武1，2，刘莹1，王碧1，2，谢峰1，2
1(内江师范学院化学化工学院，四川 内江，641100)2(果类废弃物资源化省高校重点实验室，四川 内江，641100)
摘 要 以柠檬皮为原料，采用木瓜蛋白酶提取柠檬皮果胶。分别讨论了木瓜蛋白酶用量、料液比、pH 值、时
间、温度等因素对果胶提取率的影响。在单因素试验基础上，通过正交试验优化木瓜蛋白酶提取柠檬皮果胶的
工艺。结果表明:木瓜蛋白酶酶浓度 0. 10 %，pH 7. 0，提取时间为 2 h，提取温度为 55 ℃，液固比为 25∶ 1，果胶
收率达到 32. 3%。
关键词 柠檬皮，木瓜蛋白酶，提取，果胶
第一作者:副教授，博士研究生，(谢峰教授为通讯作者，E-mail:
xief@ njtc． edu． cn)。
* 四川省教育厅培育项目(12ZZ012) ;青年基金项目(11ZB024) ;
内江师范学院博士科研启动经费资助项目
收稿日期:2013 － 11 － 27，改回日期:2014 － 01 － 06
果胶作为水溶性膳食纤维本身就有降低血糖血
脂，促进维生素的吸收，防止铅中毒，防治动脉硬化等
医疗保健作用，被广泛应用于食品、化妆、医药等工
业［1 － 6］。据不完全统计，近年我国果胶的年消耗 4 000
t以上，并以每年4% ～ 5%的速度增长，约80%依靠进
口，其中柠檬果胶约 2 000 t 完全依靠进口［7］。因此，
大力开展果胶，特别是柠檬果胶的研究与开发，生产出
优质果胶，满足国内外市场需求已显得极为迫切。
果胶原料来源广泛［8 － 14］，已报道的提取果胶原
料超过 40 种，但当前真正具有工业提取价值的是苹
果渣和柑橘类果皮。虽然柠檬皮渣中果胶的含量高
达 30%［15］，是优质的果胶工业生产原料，国内早在
1994 年，吴永娴等研究从柠檬皮中提取果胶［16］，但
柠檬皮果胶的报道甚少［8］。目前柠檬皮渣基本上被
废弃，并且皮渣极易发霉变臭，对人畜和农作物都极为
有害。目前，虽然酶法提取果胶因酶作用的高效性和
专一性，果胶收率高等优点受到关注，但由于使用的酶
主要来源于微生物培养，故会因菌种的不同、培养条件
的差异等使得使用不同厂家即便是同种酶的提取效率
也不同，并且国内外在酶法提取果胶的研究中，都普遍
存在提取用酶的成本高，难以实现产业化的问题［13］。
本实验采用木瓜蛋白酶提取柠檬皮果胶，改变传统提
取方法的不足，为果胶的生产提供参考依据。
1 材料与方法
1. 1 材料与仪器
柠檬，四川安岳;95%乙醇、无水乙醇、柠檬酸、柠
檬酸钠，HCl，NaOH 均为分析纯，木瓜蛋白酶(1 000
U /mg)为生物试剂。
MS204S电子分析天平，梅特勒-托利多(中国) ;
DF-101S集热式磁力加热搅拌器，金坛市医疗仪器
厂;TDL-5-A低速大容量离心机，上海安亭科学仪器
厂;Starter 3c pH计，奥豪斯仪器有限公司。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 工艺流程
柠檬皮渣预处理→酶解→离心→滤液→乙醇沉淀→
抽滤→洗涤→干燥→粉碎、成品
1. 2. 2 原料预处理
将柠檬洗净后剥下柠檬皮，切成小块，沸水中煮
沸 10 min，然后用清水漂洗，重复漂洗直至水的颜色
接近无色，60 ℃干燥，粉碎。
1. 2. 3 果胶的提取
称取 5. 00 g柠檬皮粉末，加入柠檬酸-柠檬酸钠
缓冲液，再加入一定量酶，一定温度下水浴一段时间，
然后 100 ℃水浴 5 min。酶灭活后趁热离心，取上清
液，滤渣用清水洗涤 1 ～ 2 次，与清液合并。
1. 2. 4 果胶沉淀
将果胶滤液蒸发浓缩至原滤液体积 1 /3，然后加
入果胶液体积 1. 2 倍的 95 %乙醇，静置沉淀 20 min
后抽滤，并用 75 %乙醇洗涤 2 ～ 3 次，50 ℃烘干，即
得成品果胶。
1. 3 正交实验设计
参照单因素实验的结果，选择 pH 值、提取温度、
提取时间、酶添加量、液固比 5 个试验因素为研究对
象，每项因素设置 4 个水平，选用 L16(4
5)进行正交试
验(表 1)。
DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.2014.03.042
食品与发酵工业 FOOD AND FEＲMENTATION INDUSTＲIES
228 2014 Vol. 40 No. 3 (Total 315)
表 1 正交试验因素与水平
Table 1 Factors and levels in orthogonal design
A
(酶量)/mL
B
(温度)/℃
C
(时间)/h
D
(液固比)
E
(pH值)
1 2. 0 45 2. 0 18:1 6. 0
2 2. 5 50 2. 5 20∶ 1 6. 5
3 3. 0 55 3. 0 25∶ 1 7. 0
4 3. 5 60 4. 0 30∶ 1 7. 5
1. 4 果胶提取率的计算
果胶提取率 /% = 果胶质量柠檬皮粉末质量
× 100
1. 5 产品分析
果胶产品分析根据国家标准 GB 25533 － 2010《食
品添加剂果胶》中方法进行。即精确称取果胶成品 1 g
(m1)置于烧杯中，加入 20 mL HCl-乙醇溶液，搅拌 10
min。用 G3 砂芯漏斗过滤，用 HCl-乙醇溶液洗涤 6
次，每次用 5 mL，再用乙醇溶液(3 + 2)2 ～ 3 次冲洗至
无 Cl －(滤出物中) ，每次 10 mL，最后用 10 mL无水乙
醇冲洗滤干，在 105 ℃干燥 2 h，冷却称重(m2)。
分别准确称取 m2 的一半样品，各移入一个 250
mL的具塞锥形瓶中，用 2 mL 无水乙醇润湿，加入
100 mL新煮沸并冷却的水，盖上瓶塞，不时转动至样
品完全溶解，加入 5 滴酚酞指示剂，用 0. 1 mol /L
NaOH溶液滴定，至粉红色(不褪色)为终点，记录下
0. 1 mol /L NaOH 的体积 V1。加入 20 mL 0. 5 mol /L
NaOH，加上瓶塞，用力振摇(2 min)后静置 15 min，加
入 20 mL 0. 5 mol /L HCl溶液，振摇至粉红色消失，然
后用 0. 1 mol /L NaOH滴定，用力振摇至弱粉红色不
褪色为终点，记录消耗的 NaOH体积 V2。
总半乳糖醛酸含量 X /% =
( V1 +V2) ×19. 41
m2
×100
式中:V1:NaOH 溶液的体积，mL;V2:NaOH 溶液
的体积，mL;m2:试样质量，mg。
2 结果与讨论
2. 1 单因素试验
2. 1. 1 酶用量对果胶提取率的影响
取 5. 00 g柠檬皮粉末，分别加入 0. 5，1，2，3，
5，10，15 mL的酶溶液(200 U/mL)，按液固比为 25∶ 1，
加入 pH 6的柠檬酸—柠檬酸钠缓冲液，于 50 ℃下酶解
2 h，得到酶用量对果胶提取率的影响，其结果如图 1
所示。由图 1 可以看出，当酶添加量≤3 mL 时，果胶
提取率随着酶用量的增加而增加，酶添加量超过
3 mL后，果胶提取率反而有所下降。这可能是因为
当酶用量较低时，酶解进行得不完全，果胶还未完全
分解，因此果胶提取率先随酶用量的增加而增加;当
达到最佳值 3 mL时，酶解进行得较彻底了，当再增加
酶用量时，多余的酶会使果胶继续降解，生成的低分
子量果胶增加，在洗涤时这部分果胶将被损失掉［13］，
故果胶提取率反而降低。所以酶用量为 3 mL 时，提
取效果较好。
图 1 酶浓度对果胶提取率的影响
Fig. 1 Effect of the enzyme concentration on extraction
rate of pectin
2. 1. 2 温度对果胶提取率的影响
温度对柠檬皮果胶提取率的影响如图 2 所示。
图 2 表明，温度对柠檬皮果胶的提取率有较大的影
响。酶解温度低于 50 ℃时，随着温度的不断升高，提
取率逐渐增加;但温度超过 50 ℃后，随着温度的不
断升高，提取率急剧降低。温度对果胶的提取影响
较大，其原因有 2 个:一是高温能增加果胶溶出的
传质动力，二是酶具有最适作用温度［13］，温度太低
木瓜蛋白酶的活性没有完全释放，温度太高会导致
酶蛋白变性失活［17］。所以，最佳的酶解温度为
50 ℃。酸法提取果胶的温度一般不低于 90 ℃，酶法
能耗更低［7 － 9］。
图 2 温度对果胶提取率的影响
Fig. 2 Effect of extraction temperature on extraction
rate of pectin
2. 1. 3 缓冲液 pH值对果胶提取率的影响
pH值对柠檬皮果胶提取率的影响见图 3。由图
分离与提取
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3 可知，提取液的 pH 对果胶提取率的影响非常明显，
在 pH ≤7. 0 时，随着 pH 的增大，果胶提取率也增
加;当 pH ＞ 7 时，果胶提取率下降，提取的果胶的颜
色也加深。结果表明，用木瓜蛋白酶提取柠檬皮中果
胶的 pH 应控制在 7. 0 左右。酶法提取果胶的 pH一
般高于 4. 0［13 － 14］，而无机酸提取果胶的 pH一般低于
2. 0［10 － 11］，故酶法对设备耐腐蚀性的要求较低，有利
于降低生产成本。
图 3 pH对果胶提取率的影响
Fig. 3 Effect of the pH value on extraction rate of pectin
2. 1. 4 液固比对果胶提取率的影响
由图 4 可知，果胶提取率随液固比的增加而增
加。这是因为当酶用量一定时，随着液固比的增加，
酶在柠檬皮细胞内的扩散能力增强，使酶对细胞壁纤
维素的降解能力增强，细胞壁被迅速破坏，果胶得以
溶解出来，液固比太小，则提取不完全，提取率低。但
液固比太大易造成浪费，投入工业生产成本过高，且
液固比大于 30∶ 1后，果胶提取率增加较少，所以液固
比应控制在 30∶ 1以内。
图 4 液固比对果胶提取率的影响
Fig. 4 Effect of liquid-solid ratio on extraction rate of pectin
2. 1. 5 提取时间对果胶提取率的影响
时间对柠檬皮果胶提取率的影响如图 5 所示。
由图 5 可知，提取时间是影响果胶提取率的因素之
一。在 4 h 以内，果胶提取率随着时间的增加而上
升，但在 4 h以后，提取率反而下降，提取时间过长过
短均影响果胶产量。因为随着时间的延长，蛋白酶活
力能得到充分的发挥，酶解反应进行的较为完全，果
胶溶出的较多，但过长的时间会造成已提取的果胶又
被分解导致产率下降［14］，且时间过长会增加能耗。
所以，最佳的提取时间为 4 h左右。
图 5 提取时间对果胶提取率的影响
Fig. 5 Effect of extraction time on extraction rate of pectin
2. 2 正交实验
木瓜蛋白酶提取柠檬皮中果胶的正交实验结果
及极差分析见表 2。由表 2 的极差分析可知 E ＞ C ＞
B ＞ A ＞ D，即影响果胶得率的各因素主次关系为:pH
＞提取时间 ＞提取温度 ＞酶含量 ＞液固比。果胶提
取的最优组合为 A4B3C4D3E3，即最佳组合条件为 pH
7. 0，提取时间为 4 h，提取温度为 55 ℃，酶添加量为
3. 5 mL，液固比为 25∶ 1。综合考虑提取成本，即最佳
工艺条件为 pH 7. 0，提取时间为 2 h，提取温度为
55 ℃，酶添加量为 2. 5 mL，液固比为 25∶ 1。
表 2 正交试验结果及极差分析
Table 2 The results of orthogonal experiments
列号
试验号
A(酶量)/
mL
B(温度)/
℃
C(时间)/
h
D
(液固比)
E
(pH值)
提取率/
%
1 2 45 2 18∶ 1 6. 0 23. 2
2 2 50 2. 5 20∶ 1 6. 5 24. 2
3 2 55 3 25∶ 1 7. 0 30. 0
4 2 60 4 30∶ 1 7. 5 31. 2
5 2. 5 45 2. 5 25∶ 1 7. 5 30. 6
6 2. 5 50 2 30∶ 1 7. 0 31. 5
7 2. 5 55 4 18∶ 1 6. 5 32. 8
8 2. 5 60 3 20∶ 1 6. 0 23. 0
9 3 45 3 30∶ 1 6. 5 25. 4
10 3 50 4 25∶ 1 6. 0 25. 2
11 3 55 2 20∶ 1 7. 5 32. 0
12 3 60 2. 5 18∶ 1 7. 0 33. 8
13 3. 5 45 4 20∶ 1 7. 0 33. 2
14 3. 5 50 3 18∶ 1 7. 5 24. 6
15 3. 5 55 2. 5 30∶ 1 6. 0 29. 0
16 3. 5 60 2 25∶ 1 6. 5 32. 2
k1 27. 2 28. 1 29. 7 28. 6 25. 1
k2 29. 5 26. 4 29. 4 28. 1 28. 7
k3 29. 1 31. 0 25. 8 29. 5 32. 1
k4 29. 8 30. 1 30. 6 29. 3 29. 6
Ｒ 2. 6 4. 6 4. 9 1. 4 7. 0
食品与发酵工业 FOOD AND FEＲMENTATION INDUSTＲIES
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2. 3 最佳工艺条件验证及放大实验
按 2. 2 确定的最佳工艺条件进行 3 次平行实验，
平均果胶提取率为 32. 3 %，果胶纯度 67. 4 %，与正
交实验中的最好结果相差较小;取柠檬皮粉末 25 g，
进行同样实验，平均果胶提取率为 31. 1 %，果胶纯度
68. 0 %。因此，此工艺重现性好，工艺稳定。
3 结论
通过正交试验，确定了柠檬皮中果胶提取的最佳
工艺条件，即 pH 7. 0，提取时间为 2 h，提取温度为
55 ℃，酶添加量为 2. 5 mL(0. 10%) ，液固比为 25∶ 1。
采用正交试验法得出最佳提取工艺，工艺稳定可靠，
产品符合国家食品安全标准，为提高柠檬的综合利用
价值，开发柠檬提取果胶提供了理论参考。酶法提取
果胶能克服目前最常见的酸水解法生产中的诸多不
足，具有消耗低、污染低等优点。采用天然植物蛋白
酶不仅成本低，用量少，且其果胶提取率高，工业化应
用前景十分广阔。
参 考 文 献
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Ｒesearch on extraction technology of pectin from lemon peel by papain
LIU Yi-wu1，2，LIU Ying1，WANG Bi1，2，XIE Feng1，2
1(College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang 641100，China)
2(Key Laboratory of Fruit Waste Treatment and Ｒesource Ｒecycling，Neijiang 641100，China)
ABSTＲACT Lemon peel pectin was extracted by papain，followed by alcohol precipitation，and the optimal condi-
tion was investigated． The effects of papain concentration，temperature，liquid-solid ratio，pH and extraction time
were studied． The extraction technology was optimized by orthogonal experimentation on the basis of a series of single-
factor experiments． The optimal conditions of extraction were obtained as follows:the amount of 0． 10 % papain，liq-
uid-solid ratio 25∶ 1，pH 7，temperature 55 ℃，extraction time 2 h． Pectin yield could reach 32． 3 % under the best
conditions．
Key words lemon peel，papain，extraction，pectin