全 文 ：2015年 2月
第 36卷第 4期
植物蛋白酶提取柠檬皮果胶
韩鹏，黄雨欣，李雪梅，叶艳梅，宋丽洁，刘义武*
（内江师范学院化学化工学院，四川内江 641199）
摘 要：利用植物蛋白酶-醇析法对柠檬皮果胶的提取工艺进行研究。考察液料比、缓冲液 pH、提取时间、提取温度、
酶浓度对果胶得率的影响，采用单因素试验及正交试验得到柠檬皮果胶的最佳提取工艺条件：提取时间 50 min，温
度 54 ℃，pH 7.0，加酶量 3 mg/g，液料比 20 ∶ 1。在此条件下进行了 3次平行试验，在平行实验中其重现性很好，结果表
明此工艺条件确实是稳定性良好的最佳工艺条件，果胶平均得率为 27.60 %。
关键词：植物蛋白酶；柠檬皮；正交试验；果胶
Extraction Lemon Peel Pectin by Plant Protease
HAN Peng，HUANG Yu-xin，LI Xue-mei，YE Yan-mei，SONG Li-jie，LIU Yi-wu*
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang 641199，
Sichuan China）
Abstract：Lemon peel pectin was extracted by using plant protease - alcohol precipitation method. The effect of
extraction parameters such as liquid material ratio， pH， extraction time， temperature， enzyme concentration on
pectin yield was investigated. The optimal extraction conditions of lemon peel pectin was obtained by orthogonal
experimentation on the basis of a series of single-factor experiments. The optimal conditions of extraction was
extraction time 50 min， temperature 54 ℃， pH 7.0， the amount of enzyme 3 mg/g and the ratio of liquid to solid
20 ∶ 1. The average extraction rate of pectin was achieved 27.60 % under the best conditions．
Key words：plant protease； lemon peel； orthogonal experimentation； pectin
基金项目：大学生创新创业训练计划项目（X201316）；四川省教育厅
培育项目（12ZZ012, 14CZ0025）
作者简介：韩鹏（1993—），男（汉），在读本科，从事天然产物提取与
分离。
*通信作者
食品研究与开发
Food Research And Development
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.04.014
果胶是植物中的一种酸性多糖物质，它通常为白
色至淡黄色粉末，稍带酸味，具有水溶性，其分子量约
5万~30万，主要存在于植物的细胞壁和细胞内层，为
内部细胞的支撑物质。柑桔、苹果、柠檬等果皮是果胶
丰富的来源[1-2]。果胶是一种天然高分子化合物，具有
良好的胶凝化和乳化稳定作用，其用途广泛，运用于
食物、化妆品等各个领域[3-5]。
果胶提取的方法有：酸提取法、离子交换法、微波
法、酶法和微生物法等[6-13]。其中酸提取法虽是工业提
取果胶的主要手段，但酸提取法提取过程中果胶分子
易发生部分水解和降解，这样降低了果胶分子量，影
响果胶的收率和质量。而酶法就能克服这一缺陷。酶
法提取果胶因酶作用的高效性和专一性，果胶收率
高，生产工艺流程和设备简单，工艺易于控制，且能够
更好地保持产品的胶凝度，目前酶解法提取果胶所用
的酶主要有：纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶，而植物
蛋白酶却鲜有研究[11-13]。从柠檬皮中提取果胶可以使
大量的柠檬皮渣得以充分且高附加值地利用，又解决
了柠檬果皮污染环境的问题，对柠檬的综合利用和高
效增值均具有十分重要的意义。所以，本文利用纯天
然植物蛋白酶提取柠檬皮果胶，以期提高果胶质
量，降低果胶生产成本。通过本研究可以推动酶法
提取果胶的深入研究，为商业化生产提供更好的参
考依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
菠萝蛋白酶（生物试剂）：上海金穗生物科技有限
公司；柠檬酸，柠檬酸三钠，乙醇（均为分析纯）：成都金
分离提取
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山化学试剂有限公司；柠檬：四川安岳。
1.2 仪器与设备
TD5-I高速离心机：中国四川蜀科仪器有限公司；
DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器：中国郑州英峪
予华仪器有限公司；DHG-9070A 电热恒温鼓风干燥
箱：中国上海鸿都电子科技有限公司；JA5002电子天
平：中国上海精天电子仪器有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 试验步骤
原料处理：将柠檬剔出果皮，并切成小块，将其在
沸水灭活 5 min，用蒸馏水洗涤至无色，60 ℃干燥，粉
碎备用。
酶提取：以菠萝蛋白酶用量为 2 mg/g，提取缓冲液
pH为 5.6，提取温度为 45 ℃，提取时间 45 min为基准
条件进行单因素实验。
菠萝蛋白酶灭活：将溶液加热至 95 ℃左右，酶灭
活约 5 min。
分离：离心分离，收集上清液，沉淀用等体积水洗
涤，离心，合并上清液。
沉淀：离心后，降温，在搅拌下加入乙醇，直至果
胶成海绵状完全沉淀出来。
提纯：抽滤后，用乙醇洗涤 2次~3次，50℃干燥。
改变条件：菠萝蛋白酶用量为 1 mg/g~9 mg/g；pH
为 3~7；提取时间 15 min~120 min；温度 35℃~60℃；料
液比为 1 ∶ 15~1 ∶ 40。
1.3.2 正交试验设计
参照单因素实验的结果，选择提取温度、提取时
间、液料比、pH、酶添加量 5个实验因素为研究对象，
每项因素选择 4个水平，选用 L16（45）进行正交试验见
表 1。
1.3.3 果胶含量的测定
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。
1.4 果胶得率的计算
果胶得率 = 果胶质量
原料总质量
× 100 %
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 植物蛋白酶浓度果胶得率的影响
加酶量对果胶得率影响的结果如图 1所示。
采用 1 mg/g~7 mg/g蛋白酶提取时，果胶得率随酶
量的增加而增加，但继续当增加时，果胶得率则开始
下降。这是因为酶用量低于 7 mg/g时，酶解不彻底，释
放出来的果胶含量较少，使得提取率低；当达到最佳
值 7 mg/g时，酶解进行的较彻底，当继续增加酶用量
时，过量的酶使果胶进一步水解，生成的低分子量果
胶增加，在过滤洗涤时会损失这部分[14]，使果胶得率降
低。所以，7 mg/g为较佳酶浓度。
2.1.2 液料比对果胶得率的影响
液料比对果胶得率的影响见图 2。
由图 2可知，液料比增加使果胶得率整体呈现增
加趋势，当液料比小于 30 ∶ 1（mL/g）时，果胶的得率随
液料比的增加而迅速增加。这是因为随着液料比的增
加，酶在柠檬皮细胞内有更多的扩散空间，使其对细
胞壁纤维素的分解能力增强，从而快速破坏细胞壁，
果胶得以提取出来。当液料比大于 30 ∶ 1时，果胶的得
表 1 正交试验因素与水平
Table 1 Factors and levels in orthogonal design
水平 A温度/℃ B时间/min C液液比 D pH
E酶添加
量/（mg/g）
1 45 30 17∶1 6.0 1
2 48 40 20∶1 6.4 3
3 51 50 23∶1 6.7 5
4 54 60 26∶1 7.0 7
图 1 植物蛋白酶浓度对果胶得率的影响
Fig.1 Effect of plant protease concentration on the extraction rate
of pectin
30
25
20
15
10
果
胶
得
率
/%
0 2 10
浓度/（mg/g）
4 6 8
30
25
20
15
10
5
0
果
胶
得
率
/%
15 20 40
液料比/（mL/g）
25 30 35
图 2 液料比对果胶得率的影响
Fig.2 Effect of ratio of raw liquid to material on the extraction
rate of pectin
韩鹏，等：植物蛋白酶提取柠檬皮果胶分离提取
55
率趋于稳定，即继续增加溶液体积对果胶得率收益不
大，且液料比大易造成浪费，投入工业生产成本增加。
由此可确定 30 ∶ 1为较佳液料比。
2.1.3 温度对果胶得率的影响
温度对果胶的提取影响比较大，有 2个原因：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[1]。提取温度对柠檬皮果胶得率的影响见图3。
由图 3可知，果胶在 25 ℃~60 ℃之间得率变化
为：先增加再平缓后降低，主要原因是植物蛋白酶在
45 ℃~55 ℃之间时活性较高 [15]，温度过高或过低都会
导致酶的活性下降，从而导致得率下降，因此酶的提
取温度可选择在 45℃~55℃之间。
2.1.4 提取时间对果胶得率的影响
提取时间对柠檬皮果胶提取率的影响见图 4。
由图 4可知，随着时间的增加，果胶得率亦持续
增加，但增加的速率亦呈现出逐步减小的趋势，90 min
到 120 min的果胶得率几乎无增加，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
的就较为完全，果胶溶出的较充分[15]，因此提取时间大
于 90 min对果胶的提取无实际意义。综合考虑 60 min
左右为最佳提取时间。
2.1.5 缓冲液 pH对果胶提取的影响
缓冲液 pH对柠檬皮果胶得率的影响如图 5。
由图 5可知，缓冲液 pH在低于 5时，果胶得率很
低，表明植物蛋白酶在 pH<5时活性很低。pH从 5.0到
6.0可看出果胶得率迅速增加，这是因为在此 pH条件
下酶活性迅速增加；在 6.0至 7.0之间，得率较稳定，酶
在此 pH下活性最高 [14]，故缓冲液 pH在 6.0至 7.0 之
间最为合适。
2.2 植物蛋白酶提取柠檬皮果胶的正交试验
植物蛋白酶提取柠檬皮中果胶的正交试验结果
及极差分析见表 2。
30
25
20
15
10
5
0
果
胶
得
率
/%
35 40 60
温度/℃
45 50 55
图 3 温度对果胶得率的影响
Fig.3 Effect of temperature on the extraction rate of pectin
图 4 提取时间对果胶得率的影响
Fig.4 Effect of time on the extraction rate of pectin
30
25
20
15
10
果
胶
得
率
/%
0 20 120
时间/min
40 60 80 100
图 5 缓冲液 pH对果胶得率的影响
Fig.5 Effect of pH on the extraction rate of pectin
25
20
15
10
5
0
果
胶
得
率
/%
3 4 7
pH
5 6
试验号
因素
果胶得
率/%温度/℃ 时间/min
液料比/
（mL/g）
pH
酶浓度/
（mg/g）
1 1（45） 1（30） 1（17∶1） 1（6.0） 1（1） 24.8
2 1 2（40） 2（20∶1） 2（6.4） 2（3） 26.4
3 1 3（50） 3（23∶1） 3（6.7） 3（5） 25.4
4 1 4（60） 4（26∶1） 4（7.0） 4（7） 23.2
5 2（48） 1 2 3 4 25.0
6 2 2 1 4 3 26.4
7 2 3 4 1 2 24.6
8 2 4 3 2 1 24.2
9 3（51） 1 3 4 2 26.6
10 3 2 4 3 1 24.2
11 3 3 1 2 4 25.4
12 3 4 2 1 3 25.8
13 4（54） 1 4 2 3 25.0
14 4 2 3 1 4 24.4
15 4 3 2 4 1 27.2
16 4 4 1 3 2 26.4
k1 24.95 25.35 25.75 24.9 25.1
k2 25.05 25.35 26.1 25.25 26
k3 25.5 25.65 25.15 25.25 25.65
k4 25.75 24.9 24.25 25.85 24.5
R 0.8 0.75 1.85 0.95 1.5
表 2 植物蛋白酶提取柠檬皮果胶的正交试验结果
Table 2 Orthogonal experiments results of extraction lemon peel
pectin by plant protease
分离提取韩鹏，等：植物蛋白酶提取柠檬皮果胶
56
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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（民族），职称，学位，研究方向（即专业）。若需要介绍通信作者，请用*注明，且介绍内容宜在20个字以内。
详见中国天津食品网
（www.tjfood.com.cn）
由表 2的极差分析可知 5个因素对果胶得率影
响的主次关系依次为液料比>酶用量>pH>温度>提取
时间。果胶提取的最优组合为 A4B3C2D4E2，即最佳组合
条件为提取时间 50 min，温度 54 ℃，pH 7.0，酶用量
3 mg/g，液料比 20 ∶ 1。
2.3 最佳工艺条件验证
按 2.2确定的最佳工艺条件：提取时间 50 min、温
度 54℃、pH 7.0、酶用量 3 mg/g、液料比 20 ∶ 1进行 3次
平行实验，工艺重现性好，果胶平均得率为 27.6 %，高
于正交试验中的所有组合，因此该工艺条件为最佳工
艺条件。果胶纯度均达到国家标准，最佳工艺条件下
果胶纯度为 70 %。
3 结论
本文研究了采用纯天然的植物蛋白酶提取柠檬
皮中的果胶。通过单因素并结合正交试验，得出植物
蛋白酶提取柠檬皮果胶的优化工艺为：液料比 20 ∶ 1，
蛋白酶用量 3 mg/g，提取温度 54℃，提取时间 50 min。
该工艺稳定可靠，产品符合国家食品安全标准。与其
他酶法相比，采用从植物中提取的纯天然植物蛋白
酶，用量少，而且价格便宜，且其果胶得率高，质量好，
工业化应用前景十分广阔。
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收稿日期：2014-06-10
韩鹏，等：植物蛋白酶提取柠檬皮果胶分离提取
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