全 文 ：离子液体微波辅助提取柠檬皮中果胶工艺的研究
冯洪建 邱灵佳 苏玉 黄国林
(东华理工大学，江西 南昌 30013)
摘 要:本论文论述了以离子液体溴化 1 －丁基 － 3 －甲基咪唑( ［BMIM］Br)水溶液
作为提取剂，采用微波辅助技术从柠檬皮中提取果胶工艺研究。利用红外光谱和质谱对
合成的［BMIM］Br进行了表征。系统研究了各个因素对果胶提取效果的影响，得到适宜的
工艺条件为:［BMIM］Br 浓度 1． 2 mol /L，液固比 20 mL /g，萃取温度 80 ℃，微波功率 400
W，萃取时间 7 min。利用红外光谱对所得果胶进行了结构表征。
关键词:柠檬皮 离子液体 微波辅助萃取 果胶
1 前言
果胶提取最常用的方法是酸法提取［1］，但传统的
酸法提取存在着诸多缺点，使其进一步发展受到限
制［2，3］。微波萃取技术是近年来发展较快的绿色分离
技术，具有简便、高效、选择性强等优点，颇具发展潜
力［4 － 6］。离子液体作为一种可设计的绿色溶剂，已广
泛应用于生物活性物质的萃取分离，与强酸碱或有机
溶剂相比，具有明显发展优势［7 － 9］。
本研究以离子液体水溶液为萃取剂，采用微波法
从柠檬皮中提取果胶。系统研究离子液体浓度、萃取
温度、微波功率、萃取时间和液固比等因素对果胶萃取
效果的影响，继而得到提取的适宜工艺条件，为进一步
开发利用提供有价值的工艺参数。
2 实验部分
2． 1 柠檬皮预处理
新鲜柠檬皮搅碎，加入其质量 3． 5 倍左右的水，微
波处理 15 min(灭酶) ，将原料漂洗至漂洗液呈无色，最
后在 60℃条件下干燥 48 h，干燥后粉碎、过筛(80 目) ，
备用。
2． 2 柠檬皮成分分析
柠檬皮成分测定采用以下国标进行:水分，GB /T
5009． 3 － 2003;灰分，GB /T 5009． 4 － 2003;蛋白质，GB /
T 5009． 5 － 2003;脂肪，GB /T 5009． 6 － 2003;总糖，GB /
T 15672 － 1995;粗纤维，GB /T 5515 － 1985。
热量值的测定:C． V．(calories /100 g)= P × 4． 0 + F
× 9． 0 + C × 3． 75
2． 3 ［BMIM］Br的合成
将重蒸的溴代正丁烷 0． 12 mol 多于 1 h 缓慢滴入
装有 0． 1 mol N －甲基咪唑的 250 mL三口烧瓶中，混合
物在 70 ℃条件下搅拌回流，反应 24 h 后冷却至室温，
用旋转蒸发仪回收多余的溴代正丁烷，用 20 mL 乙酸
乙酯洗涤 2 ～ 3 次，除去残余的溴代正丁烷和 N －甲基
咪唑，再放入真空干燥箱(80 ℃，0． 003 Mpa)干燥 24 h，
除去乙酸乙酯，冷却后得金黄色液体。产物质量:19． 4
g，收率:88． 5 %。
2． 4 ［BMIM］Br结构表征
离子液体红外光谱图由美国热电尼高力公司 Nico-
let 380 型傅里叶变换红外光谱仪给出。采用 KBr 压片
法制备试样，在 KBr片之间形成液膜，然后测其波数范
围 4000 ～ 400 cm －1红外光谱;离子液体质谱图由美国
热电菲尼根质谱公司 LTQ线性离子阱质谱仪给出。通
过谱图中的质荷比 m/z，确定离子液体分子量大小和分
子结构。
2． 5 果胶提取步骤
准确称取 1(± 0． 0001)g 处理好的柠檬皮，加入
50 mL三口烧瓶中，再加入 15 mL 1． 2 mol /L［BMIM］Br
水溶液，置于 WF － 4000C 型微波萃取仪中，装置图见
图 1。
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DOI:10.14127/j.cnki.jiangxihuagong.2013.04.040
图 1 微波萃取仪
控制微波条件为:萃取温度 80 ℃;微波功率 400
W;提取时间 7 min。减压过滤后得到上层清液，将其稀
释一定倍数后，测定提取液中果胶含量，并按下式计算
果胶提取率。
Y = C × V × K
m ×106
× 100
式中，Y为果胶提取率，%;C 为半乳糖醛酸浓度，
mol / l;V 为果胶提取液总体积，L;K 为提取液稀释倍
数;m为样品干基质量，g。
3 结果与讨论
3． 1 离子液体［BMIM］Br结构表征
离子液体［BMIM］Br的红外测试结果如图 2 所示。
图 2 ［BMIM］Br 红外光谱图
从图 2 可以看出，在 3100 ～ 3000 cm －1波数范围，
特别是在 3080 － 3050 cm －1的吸收谱带能作为 C － X氢
键存在的依据;3073 cm －1吸收峰为芳环的 = C － H 振
动峰;在 4000 ～ 2000 cm －1波数范围可观察到 C － H 伸
缩振动吸收谱带中，大于 3100 cm －1是芳环 C － H 的伸
缩振动引起的，而 3000 ～ 2700 cm －1波数范围为饱和的
C － H伸缩振动频率区(νC—H) ;在 1600 ～ l000 cm －1
波数范围内可观察到 C － H 伸缩振动吸收谱带;1600
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cm －1和 1500 cm －1附近出现芳环骨架振动峰;1576，
1469 cm －1吸收峰是芳环骨架振动引起，1179 cm －1吸收
峰是芳环 C － H面向变形振动。根据分子结构特征，可
以推断出所得产物是离子液体［BMIM］Br。
［BMIM］Br质谱测试结果如图 3 所示。
图 3 ［BMIM］Br质谱图
从图 3 可知，m/z 139 为离子液体 1 －丁基 － 3 －甲
基咪唑溴盐正离子模式下得到的母离子峰，m/z 110 为
离子液体 1 －丁基 － 3 －甲基咪唑(m/z 139)丢失 C2H5
所得到的碎片离子峰，m/z 83 为其丢失 C4H9所得到的
碎片离子峰，可推出产物为［BMIM］Br。
3． 2 柠檬皮成分分析
柠檬皮主要特征和成分结果见表 1。
表 1 干柠檬皮主要特征(g /100 g干物质)
水分 灰分 蛋白质 脂肪 总糖 粗纤维 果胶 热量值
11． 15 ± 0． 37a 3． 66 ± 0． 04 3． 16 ± 0． 25 1． 52 ± 0． 22 14． 03 ± 0． 79 9． 50 ± 2． 09 27． 02 ± 0． 5 78． 85cal
a．平均值 ±标准偏差(重复两次实验)
3． 3 微波辅助萃取果胶的工艺研究
3． 3． 1 萃取剂浓度的影响
控制液固比 20 ml /g，微波功率 400 W，提取温度为
80 ℃，提取时间 7 min，选择［BMIM］Br 溶液的浓度分
别为 0． 4 mol /L、0． 6 mol /L、0． 8 mol /L、1． 0 mol /L、1． 2
mol /L、1． 4 mol /L，考察离子液体浓度对提取的影响，结
果见图 4 所示。
图 4 ［BMIM］Cl浓度对提取率的影响
从图 4 可知，随着［BMIM］Br 浓度逐渐增加，果胶
的萃取率明显增加，当［BMIM］Br浓度达到 1． 2 mol /L
之后，再增加浓度，萃取率变化不大，说明此时萃取出
的果胶在基质界面也不易扩散出来，趋于平衡状态。
因此，选择 1． 2 mol /L［［BMIM］Br 溶液作为溶剂。
3． 3． 2 液固比
选定［BMIM］Br溶液的浓度为 1． 2 mol /L，选择液
固比分别为 5 ml /g、10 ml /g、15 ml /g、20 ml /g、25 ml /g，
其他条件同上，考察液固比对萃取效果的影响，结果如
图 5 所示。
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图 5 ［BMIM］Br浓度对萃取效果的影响
从图 5 可以看出，当液固比增加时，果胶提取率明
显升高;当液固比 20 mL /g 时，提取率最大，而后略微
下降;液固比越小，溶剂用量不足，难于扩散到样品内
部，液固比越大，溶剂用量越大，提取液浓缩困难，成本
增加。故选择液固比为 20 mL /g。
3． 3． 3 微波功率
选定 1． 2 mol /L［BMIM］Br 溶液作为溶剂，液固比
20 mL /g，选择微波功率分别为 200 W、300 W、400 W、
500 W、600 W，其他条件同上，考察微波功率对萃取效
果的影响，结果如图 6 所示。
图 6 微波功率对提取率的影响
从图 6 可以看出，当微波功率增加时，果胶提取率
明显升高;当微波功率达到 400 W 时，提取率最大，而
后逐渐下降;微波功率小，升温速度慢，果胶提取不完
全;功率过大，微波会产生瞬间高温，加热不均，促使局
部过热，发生剧烈沸腾，造成溶剂大量损失，果胶也会
发生降解，含量下降。因此，选择微波功率为 400 W。
3． 3． 4 萃取温度
选定 1． 2 mol /L［BMIM］Br 溶液作为溶剂，液固比
20 mL /g，微波功率 400 W，选择提取温度 50 ℃、60 ℃、
70 ℃、80 ℃、90 ℃，提取时间 7 min，考察温度对萃取效
果的影响，结果如图 7 所示。
图 7 温度对提取率的影响
从图 7 可知，随着温度的升高，分子热运动加剧，
溶剂和溶质扩散能力加强，同时促使样品基体微观结
构发生变化，从而大大加速提取过程，果胶萃取率明显
增加。温度在 50 ～ 80 ℃范围内，果胶提取率逐渐增
大，80 ℃ 后趋于平缓。温度过高会使果胶分子发生降
解，颜色加深，发生褐变，对其性质和结构有所影响。
故选择萃取温度为 80 ℃。
3． 3． 5 萃取时间
选定 1． 2 mol /L［BMIM］Br 溶液作为溶剂，液固比
20 mL /g，微波功率 400 W，提取温度 80 ℃，选择提取时
间分别为 1 min、3 min、5 min、7 min、9 min，考察时间对
萃取效果的影响，结果如图 8 所示。
图 8 萃取时间对提取率的影响
从图 7 可以看出，随着微波萃取时间的增加，果胶
的提取率逐渐增加，7 min 之后，提取率略微下降。萃
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取时间过长导致果胶分子发生部分降解。选择故萃取
时间为 8 min。
4 结论
合成的离子液体产物的红外光谱和质谱结果中，
根据离子液体分子量大小和分子结构特征，可以推断
出所得产物是离子液体［BMIM］Br;
单因素实验表明，适宜的工艺条件为: ［BMIM］Br
水溶液浓度 1． 2 mol /L，液固比 20 mL /g，萃取温度 80
℃，微波功率 400 W，萃取时间 7 min。
* 基 金 项 目:江 西 省 对 外 科 技 合 作 项 目
(0020110008) ;江西省教育厅科技项目(赣教科技函
［2012］45 号，GJJ12386)。
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Application of Ionic Liquids in theMicrowave － Assisted
Extraction of Pectin from Lemon Peels
FENG Hong － jian QIU Ling － jia SU YuHUANG Guo － lin
(East China Institute of Technology，Nanchang 330013)
Abstract:Microwave － assisted extraction of pectin from lemon peels by using the aqueous solution of 1 － butyl － 3 － methyl
imidazole bromide( ［BMIM］Br)as alternative solvent was investigated in this paper． The extracted pectin was detected by
Fourier transform infrared spectra and mass spectrum methodology． The extraction conditions were optimized through the
effects of various factors and the optimum extraction condition was confirmed as follows:the［BMIM］Br concentrationof 1．
2 mol /L，the liquid － material ratio of 20 mL /g，the extraction temperature of 80 ℃，the microwave power of 400 W and
the extraction time of 7 min． Then the structure of the pectin was characterized by infrared spectrum methodology．
Key Words:lemon peels ionic liquid microwave － assisted extraction pectin
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