全 文 ：China Brewing
2014 Vol.33 No．12
Serial No．274
收稿日期：2014-11-13
基金项目：教育部春晖计划项目（No.13205639）；食品生物技术四川省高校重点实验室项目（No.Szjj2013-045）；四川省教育厅基金项目
（No.13205688）
作者简介：董 丹（1989-），女，硕士研究生，研究方向为食品加工。
*通讯作者：车振明（1960-），男，教授，本科，研究方向食品发酵技术。
柠檬（Citrus limon）属于柑橘属植物，是芸香科柑桔
属的常绿小乔木。柠檬皮含有丰富的钙质、铁、糖类、果
胶及丰富的维生素B1、B2、C等多种营养成分，具有很好的食
用价值和生产价值。柠檬皮渣中的果胶含量达30%[1-2]，是
果胶工业生产的主要原料之一。果胶是一类成分很复杂
的天然高分子聚合物，广泛存在于高等植物初级细胞壁
中。果胶本质上是一种呈线性结构的多聚糖类，主要是由
D-半乳糖醛酸以α-1,4-糖苷键连接聚合而成略带酸性的
大分子多糖，还常带有其他中性多糖支链，如D-半乳糖、
D-山梨糖、L-阿拉伯糖、L-鼠李糖、木糖等[3-5]。果胶分子的
结构取决于果胶提取原料的种类、组织类型和提取工艺
等[6]。果胶广泛应用于食品、化妆、医药等工业[7-8]。已报道
的可以提取果胶的原料超过40种[9-10]。目前我国果胶生产
企业为数不多；生产规模小；生产技术工艺相对落后；采
用柠檬湿渣经干燥耗能高；得到的果胶含量低，满足不
了市场需要。本试验针对上述生产中存在的问题，通过对
果胶生产工艺的优化来降低干燥能耗、干燥耗时和提高
果胶含量，为柠檬皮渣的干燥节能技术提供理论依据，从
而降低工业化生产成本，提高工业生产利润，满足广大市
场的需要。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
新鲜柠檬：市售；愈创木酚、无水氯化钙、无水碳酸钠、
体积分数95%的乙醇、六偏磷酸钠、过氧化氢、氢氧化钠、
邻苯二甲酸氢钾以及磷酸钠等为分析纯：成都市科龙化
工试剂厂。
1.2 仪器与设备
DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱：上海齐欣科学仪
器有限公司；DC-P3新型全自动测色色差计：北京市兴光
测色仪器公司；WY080T手持折光仪：成都万辰光学仪器
柠檬皮渣果胶提取预处理工艺研究
董 丹，关统伟，雷 激，车振明*
（西华大学微生物研究所，食品生物技术四川省高校重点实验室，四川 成都 610039）
摘 要：以柠檬皮渣为原料，对柠檬皮渣提取果胶工艺进行优化试验。采用四因素三水平正交试验分析方法，得出最佳工艺条件为柠
檬皮渣粒度1 mm、灭酶时间1 min、一级干燥温度80 ℃、二级干燥温度50 ℃，在该最优条件下，所得果胶含量为12.24%，干燥耗能为
0.34 kW·h，干燥时间100 min。柠檬皮渣提取果胶的预处理工艺研究具有较高的理论价值，不仅提高了原料废弃物的综合利用率，增
加了附加值和经济效益，降低了生产成本和减少环境污染，而且具有积极的经济效益和社会意义。
关键词：柠檬；正交试验；干燥耗能；干燥时间；果胶含量
中图分类号：TS255.36 文献标识码：A 文章编号：0254-5071（2014）12-0080-05
doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2014.12.016
Pretreatmen technology of pectin extraction from lemon peel
DONG Dan, GUAN Tongwei, LEI Ji, CHE Zhenming*
(Key Laboratory of Food Biotechnology in Sichuan Province of Colleges and Universities, Institute of Microbiology,
Xihua University, Chengdu 610039, China)
Abstract: Lemon peel and residue were used as raw materials for extracting pectin from lemon peel slag. A four-factor, three-level experiment was
used to optimize pectin extraction process. The optimum condition was determined as follows: lemon peel particle size 1 mm, enzyme deactivation
time 1 min, first level drying temperature 80 ℃ and second level drying temperature 50 ℃ . Under this optimal condition, the pectin content, dry
energy consumption and drying time was 12.24%, 0.34 kW·h and 100 min, respectively. The pretreatmen technology of pectin extraction from lemon
peel had a high theoretical value. It not only improved the comprehensive utilization of waste materials, increased the added value and economic
benefits, reduced production costs and reduced environmental pollution, but also had a positive economic and social significance.
Key words: lemon; orthogonal test; dry energy consumption; drying time; pectin content
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厂；PowerBay-SSM微型电力监测仪（功率计）：深圳市北电
仪表有限公司。
1.3 方法
1.3.1 柠檬皮渣提取果胶预处理工艺流程及操作要点
新鲜柠檬→柠檬皮磨油清洗→柠檬去汁→柠檬皮渣灭酶→
皮渣破碎→一级干燥→二级干燥→柠檬干渣→干渣粉碎→果胶
的提取[11]
具体操作要点：将新鲜市购的柠檬用0.05%的碳酸钠
溶液浸泡10 min，料液比为3∶1（g∶mL），除去柠檬皮表的蜡
质，用清水漂净，之后手工磨油（磨油过程中不要破坏柠
檬果肉），用清水洗净。将柠檬皮渣切成1 mm厚的薄片，将
切片的柠檬皮渣与80℃中浸泡5 min灭酶。在样品中含有
大量水分时采用高温干燥能尽快除去大部分水分，随后
采用低温干燥即可去除剩余部分水分，也可较好的减少
温度对样品中果胶成分的破坏，因此干燥过程采用两段
式干燥，将灭酶后的柠檬皮渣在70 ℃条件下干燥至含水
量为60%，随后将温度降至60℃，干燥至物料含水量为10%～
12%，得到柠檬干渣。
果胶的提取：采用果胶盐析沉淀法[12]。按柠檬皮渣与
水的质量比1∶70加蒸馏水，在室温条件下用质量分数5%
盐酸调pH值为2.5，将样液放入75 ℃恒温水浴锅中加热萃
取40 min制得果胶萃取液。盐析过程为按6%的比例加入
硫酸铝并搅拌使其充分溶解，冷却至室温，用质量分数
10%的氢氧化钠溶液调节pH至5.0左右，静置40 min，待果
胶完全沉淀后离心弃去上清液，沉淀用脱盐液（脱盐液中
含3 mL盐酸、60 mL乙醇和37 mL蒸馏水的比例配制）洗涤
2～3次，抽滤，再以体积分数75%的乙醇洗涤2次，于55 ℃
烘干即得果胶成品。
1.3.2 单因素试验
分别考察不同切片厚度（简称“粒度”）（1 mm、2 mm、
3 mm、4 mm、5 mm）、灭酶时间（1 min、3 min、5min、7min、
9.0 min）、一级干燥温度（60℃、70℃、80℃、90 ℃、100 ℃）、
二级干燥温度（50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃）对果胶含
量、干燥耗能、干燥时间的影响。
1.3.3 预处理工艺优化正交试验
根据单因素试验结果确定各因素对果胶含量、干燥
耗能、干燥时间有显著影响的因素和范围，然后对这些因
素设计正交试验，通过结果分析得出从柠檬皮渣中提取
果胶的预处理最佳工艺。正交试验因素与水平见表1。
1.3.4 指标的测定
（1）果胶含量的测定
样品中果胶含量的测定采用硫酸-咔唑比色法，具体
方法参考文献[13]。
（2）干燥耗能测定
一级干燥耗能计算：柠檬皮渣干燥的耗能采用功率
计测定，计算公式如下：
耗电量（kW·h）=终止电量-初始电量
二级干燥耗能的计算与一级相同。总耗能为一级和
二级干燥耗能之和。
（3）干燥时间的测定
干燥总时间的测定：从一级干燥开始计时，将原料的
含水量干燥至60%左右，然后开始二级干燥使其含水量达
到10%～12%时停止，记录两级干燥过程中总时间（min）。
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 粒度对果胶提取预处理的影响
表1 果胶提取预处理工艺优化正交试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal test for pectin extraction
preteatment technology optimization
水平
A粒度/
mm
B灭酶时间/
min
C一级干燥温度/
℃
D二级干燥温度/
℃
1
2
3
1
2
3
1
3
5
60
70
80
50
60
70
图1 粒度对果胶含量(A)、干燥耗能(B)以及干燥时间(C)的影响
Fig. 1 Effect of particle size on pectin content(A), drying energy consumption(B) and drying time(C)
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图3 一级干燥温度对果胶含量(A)、干燥耗能(B)以及干燥时间(C)的影响
Fig. 3 Effect of first level drying temperature on pectin content(A), drying energy consumption(B) and drying time(C)
粒度对果胶提取预处理的影响见图1，由图1（A）可知，
随着粒度从1 mm增加至5 mm的过程中，果胶的含量整体
呈现先上升后下降的趋势，当粒度为3 mm时，果胶的含量
最高，这是因为在1～3 mm范围内粒度越小，在用水漂洗
的过程中，流失的果胶质越多，最终得到的果胶含量就会
越低。在3～5 mm范围内柠檬皮渣粒度增大，在后续灭酶
的过程中，无法彻底达到完全灭酶的效果，所含有的果胶
酶会破坏果胶，造成果胶的流失。由图1（B）和（C）可知，随
着柠檬皮渣粒度的增大，干燥耗能和干燥耗时都出现了上
升的趋势。原料粒度越大，在干燥的过程中，与空气接触
的表面积减小，因此在干燥的过程中水分蒸发越发的缓
慢，干燥时间增大，干燥耗能增加。因此综合考虑粒度对
果胶含量及耗时、耗能的影响，粒度在1～3 mm比较适宜。
2.1.2 灭酶时间对果胶提取预处理的影响
图2 灭酶时间对果胶含量(A)、干燥耗能(B)以及干燥时间(C)的影响
Fig. 2 Effect of enzyme deactivation time on pectin content(A), drying energy consumption(B) and drying time(C)
果胶酶的活性耐受温度为80～85℃[14-15]，从节约能源
上考虑，设定灭酶温度为80℃。灭酶时间的长短一方面影
响酶活性，一方面影响整个过程的耗时和耗能，因此选择
合适的灭酶时间很重要。灭酶时间对果胶提取的影响见
图2（A），由图2（A）得知，随着灭酶时间从1～9 min，果胶
含量呈现出先增后减的趋势；在灭酶5 min时果胶含量最
高，说明在5 min时，原料中的果胶酶已基本失活，此时得
到的果胶含量为最大；在灭酶时间＞5 min时果胶含量降
低是因为灭酶时间过长会破坏原料的组织结构，导致果
胶质的流出，使果胶含量降低。从图2（B）和（C）可知，随着
灭酶时间的延长，整个过程的时间和耗能都增加。对于耗
时和耗能而言，灭酶时间越短越好，因此综合三项指标，灭
酶时间在1～5 min范围比较合适。
2.1.3 一级干燥温度对果胶提取预处理的影响
一级干燥过程是将原料的含水量干燥至60%左右。从
图3（A）可知，一级干燥温度在60～80℃范围内时，果胶的
含量受温度的影响很小；在80℃时果胶含量达到最大，随
着温度从80℃升至100℃，果胶的含量呈现逐渐下降的趋
势，因为在此温度范围内，高温会破坏果胶质的结构，使
果胶的含量降低。从图3（B）和（C）可以看出，随着温度的
升高，干燥过程中的能耗呈现上升趋势，干燥时间随温度
的升高而缩短。因此，在考虑节约资源的前提下，选择一
级干燥温度在60～80℃最为合适。
2.1.4 二级干燥温度对果胶提取预处理的影响
二级干燥过程是将一级干燥过后的原料由含水量的
60%干燥至含水量为10%～12%，此含水量便于原料的后
期储存。由图4可知，随着干燥温度的升高，干燥时间呈现
下降趋势。在50℃升至70℃过程中，果胶含量随温度的变
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化很小，在70℃时达到最大。在70℃以后，果胶含量的降
低。而耗能在60℃时耗能最低，在50℃和70℃时干燥耗能
差距不大，温度高于70℃时，干燥耗能急剧增加。综合以上
因素二级干燥温度在50～70℃最为合适。
图4 二级干燥温度对果胶含量(A)、干燥耗能(B)以及干燥时间(C)的影响
Fig. 4 Effect of second level drying temperature on pectin content(A), drying energy consumption(B) and drying time(C)
2.2 柠檬皮渣果胶提取预处理工艺正交试验
2.2.1 柠檬皮渣果胶提取预处理正交试验结果与分析
根据以上单因素试验结果，确定因素与水平，选取粒
度、灭酶时间、一级干燥温度、二级干燥温度作为正交试
验的4个因素，以果胶含量、干燥耗能、耗时作为评价指标
进行正交试验，从而对柠檬皮渣果胶提取预处理工艺条
件进行优化，结果与分析见表2，按照综合平衡法以不同
因素为指标的极差分析见表3。
根据表2的试验结果数据及以上的方差分析结果，按
照果胶含量越高，干燥耗能、干燥时间越少的原则，对其
按单指标进行极差分析，计算结果如表3所示。
因素A在果胶含量中是主要因素，按照该指标要求应
定1水平为优水平。同理，因素B按干燥时间中是主要因
素，按干燥耗时指标的要求也应是1水平；因素D在干燥耗
能中是主要因素，按其指标要求应定1水平为优水平；而
因素C对果胶含量、干燥耗能、干燥时间的影响都是相同
的，这样综合平衡因素水平的较优组合就有三个A1B1C1D1、
A1B1C2D1和A1B1C3D1。在此条件下进行验证试验，得到果胶
含量最高的组合为A1B1C2D1；干燥耗能和耗时最少的组合
都为A1B1C3D1，而A1B1C2D1和A1B1C3D1试验结果中果胶含
量差距很小，因此综合各指标的要求得到的最优组合应为
A1B1C3D1，在该条件下得到的果胶含量为12.24%，干燥耗
能0.34 kW·h，干燥时间100 min。
2.2.2 柠檬皮渣果胶提取预处理工艺正交试验结果方差分析
以不同因素为评价指标的正交试验结果方差分析分
别见表4～表6。
影响果胶含量的4个因素由高到低的顺序依次为：A
粒度＞D二级干燥温度＞C一级干燥温度＞B灭酶时间。
该生产工艺中得到果胶含量最高的组合为A1B2C1D3，即
表2 柠檬皮渣果胶提取预处理工艺优化正交试验结果与分析
Table 2 Results and analysis of orthogonal experiment for pectin
extraction pretreatment condition optimization from lemon
peel
试验
号
A粒度/
mm
B灭酶
时间/
min
C一级
干燥温
度/℃
D二级
干燥温
度/℃
果胶
含量/
%
干燥
耗能/
（kW·h）
干燥
时间/
min
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1（1）
1（2）
1（3）
2
2
2
3
3
3
1（1）
2（3）
3（5）
1
2
3
1
2
3
1（60）
2（70）
3（80）
2
3
1
3
1
2
1（50）
2（60）
3（70）
3
1
2
2
3
1
11.98
10.71
11.66
9.71
9.95
8.73
10.70
12.18
10.45
0.54
0.60
0.91
0.71
0.62
0.69
0.72
0.82
0.69
148
137
157
114
152
172
124
127
184
表3 综合平衡法各因素极差分析汇总
Table 3 Overall balance method of each factor range
analysis summary
项目 A B C D 试验指
标之和
因素
主次
较优
方案
果胶
含量
ka1 11.45 10.80 10.97 10.80
∑=32.02 ADCB A1B2C1D3
ka2 9.46 10.95 10.29 10.05
ka3 11.11 10.28 10.77 11.18
Ra 1.99 0.67 0.68 1.13
kb2 0.67 0.68 0.67 0.67
kb3 0.74 0.76 0.75 0.81
Rb 0.07 0.10 0.08 0.19
kc2 146.33 138.78 145.22 144.67
kc3 145.22 171.11 144.67 132.89
Rc 2.11 42.00 4.55 28.67
干燥
耗能
kb1 0.68 0.66 0.69 0.62
∑=2.10 DBCA A2B1C2D1
干燥
时间
kc1 147.33 129.11 149.22 161.56
∑=439.00 BDCA A3B1C3D3
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粒度1 mm、灭酶时间3 min、一级干燥温度60 ℃、二级干
燥温度70℃时，得到的果胶含量最高。由表4可知，灭酶时
间和二级干燥温度对结果的影响达到极显著水平（P＜
0.01），而粒度和一级干燥温度则影响显著（P＜0.05）。
影响柠檬皮渣果胶提取预处理工艺中干燥耗能的4
个因素由高到低的顺序依次为：D二级干燥温度＞B粒
度＞C一级干燥温度＞A灭酶时间。通过R值可以发现，该
生产工艺中得到干燥耗能的组合为A2B1C2D1，即粒度2mm、
灭酶时间1 min、一级干燥温度70 ℃、二级干燥温度60 ℃
时，得到的干燥耗能最低。由表4可知，二级干燥温度达到
显著水平（P＜0.05），而粒度、灭酶和一级干燥温度则影响
不显著。
影响柠檬皮渣果胶提取预处理工艺中干燥耗时的4
个因素由高到低的顺序依次为：B粒度＞D二级干燥温
度＞C一级干燥温度＞A灭酶时间。通过R值可以发现，该
生产工艺中得到干燥耗时最短的组合为A3B1C3D3，即粒度
3 mm、灭酶时间1 min、一级干燥温度80℃、二级干燥温度
70℃时，得到干燥耗时最短。由表6可知，粒度和二级干燥
温度达到极显著水平（P＜0.01），而灭酶时间和一级干燥
温度则影响不显著。
3 结论
通过L9（34）正交试验确认柠檬皮渣提取的最佳工艺为
柠檬皮渣粒度1 mm、灭酶时间1 min、一级干燥温度80℃、
二级干燥温度50℃，在此条件下，所得的果胶含量为12.24%、
干燥耗能0.34 kW·h、干燥耗时100 min，较企业实际生产
得率略高，干燥耗能和干燥耗时要少。柠檬皮渣果胶提取
预处理工艺的优化对企业果胶生产过程中产量的提高，
生产成本的降低，节能减排有着十分重要的意义。
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表6 以干燥耗时为指标的正交试验结果方差分析
Table 6 Analysis of variance of orthogonal experiment results
using drying time as index
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 F临界值
A粒度 8 396.85 2 4 198.43 183.42** F0.01（2，18）=6.01
B灭酶时间 22.30 2 11.15 0.49 F0.05（2，18）=3.55
C一级干燥温度 111.19 2 55.59 2.43
D二级干燥温度 3 737.19 2 1 868.59 81.63**
误差 411.96 18 22.89
总和 12 568.30 26
表5 以干燥耗能为指标的正交试验结果方差分析
Table 5 Analysis of variance of orthogonal experiment results
using drying energy consumption as index
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 F临界值
A粒度 0.06 2 0.03 1.11 F0.01（2，18）=6.01
B灭酶时间 0.02 2 0.01 0.37 F0.05（2，18）=3.55
C一级干燥温度 0.03 2 0.02 0.74
D二级干燥温度 0.19 2 0.10 3.70*
误差 0.49 18 0.027
总和 0.79 26
注：“**”表示影响极显著；“*”表示影响显著，下同。
表4 以果胶含量为指标的正交试验结果方差分析
Table 4 Analysis of variance of orthogonal experiment results
using pectin content as index
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 F临界值
A粒度 2.195 1 2 1.097 6 6.007 7* F 0.01（2，18）=6.01
B灭酶时间 20.326 4 2 10.163 2 55.627 8** F 0.05（2，18）=3.55
C一级干燥温度 2.168 6 2 1.084 3 5.934 9*
D二级干燥温度 5.989 7 2 2.994 9 16.392 4**
误差 3.288 6 18 0.182 7
总和 33.968 4 26
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