全 文 ：《食品与发酵工业 》 Fo o d a l d Fe r m e n t a t io n N 19 9 3o . 5恤
苹果皮果胶提取条件的研究
赵 利
(北京农业大学
王坤范
食品系 )
摘 要 :本实验是以苹果皮为原料提取果胶 ,采用盐酸溶液萃取 、 硫酸铝沉淀提取果胶的方法 (简称盐沉
淀法 ) ,探讨了萃取温度 、 萃取时间 、 萃取液量 、 萃取液 PH 值以及硫酸铝用量对果胶产率 、 凝胶强度和凝胶单位
数的影响 , 获得最佳提取条件是 : 一定量的苹果皮置于 20 倍水中 , 调节 p H 值至 2 . 8 , 加热至 95 ℃ , 并恒温
115 m in
, 萃取液过滤后 , 加入原料量 30 %的硫酸铝以沉淀果胶 。 本实验还进一步探讨了果胶萃取液的过滤 、 脱
色以及果胶一氢氧化铝胶凝体脱铝的条件 ,确定萃取液在 3 O0 0r mP 条件下离心分离 , 加入 2%活性炭于 60 ’ C条
件下脱色 2 0而 n ,果胶一氢氧化铝胶凝体在含 1 . ZN 盐酸的 60 % 乙醇中激烈搅拌至糊状脱铝效果好 。 盐沉淀法
与常规醇沉淀法相比 ,可节约乙醇 82 % ,盐沉淀法提取的苹果皮果胶质量达到国家标准 。
乍
关键词 : 苹果皮 ,果胶 ,提取条件
果胶生产工艺复杂 , 要获得优质高产的
果胶 ,关键在于果胶萃取与沉淀两步骤阁 。 果
胶 的萃取法有 : 酸萃取法 5[, 6二、 离子交换剂
法川及微生物法川 。 这三种萃取方法中酸萃
取法最为经济方便 ,故应用广泛 ,近年来多采
用廉价的无机酸 ,如盐酸和硫酸 巨5〕。 果胶萃取
液中果胶的沉淀方法有醇沉 淀法和盐沉淀
法困 。 两种沉淀法相比 ,后者工艺较复杂 , 产
品颜色深 ,但成本低 。 国外 乙醇来源容易 , 且
价格便宜 , 所以多采用醇沉淀法 ,鉴于国内目
前乙醇价格高 , 为节省乙醇及能源 , 本实验将
探讨铝盐沉淀法提取果胶的条件以及脱色 、
脱铝条件 ,采用五 因子二次通用旋转 lj[ 组合
设计进行苹果皮果胶萃取条件的选优 。
苹果皮取 自北京市昌平南 口农场食品
厂 。 削皮机削下的苹果皮自然风干至含水量
8
.
85 %
,用塑料袋装好 ,室温条件下保存 。
二 、实验设计
1
. 萃取条件的选优
本实验采用五因子二次通用旋转组合川
设计 32 个处理 。 如表 1所示 。 杯
因 子 水 平 及 编 码
实 验 材 料 及 方 法
一 、 实验材料
编 X 1 X 2 X 3 X 4 X 5
码 萃取温度萃取时间陆。 耐萃取液 硫酸铝用量
(
。
C ) (m in ) PH 值 占原料量 (% )倍 数
十 2 1 0 0 1 2 0 2 O 3 . 0 3 0
十 1 9 0 9 7 . 5 1 7 . 5 2 . 5 2 5
0 8 0 7 5 1 5 2
.
0 2 0
一 l 7 0 5 2 . 5 1 2 . 5 1. 5 l 5
一 2 6 0 3 0 l 0 1 l 0
变化 l 0 2 2 , 5 2 . 5 0 . 5 5
区间
DOI : 10. 13995 /j . cnki . 11 -1802 /ts . 1993. 05. 002
表 1.试 验 矩 阵
肉户
碑
实验号 X 0 X i X 2X 3 X 4X 5X zX Z X 一X 3 X tX 奄 X IX SX ZX 3 X ZX 心 X ZX SX 3X 4X 3 X SX 4X Sx i Z x 2 2x 3 2x 刁 2x s Z
1 1
一
1
一
l
一
1
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1 1 1l 1
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1 1 1
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1
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3 1 1 1l
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一
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1
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1
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16 1l l l 1 1l l l 1 1l l l 1 1l l l l 1
1 7 1
一
20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
l l 8 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
l 9 10
一
20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0O
0 210 0 0 0 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O
`
0 0 0
2l 01 0
一
0 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 2l 0 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
23 10 0 O
一
0 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
24 10 0 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 5l 0 0 0 O
一
20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
6 01 0 0 0 2 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
27 01 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 810 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
29 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
3 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
3 l 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
3 l 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
褥 每个处理按下法进行 :取 509 苹果皮 , 用
0
.
3% N a H S o
3 溶液复水 o . hs , 用清水冲洗至
滤液无色 ,沥干后于蒸汽中加热 15 m in 灭酶 ,
绞碎后倒入 2 0 0 Om l 大烧杯中 , 加入一定量的
水 , 用 6N H c l 调 p H 值 , 平衡 1 0而 n , 加热至
一定温度 , 并恒温一段时间 ,趁热用四层纱布
过滤冷却至室温后 , 慢慢加入一定量的硫酸
铝饱和溶液 , 用 4N 氨水调溶液 PH 值至 4 ,
不断搅拌 0 . h5 ,静置沉淀 hl 后 , 离心过滤出
果胶一氢氧化铝沉淀 , 水洗 ,沥干 ,用酸化乙醇
(6 o% 乙醇 , H CI 一 5 : 1) 脱除凝胶体 中的
iA
,经砂芯漏斗过滤 , 用 中性 60 % 乙醇洗涤
两次 , 再用无水 乙醇脱水 , 并用 4N 氨水调
p H 值为 3 . 5 , 于 50 ℃烘干 。 称取果胶重量 , 测
定果胶凝胶强度 。
2
. 脱铝条件选择
( l) 搅拌方式对脱铝效果的影响 :
将 1 0 09 原料提取所得果胶一氢氧化铝胶
凝体过滤 出来 ,水洗 , 沥干后分别放入 60 %
酸化乙醇 (6 0 %乙醇 : H C I一 5 : l) 中 ,一份用
玻璃棒搅拌 0 . h5 , 一份匀浆 0 . h5 , 测定果胶
中铝含量 。
( 2) 酸化乙醇中酸的浓度对脱铝效果的
影响 :
将 1 0 09 原料提取所得果胶 一氢氧化铝佼
凝体过滤出来 , 水洗沥干后分别放入 10 她 l
或 1% 果胶溶液的相对粘度在 H P 2. 5、 6 2℃
条件下用奥式粘度计测定 。 凝胶强度查图 1 。
A
10 0 1 0 5 0 0 2 20 5 3 0 0 3 50
ù勺0到ù拼衡孚
含 0 . 0 5、 0 . 1 、 0 . 6 、 1 . 2、 1 . 8、 2. 4 N H C I 的
6 0 % 乙醇中 ,匀浆 0 . h5 成糊状 ,使 lA 充分溶
出 , 测定果胶中铝含量及果胶凝胶单位数 。
( 3) 中性乙 醇洗脱体积对脱铝效果的影
响 :
将 10鲍 原料所得果胶 一氢氧化铝胶凝体
经 酸性 乙 醇脱铝 后 , 分 别 用 40 、 80 、 1 2叭
1 6 0ml 中性 60 % 乙醇洗涤 (注 : 为做到少量多
次洗涤 , 每次用 2 0m l ) , 再用 20 ml 无水 乙醇
脱水 。 测定果胶中铝 含量及果胶凝胶单位
数 。
3
. 过滤条件的选择
果胶萃取液分别进行 1 0 0 0 、 2 0 0 0 、 3 0 0 0 、
4 0 0 o r p m 离心 l om i n ,测定果胶凝胶单位数 。
4
. 果胶萃取液脱色条件的选择
果胶萃取液加入活性炭脱色 一段时间 ,
过滤后用 72 型分光光度计于 6 3 0n m 处观察
滤液透光率 (以蒸馏水做空 白 ) 。
( l) 脱色温度的影响 :
1 0 0而 果胶萃取液中加入活性炭 1 . 59 ,
分别 在 2 0 、 4 0 、 6 0 、 8 0 、 1 0 0 C 条 件 下 脱色
2 0 m in
,过滤后观察滤液透光率并测定其中果
胶含量 。
( 2) 活性炭用量的影响 :
I O0 m l果胶萃取液中分别加入 0 . 5 、 1 . 0 、
1
.
5
、
2
.
0
、
2
.
5
、
3
.
09 活性炭 , 在 60 C条件下脱
色 Z om in , 过滤后观察溶液透光率 , 并测定其
中果胶含量 。
( 3) 活性炭脱色时间的影响 :
l o oml 果胶萃取液中加入 2 9 活性炭 ,在
6 O C 条件 下 分 别 脱色 一O 、 2 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 、
6 Om in
,过滤后观察滤液透光率并测定其中果
胶含量 。
5
. 分析测定方法
( l ) p H 值 : 雷磁 p H s 一 2 5 e 型酸度计 ;
( 2) 灰分 : 5 o C灼烧称量匡 ;
( 3) 果胶醋化度 、 甲氧基含量及半乳糖醛
酸含量 : 酸碱滴定法 幻 ;
( 4) 金属元素 : 等离子体发射光谱法 ;
( 5) 相对粘度及凝胶强度测 定兀 : O , 5 %
/
/
/
/
/
/
尸 ` .
/
/
洲 Z
5 0 7 5 1 0 0 1 2 5 15 0 1 75
B
图 1 . 通过测定相对粘度来测定
苹果果胶凝胶强度
( A
:
0
.
5 %溶液 , B : 1 . 0 %溶液 ) 林
( 6) 凝胶单位数 : 表示一定数量的原料所
获得的凝胶强度的多少 , 是产量与质量的综
合表现 。 即百分产率又 凝胶强度川 ;
( 7) 透光率测定 : 72 型分光光度计 ;
( 8) 溶液 中 果胶含量测 定 : 咔 哩 比色
法二7口。
结 果 与 分 析
一 、 最佳萃取条件选择
各处理的分析结果见表 2 。
统计 回归分析结果见表 3 , 可见萃取温
度 ( x 工 ) 、 萃取时间 ( x Z ) 、 萃取液量 ( x 3 )萃取液
p H ( x
4
)及硫酸铝用量 x( 5 )五因子不同组合处
理的果胶产率 、凝胶强度及凝胶单位数的回
归方程均达显著水平 , 说明所建立的各方程
可以反映实际情况 。
1
. 萃取条件对果胶产率的影响
回归方程 :
y 一 2 . 6 3 + 0 . 3 7 x ,+ 0 . s l x Z十 0 . 3 7 x 3一 0 · 0 6 x `
十 0 . 2 6x 5+ 0 . 0 8 x ; x 。+ 0 , 1 8 x , x 3一 0 , 0 4 x : x 4
+ 0
.
3 7 x i x s十 0 . 4 7 x 2 x 3+ 0 . 3 8x 2x 4+ 0 . 3 0 x 2 x 5
十 0 . 3 5 x s x 4+ 0 . 3 0 x 3 x 5 + 0 , 1 1 x ; x s一 0 . 0 2 x , 2
一 0 . 1 8 x 2 2一 0 . 2 8 x 3 2一 0 . 15 x 4 2一 0 . 0 8 x : 2
各单因子的影响 :
各单因子的影响是指在其它因子取零水
有
沪
或 1% 果胶溶液的相对粘度在 P H2 .5 、 26 ℃
条件下用奥式粘度计测定 。 凝胶强度查图 1 。
A
1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0
ù勺0到ù拼衡孚
含 0 .05 、 0 .1 、 0 .6 、 1 .2 、 1 .8 、 2 .4 N HC I的
6 0% 乙醇中 ,匀浆 0 . h5 成糊状 ,使 lA 充分溶
出 , 测定果胶中铝含量及果胶凝胶单位数 。
( 3) 中性乙 醇洗脱体积对脱铝效果的影
响 :
将 10鲍 原料所得果胶 一氢氧化铝胶凝体
经 酸性 乙 醇脱铝 后 , 分 别 用 40 、 80 、 1 2叭
1 6 0ml 中性 60 % 乙醇洗涤 (注 : 为做到少量多
次洗涤 , 每次用 2 0m l ) , 再用 20 ml 无水 乙醇
脱水 。 测定果胶中铝 含量及果胶凝胶单位
数 。
3
. 过滤条件的选择
果胶萃取液分别进行 1 0 0 0 、 2 0 0 0 、 3 0 0 0 、
4 0 0 o r p m 离心 l om i n ,测定果胶凝胶单位数 。
4
. 果胶萃取液脱色条件的选择
果胶萃取液加入活性炭脱色 一段时间 ,
过滤后用 72 型分光光度计于 6 3 0n m 处观察
滤液透光率 (以蒸馏水做空 白 ) 。
( l) 脱色温度的影响 :
1 0 0而 果胶萃取液中加入活性炭 1 . 59 ,
分别 在 2 0 、 4 0 、 6 0 、 8 0 、 1 0 0 C 条 件 下 脱色
2 0 m in
,过滤后观察滤液透光率并测定其中果
胶含量 。
( 2) 活性炭用量的影响 :
I O0 m l果胶萃取液中分别加入 0 . 5 、 1 . 0 、
1
.
5
、
2
.
0
、
2
.
5
、
3
.
09 活性炭 , 在 60 C条件下脱
色 Z om in , 过滤后观察溶液透光率 , 并测定其
中果胶含量 。
( 3) 活性炭脱色时间的影响 :
l o oml 果胶萃取液中加入 2 9 活性炭 ,在
6 O C 条件 下 分 别 脱色 一O 、 2 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 、
6 Om in
,过滤后观察滤液透光率并测定其中果
胶含量 。
5
. 分析测定方法
( l ) p H 值 : 雷磁 p H s 一 2 5 e 型酸度计 ;
( 2) 灰分 : 5 o C灼烧称量匡 ;
( 3) 果胶醋化度 、 甲氧基含量及半乳糖醛
酸含量 : 酸碱滴定法 幻 ;
( 4) 金属元素 : 等离子体发射光谱法 ;
( 5) 相对粘度及凝胶强度测 定兀 : O , 5 %
/
/
/
/
/
/
尸 ` .
/
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洲 Z
5 0 7 5 1 0 0 1 2 5 15 0 1 75
B
图 1 . 通过测定相对粘度来测定
苹果果胶凝胶强度
( A
:
0
.
5 %溶液 , B : 1 . 0 %溶液 ) 林
( 6) 凝胶单位数 : 表示一定数量的原料所
获得的凝胶强度的多少 , 是产量与质量的综
合表现 。 即百分产率又 凝胶强度川 ;
( 7) 透光率测定 : 72 型分光光度计 ;
( 8) 溶液 中 果胶含量测 定 : 咔 哩 比色
法二7口。
结 果 与 分 析
一 、 最佳萃取条件选择
各处理的分析结果见表 2 。
统计 回归分析结果见表 3 , 可见萃取温
度 ( x 工 ) 、 萃取时间 ( x Z ) 、 萃取液量 ( x 3 )萃取液
p H ( x
4
)及硫酸铝用量 x( 5 )五因子不同组合处
理的果胶产率 、凝胶强度及凝胶单位数的回
归方程均达显著水平 , 说明所建立的各方程
可以反映实际情况 。
1
. 萃取条件对果胶产率的影响
回归方程 :
y 一 2 . 6 3 + 0 . 3 7 x ,+ 0 . s l x Z十 0 . 3 7 x 3一 0 · 0 6 x `
十 0 . 2 6x 5+ 0 . 0 8 x ; x 。+ 0 , 1 8 x , x 3一 0 , 0 4 x : x 4
+ 0
.
3 7 x i x s十 0 . 4 7 x 2 x 3+ 0 . 3 8x 2x 4+ 0 . 3 0 x 2 x 5
十 0 . 3 5 x s x 4+ 0 . 3 0 x 3 x 5 + 0 , 1 1 x ; x s一 0 . 0 2 x , 2
一 0 . 1 8 x 2 2一 0 . 2 8 x 3 2一 0 . 15 x 4 2一 0 . 0 8 x : 2
各单因子的影响 :
各单因子的影响是指在其它因子取零水
有
沪
x ` - 一 0 . 2 ,即萃取液 PH 值为 1 . 9 ;
x s一 1 . 6 3 , 即硫酸铝用量为原料的 28 . 5%
示曲线有个极值点 ( x `一 一 0 . 2 ) , 当 x ; < 一 .0
2 时 , 随 x J 下降 ,果胶产率呈下降趋势 , 当 为
> 一 0 . 2 时 , 随 x 4 下降 , 果胶产率呈上升趋
势 。 一般情况下 ,絮凝效果随着絮凝剂用量增
加而增大 ,但是絮凝剂用量达到一定值时 , 出
现峰值 ,再增加用量时 ,使所形成的絮凝体重
新变成稳定的胶体溶液 。 絮凝剂的用量与溶
液中被沉淀物的含量有关图 ,硫酸铝用量 x( 5 )
所示曲线与此相符 , x s一 1 . 63 是极值点 ,硫酸
铝 用量 x s < 1 . 63 时 , 果胶产率随 x 。 增大而
呈上升趋势 , 当 x s> 1 . 63 时 , 果胶产率随 丸
增大而呈下降趋势 。
2
. 萃取条件对果胶凝胶强度的影响
回归方程 :
y = 1 0 4
.
2 7一 1 7 . 2 9 x ,十 1 2 . 4 6x 2+ 1 5 . 4 6 x 3
十 17 . 8 8 x 4+ 1 2 , 6 3 x : 一 1 9 . 4 4 x i x Z+ 0 . 4 4x l x 3
十 1 9 . 6 9 x , x 4+ 3 . 1 8 x l x s + 1 7 . 4 4 x 2x 3
十 2 2 . 1 9 x 2 x `十 1 5 . 6 9 x 2 x 5十 4 . 0 6x 3x `
一 2 4 . 6 9 x 3 x 5+ 1 . 0 6 x 4 x 5十 4 . 9 9x 1 2
一 5 . 6 6x 2 2十 3 . 9 8x 3 2一 0 . 6 5 x 4 2一 4 . 0 3x 5 2
各单因子的影响 :
从表 3 线性项回归系数看 , 五个因子对
果胶凝胶强度 影响的顺序是 : x 、 > x , > x 3> x s
> x
Z 。 在本实验限定条件下 ,欲实现较高果胶
凝胶强度 ,萃取液 p H 值 x( 、 ) , 萃取温度 x( 1 ) ,
萃取液量 x( 3 ) , 硫酸铝 用量 x( 5 ) , 萃取时 间
x(
。
)都需要控制好 。
采用 “ 降维法 ” 得到下列子方程 :
y a ,一 10 4 . 2 7一 1 7 . 2 9 x l+ 4 . 9 9 x l “
y a Z= 1 0 4
.
2 7+ 1 2
.
4 6x 2一 5 . 6 6x 2 2
y a 3一 1 0 4 . 2 7 + 1 5 . 4 6x 3十 3 . 9 8 x 3 2
y a 4一 1 0 4 . 2 7 + 1 7 . 8 8 x 、一 0 . 6 5x 4 2
姆 5一 1 0 4 . 2 7 + 1 2 . 6 3 x 5一 4 . 0 3x 5 2
根据上述五个方程作图 3 , 可以看出 , x ; ,
x Z , x 3 , x ; 在本实验中无极值点 , x : , x s 与果胶
凝胶强度呈曲线关系 。 各因子最高凝胶强度
的水平为 :
x l一 一 2 , 即萃取温度为 60 C ;
x Z = 1
.
1
,即萃取时间为 z 0m0 i n ;
x : 一 2 , 即萃取液倍数为 20 倍 ;
恤
ǎ次è务生姿爵
一凡一 X S
沃
一 2 一 1 0 2 X
图 2 . 各因子与果胶产率关系图
图 2 说明 : 随萃取温度的升高 ,果胶产率
不断提高 , 这是因为温度升高促使苹果皮中
原果胶水解成可溶性果胶 。 萃取时间的延长
有利于苹果皮中原果胶充分水解 ,但萃取时
间过长 , 果胶被酸解醋 、 裂解 , 造成果胶产率
下降 , 故萃取时间 ( x Z ) 的曲线有个极值点 x( 2
= 1
·
4 2 )
, 当 x Z < 1 . 4 2 时 , 果胶产率随 x Z 增
大呈 上升趋势 ; 当 x Z > 1 . 4 2 时 , 随 x : 增大果
胶产率呈下降趋势 。 萃取液倍数应从两方面
考虑 : 一方面是所加酸液在数量上应保证能
使原果胶水解成的果胶转移到液相中去 ,并
使最终萃取液有一定的流度 , 以便于后面的
过滤 ; 另一方面是尽量少用酸液 , 使溶液中果
胶浓度较大 ,有利于絮凝剂硫酸铝沉淀果胶 。
故萃取液倍数 x( 3 )所示的曲线有个极值点 x( 3
一 0 · 6 6 ) , 当 x 3 < 0 , 6 6 时 , 随 x 。 增大 ,果胶产
率呈上升趋势 。 当 x 3> 0 . 6 时 , 随 x 3 增大 ,
果胶产率呈下降趋势 。 随萃取液 p H 值逐渐
下降 ,苹果皮中原果胶水解也逐渐强烈 , 果胶
产率逐渐增加 ,但萃取液 p H 值过低 , 则苹果
皮中原果胶水解过于强烈 ,果胶脱酷 、 裂解 ,
致使果胶产率下降 , 正如萃取液 p H 值 x( ; )所
冉
脚
x ;一 2,即萃取 PH 值为 3 ;
x5 一 L 5 7 , 即硫酸 铝 用 量为 原料量的
2 7
.
8 5 %
160刚24086 .别
侧艘识勺逮
八
~
-
J . 一一 X I
_ _ 0 _ X Z
月
-
“ `一 X 3
-
习盔 一 X 4
· 一减一 · X S
。
~ 世犷一气匀一一花 2 X
图 3. 各因子对凝胶强度关系图
时 , 随 x : 逐渐增加 , 果胶凝胶强度有上升趋
势 ,这是因为硫酸铝用量逐渐增加 ,果胶产率
增大 , 纯度增高 ,果胶凝胶强度呈上升趋势 ,
但硫酸铝用量过多时 ,导致果胶中铝含量高 ,
纯度下降 , 故硫酸铝用量 x 。> 1 . 57 时 ,随 x s
逐渐增加 ,果胶凝胶强度又呈下降趋势 。
3
. 萃取条件对果胶凝胶单位数的影响
回归方程 :
y = 2
.
7 7十 0 . 1 3 x l + 0 . 7 8 x 2+ 1 . 0 6 x 3+ 0 . 5 5x -
+ 0
.
5 7 x 5一 0 . 0 2 x l x 2十 0 . 3 4 x l x 3+ 0 . 5 6 x l x ;
十 0 . 7 8 x l x 5+ 1 . 1 8x 2x 3+ 1 . 0 6 x Zx J + 0 . 7 2 x 2x 5
十 0 . 8 0x 3x 4十 0 . 2 2x 3x 5+ 0 . 2 9x 4x 5十 0 . 10 x , 2
一 0 . 2 l x 22一 0 , 16 x 3 2一 0 . 1 7x 4 2一 0 . 1 4 x 5 2
各单因子的影响 :
从表 3 线性项 回归系数看 ,五个 因子对
果胶凝胶单位数影响的顺序是 : x 3> x Z> x s>
x ; > x
, 。 在本实验条件下 ,欲实现较高果胶凝
胶单位数 , 应控制好萃取液量 x( 3 ) 、 萃取时间
( x 。 )
、 硫酸铝用量比 ( x s )及萃取液 p H 值 ( x ; ) 。
采用 “ 降维法 ”得到下列子方程 :
y a , = 2
.
7 7十 1 . 1 3x 工十 0 . 1 0x l “
y a Z= 2
.
7 7 + 0
.
7 8 x : 一 0 . 2 1 x : 2
y a 3= 2
·
7 7 + 1
.
0 6 x 3一 0 . 1 6 x 3 2
y a 4 = 2
·
7 7十 0 . 5 5 x 4一 0 . 1 7 x o 2
y a s = 2
.
7 7十 0 . 5 7 x 5一 0 . 1 4 x 5 2
5432
戴划济姿务
珠
图 3 说明 : 随着萃取温度由 80 ℃逐渐升
高 ,果胶的凝胶强度逐渐下降 , 这是因为温度
对于果胶多糖粘度有两种不同的影响 : 首先
是温度上升 ,粘度可逆地下降 , 然后温度上升
到 5 0℃ 以上 , 可以导致果胶多糖的降解 , 引
起果胶多糖粘度下降则是不可逆的 ,而相对
粘度的大小是果胶凝胶强度的表征 。 萃取时
间 x : < 一 1 . 1 时 , 随萃取时间的延长 , 果胶凝
胶强度呈上升趋势 , x Z > 1 . 1 时 , 随萃取时间
的延长 ,果胶凝胶强度呈下降趋势 , 这是因为
随萃取时间的逐渐增加 ,促使原果胶充分水
解 ,果胶纯度高 , 果胶凝胶强度增大 ,但过长
时间的萃取导致果胶脱醋 、 裂解 , 质量下降 ,
故果胶凝胶强度有下降趋势 。 萃取液量不断
增加 , 萃取液中所含杂质浓度逐渐减小 ,加入
硫酸铝后 , 果胶 一氢氧化铝胶凝体中所含的杂
质少 ,果胶纯度高 ,故果胶的凝胶强度逐渐增
大 。 萃取液 pH 值逐渐提高 , 果胶的凝胶强度
不断提高 , 这是因为 p H 值提高 , 果胶裂解 、
脱醋程度降低 。 絮凝剂硫酸铝用量 丸 < 1 . 57
一 2 一 1 0 2 X
图 4 . 各因子与果胶凝胶单位数的关系
根据上述五个方程作图 4,可以看出 , x : ,
x : 在本实验中无极值点 , x , , x 4 , x s 与果胶凝胶
单位数呈曲线关系 , 各因子最高凝胶单位数
的水平为 :
x l 一 2 ,即萃取温度为 1 0 0 C ;
x Z = 1
.
8 6
, 即萃取时间为 1 1 5m i n ,
x 3一 2 ,即萃取液倍数为 20 倍 ;
x ; = 1
.
6 2
,即萃取液 p H 值为 2 . 8 ;
x s 一 2 ,即硫酸铝用量为原料量的 30 % 。
图 4 中各因子效应可以看做图 2 与图 3
中相对应因子的综合效应 。 当萃取温度 x( 1 )
低于 73 ℃时 , 随温度上升凝胶单位数呈下降
趋势 ,这是由于温度上升促使果胶凝胶强度
下降的作用大于促使果胶产率增加的作用 ;
当温度继续上升 ,凝胶单位数呈上升趋势 ,此
时温度升高促使果胶产率增加的作用大于促
使果胶凝胶强度下降的影响 。 A . H . R ou s。 认
为 , 获取最高凝胶单位数 ,萃取温度在 85 一
9 5℃为宜 , 而本实验中温度对凝胶单位数的
影响不显著 , 故可根据实际条件选用 95 ℃ ,
其中四个因子 ( x 。 , x 3 , x ; , x s ) 在图 2 及图 3 中
分别对果胶产率及凝胶强度的影响有一致作
用 ,此处不再赘述 。
纵观萃取条件对果胶产率 、 凝胶强度及
凝胶单位数的影响 , 可知提取最高产率果胶
的提取条件组合不可能提取最高凝胶强度的
果胶 , 生产上应在保证质量的前提下尽量获
得高产率果胶 ,产率制约果胶的生产价值 ,而
凝胶单位数是产率与凝胶强度的综合表观 ,
预示原料的经济潜能 。 所以选用获取最高凝
胶单位数的工艺条件 : 原料置于 20 倍萃取液
中 ,调 PH 值 2 , 8 于 9 5 C , 」巨温 l z s m i n ,过滤
后用原料量 30 %的硫酸铝沉淀果胶 。
二 、 脱铝条件的选择
果胶是水溶性物质 ,但不溶于乙醇等有
机溶剂 , 在 50 ~ 70 %醇溶液中沉淀较完全 。
果胶 一氢氧化铝胶凝体中的铝在酸性条件下
可溶解出 ,故果胶一氢氧化铝胶凝体在酸化醇
介质中进行脱铝 。 M o or e a ly 和 o w e n s ( 一95 4 )
提出用酸化醇 ( p H 1 . 0) 脱除铝 ,上海师范大学
王寿祥等用铝盐沉淀法从桔皮中提取果胶 ,
用 60 %酸化乙醇沉淀果胶 , 故本实验中采用
6 0% 乙醇 。
1
. 搅拌方式对脱铝效果的影响
果胶一氢氧化铝是坚实的胶凝体 ,搅拌可
加速其中铝在酸化醇中的溶出 。
农
表 4 不同搅拌方式的影响
搅拌方式 1玻璃棒搅拌 防浆激烈搅拌
果胶中 lA 含量 (m g / g )
果胶样品溶解性
9
.
4 0 1
不完全溶解
1
.
0 4 0 苦 关
完全溶解
, , t 检验显著水平达 0 . 01
表 4 说明 ,两种不 同搅拌方式使果胶中
铝含量差异极显著 。 只用玻璃棒搅拌 ,果胶 -
氢氧化铝胶凝体呈块状 , 与酸化醇不能充分
接触 , 其中所含的的铝难以溶出 ,至使果胶中
铝含量高 ,且果胶溶解性不好 ;而采用匀浆激
烈搅拌后 , 果胶 一氢氧化铝胶凝体被搅成糊
状 ,与酸化醇充分接触 ,其中所含的铝易于溶
出 ,果胶中铝含量显著减少 , 果胶溶解性好 ,
故果胶脱铝过程应采用高速激烈搅拌 。
2
. 不同酸化程度 乙醇对脱铝效果的影响
果胶一氢氧化铝胶凝体脱铝 ,一方面要尽
可 能减少果胶中的铝含量 , 另一方面又要求
保证果胶的质量 。 试验表明 , 随醇中酸浓度由
.0 OS N 增 至 1 . 2N , 果胶 中的 铝含量显著减
少 , 当酸浓度由 1 . ZN 增 至 2 . 4N , 果胶中铝
含量变化不显著 ;而随醇中酸浓度由 0 . 05 N
增 至 0 . 6N , 果胶的凝胶单位数显著增加 ;酸
浓度由 。. 6 N 增 至 1 . ZN , 果胶凝液单位数变
化不显著 , 当酸浓度由 1 . Z N 增至 2 . 4N , 果
胶的凝胶单位数显著减小 。 故衡量果胶凝胶
强度与果胶中铝含量选用 1 . Z N 酸化醇进行
脱铝较合适 。 此条件下果胶的凝胶单位数大 ,
铝含量较小 。
3
. 不同体积中性醇洗脱对脱铝效果影响
用 8 0m l 中性醇洗脱后 ,果胶中铝含量显
著减少 , 再由 80 一 1 6 0ml 中性醇洗脱后 果胶
中铝含量变化不显著 。 而随中性醇洗脱体积
林
,有
户f’
入
阵
的增大凝胶单位数变化不显著 。 故选用 80 inl
中性醇洗脱为好 。
综上所述 ,果胶一氢氧化铝胶凝体脱铝应
采用含 1 . ZN 盐酸 60 % 乙醇均浆激烈搅拌 ,
离心 后 用砂 芯漏斗过滤 , 再 用 8 0ml 中性
6 0%乙醇少量多次洗脱 。
三 、过滤条件的选择
果胶萃取液具有一定的粘度 , 依靠重力 、
加压和真空这些推动力来过滤 ,效果不佳 ,此
等推动力均有一定限度 ,而离心分离对于较
难过滤或沉降的悬浮液或乳浊液是一项效果
极佳的方法 ,本实验采用离心分离 。
试验说明 , 离心速度由 1 0 0 rP m 增 加到
3 0 0r p m
,果胶的凝胶单位数显著增大 ,但离
心速度到 4 0 0 rP m 后凝胶单位数下降 ,故离
心过滤选用 3 0 0 0r mP 为好 。离心速度过大 ,造
成果胶大分子附着在杂质上被离心损失掉 ,
导致产率及纯度下降 ,凝胶单位数下降 。
四 、脱色条件的选择
果胶萃取液不脱色 , 提取出的果胶在烘
干过程中 , 因色素发生褐变 , 而使果胶变黑 。
所以有必要对果胶萃取液进行脱色 。 活性炭
在食品工业中一般主要用于直接精制含有产
品或产 品的前一阶段成分的液体 , 如用于果
胶液的脱色 、 脱臭 。在 50 ℃用活性炭处理 1%
溶液 h1 ,可以去除深色 、 混浊和特有的气味 。
活性炭 的脱色作用受温度 、 时间及活性炭用
量的影 响 , 因此 ,选择合适的温度 、 时间及用
量是活性炭脱色的关键 。 活性炭吸附的功能
往往表现为诸多物理性能的变化 ,但可以用
一种有特征的物性数据作代表说明吸附前后
的变化 。 色度是常用的具有代表性的物性数
据 ,采用分光光度计测定色度变化不仅方便
而且可以连续测定 。
1
. 脱色温度的影响
试验说明 : 随着脱色温度上升 , 萃取液透
光率显著提高 。 升温作用在于减小溶液粘度 ,
促进分子扩散 , 利于 吸附进行 , 但温度过高 ,
消耗能源 , 且温度高于 60 ℃ , 活性炭对果胶
的吸附作用大 ,故选用 60 ℃脱色 。
2
. 活性炭用量的影响
试验说明 : 活性炭愈 多 , 吸附效果愈显
著 ,但活性炭用量太多吸附效果趋于平衡 , 不
经济 , 又对果胶有吸附作用 ,故选用 29 / 1 0。间
量即可 。
3
. 活性炭脱色时间的影响
试验说明 : 活性炭脱色时间的长短直接
影响吸附效能 , 在开始脱色 2 0m in 内 , 活性炭
充分吸附 , 脱色效果好 , 但时 间过长 , 吸附趋
于平衡 。 脱色时间延长对果胶的吸附作用不
大 。
综上所述 : 萃取 液脱色 条件宜选 用每
z o om l 萃取液加 29 活性炭 ,于 6 0 oC 条件下脱
色 Z om in 。
五 、 成品分析
表 5 说明 : 盐沉淀法所提取的果胶质量
符合国家标准 , 而且与常规 乙醇沉淀法比较 ,
可节约乙醇 82 % 。
表 5 . 成 品 分 析
提取 产率 凝胶 灰分 千燥 P b A S lA 醋化度 甲氧基含 半乳糖醛酸 乙醇耗用量 p H 值
方法 ( % ) 强度 ( % ) 失重 ( p m ) ( p Pm ) ( m g / g ) ( % ) 量 ( % ) 含量 (% > ( m x / g )
醇沉淀法 5 . 9 3 1 8 9 3 . 4 8 6 . 7 7 0 0 0 . 0 3 6 3 1 7 ` 5 8 75 . 0 8 1 0 8 . 1 2 9
盐沉淀法 6 . 8 4 1 8 4 3 。 9 6 6 。 8 9 0 0 U. 3勺 6 7 . 9 丫。 吕吕 72 . 5 6 1 9 . 1 2 . 6 4
习标 G B 二 1 3 0 簇 7 提 1 2 ( 0 . 0 0 15% ( 0 . 0 0 0 2% 2 . 8士 0 . 2
注 : 醇沉淀法按常规方法提取
结 论
1
. 盐沉淀法提取苹果皮果胶的最佳提取
条件是 : 将苹果皮置于 20 倍萃取液中 ,调 PH
值至 2 . 8 ,加热至 95 ℃并在 95 C条件下恒温
1 1 5m in
,萃取液过滤后加入原料量 30 %的雍
酸铝沉淀果胶 。
2
. 果胶萃取液脱色条件是 : 1 0 ml 萃取夜
加 2 9 活性炭 ,于 6 0℃条件下脱色 2 0 m i n 。
3
.果胶一氢氧化铝胶凝体脱铝条件是 :在
含 1 . ZN盐酸的 60 %乙醇介质中经激烈搅拌
成糊状 ,再用中性 60 %乙醇洗涤 4一 6 次 。
4
. 盐沉淀法与常规乙醇沉淀法提取苹果
皮果胶相比可节约乙醇 82 % 。
5
. 用盐沉淀法提取苹果皮果胶 , 所得制
品符合国家质量标准 。
参 考 文 献
口〕丁希泉 ;《农业应用回归设计 》 ,吉林科学技术
出版社 , 1 9 8 6
叶〕马青山 ; 《絮凝化学和絮凝剂 》 , 中国环境科学
出版社 , 19 8 8
〔3〕卢文清 ; 《果胶的制备及应用 》 , 安徽化工 ,
1 9 8 8
,
4
,
3 8~ 4 1
[ 4」凌关庭等 ; 《食品添加剂手册 》 ,化学工业出版
社 , 1 9 8 9
[5〕川 v in H . R o u se ; e i tr us cs i en ce an d T eC h n o l o g y ,
1 9 8 9
,
1
,
1 1 1一 3 1 5
[ 6」OR us e ^ . H ; J . of F仪川 cS ie n e e , 1 9 7 8 , 4 3 , 7 2一
7 3
[ 7〕R a n g a n n d 5 . ; 《 eP e it n . M an au l . o r A n a ly s i、 时
rF iu t a
n d v e g e at b l e P r o d u c st 》 , N e w L屹 lh i , aT at , M亡G r a w
一 H il l P u b . C o m , 1 9 7 7
〔s〕S he l如 n R e ise r ; F以对 T ce hn 0 1o g y , 1 9 5 7 , 2 , 9 1一
9 9
一、气
林
S tdu y on ht
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w i th st i r r i n g at 9 5℃ f o r 1 1 sm i n , t h e n a d d 3 0% A l : ( 5 0 ; ) 3 t o t h e 丘 l te川 p e e t i n li q u o r to 讲 e ic p t a te
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T h e ex ep r im e n t a ls o a P P r o a e h e d m e ht o d s o f f i l t r a t e
,
se P a r a t i o n o f a l u m i n u m a n d d
e e o l o r说 a t i o n ,
I t w as e o n s i d e r e d t h a t t h
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b e s t wa 邓 w er e e e n t r i f u g a t i o n w i t h ht e r o t a t i o n a l spe e d 3 0 0 0 r P m f u r t h e r
p r u i f ica t io n a e e o m p l i s h
e
d w i t h Z% a e t iv a te d ca r bo
n t o d e e o l o r i z e a n d d e od e r i z e
,
t h e m ix ut r
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a bo u t 2 0m in a t 6 0℃ ;详 e t i n e oP r e e i P i t a t in g w i th c of l of d a l A I ( O H ) 3 w as v ig o r o u s a乡 at t e d w i t h a n a P -
p r叩 r ia te a m ou n t o f 6 0% a l e o h o l co n t a i n i n g 1 . ZN H c l t o r e m vo e t h e a l u m in u m . hT e m e th团 o f 衅 e ti n
rP e d iP t a t ed by sa l t ca
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T h e q u a li t y o f ep e it n e o n fo r m to th e n a t i o n a l s ta n d a r d
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