全 文 ：Vol. 34 No. 10
Oct. 2014
第 34 卷 第 10期
2014年 10月
中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
Journal of Central South University of Forestry & Technology
收稿日期：2013-09-19
基金项目：贵州省教育厅自然科学研究项目（黔教科 [2011]043号）；贵州大学研究生创新基金（农科 2012008）；贵州省“科技兴
村行动”计划项目（黔组通 [2008]66号）和贵州省中药材现代产业技术体系建设项目（GZCYTX-02）资助
作者简介：李祥栋（1987-），男，山东临沂人，硕士研究生，研究方向为植物生理与分子调控
通讯作者：张明生（1963-），男，重庆人，博士，教授，博士生导师，研究领域为植物生物技术与次生代谢调控；
E-mail：mszhang@gzu.edu.cn
狐臭柴 Premna puberula Pamp.又名神仙豆腐
柴、斑鸠占等，隶属于马鞭草科 Verbenaceae豆腐
柴属 Premna Linn.的直立或攀援灌木至小乔木，
分布于我国西南、西北、华南、华中等地区。狐
臭柴是一种药食兼用植物，根、茎、叶中均含有
多种药用成分 [1-3]；叶片中果胶、蛋白质、纤维素、
维生素等含量丰富 [4-5]，民间采集其嫩叶和嫩枝制
作成凝胶小吃，称为“神仙豆腐”、“观音豆腐”
或“斑鸠饭”。狐臭柴叶片中果胶含量很高 [6]，
果胶是由 α-半乳糖单体聚合而成的天然高分子化
合物，通常被部分甲酯化，也有一些中性糖存在
于果胶分子中 [7-8]。在食品行业中，果胶被广泛用
作果酱、果冻等食品的增稠剂和稳定剂。
有关狐臭柴的研究在国外几乎未见报道 [9]，
国内有部分学者在其果胶提取方面进行了初步探
索 [10-12]，但此方面的研究仍然较少，大都采用单
一的无机酸进行热萃取，效果欠佳，且所用无机
酸均为非食用酸，存在食品安全隐患。有人曾用
狐臭柴叶片中果胶提取条件的初步研究
李祥栋，张明生，刘诗雅
（贵州大学生命科学学院 贵州省药用植物繁育与种植重点实验室，贵州 贵阳 550025）
摘 要：以狐臭柴叶为原料、柠檬酸为酸解液提取果胶，采用单因素实验、正交实验对酸浓度、提取温度、料
液比和提取时间等条件进行探索，并以响应面实验设计方法进行工艺优化。结果表明：酸浓度和料液比是影响
果胶酸解的主要因子；一定范围内，酸浓度与果胶粗产率（Y1）呈线性正相关，料液比与果胶粗产率（Y1）呈线
性负相关，二者与粗果胶半乳糖醛酸含量（Y2）的关系符合二元二次多项式方程模型，但随着酸浓度的增加和料
液比的降低，半乳糖醛酸含量有下降趋势；半乳糖醛酸提取率（果胶有效提取率 Y3）的拟合效果是一个平均值
模型，即 Y3=8.86%。在提取温度、提取时间分别为 90 ℃和 120 min，响应面的优化条件为酸浓度 3.91%、料液
比 1∶ 44.09时，果胶粗产率、半乳糖醛酸含量和果胶有效提取率分别为 36.72%、32.09%和 11.78%。
关键词：狐臭柴；果胶；半乳糖醛酸；提取条件
中图分类号：S789.2 文献标志码：A 文章编号：1673-923X(2014)10-0127-05
Preliminary study on pectin extraction in leaves of Premna puberula Pamp.
LI Xiang-dong, ZHANG Ming-sheng, LIU Shi-ya
(Guizhou Key Lab. of Propagation and Cultivation in Medicinal Plants, College of Life Sciences, Guizhou University, Guiyang 550025, China)
Abstract: Citric acid was used to extract the pectin of Premna puberula leaves. Through single factor experiments and orthogonal design,
the extraction process was studied involving four factors (acid concentration, extracting temperature, solute/solvent ratio and extracting
time). The response surface methodology (RSM) was used to optimize the process of pectin extraction. The results show that the acid
concentration and solute/solvent ratio were two key factors affecting pectin extraction ratio; within a certain range, acid concentration and
pectin crude yield (Y1) was a positive linear correlation, solute/solvent ratio and pectin crude yield (Y1) was a negative linear correlation,
the relationship both acid concentration and solute/solvent with galacturonic acid (GalA) content (Y2) of the crude pectin accorded with the
model of binary quadratic polynomial equation; and GalA content had a downward trend with increase of acid concentration and decrease
of solid-liquid ratio; the fi tting effect of GalA extraction ratio (pectin effective extraction ratio Y3) was an average model, i.e. Y3 = 8.86%;
the pectin crude yield, GalA content and pectin effective extraction ratio were respectively 36.72%, 32.09% and 11.78% at 90℃ (extracting
temperature), 120 min (extracting time), acid concentration 3.91% and solute/solvent ratio 1︰ 44.09.
Key words: Premna puberula Pamp.; pectin; galacturonic acid; extracting condition
李祥栋，等：狐臭柴叶片中果胶提取条件的初步研究128 第 10期
柠檬酸对苹果渣和西番莲果皮中的果胶进行酸解
提取 [13-17]，效果较好。柠檬酸不仅因其 3个解离
常数不同的羧基而表现出较强酸性和缓冲能力，
而且常用作饮品、点心等食品的调味剂。本实验
采用柠檬酸提取狐臭柴叶片中的果胶，并对其提
取条件进行筛选和优化，以期为狐臭柴中果胶的
科学开发利用提供依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
狐臭柴 Premna puberula Pamp.采自贵州省务
川仡佬族苗族自治县，经贵州大学熊源新教授鉴定。
1.2 实验设计
1.2.1 单因素实验
分别设置不同梯度的柠檬酸浓度（0.5%、
1.5%、2.5%、3.5%、4.5%）、提取温度（60 ℃、
70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃）、料液比即干叶粉
与柠檬酸溶液之比（1∶ 20、1∶ 30、1∶ 40、
1∶ 50、1∶ 60）和提取时间（30 min、60 min、
90 min、120 min、150 min），按照“实验方法
1.3.2”的步骤（1）和（2）获得酸解液，定容至
500 mL，以间羟基联苯法 [16]测定酸解液中半乳糖
醛酸含量并计算果胶提取率。
果胶提取率 = 半乳糖醛酸含量 /样品质量 ×
100%。
1.2.2 正交实验
在分析以上单因素实验结果的基础上，采用
L9(3
4)正交实验设计（表 1），综合评价不同因素
水平组合对果胶提取率的影响及其主次关系，并
筛选适宜的酸解条件。
1.2.3 响应面设计
从节约原料的角度出发，基于上述单因素和
正交实验结果，采用响应面法（RSM）设计原理
进行工艺参数优化。选取柠檬酸浓度 X1和料液比
X2为自变量，果胶粗产率 Y1（%）、粗果胶的半
乳糖醛酸含量 Y2（%）和果胶有效产率（半乳糖
醛酸提取率）Y3（%）为响应值，按中心复合实验
设计（CCD）安排实验因素和编码水平（表 2）。
其提取流程见“实验方法 1.3.2”。
1.3 实验方法
1.3.1 材料预处理
于狐臭柴生长旺季（6～ 9月），采集新鲜叶片，
洗净、晾干表面水分，置于 105 ℃烘箱中杀青 15～
20 min后，迅速降温至 60 ℃烘干至恒重。将干叶片
研磨成粉末并过 60目筛，置于干燥器中保存备用。
1.3.2 果胶酸解与提取
参照并改进 Pinheiro等 [17]提取果胶的方法。
（1）酸解：称取 4.0～ 5.0 g（m）已制备好
的狐臭柴干叶粉加入到具塞的500 mL大三角瓶中，
分别加入相应浓度和体积的柠檬酸溶液，按实验
设定的水浴温度进行酸解。
（2）抽滤：将酸解液趁热用 1 mm孔径的双
层纱布过滤并以布氏漏斗抽滤。
（3）沉淀：抽滤液以冷冻的等体积无水乙醇
沉淀，4 ℃冰箱中静置 1 h使果胶悬浮。
（4）过滤、烘干及测定：过滤收集悬浮的果
胶并以无水乙醇清洗干净，45 ℃烘箱中烘干得到
果胶粗品，磨细、称重（m1），计算果胶粗产率（Y1）；
以间羟基联苯法测定粗品中半乳糖醛酸含量（Y2），
并计算有效提取率（Y3，即半乳糖醛酸提取率）。
（5） 计 算 方 法：Y1 = m1/m × 100%；Y3 =
Y1× Y2× 100%。
2 结果与分析
2.1 不同酸解条件对狐臭柴叶片果胶提取率的影响
酸浓度、温度、料液比和提取时间等条件对
狐臭柴叶片果胶提取率均有较大影响。
在柠檬酸浓度为 0.5%～ 3.5%（pH 3.37～
1.88）范围内，果胶提取率与酸浓度呈显著正
相关（柠檬酸浓度为 3.5%时提取率最高，达
9.20%）；当柠檬酸浓度超过 3.5%（pH 1.84）时，
果胶提取率几乎不再增加（图 1）。这与柠檬酸
pH的变化紧密关系（图 1），低浓度的柠檬酸可
迅速解离释放 H+，而高浓度时解离速率变慢，从
而影响其化学活性。
在一定范围内，果胶提取率随温度升高（60
～ 80 ℃）而大幅度增加，这与分子热运动加剧和
柠檬酸的解离程度增大有关；当温度高于 80 ℃后，
果胶提取率趋于稳定（图 2）。料液比对酸解效果
的影响较为明显，料液比过大（即干叶粉相对过多）
不能使果胶完全酸解出来，提取率较低；随着料液
比降低（即柠檬酸体积增大），果胶提取率也随之
增高（图 3），可能是因为 H+与果胶分子糖苷键
的作用频率增大所致；但当料液比降低到一定限度
后（小于 1∶ 50），果胶提取率逐渐降低，这可
能是酸度相对过高造成的抑制作用。提取时间对酸
129第 34卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
解效果影响不是很大，但时间过长会使果胶提取率
降低（图 4），这可能与半乳糖醛酸的部分降解有关。
综上，在柠檬酸浓度为 2.5%～ 3.5%、提取
温度为 80～ 90 ℃、料液比为 1∶ 40～ 1∶ 50、
提取时间为 90～ 120 min范围内，狐臭柴干叶粉
酸解效果较好，其果胶提取率较高。
2.2 狐臭柴叶片果胶酸解提取的适宜条件
通过不同因素水平组合实验，即 L9(34)正交实
验，结果见表 1。可以看出，不同处理间存在显著
或极显著差异，处理 7对狐臭柴叶片果胶的提取
率最高（11.42%），即柠檬酸浓度 3.5%、提取温
度 85 ℃、料液比 1∶ 50、提取时间 90 min的因
素水平组合是狐臭柴叶片果胶酸解提取的适宜条
件。极差分析与方差分析结果显示，各因素对果
胶提取率的影响顺序为酸浓度（A）＞料液比（C）
＞温度（B）＞时间（D），除提取时间外，其他
因素的影响均达到显著或极显著水平。在一定的
温度和时间范围内，酸浓度和料液比是影响狐臭
柴叶片果胶提取率的主要因素。
表 1 正交实验结果的极差及方差分析†
Table 1 ANOVA and range analysis for orthogonal
experimental results
处理编号
因素及水平
酸浓度
(A)/%
温度
(B)/℃
料液比
(C)
时间 (D)
/min
提取率
/%
1 1.5 85 1:30 60 7.00 cC
2 1.5 90 1:40 90 7.29 cBC
3 1.5 95 1:50 120 9.49 bAB
4 2.5 85 1:40 120 10.61 abAB
5 2.5 90 1:50 60 9.03 bBC
6 2.5 95 1:30 90 9.09 bB
7 3.5 85 1:50 90 11.42 aA
8 3.5 90 1:30 120 8.95 bBC
9 3.5 95 1:40 60 9.84 abAB
极差 R 2.14 1.25 1.63 1.06
F值 14.345** 5.147* 7.600** 3.239
因素主次顺序 A＞ C＞ B＞ D
† “*”或小写字母表示在p=0.05水平显著；“**”或大写字母表示在
p=0.01水平显著。下同。
图 4 酸解时间对果胶提取率的影响
Fig. 4 Effect of time on pectin extraction ratio
图 3 料液比对果胶提取率的影响
Fig. 3 Effect of solute/solvent on pectin extraction ratio
图 2 酸解温度对果胶提取率的影响
Fig. 2 Effect of temperature on pectin extraction ratio
图 1 酸浓度对果胶提取率的影响
Fig. 1 Effects of acid concentration on pectin extraction
ratio
李祥栋，等：狐臭柴叶片中果胶提取条件的初步研究130 第 10期
2.3 狐臭柴叶片果胶提取的响应面分析
不同变量水平组合及不同处理条件下的实验响
应值（Y1、Y2、Y3）见表 2，果胶粗产率（Y1）和半
乳糖醛酸含量（Y2）的回归方程分别为（1）、（2）。
Y1= 26.23+6.96X1+1.59X2 ； （1）
Y2= 32.05+9.77X1- 2.54X2+2.45X1X2+6.90X1
2-
1.97X2
2。 （2）
由回归方程可知，酸浓度、料液比和果胶粗
产率表现出来的是一种线性关系，而与半乳糖醛
酸含量的关系是非线性关系。方差分析结果（表 3）
表明，方程（1）的 X1项回归系数和回归模型达到
显著水平，X2项回归系数差异不显著；方程（2）
的 X1、X12项的回归系数和回归模型均达到显著水
平，而其他项的回归系数差异不显著。由此可知，
酸浓度是影响粗果胶产率和半乳糖醛酸含量的主
要因素，而且它与料液比的交互作用较弱。另外，
方程（1）和方程（2）的失拟 p值分别为 0.118 3
图 5 果胶粗产率的 3D响应面
Fig. 5 Three-dimensional diagram of response surface on
extraction ratio of gross pectin
表 3 果胶粗产率和半乳糖醛酸含量的响应面模型及其回归系数（编码制）的方差分析†
Table 3 Response surface model and ANOVA for coded regression coefficients both GalA content and extraction ratio of
gross pectin
果胶粗产率（Y1）响应面模型 半乳糖醛酸含量（Y2）响应面模型
变异来源 回归系数 F值 P值（prob＞ F） 变异来源 回归系数 F值 P值（prob＞ F）
X1 6.96 34.07
* 0.0002 X1 -9.77 24.73
* 0.001 6
X2 1.59 1.78 0.2117 X2 -2.54 1.67 0.237 4
回归模型 17.92* 0.0005 X1X2 2.45 0.78 0.406 6
失拟 1) 3.59 0.1183 X12 6.90 10.74* 0.013 5
X2
2 -1.97 0.87 0.381 0
回归模型 6.31* 0.027 1
失拟 1) 5.32 0.070 1
† 当p＜0.05时，方程失拟；当p＞0.05时，方程不失拟。
表 2 响应面实验方案与结果†
Table 2 Scheme and experimental results of response
surface methodology
处理
编号
因素及水平 响应值
酸浓度
X1/%
料液比
X2
粗产率
Y1/%
半乳糖醛酸
含量 Y2/%
有效产率
Y3/%
11 2.50(0) 1) 1:40.00(0) 1) 29.40±2.26 28.96±0.14 8.51±0.04
12 2.50(0) 1:40.00(0) 27.60±2.84 29.43±0.24 8.12±0.07
1 1.50(-1) 1:30.00(0) 14.20±3.11 44.47±0.55 6.31±0.08
3 1.50(-1) 1:50.00(+1) 16.60±2.83 39.03±0.20 6.48±0.00
13 2.50(0) 1:40.00(0) 23.60±1.41 30.70±0.15 7.25±0.03
8 2.50(0) 1:54.14(+α) 32.33±2.84 22.40±0.16 7.24±0.05
5 1.09(-α) 1:40.00(0) 20.60±2.83 66.26±0.40 13.65±0.08
7 2.50(0) 1:25.86(-α) 22.20±1.27 36.00±0.15 7.99±0.03
6 3.91(+α) 1:40.00(0) 36.20±1.70 27.61±0.25 10.00±0.09
9 2.50(0) 1:40.00(0) 27.20±0.32 35.95±0.25 9.78±0.07
2 3.50(+1) 1:30.00(-1) 34.20±2.83 27.84±0.24 9.52±0.08
4 3.50(+1) 1:50.00(+1) 30.20±0.28 32.31±0.36 9.73±0.11
10 2.50(0) 1:40.00(0) 26.60±1.70 35.19±0.14 9.36±0.04
† 括号内数字为编码制水平。
和 0.070 1，均大于 0.05，都没有失拟，说明两个
拟合方程的可信度较好。
从果胶粗产率和半乳糖醛酸含量的响应面三
维图（图 5、图 6）可以看出，果胶粗产率随着酸
浓度增加和料液比降低而增加，在酸浓度 3.91%
（+1.414）、料液比 1∶ 40（+1）时的果胶粗产
率最高可达 36.20%；半乳糖醛酸含量的变化却呈
相反趋势。上述变化趋势可能是因为随着酸浓度
及其体积的增大，狐臭柴叶片中的可溶性糖、无
机离子等被大量酸解出来，沉淀过程中它们和果
胶一起凝胶并析出，从而使果胶粗产率增加而半
乳糖醛酸含量相对减少。然而，有效产率的数学模
型测试结果却是一个平均值模型，即 Y3=8.76%，
与单因素实验和正交实验结果有矛盾之处，这很
可能与半乳糖醛酸的不完全沉淀有关。
通过综合分析酸浓度和料液比对响应值（Y1、
Y2、Y3）的影响，本实验筛选出狐臭柴叶片果胶提
取的优化条件为柠檬酸浓度为 3.91%、料液比为
131第 34卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
1∶ 44.09，此时果胶粗产率、半乳糖醛酸含量、果
胶有效提取率分别为 36.72%、32.09%和 11.78%。
3 讨 论
响应面法是通过一系列确定性的“试验”拟
合一个响应面来模拟真实极限状态曲面，其基本
思想是通过近似构造一个具有明确表达形式的多
项式来表达隐式功能函数 [18]。本质上说，响应面
法是一套统计方法，用这种方法来寻找最佳响应
值，它能在曲面上直观地表现出优化区域，因此
在工艺优化 [19-24]方面表现出很好的优势。本研究
的响应面优化结果显示，无论是果胶粗产率的线
性模型还是半乳糖醛酸含量的二元二次方程模型
的模拟效果都比较合理。单因素和正交实验结果
均证明，在一定的酸浓度和料液比范围内，增加
酸浓度和降低料液比可使半乳糖醛酸的提取率（果
胶有效提取率）增加，但其响应面分析的结果却
是个平均值模型，这显然有相悖之处，其中的差
别可能是因提取流程延长所引起，因为响应面分
析法提取果胶的流程中增加了乙醇沉淀等步骤，
沉淀不完全或收集过程中的损失，最终都会影响
有效提取率。不同浓度的柠檬酸处理后，其酸解
液的 pH也有差别，由此也会影响半乳糖醛酸的沉
淀效果。Kalapathy等 [21]对大豆皮果胶沉淀条件的
探讨结果表明，当沉淀液的 pH为 3.5时，果胶沉
淀率最高，pH过高或过低均会影响其沉淀效果。
另外，果胶酯化程度也可能影响凝胶沉淀效果，
因为酯键可改变果胶分子间的交联结构，高酯化
度果胶通过半乳糖醛酸残基形成的氢键和甲氧基
之间的疏水相互作用交联形成凝胶，而低酯化度
果胶凝胶的分子基础是羧基结合 Ca2+等无机离子
而形成交联区，其中无机离子发挥了中介离子的
作用 [22]。因此，果胶酯化度也可能是影响果胶沉
淀效果不可忽略的因素。宁海凤等 [23]采用超声波
协同酸解的方法对果胶提取条件的实验结果认为，
超声波协同酸解处理可以缩短提取时间并增强提
取效率。此外，在沉淀步骤之前对酸解液进行一
定程度的浓缩，对于原料的利用可能会更加经济，
这方面值得进一步研究。
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图 6 半乳糖醛酸含量的 3D响应面
Fig. 6 Three-dimensional diagram of response surface on
GalA content
（下转第 136页）
吴 涛，等：并行电阻率 CT技术探查树木含水特征136 第 10期
值的大小进一步分析树体的含水分布及变化规律，
这种方法的特征明显，效果显著，为树木含水特
征探查提供一种新的手段。
（4）利用并行电阻率 CT方法，对于截面水
分的定量分析或确定含水率分布的绝对图像仍有
一定的困难，这有待于今后加密监测时间并将电
阻率法与其他的定点取样测定含水率的方法相结
合，从而实现对树干水分的生理学定量分析。
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