全 文 ：第 33 卷 第 1 期
2012 年 1 月
华南农业大学学报
Journal of South China Agricultural University
Vol． 33，No． 1
Jan． 2012
收稿日期:2011-04-19
作者简介:陈芳艳(1971—) ，女，讲师，博士;通信作者:刘伟强(1972—) ，男，高级实验师，E-mail:liuweiqiang@ scau． edu． cn
基金项目:广东省产学研项目(4300-E11089)
剑麻渣果胶提取工艺的研究
陈芳艳1，王林川2，杨 艳1，陈 希1，刘伟强1
(1 华南农业大学 动物科学学院，广东 广州 510642;2 华南农业大学 兽医学院，广东 广州 510642)
摘要:以剑麻渣为原料提取果胶，采用正交试验优化提取条件，并对剑麻果胶的分离及脱色进行研究，得出制备剑
麻果胶的最佳工艺条件为:以 2. 2 mol·L －1的草酸 －草酸铵缓冲溶液为提取剂，料液比为 0. 1 g·mL －1，时间 90
min，温度 80 ℃，在 pH4. 0 条件下用乙醇沉淀果胶，果胶产率为 14. 87%;用 w为 1. 8% ～ 2. 4%的过氧化氢脱色，获
得浅黄色果胶．理化性质研究表明，剑麻果胶为酯化度 23%的低酯果胶，w(半乳糖醛酸)为 66%，pH、灰分等指标
均符合国家轻工行业标准．
关键词:剑麻渣;果胶;提取;沉淀;脱色
中图分类号:Q539． 8 文献标志码:A 文章编号:1001-411X(2012)01-0077-05
Extraction of Pectin from Sisal Residue
CHEN Fang-yan1，WANG Lin-chuan2，YANG Yan1，CHEN Xi1，LIU Wei-qiang1
(1 College of Animal Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China;
2 College of Veterinary Medicine，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China)
Abstract:The method of pectin extraction from sisal residue was optimized by orthogonal experiments，
and pectin separation and decoloration were also studied． The optimized extraction conditions were as fol-
lows:2. 2 mol·L －1 oxalic acid-ammonium oxalate buffer as extracting agent，the solid to liquid ratio 0. 1
g·mL －1，time 90 min，temperature 80 ℃ ． Pectin was precipitated by alcohol at pH 4. 0;the yield of
sisal pectin was 14. 87% ． The primrose yellow pectin was decolored by 1. 8% － 2. 4% H2O2 ． The re-
sults of physicochemical property were that the degree of esterification of sisal pectin was 23%，galactu-
ronic acid 66%，pH and ash all complying with Chinese light industey standards．
Key words:sisal residue;pectin;extraction;precipitation;decoloration
果胶具有良好的凝胶和乳化稳定作用，是在食
品、医药和其他工业中应用的重要多糖之一．在食品
中可用做胶凝剂、增稠剂、组织成型剂、乳化剂和稳
定剂等，用来制造果酱、果冻、果脯、冰制品、酸奶制
品、饮料和烤肉调味酱等［1］，在医药上具有抗菌、止
血、消肿、解毒、止泻、降血脂、抗辐射等作用，还是一
种优良的药物制剂基质，可与其他制剂合用配制软
膏、膜、栓剂、胶囊等药物．果胶对维持血液中正常的
胆固醇含量具有非常好的效果，还能够防止阳离子
中毒，能有效地除去肠胃和呼吸道中的铅和汞［2］．剑
麻 Agave sisalana是一种龙舌兰科龙舌兰属的叶纤维
作物，它含有多种皂苷元、蛋白质、多糖类化学成分，
具有降胆固醇、抗炎、抗肿瘤等药理作用． 性味甘、
辛、凉;功能为凉血止血、消肿解毒;主治肺痨咯血、
衄血、便血、痢疾、痈疮肿毒、痔疮等，在广西长期作
为地方植物药应用［3］． 剑麻根茎中的汁液可用于酿
酒，如墨西哥的剑麻酒世界闻名，被称为墨西哥国
酒．墨西哥亦开发利用剑麻作为动物饲料［4］．我国华
南地区有丰富的剑麻资源，为麻工业提供了大量的
原料，但同时也产生了大量的剑麻渣，不仅占用场
地，而且污染环境．国内通常直接用来作为有机肥料
或废渣处理，利用程度低，亟待对剑麻渣进行综合利
用．剑麻渣中含有大量的果胶、皂甙、纤维素等物质，
对其开发利用，不仅提高剑麻的经济效益，而且有利
于保护环境．生产食品工业上需求量极大的果胶，是
提高剑麻渣经济价值的有效方法．
本试验从提取了皂甙之后的剑麻渣中提取果
胶，研究剑麻果胶的提取工艺及其理化性质，为果胶
制备提供新的材料来源．
1 材料与方法
1． 1 材料与试剂
剑麻渣:湛江剑麻厂提供;咔唑:分析纯，中国医
药集团上海化学试剂公司;半乳糖醛酸(D － (+)
Galacturonic acid) :纯度 ＞ 93%，Sigma 公司;其余试
剂均为国产分析纯试剂．
1． 2 剑麻果胶制备工艺流程
剑麻渣→漂洗灭酶→抽提→过滤浓缩→滤液脱
色→醇析(过滤)→干燥→剑麻果胶．
1． 3 剑麻果胶提取液的制备
1． 3． 1 剑麻果胶提取的正交试验 将萃取完皂甙
后的剑麻渣按料液比 0. 1 g·mL －1的比例加入蒸馏
水，在水浴中加热保温 0. 5 h，使其吸水充分软化，并
适当加以搅拌，然后用纱布过滤，挤干，反复三四次，
以达到漂洗及灭酶的目的．
准确称取 9 份各 10 g 经上述处理后的剑麻渣，
加入草酸 －草酸铵缓冲溶液，在一定温度下提取果
胶．以料液比、温度、时间、草酸 －草酸铵缓冲溶液浓
度 4 个因素确定最佳的果胶提取条件，每个因素各
取 3 个水平，以果胶产率为指标，进行 4 因素 3 水平
的正交试验 L9(34) (表 1) ，反应结束后用乙醇沉淀，
过滤，70 ℃烘至衡质量后，称质量，计算果胶得率．
果胶得率 =果胶质量 /剑麻渣质量 × 100% ．
表 1 剑麻果胶提取的正交试验设计
Tab． 1 Orthogonal test table of extracting pectin from sisal
水平
料液比 /
(g·mL －1)
(A)
θ /℃
(B)
t /min
(C)
c(缓冲液)/
(mol·L －1)
(D)
1 1∶ 10 60 30 0． 2
2 1∶ 15 80 60 0． 5
3 1∶ 20 100 90 0． 8
1． 3． 2 草酸 －草酸铵浓度对果胶得率的影响 分
别称取 5 g 经处理的剑麻渣 9 份，在料液比为 0. 1
g·mL －1、温度 80 ℃、浸提 90 min 的条件下，加入浓
度分别为 0. 1、0. 4、0. 7、1. 0、1. 3、1. 6、1. 9、2. 2、2. 5
mol /L的草酸 －草酸铵缓冲溶液(pH = 3)进行抽提，
比较果胶得率．
1． 4 剑麻果胶脱色
取 10 mL果胶提取液 6 份，分别置于具塞试管
中，加入质量分数为 30%的 H2O2，使果胶提取液中
过氧化氢的质量分数分别为 0、0. 6%、1. 2%、1. 8%、
2. 4%、3. 0 %，混匀后放置 12 h，观察颜色变化，然后
加乙醇，沉淀，过滤，烘干得到脱色果胶．
1． 5 剑麻果胶的分离
1． 5． 1 沉淀剂对果胶分离效果的影响 取 100 mL
果胶 提 取 液 3 份，分 别 加 入 5 g CaCl2、5 g
(NH4)2SO4、100 mL φ为 95%的乙醇，搅拌混匀后放
置 12 h，过滤得到果胶，70 ℃烘干至恒质量，比较果
胶得率．
1． 5． 2 醇析 pH对果胶分离效果的影响 分别在 6
份 50 mL果胶提取液中加入等体积的 φ 为 95%的乙
醇后，用 HCl调节 pH分别为 1、2、3、4、5、6，放置 12 h
后，过滤得到果胶，70 ℃烘干至恒质量，比较果胶得
率．
1． 6 剑麻果胶中半乳糖醛酸含量的测定
采用咔唑硫酸比色法，在波长 530 nm 处测定果
胶溶液的光密度［5］．
1． 7 果胶酯化度(DE)的测定
取 3 份干样品分别测果胶酯化度．参考 Pinheiro
等［6］的方法，称取 0. 2 g果胶移入 250 mL锥形瓶中，
用乙醇润湿，加入 20 mL 40 ℃不含 CO2 的蒸馏水，
用瓶塞塞紧并振摇，使样品全部溶解． 加入 5 滴酚
酞，用 0. 1 mol /L 的 NaOH 标准溶液进行标定，记录
所消耗 NaOH 的体积(V1)即为初滴定度． 继续加入
0. 1 mol /L 的 NaOH标准溶液 10 mL，加塞后强烈振
摇 2 h，加入 0. 1 mol /L 的 HCl 10 mL，振摇至粉红色
消失为止． 然后加入 3 滴酚酞指示剂，用 0． 1 mol /L
的 NaOH滴定至呈微红色．记录所消耗 NaOH的体积
(V2) ，即为皂化滴定度．
果胶酯化度 =
V2
V1 + V2
× 100% ．
1． 8 剑麻果胶 pH、总灰分的测定
剑麻果胶 pH、总灰分按照国标 QB2484—
2000［7］中规定的方法进行测定．
2 结果与分析
2． 1 剑麻果胶提取条件的确定
2． 1． 1 正交试验结果
从表 2 可看出，各因素的最优组合为 A1B2C3D3，
即提取剑麻果胶的最佳工艺条件:料液比为 1 g∶ 10
mL、草酸 －草酸铵溶液浓度为 0. 8 mol /L、温度为 80
℃、反应时间 90 min． 由 R 可知，各因素对果胶提取
87 华 南 农 业 大 学 学 报 第 33 卷
率影响的主要次序为 D ＞ C ＞ B ＞ A，D的极差最大，A
的极差最小．极差越大，反映该因素水平变动时，总
指标变化越大，即草酸 －草酸铵缓冲液的浓度对果
胶提取率的影响最大．
表 2 剑麻果胶提取正交试验结果
Tab． 2 Orthogonal test results of extracting pectin from sisal
水平
料液比 /
(g·mL －1)
(A)
θ /℃
(B)
t /min
(C)
c(缓冲液)/
(mol·L －1)
(D)
果胶
产率 /%
1 1∶ 10 60 30 0． 2 3． 23
2 1∶ 10 80 60 0． 5 3． 98
3 1∶ 10 100 90 0． 8 10． 59
4 1∶ 15 60 60 0． 8 4． 49
5 1∶ 15 80 90 0． 2 5． 21
6 1∶ 15 100 30 0． 5 4． 08
7 1∶ 20 60 90 0． 5 3． 62
8 1∶ 20 80 30 0． 8 8． 31
9 1∶ 20 100 60 0． 2 2． 72
K1 5． 93 3． 78 5． 21 3． 72
K2 4． 59 5． 83 3． 73 3． 89
K3 4． 88 5． 80 6． 47 7． 80
R 1． 34 2． 05 2． 74 4． 08
2． 1． 2 草酸 －草酸铵缓冲液浓度对果胶得率的影
响 由于浓度对果胶提取率的影响最大，因此在其
他条件相同的情况下，进一步确定草酸 －草酸铵缓
冲溶液的浓度，结果如图 1 所示:
图 1 缓冲液浓度对剑麻果胶产率的影响
Fig． 1 Effect of buffer solution concentration on pectin yield
from sisal
由图 1 可知，随着草酸 －草酸铵缓冲液浓度的
升高，果胶的提取率逐渐增大，当浓度为 2. 2 mol /L
时，果胶的产率达到最大，继续升高缓冲液浓度，果
胶产率不再增大反而下降．因此，确定草酸 －草酸铵
缓冲溶液的最佳提取浓度应为 2. 2 mol /L．
2． 2 H2O2 质量分数对剑麻果胶颜色及产率的影响
在果胶溶液中加入不同质量分数的 H2O2 脱色，
比较脱色效果和果胶得率，结果如表 3．随着 H2O2 质
量分数的增大，果胶的脱色效果越来越好．但是由于
H2O2 有强氧化性会破坏果胶分子，影响果胶的得
率，所以从脱色效果和得率两方面考虑，果胶溶液中
过氧化氢质量分数为 1. 8% 时为最佳．
表 3 H2O2 质量分数对剑麻果胶脱色效果的影响
Tab． 3 Effect of hydrogen peroxide concentration on decol-
oration of pectin from sisal
w(H2O2)/% 颜色 果胶产率 /%
0 褐色 12． 24
0． 6 浅褐色 8． 77
1． 2 浅褐色 8． 59
1． 8 浅黄色 8． 40
2． 4 浅黄色 5． 36
3． 0 浅黄色 5． 17
2． 3 剑麻果胶的分离
2． 3． 1 沉淀剂对果胶产率的影响 选择 CaCl2、
(NH4)2SO4、乙醇作为果胶的沉淀剂，研究不同的沉
淀剂对果胶产率的影响，结果表明，3 种沉淀剂均能
使果胶析出，采用 CaCl2 作为沉淀剂时，果胶产率为
8. 64%，(NH4)2SO4 沉淀果胶产率为 4. 77%、乙醇沉
淀果胶产率最高，为 10. 60%，因此选用乙醇来沉淀
果胶．
2． 3． 2 醇析 pH对果胶产率的影响 控制乙醇沉淀
时的 pH，研究不同 pH对沉淀效果的影响，结果如图
2．当溶液 pH ＜4 时，果胶的沉淀率随 pH的增大而升
高，而当 pH ＞ 4 时，果胶沉淀率随 pH 增大而减小，
在溶液 pH =4 时，果胶得率最高，达 14. 87% ．这是因
为果胶是弱酸性物质，在酸性条件下稳定，pH偏离 4
时，果胶会带上电荷而呈溶解状态，不利于醇析． 且
pH越低，果胶的糖苷键和酯键的水解程度也会加
大，更不利于醇析沉淀． 因此调节醇析时的 pH = 4，
使果胶易于沉淀析出．
图 2 pH对果胶沉淀效果的影响
Fig． 2 Effect of pH on the result of pectin precipitation
2． 4 果胶理化性质
2． 4． 1 剑麻果胶鉴别 剑麻果胶浅黄绿色，无异
味．溶于 40 倍水中呈粘稠状液体，说明其溶于水;加
入乙醇，即出现悬浮絮状沉淀，说明剑麻果胶不溶于
乙醇;剑麻果胶与蔗糖和柠檬酸按一定比例混合，在
一定条件下加热，冷却后呈现柔软而有弹性的胶冻，
说明果胶具有胶凝性．
97第 1 期 陈芳艳等:剑麻渣果胶提取工艺的研究
2． 4． 2 剑麻果胶质量分析 果胶是一种食品添加
剂，国家对其有一定的质量标准．本文分别检测了剑麻
果胶的半乳糖醛酸含量、酯化度、pH和灰分，并与国家
轻工业标准［7］进行对比，结果如表 4．由表 4 可知，剑
麻果胶几项指标均符合国标，可用作食品添加剂．剑麻
果胶的酯化度为 23%，低于 50%，属于低酯果胶．
表 4 剑麻果胶质量指标
Tab． 4 Quality index of sisal pectin
指标 测定值
国家轻工业
标准［7］
w总(半乳糖醛酸)/% 66． 0 ≥65． 0
酯化度(DE)/% 23． 0 高酯果胶:DE≥50
低酯果胶:DE ＜ 50
pH(25℃) 6． 67 高酯果胶:2． 6 ～ 3． 0
低酯果胶:4． 5 ～ 7． 0
w(灰分)/% 3． 00 ≤5
3 讨论与结论
果胶的提取方法主要有酸法［8］、离子交换法［9］、
微波法［10-12］、超滤法［13-14］、酶法［15］和草酸铵法［16］
等．剑麻果胶含量丰富，每 100 g 新鲜剑麻柄中含糖
量约 6. 6 %、蛋白质 2. 2%、纤维 60%、果胶 5. 29%、
淀粉 11. 5%［17］．本试验以去除了纤维后的风干剑麻
渣为材料提取果胶，采用 pH 3 的 2. 2mol /L 草酸 －
草酸铵缓冲溶液在温度为 80 ℃、反应时间 90 min的
条件下提取，然后用乙醇在 pH4. 0 的条件下沉淀，剑
麻果胶得率可达到 14. 87%，而过去单独用草酸铵溶
液从其他材料中提取果胶的得率由 3. 82% 到
11. 59%不等［16-20］． 可见，用草酸 －草酸铵缓冲溶液
从剑麻渣中提取果胶的得率较高．
剑麻果胶黄褐色，很难满足市场的需求，因此需
对果胶进行脱色处理． 目前较为成熟的果胶脱色方
法有:活性碳脱色、醇氨溶液脱色、过氧化氢脱色、树
脂脱色等［21］．本试验选用了活性炭和 H2O2 2 种方法
进行脱色，虽然采用活性碳脱色效果明显，但活性炭
颗粒会混入果胶中，无论是过滤还是在12 000 r /min
的条件下超速离心，都无法将活性炭从果胶溶液中彻
底去除． H2O2 的脱色效果好，脱色后处理简单，但由于
H2O2 有强氧化性会使果胶分子受到破坏，影响产率．
通过对 H2O2 用量与脱色效果及产率的比较，可以看
出果胶提取液中 H2O2 质量分数控制在1. 8% ～
2. 4%，果胶的脱色效果好，产率高．本研究也曾利用
还原剂亚硫酸钠进行脱色，但脱色效果不理想．
果胶沉淀方法有盐析法［22］和醇沉淀法［23］．本研
究对 CaCl2，(NH4)2SO4 和乙醇 3 种沉淀剂的沉淀效
果进行了比较． 用乙醇沉淀的果胶产率最高，CaCl2
次之，(NH4)2SO4 最低． 虽然采用乙醇和 CaCl2 沉
淀，二者间的产率相差不是很大，但采用 CaCl2 沉淀
问题较多，CaCl2 用量多会造成果胶的过滤、洗涤较
困难，烘干后的果胶成品有细小的白色颗粒，用量少
则沉淀不彻底．因此，选用乙醇作为剑麻果胶的沉淀
剂，工艺简单，得到的果胶色泽好、灰分少，但也存
在乙醇的用量大，不易回收，能耗大，生产成本高等
问题．据报道，在痕量电解质存在的条件下，沉淀会
更完全，这可能由于离子在果胶分子间形成了桥梁，
使果胶分子连接、聚合，从而加速了果胶沉淀，一般
选用 HCl作为电解质加入到乙醇中［23］．在乙醇沉淀
时利用 HCl控制提取液 pH4. 0，沉淀效果更加理想，
使果胶产率提高到 14. 87% ．
该法制备的剑麻果胶各项指标均符合国家标
准．剑麻果胶为低酯果胶，天然低酯果胶很少，它在
Ca2 +或其他二价阳离子存在下，有糖或无糖均能形
成性质优良的凝胶． 与高酯果胶只能在可溶性固形
物高于 55%才能胶凝而主要用于高糖类食品的生产
相比，低酯果胶更符合人们低糖、低热量食品的消费
观念，因此有着广阔的市场前景［24］．
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【责任编辑 李晓卉
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【责任编辑 李晓卉】
18第 1 期 陈芳艳等:剑麻渣果胶提取工艺的研究