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榴莲皮果胶提取工艺的优化实验研究
王海燕，廖明顺，张 敏，文 斌，李鹏声，黄彩霞，王晓波*
(广东药学院公共卫生学院，广东广州 510310)
摘 要:目的:确定榴莲壳果胶的最佳提取条件，为榴莲壳废弃物进一步利用提供参考。方法:以榴莲壳为材料，取内
部白瓤部分，采用盐酸提取乙醇沉析及超声波方法提取果胶，重量法计算得率。以料液比、提取剂 pH、提取温度、时间
做单因素实验，根据单因素实验结果，进行正交实验 L9(3
4) ，确定最佳提取条件。结果:传统酸法提取果胶的最佳条件
为料液比 1∶30，pH2.0，提取温度为 90℃，提取时间为 90min，得率为 14.97%。超声波提取法料液比为 1 ∶30，提取剂
pH1.0，超声温度为 80℃，超声时间为 60min，得率达到 19.68%。结论:两种提取榴莲壳果胶的方法比较发现超声辅助
提取法的提取效果优于传统酸提法。
关键词:榴莲壳，果胶，超声，正交实验
Study on the extraction of pectin technology from durian shell
WANG Hai－yan，LIAO Ming－shun，ZHANG Min，WEN Bin，
LI Peng－sheng，HUANG Cai－xia，WANG Xiao－bo*
(School of Public Health，Guangdong Pharmacy Collage，Guangzhou 510310，China)
Abstract:Objective:Provided references for the research on and made sure of the best conditions for the extraction
of pectin by durian shell.Methods:Using the durian shell inner peel as material，the method of acid hydrochloric
ethanol precipitation and ultrasonic wave were used to extract pectin.Made single factor experiment on the factors
of solid－ liquid ratio，pH，extracts temperature，extracts time and L9(3
4)orthogonal experiment and calculated the
yield.Result:The best traditional extraction conditions were:1 ∶30 of solid－ liquid ratio，pH2.0，90℃and 90min，the
yield could reach 14.97% .The best conditions with the ultrasonic wave were:1∶30 of solid－ liquid ratio，pH1.0，80℃
of ultrasonic wave temperature and 60min of ultrasonic wave time，the yield could reach 19.68% . Conclusion:The
comparisons of two methods on the extraction of pectin by durian shell revealed that the effectiveness of the
method with the help of ultrasonic was better than the traditional method of acid extraction.
Key words:durian shell inner peel;pectin;ultrasonic wave;orthogonal experiment
中图分类号:TS255.1 文献标识码:B 文 章 编 号:1002－0306(2012)12－0246－05
收稿日期:2011－09－07 * 通讯联系人
作者简介:王海燕(1989－) ，女，在读本科，研究方向:食物营养与天然
物质功效成分。
基金项目:教育部预防医学特色专业建设点基金(高教函【2008】21
号) ;广东药学院学生课外实验项目。
果胶是一种天然多糖类高分子化合物，广泛存
在于高等植物的根、茎、叶、果实的细胞壁中［1］。由于
果胶不仅作为天然食品添加剂，而且具有维持人体
健康的作用，对增强胃肠蠕动，促进营养吸收的功能
以及降低血糖、血脂，减少胆固醇，解除铅中毒都存
有明显作用，在食品和医药领域有着广泛的应
用［2－3］，据不完全统计，我国每年约消耗果胶 1500t 以
上，其中从国外进口约占 80%［4］。目前果胶的提取
多从柑橘、苹果等农作物中提取，关于榴莲壳内皮提
取果胶的研究，相关报道较少。本实验以榴莲壳内
皮为原料，采用盐酸水解乙醇沉淀法及辅助超声两
种方法制取果胶，并通过单因素和正交实验，对影响
榴莲壳内皮果胶的提取效果的因素进行比较实验研
究，优化提取条件，为榴莲壳废弃物的再利用提供参
考依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
榴莲壳 采自广州市海珠区红卫集贸市场;试
剂 国产优级分析纯;实验用水 二次蒸馏水。
DFT－50 型手提式高速中药粉碎机 温岭市大
德中药机械有限公司;BS224s 型电子天平 北京赛
多利斯仪器系统有限公司;101AS－1 型电热鼓风干
燥箱 上海浦东荣丰科学仪器有限公司;SHZ－ D
(Ⅲ)型循环水式真空泵 巩义市予华仪器有限公
司;RE－2000 型旋转蒸发器 上海亚荣生化试剂厂;
KQ500E型超声波清洗器 昆山市超声仪器有限
公司。
1.2 实验方法
1.2.1 样品预处理 称取一定量的榴莲壳，取白瓤
部分，水冲洗净后置于 100℃水煮 15min，使果胶酶失
活。再用 30℃的温水反复漂洗，洗去原料中的糖苷、
色素等。洗净后切成 5～10mm 的颗粒，放入平皿中。
置于 70℃下烘干，粉碎过 60 目筛，干燥保存待用［5］。
247
1.2.2 果胶得率与提取率的计算［6］ 准确称取一定
质量的原料 W(g) ，在最佳提取条件下提取果胶，测
定提取物中果胶的质量为 W1(g)。
果胶得率(%)=(W1 /W)× 100
准确称取一定质量的原料，在最佳提取条件下
多次提取果胶，直至提尽，然后测定提取物中果胶的
质量为 Wm(g)。
果胶提取率(%)=(W1 /Wm)× 100
1.3 果胶提取工艺
1.3.1 传统酸法提取果胶
1.3.1.1 传统酸法提取果胶单因素实验 取 1.0g 经
预处理的榴莲壳内皮粉末，按一定料液比(粉末质
量:溶液体积(g:mL) )加入不同 pH 的盐酸，在一定
温度的恒温水浴箱中不停地搅拌。提取一段时间
后，趁热减压抽滤，并将滤渣用 80℃热水洗涤至黏
稠。为了减少乙醇消耗量，用旋转蒸发仪浓缩果胶
溶液。所得浓缩液即为果胶提取液。待果胶提取浓
缩液冷却后，在不断搅拌下加入等体积的 95%乙醇
溶液，静置 1～2h 至果胶完全析出。减压抽滤，滤渣
用无水乙醇洗涤 2～3 次，进一步除去色素、水分及其
他杂质。滤液减压蒸馏回收乙醇。所得果胶滤饼置
于干燥箱内，调节 55～60℃温度干燥，得果胶产品。
称重并计算得率［6］。
分别改变料液比、提取剂 pH、提取温度以及提
取时间实验条件，考察其对果胶提取效果的影响。
1.3.1.2 传统酸法提取果胶的工艺优化实验 根据
以上单因素实验的结果，选择料液比、pH、提取温度
及提取时间四个因素，采用 L9(3
4)正交实验，确定传
统酸法提取果胶的最佳提取条件。正交实验因素水
平表见表 1。
表 1 传统酸法提取果胶正交实验因素水平表
Table 1 Factors and levels in orthogonal array design
for optimizing acid extraction of pectin
水平
因素
A料液比
(g∶mL)
B提取剂
pH
C提取温度
(℃)
D提取时间
(min)
1 1∶20 1.0 70 70
2 1∶25 2.0 80 80
3 1∶30 3.0 90 90
1.3.1.3 优化方法重复性检验 准确称取 1.0g 榴莲
壳粉末 3 份，按照传统酸法正交实验最佳提取条件
提取果胶。称重计算产率，计算平均量与 RSD。
1.3.2 超声波辅助法提取果胶
1.3.2.1 超声波辅助法单因素实验［7－10］ 准确称取 5
份 1.0g 经预处理的榴莲壳内皮粉末，超声波固定功
率(40kHz)下，分别改变料液比、提取剂 pH、提取温
度以及提取时间，考察其对果胶提取效果的影响。
1.3.2.2 超声辅助提取果胶正交实验 根据以上单因
素实验的结果，选择料液比、pH、超声温度、超声时间
四个因素，采用 L9(3
4)正交实验，确定超声辅助提取
果胶的最佳提取条件。正交实验因素水平表见表 2。
1.3.2.3 优化方法重复性检验 准确称取 1.0g 榴莲
壳粉末 3 份，按照超声正交实验最佳提取条件提取
果胶。称重计算产率，计算平均量与 RSD。
表 2 超声辅助提取果胶正交实验因素水平表
Table 2 Factors and levels in orthogonal design for optimizing
ultrasonic－assisted extraction of pectin
水平
因素
A料液比
(g∶mL)
B提取剂
pH
C超声温度
(℃)
D超声时间
(min)
1 1∶20 1.0 70 30
2 1∶25 2.0 80 60
3 1∶30 3.0 90 90
1.3.3 传统酸法与超声波提取法的比较
2 结果与讨论
2.1 传统酸法提取果胶
2.1.1 传统酸法提取果胶单因素实验结果
2.1.1.1 传统酸法料液比对果胶提取效果的影响
从图 1 中可知，当料液比较小时，果胶产率低。随着
料液比增大，果胶产率逐渐上升，并在 1 ∶25 达到峰
值，1∶25 以后果胶产率有所下降。故选择 1∶20、1∶25、
1∶30 做正交实验。
图 1 传统酸法料液比对果胶得率的影响
Fig.1 Effect of material / liquid ratio on pectin yield
2.1.1.2 传统酸法提取剂 pH对果胶提取效果的影响
由图 2 可知，提取剂 pH1.0 时果胶产率最高，随着
pH升高，果胶产率降低。pH 太低造成提取液颜色
过深，严重影响果胶产品颜色，当 pH过低时，有可能
引起果胶的降解，使果胶质量下降，pH 也不能太高，
否则不能完全分离果胶，导致果胶得率降低［11］。故
选择 pH1.0、2.0、3.0 做正交实验。
图 2 传统酸法提取剂 pH对果胶得率的影响
Fig.2 Effect of pH on pectin yield
2.1.1.3 传统酸法提取温度对果胶提取效果的影
响 由图 3可知，温度低，果胶提取不完全，从而使果
胶得率偏低。90℃时得率最高，但温度太高，100℃时，
果胶长时间处于沸腾状态，引起其分子的降解，得率下
降。从得到的果胶成品发现，随着温度升高，果胶色泽
加深。综合考虑，选择 70、80、90℃做正交实验。
2.1.1.4 提取总时间对果胶提取效果的影响 由图 4
可知，随着提取时间的延长，果胶产率明显增加。在
248
图 3 传统酸法提取温度对果胶得率的影响
Fig.3 Effect of extraction temperature on pectin yield
80min达到峰值，80min以后产率趋于平缓甚至有下降
趋势。但当提取时间过长时，果胶会解酯、裂解，造成
果胶产率下降。故选择 70、80、90min做正交实验。
图 4 传统酸法提取时间对果胶得率的影响
Fig.4 Effect of extraction heating time on pectin yield
2.1.2 传统酸提法正交实验结果 见表 3。
表 3 传统酸提法榴莲壳内皮果胶
提取工艺正交实验结果
Table 3 Results of orthogonal array design experiments
for optimizing traditional acid extraction of pectin
实验号 A B C D 得率(%)
1 1 1 1 1 5.68
2 1 2 2 2 6.90
3 1 3 3 3 10.86
4 2 1 2 3 10.02
5 2 2 3 1 13.38
6 2 3 1 2 7.17
7 3 1 3 2 14.97
8 3 2 1 3 13.00
9 3 3 2 1 8.47
K1 23.44 30.67 25.85 27.53
K2 30.57 33.28 25.39 29.04
K3 36.44 26.50 39.21 33.88
k1 7.81 10.22 8.62 9.18
k2 10.19 11.09 8.46 9.68
k3 12.15 8.83 13.07 11.29
R 4.34 2.26 4.61 2.11
由表 3 正交极差分析可知，RC ＞ RA ＞ RB ＞ RD，即
传统酸法正交实验 4 个因素对果胶提取的影响强弱
顺序为:提取温度 ＞液料比 ＞提取 pH ＞提取时间。
由各 k值可得出传统酸法正交实验结果的最佳提取
条件为 A3B2C3D3。即料液比为 1 ∶30，提取剂 pH 为
2.0，提取温度为 90℃，提取时间为 90min。
2.1.3 传统酸提法工艺重复性检验 按传统酸法正
交实验所得的最佳提取条件，即:料液比为 1 ∶30，提
取剂 pH 为 2.0，提取温度为 90℃，提取时间为
90min，平行实验 3 次，结果见表 4。
表 4 传统酸提法工艺重复性实验结果
Table 4 Result of repeated test
for optimizing acid extraction of pectin
果胶产率(%) 平均量(%) RSD(%)
14.95、14.97、14.97 14.97 1.22
经计算，果胶产率平均量为 14.97%，RSD =
1.22%(n = 3) ，说明重复性良好。
2.2 超声波法提取果胶
2.2.1 超声波单因素实验结果
2.2.1.1 超声料液比对果胶提取效果的影响 由图 5
可知，随着料液比的增加，果胶产率也随之增加。其
原因是料液比太小，使得物料黏度大，且浓度梯度
小，扩散深度慢，难以保证原料中的果胶质全部转移
到提取液中，提取不完全，产率低且过滤困难，胶质
残留多。料液比增大，使得提取出来的胶质在溶液
中的浓度太低，虽然容易过滤，但真空浓缩时间过
长，沉淀时酒精消耗大，沉淀效果不太理想［12］。故选
择 1∶20、1∶25、1∶30 做正交实验。
图 5 超声波提取法料液比对果胶得率的影响
Fig.5 Effect of material / liquid ratio on pectin yield
2.2.1.2 超声提取剂 pH对果胶提取效果的影响 由
图 6 可知，当 pH 为 1.0 时，果胶产率最高，随着 pH
升高，果胶产率逐渐降低。溶液 pH 过高，提取时间
将会延长，导致果胶不稳定，容易分解成果胶酸，使
产率下降。溶液 pH 过低，提取时间缩短，造成果胶
进一步分解，且过滤时易随溶液而滤掉，使果胶得率
降低，同时果胶颜色加深。因为酸量的增加会导致
部分纤维素、半纤维素分解，使果胶中己糖和戊糖的
含量增加，影响果胶品质［13］。综合考虑，选择 pH1.0、
2.0、3.0 做正交实验。
图 6 超声提取剂 pH对果胶得率的影响
Fig.6 Effect of pH on pectin yield
2.2.1.3 超声温度对果胶提取效果的影响 由图 7
可知，随着温度升高，果胶产率逐渐增加。综合考
虑，选择 70、80、90℃作正交实验。
249
图 7 超声温度对果胶得率的影响
Fig.7 Effect of extraction temperature on pectin yield
2.2.1.4 超声时间对果胶提取效果的影响 由图 8
可知，随着超声时间延长，果胶产率超声有所提高，
在 40min以后果胶产率上升缓慢，于 60min时趋于稳
定。综合考虑选择 30、60、90min作正交实验。
图 8 超声时间对果胶得率的影响
Fig.8 Effect of extraction heating time on pectin yield
2.2.2 超声波的工艺优化正交实验结果 由表 5 正
交极差分析可知，RB ＞ RD ＞ RC ＞ RA，即超声辅助法正
交实验 4 个因素对果胶提取的影响强弱顺序为:提
取剂 pH ＞提取时间 ＞提取温度 ＞料液比。由 k值可
以看出，超声波提取正交实验结果的最好提取条件
为 A3B1C2D2。即料液比为 1∶30，提取剂 pH为 1.0，提
取温度为 80℃，提取时间为 60min。
表 5 超声辅助法正交实验结果
Table 5 Results of orthogonal design for
optimizing ultrasonic－assisted extraction of pectin
实验号 A B C D 得率(%)
1 1 1 1 1 10.44
2 1 2 2 2 13.74
3 1 3 3 3 7.26
4 2 1 2 3 16.93
5 2 2 3 1 9.17
6 2 3 1 2 7.14
7 3 1 3 2 19.68
8 3 2 1 3 11.96
9 3 3 2 1 7.03
K1 31.44 47.05 29.54 26.64 －
K2 33.24 34.87 37.70 40.56 －
K3 38.67 21.43 36.11 36.15 －
k1 10.48 15.68 9.85 8.88 －
k2 11.08 11.62 12.57 13.52 －
k3 12.89 7.14 12.04 12.05 －
R 2.41 8.54 2.72 4.64 －
2.2.3 超声波提取工艺优化重复性检验 按超声波
提取正交实验所得的最佳提取条件，即料液比为
1∶30，提取剂 pH 为 1.0，提取温度为 80℃，提取时间
为 60min，平行实验 3 次，结果如表 6。
表 6 超声波提取优化重复性实验结果
Table 6 Result of repeated test for
ultrasonic－assisted extraction of pectin
果胶产率(%) 平均量(%) RSD(%)
19.68、19.66、19.68 19.68 1.73
经计算，果胶产率平均量为 19.68%，RSD =
1.73%(n = 3) ，说明重复性良好。
2.3 传统酸法与超声波提取法的比较
传统酸法:料液比为 1∶30，提取剂 pH 为 2.0，提
取温度为 90℃，提取时间为 90min，提取果胶产率平
均量为 14.97%，颜色较深，纯度杂质相对较多;超声波
提取法:料液比为 1∶30，提取剂 pH为 1.0，提取温度为
80℃，提取时间为 60min，提取的果胶产率平均量为
19.68%，颜色较浅，较纯，杂质少。传统酸法与超声波
提取法提取的果胶产率均相差较大，与普通的提取方
法比较，超声波提取所用的温度较传统酸法低，时间
短，利于节约能源，降低成本。而且提取的果胶颜色较
杂质少。这与超声波提取果胶的主要原理有关。
超声波是频率高于人耳能听到频率范围的声
波，频率一般在 20kHz 以上。超声波在水中传播，可
以产生释放巨大能量的激化和突发，即“空化效应”，
这种效应可以产生高达数百个大气压的局部瞬间压
力，形成冲击波，是固体表面即液体介质受到极大冲
击力，从而破碎细胞，这是超声波应用于果胶原料破
壁的理论基础。同时，超声波产生的振动作用加强
了被破碎物的扩散及溶解［14］。故超声波辅助法与传
统酸法相比，能够提高提取效率，缩短提取时间，降
低提取温度，提高经济效益，具有明显优势。
3 结论
通过单因素和正交实验结果表明:榴莲壳内皮
中果胶传统酸法提取的最佳工艺为料液比 1 ∶ 30、
pH2.0、90℃、90min，最大得率为 14.97%。超声波辅
助提取的最佳工艺为料液比 1 ∶ 30、pH1.0、80℃、
60min，最大得率为 19.68%。超声波辅助提取比酸提
取缩短了时间，由 90min 降到 60min，得率由 14.97%
提高到 19.68%，所得果胶颜色浅杂质少。
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84－87.
(上接第 245 页)
图 8 以 ONPG为底物乳糖酶的 Lineweaver－Burk图
Fig.8 Lineweaver－Burk plots
of the enzyme using ONPG as substrate
Vmax为 0.31μmol /(mg protein · min)、Km 为 0.56
mmol /L。
图 9 以乳糖为底物乳糖酶的 Lineweaver－Burk图
Fig.9 Lineweaver－Burk plots
of the enzyme using lactose as substrate
3 结论
3.1 马克斯克鲁维酵母 β－D－半乳糖苷酶水解酶活
最适温度为 35℃，转移酶活最适温度为 40℃，温度大
于 45℃时酶转移活力损失较快。该酶的水解和转移
酶活力最适 pH相同，均为 7.0，但 pH 稳定性略有不
同，水解酶活在 pH6.5～8.0 范围内较稳定，转移酶活
在 6.5～7.0 范围内较稳定。
3.2 Mg2 +对马克斯克鲁维酵母 β－D－半乳糖苷酶水
解酶活和转移酶活均有激活作用，Na +能够抑制酶的
水解活力，而对酶转移活力影响较小。
3.3 葡萄糖对马克斯克鲁维酵母 β－D－半乳糖苷酶
的水解活力有促进作用，对酶转移活性有抑制作用。
半乳糖抑制酶的水解作用，低浓度(0.05mol /L)的半
乳糖能够促进酶的转移活性而浓度继续增加对酶转
移活性几乎没有影响。
3.4 以 ONPG为底物，测得马克斯克鲁维酵母 β－D
－ 半 乳 糖 苷 酶 的 Km 为 0.51mmol /L，Vmax 为
0.532μmol /(mg protein·min)。以乳糖为底物，Km
为 0.56mmol /L，Vmax为 0.31μmol /(mg protein·min)。
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