第三章 果胶的提取
3.1 前言
从植物体中提取果胶的过程，是将果胶与其紧密相连的纤维素、半纤维素等物质分离，将果胶转移到溶液中，然后经过沉淀将果胶析出。目前，果胶提取方法主要有：酸提取法、微波提取法、离子交换法和酶提取法。
3.1.1 酸提取法
酸提取法是传统的工业果胶生产方法，是目前果胶提取工艺中应用较多的一种方法。其原理是利用果胶在稀酸溶液中水解的性质，将果皮中的原果胶质水解为水溶性果胶，使果胶从果皮中转到水相中，形成果胶水溶液，再用醇将果胶析出。
3.1.2 微波提取法
微波是一种频率为300 MHz~300 GHz的电磁波，其对应的波长为l mm~lm,比可见光的波长长，属高频波段的电磁波。它具有电磁波的反射、透射、干涉、衍射、偏振以及伴随着电磁波的能量传输等波动特性，还具有高频特性、热特性及非热特性。由于果胶胶质与细胞壁内的其它成分紧密连接从而抑制释放浸提，用微波法提取果胶时，微波辐射与细胞壁中的物质相互作用，不仅可以实现快速加热，还会破坏细胞壁将不同化学组成的成分分开来，使其进入溶液当中，微波辐射还能抑制皮内果胶酶作用避免果胶被酶解。
3.1.3 离子交换法
离子交换法是利用溶液中各种带电粒子与离子交换剂之间结合力的差异进行物质分离的操作方法。由于果皮中含有钙、镁等离子及其它杂质，会影响果胶的纯度和质量，利用离子交换树脂可去除杂质提高果胶的质量。
3.1.4 酶提取法
酶法提取果胶是继酸提取法、微波提取法之后出现的一种果胶提取新方法。酶法提取果胶用酶根据果皮成分的构成进行选择，采用最多的有纤维素酶、半纤维素酶和糖苷酶，使用这些酶将与果胶紧密相连的其它组分酶解，从而将果胶单独分离出来。
3.1.5 果胶沉淀方法
果胶的沉淀法分为乙醇沉淀法和盐析沉淀法。这两种方法都是利用果胶在醇和盐溶液中生成沉淀的原理。盐析法通常采用明矾作为沉淀剂，由于明矾溶液中的 Al3+带有与果胶中的游离羧基相异的电荷，从而将果胶溶液酸胺化后与果胶羧基反应生成果胶酸盐[92].乙醇沉淀法是最常用的果胶析出方法，在果胶提取液中加入无水乙醇充分搅拌可生成沉淀。
盐沉淀法生产成本较低，但产品的灰分含量较高且色泽较深，品质较次。而乙醇沉淀法所生产的果胶灰分含量少、凝胶度高且色泽浅，品质好，虽然乙醇使用量较大，但是如果对废乙醇进行回收利用和循环使用，则可以降低生产成本。
本章通过设计四因素三水平正交试验，确定从柚子皮提取果胶的最佳工艺条件，并测定了从柚子皮中所提取的果胶的酯化度。
3.2 实验部分
3.2.1 试剂和仪器
实验所使用的化学试剂和实验仪器分别列于表 3-1 和表 3-2 中。
3.2.2 果胶的提取
采用酸提取法，以一定浓度的盐酸作为浸提液，从废弃柚子皮中提取出果胶，工艺流程图如图 3-1 所示。
3.2.3 果胶提取步骤
（1）原料预处理：将干燥的柚子皮切成 1-2cm 小块，用蒸馏水浸泡 30 min 中，然后水裕加热至 90 °C,保持 5 min.过滤，用清水洗涤柚皮，直到澄清，尽可能去除色素及可溶性非胶体物质；（2）酸水解：将洗涤干净的柚皮放入烧杯中，加入适量一定浓度的盐酸，并用0.5 mol/L 的 HCl 溶液调节 pH.将调节 pH 后的溶液置于一定温度的恒温水浴锅中反应一定时间获得提取液。然后趁热过滤，收集滤液；（3）滤液浓缩：为了减少乙醇的用量和提高果胶的提取率，将收集的滤液在 80 °C条件下蒸发浓缩至体积变为原来的一半；（4）乙醇沉淀：待滤液冷却后，在不断搅拌下加入等量的无水乙醇。离心分离过滤，即得湿果胶。
（5）干燥称重：将湿果胶全部移到培养皿上，冷冻干燥，即得到果胶成品。
3.2.4 果胶提取正交实验
由文献可知，影响果胶提取率的因素有很多，其中提取时间、pH 值、料液比和温度是对果胶提取率影响较大的四个因素[93-94].为确定果胶提取的最佳条件，以这四种因素为考察因素，每个因素设计三个水平（见表 3-3），采用 L9（34）正交表进行正交试验。
3.2.5 果胶提取率计算
果胶的提取率以质量分数计，按照式（3-1）计算。
3.2.6 果胶酯化度的测定
果胶酯化度的测定采用酸碱滴定法[95]:准确称取 500 mg 果胶，加入一定量的混合试剂（5 mL 7 mol/L HCl 和 100 mL 60%异丙醇相混合），搅拌 10 min,移入砂芯漏斗中，用混合剂洗涤，每次 15 mL 左右，续以 60%的异丙醇冲洗样品，至滤液不含氯化物为止（可用硝酸银溶液检验）。最后用 20 mL 60%的异丙醇洗涤，移入 105 °C 的烘箱中干燥 1 h,冷却，称量。
称取 50 mg 经冷却干燥的样品，移入 250 mL 锥形瓶中，用 2 mL 乙醇润湿，加入 100 mL 不含 CO2的水，用瓶塞塞紧，不断振荡。当样品溶解后，加 2 滴酚酞指示剂，用 0.02 mol/L NaOH 标准溶液进行滴定。记录所消耗的 NaOH 的体积毫升数（V1），即为原始滴定度。继续加入 20 mL 0.5 mol/LNaOH 溶液，加塞后强烈振荡 15 min,加入 20 mL 0.5 mol/L HCl 溶液，振荡至粉红色消失为止。然后加入 2 滴酚酞指示剂。用 0.02 mol/LNaOH 溶液进行滴定，至呈微红色，记录所消耗的 NaOH 的体积毫升数（V2），即为皂化滴定度。果胶的酯化度（DE）根据式（3-2）计算。
3.2.7 果胶红外分析
称取适量干燥后的果胶，并将其粉磨至面粉状，然后与干燥的 KBr 以质量比 1:100 研磨混合均匀，压片，用红外光谱仪进行扫描，扫描范围为 400~4000cm-1.
3.3 结果与讨论
3.3.1 果胶提取正交实验
表 3-4 所示的是在三种水平下所进行的果胶提取正交试验结果。极差是反映某个因素水平变动时总指标的变化，极差越大，某个因素水平变动时总指标的变化也就越大。由表 3-4 可知，在 A,B,C,D 四个因素中，A 的极差最大，然后依次为 D,B 和 C.因此，可以得出对果胶提取率的影响因素依次为提取温度>
提取时间>料液比>pH.根据正交试验结果可知，酸提取法提取果胶的最佳条件为 A3B2C2D2,即温度为 95 °C,料液比为 1:15,pH 值为 1.5,提取时间为 60 min.
3.3.2 果胶酯化度的测定
果胶酯化度是指甲脂化的半乳糖醛酸残基所占总的半乳糖醛酸残基的百分比，即果胶分子中平均每 100 个半乳糖醛酸残基 C6位上的以-COOCH3形式存在的个数，称为果胶的酯化度[96]
.表 3-5 为采用“酸碱滴定法”测定果胶酯化度的结果，经过三次重复实验，得到从柚子皮中所提取的果胶的酯化度为 67.1%,属于高脂果胶，这说明用来提取果胶的柚子皮已经成熟，原果胶转变为果胶。
3.3.3 果胶的红外光谱分析
将在最佳条件下提取的果胶通过 KBr 压片法进行红外分析，果胶的红外光谱图如图 3-2 所示。
从图 3-2 中可以看出：3424cm-1为 CO-OH 的伸缩振动吸收峰；2968cm-1处为 C-H 伸缩振动吸收峰；1746cm-1和 1635cm-1处分别为酯化羧基官能团（-COOCH3） 的 C=O 特征振动吸收峰和自由羧基（-COOH）中的 C=O 反对称振动吸收峰[97];1355 cm-1处为-CH3的非对称伸缩振动吸收峰；1230 cm-1为 C-O-C 的特征吸收峰；1097 cm-1为 C-O H 伸缩振动吸收峰；831cm-1为 C-H 弯曲振动吸收峰。通过红外分析可以证明此提取物确实为果胶，在图 3-2 中，羧基分为两个峰，1746 cm-1处的峰为非离子化羧基，而在 1355 cm-1处出现的-CH3的特征峰，说明所提取的果胶的羧基部分已经被酯化，含有-COOCH3.
3.4 本章小结
以废弃的柚子皮为原料，采用酸提取法，从柚子皮中提取出果胶并考察了其基本性质，结论如下：
（1）以柚子皮为原料，采用酸提取法从柚子皮中提取出果胶，确定了果胶提取的最佳条件为：提取温度为 95 °C,提取时间为 60 min,料液比为 1:15,pH 值为 1.5.此条件下，果胶提取率可达 5%以上。
（2）采用酸碱滴定法测得所提取果胶的酯化度（DE）为 67.1%,红外光谱对果胶的结构进行了表征，确定所提取的物质为部分羧基被酯化的果胶。
