库拉索芦荟皮中果胶提取工艺的优化研究
果胶又称果胶酯酸，具有良好的胶凝性和乳化稳定性，广泛应用于食品、医药、日化及纺织等众多领域。在食品行业中，果胶常被作为胶凝剂、增稠剂、稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增香增效剂［1］，其需求量也在日益增长，倍受人们的青睐。果胶不仅是膳食纤维的主要成份，而且在医药保健方面具有良好的抗菌、抗癌、抗衰老、降低血脂、降低血糖、止血、治疗糖尿病和减肥等多种保健功效，近年来在医学界同样引起了高度的关注。结合国内外近年来的研究成果，采用酸水解法提取各种原料中果胶的报道较多［2－4］。酸水解乙醇沉淀法虽然效果较好，但浓缩提取液时能耗大，需注意的是乙醇的用量和回收都需要掌握好时间和技巧，若对其工艺进行深入研究和改进，相信能够取得较好的实验结果和经济效益［5－8］。本论文采用酸水解乙醇沉淀法对芦荟皮和芦荟肉中果胶含量进行研究，包括对芦荟皮和芦荟肉分别进行提取实验，最佳工艺条件的确定、单因素实验和正交实验对果胶得率的影响，从而确定芦荟皮和芦荟肉中果胶的含量。目前，芦荟深加工在我国的发展还比较落后，利用率比较低，通过本实验的研究，作者了解到虽然酸水解乙醇沉淀法提取芦荟果胶存在一些缺陷，但是各种条件比较容易控制，且果胶质量好，工艺操作较简单，得出一些有价值的数据，无论是为以后的科学研究，还是为工业生产、医学研究、食品开发，提高芦荟的利用价值和利用率都有一定的科学意义［9］。
1·材料与方法
1.1材料与仪器
新鲜的库拉索芦荟(Aloe barbadensis Mill)由辽宁医学院食品科学与工程学院提供;乙醚、乙醇、盐酸、乙酸、氨水、活性炭以上化学试剂均为分析纯。DK－98－11A型电热恒温水浴锅天津市秦斯特仪器有限公司;FA2004N型电子天平上海精密科学仪器有限公司;JJ－2型组织捣碎机江苏金坛市环宇科学仪器厂;PHS－3B型精密pH计上海雷磁;SHZ－型循环水真空泵上海亚荣生化仪器厂;恒温磁力搅拌器、干燥箱。
1.2实验方法
1.2.1工艺流程［10］
皮、肉漂洗、沥干→加去离子水、加热→过滤→搅碎→调解pH→加热→过滤→活性炭脱色→乙醇沉淀→抽滤→干燥→称重→果胶。
1.2.2操作要点
1.2.2.1原材料预处理
除去新鲜的芦荟皮上的泥土、洗净，用刀将芦荟皮和肉分离，分别取20.0g，再分别加入适量的去离子水，加热至50～65℃，保持10min，以达到灭酶的目的，先后将芦荟皮及肉分别用搅拌机打碎成细碎颗粒，使原果胶充分暴露，再用纱布过滤。
1.2.2.2调节pH
加入2～4倍的去离子水，用盐酸调节至相应pH，分别将处理好的皮和肉放在水浴锅里，按本实验要求的温度加热，水解相应要求的时间。趁热过滤，滤渣用提取液洗涤2～3次，直至不粘稠为止，将滤液合并，得到含有果胶的滤液。
1.2.2.3脱色
分别向两份滤液(芦荟皮和肉)中加入活性炭脱色，活性炭用量5.0g/100mL，放置15min，抽滤，回收滤液［11－13］。
1.2.2.4乙醇沉淀
滤液分别用氨水调pH至3.0～4.0，并用95%乙醇调节到溶液中乙醇浓度为50%，果胶以絮状沉淀析出，静置2h后抽滤，用95%的乙醇对滤出的果胶(透明)进行3次清洗，都用抽滤法除去乙醇。
1.2.2.5干燥称重
将所得果胶成品放至恒温干燥箱中干燥至恒重后，果胶为淡黄色或白色粉末，称所得果胶的重量。
1.2.3单因素实验对芦荟皮和肉中果胶产量的影响
1.2.3.1温度对芦荟皮和肉中果胶产量的影响
提取液分别为50mL，选取提取液pH2.5，提取时间为120min，料液比为1∶15(g∶mL，下同)，提取温度分别为60、70、80、90、100、110℃，称取果胶重量后，比较得出提取果胶的最佳温度。
1.2.3.2提取时间对芦荟皮和肉中果胶产量的影响
提取液分别为50mL，选取提取液pH2.5，料液比为1∶15，提取温度90℃，提取时间分别为80、100、120、140、160min，称取果胶重量后，比较得出提取果胶的最佳提取时间。
1.2.3.3提取液pH对芦荟皮和肉中果胶产量的影响
提取液分别为50mL，选取提取温度90℃，提取时间为120min，料液比为1∶15，改变pH分别在1.0、1.5、2.0、2.5、3.0时提取果胶，称取果胶重量后，比较得出果胶提取的最佳pH。
1.2.3.4料液比对芦荟皮和肉中果胶产量的影响
提取液分别为50mL，选取提取液pH2.5，提取时间为120min，提取温度90℃，料液比分别为1∶10、1∶15、1∶20、1∶25，称取果胶重量后，比较得出果胶的最佳料液比。
1.2.4正交实验
在预实验的基础上，得出库拉索芦荟果肉中不含果胶，而芦荟皮中含有大量果胶。进一步利用L9(34)正交实验(见表1)，优化芦荟皮中果胶提取工艺参数(提取液pH、料液比、提取温度、提取时间)。
1.2.5果胶的鉴定和测定
1.2.5.1果胶的定性鉴定［14］
a.在1%果胶液中加入等体积的乙醇，观察是否呈半透明的凝胶状沉淀。
b.在1%水溶液5mL中加入2.0mol/L氢氧化钠溶液1mL，在室温下放置15min，观察是否形成凝胶或半凝胶。
c.取果胶1.0g，加水40mL，不断搅拌，观察是否呈粘稠状液体。d.取果胶0.1g，加水50mL，再加乙醇20mL，不断搅拌，观察是否出现悬浮絮状沉淀。
e.取果胶0.4g，加水30mL，加热并不断搅拌，使果胶完全溶解，加蔗糖36.5g，继续加热浓缩至54.7g，倒入含有12.5%的柠檬酸溶液0.8mL的烧杯中，冷却后观察是否呈柔软而有弹性的胶冻。
1.2.5.2其他项目的测定果胶产量:重量法，计算公式如下:
果胶产量(g/20g)=W1－W0(空白纸重量)
式中:W0为空白纸重量，g;W1为含果胶纸重量，g。
果胶得率(%)=果胶产量/芦荟皮重量(即20g)×100
水分含量测定:直接干燥法;灰分测定:
GB5009.4－1985;凝胶强度测定:GBn246－85，以上参照《食品添加剂手册》［15］。
2·结果与讨论
2.1果胶定性鉴别
在1%果胶溶液中加入等体积的乙醇，呈半透明的凝胶状沉淀;在1%水溶液5mL中加入2.0mol/L氢氧化钠溶液1mL，在室温下放置15min，形成凝胶或半凝胶;取果胶1.0g，加水40mL，不断搅拌，呈粘稠状液体;取果胶0.1g，加水50mL，再加乙醇20mL，不断搅拌，即出现悬浮絮状沉淀;取果胶0.4g，加水30mL，加热并不断搅拌，使果胶完全溶解。加蔗糖36.5g，继续加热浓缩至54.7g，倒入含有12.5%柠檬酸溶液0.8mL的烧杯中，冷却后即呈柔软而有弹性的胶冻。
2.2单因素实验结果
2.2.1提取温度对果胶产量的影响提取温度对皮中果胶产量的影响结果如图1所示。
由图1可知，一定温度范围内，温度的升高有利于果胶的提取，果胶的产量随着提取温度的升高而增加，加快了果胶的提取速率。温度偏低时，果胶的溶解速度较慢，产量不高;适宜的高温有利于原果胶水解为可溶性果胶，提高了果胶的产量和品质;但是提取温度过高时，果胶耐热性较差并且发生水解，降低了果胶产量。因此果胶的提取温度应该控制在90℃左右时产量最佳。
选取提取液pH3.0，提取时间为70min，料液比为1∶20，提取温度为60、70、80、90、100、110℃时，芦荟肉中未提取出果胶。2.2.2提取时间对果胶产量的影响提取时间对皮中果胶产量的影响结果如图2所示。
由图2可以看出，提取时间同样对果胶的产量有着重要的影响，呈先上升后下降的趋势。果胶产量随着时间的延长而呈现递增趋势，但上升一定程度后随着时间的延长果胶的产量逐渐降低。因为提取时间过短，原果胶不能充分水解成可溶性果胶，降低果胶产量，延长提取时间有利于原果胶充分水解成可溶性果胶;但提取时间过长时，造成果胶分子链发生热降解和酸降解反应，同样严重影响果胶产量，因而控制好提取时间至关重要。因此提取时间应该控制在120min为适宜时间。
选取提取液pH3.0，料液比为1∶20，提取温度80℃，提取时间分别为80、100、120、140、160min时，芦荟肉中未提取出果胶。
2.2.3提取pH对果胶产量的影响
提取pH对皮中果胶产量的影响结果如图3所示。
图3可看出，曲线呈先上升后下降趋势，曲线的转折点为pH2.5时，即果胶产量最大，酸水解提取果胶是利用果皮中的非水溶性原果胶在稀酸溶液中转化成水溶性果胶，果胶不溶于乙醇，所以将乙醇溶液加入高浓度果胶溶液中，从而果胶沉淀析出。因而酸的浓度对产量有很大影响，pH过低，即酸的浓度较高，酸对果胶分子内的化学键破坏作用增大，反应过于强烈，使一部分原果胶完全水解，产量降低;pH过高，即酸的浓度较低，水解反应很慢，同样降低果胶产量。本实验结果表明，果胶提取的pH控制在2.5左右为宜。
选取提取温度80℃，提取时间为70min，料液比为1∶20，提取pH分别在1.0、1.5、2.0、2.5、3.0时，芦荟肉中未提取出果胶。
2.2.4料液比对果胶产量的影响料液比对皮中果胶产量的影响结果如图4所示。
由图4可知，从料液比1∶10至1∶15阶段曲线为上升趋势，料液比1∶15至1∶25为逐渐下降趋势，料液比对果胶产量有一定影响，应尽可能使分解的可溶性果胶转移到溶液中去，使果胶被充分提取且提取液有适宜的粘度，较高的料液比虽然缩短了提取时间但是降低了果胶产量，因而料液比不宜过大。在以上实验条件下，结果显示料液比在1∶15时提取果胶的产量最佳。
选取提取液pH3.0，提取时间为70min，提取温度80℃，料液比分别为1∶10、1∶15、1∶20、1∶25对芦荟肉中未提取出果胶。
2.3正交实验的结果
按表1选取料液比、提取液pH、提取温度、提取时间四个因素在三个水平上进行正交实验，所得结果如表2所示。
本实验采用极差分析法，对各因素的R值(极差)的大小进行比较分析。结果表明，四个因素对果胶提取工艺的影响主次顺序为:D＞A＞B＞C，即提取时间＞料液比＞提取液pH＞提取温度。通过正交实验确定最佳组合为A2B3C1D2，经过进一步实验验证在提取时间在100min，料液比在1∶15，提取液pH在2.5，提取温度在80℃的条件下果胶产量0.84g/20g，所以芦荟皮中果胶提取的最佳工艺条件为:提取时间为100min，料液比1∶15，提取液pH2.5，提取温度80℃，在此条件下果胶的产量最大，粉碎过筛即得到成品，为白色粉末。
从2.2单因素实验结果表明，在库拉索芦荟果肉中没有提取出果胶，故本实验没有进行芦荟果肉正交实验。
2.4果胶的测定
果胶产量采用重量法，水分含量测定采用直接干燥法，灰分测定采用GB5009.4－l985，凝胶强度测定采用GBn246－85。按上述的方法对实验得出芦荟果胶进行各个项目的检测，测量的结果见表3。
果胶产量采用重量法得0.84g/20g，果胶得率为4.2%，水分含量采用直接干燥法为8.1%，灰分为3.84%，凝胶强度为146。
3·结论
本论文分别从芦荟皮和芦荟肉中提取果胶，结果表明从芦荟肉中未提取出果胶，而芦荟皮中果胶含量丰富。实验确定提取时间、提取温度、提取液pH和料液比四个因素为提取果胶的主要影响因素，并通过正交实验极差法分析得四个因素对果胶提取工艺的影响主次顺序为:提取时间＞料液比＞提取液pH＞提取温度。正交实验得到酸水解乙醇沉淀法提取芦荟皮中果胶的最佳工艺条件为:提取温度80℃，提取时间100min，提取液pH2.5，料液比1∶15。在此条件下，果胶产量为0.84g/20g，果胶得率为4.2%。酸水解乙醇沉法提取芦荟果胶的特点是技术比较成熟，各种条件比较比较好控制，且果胶质量好，为白色无味固体粉末，但乙醇消耗量大，增加了果胶制备的成本。