2021-4-9 | 营养学论文
本论文研究酸度、温度、时间、钙化合物添加量等因素对桔皮果胶钙产量的影响，从而为桔皮资源的开发、果胶钙的生产和应用、桔皮果胶的提取等方面提供理论基础和技术依据。
材料与方法
1.材料与仪器
桔皮：新鲜柑橘购于广州石牌东农贸市场，桔皮烘干后粉碎，过20目筛、密封备用；浓氨水、盐酸、氯化钙、氢氧化钙、乙醇均为分析纯。内径8cm，长度100cm的玻璃柱广州精科化玻仪器有限公司；FC204型电子天平上海精科天平厂；PL602-S型电子天平梅利勒-托利多中国地区；DHG-9070电热恒温鼓风干燥箱上海一恒科技有限公司；KDC-1044低速离心机科大创新股份有限公司；精密pH计上海安亭雷磁仪器厂；冷冻干燥机北京博医康实验仪器有限公司。
2.实验方法
1）工艺流程桔皮过筛（20目）→渗漉脱色→晾干→酸法提取→过滤→调节滤液pH→盐析沉淀→离心→冷冻干燥→果胶钙成品。
2)操作要点
①渗漉:将桔皮粉装入玻璃柱中，以60%乙醇渗漉，直至渗出液为淡黄色，将桔皮粉取出晾干后备用。此过程用以除去桔皮中的色素、橙皮苷等物质。
②提取:称取一定量经过渗漉的干燥桔皮粉，按质量体积比加入20倍蒸馏水，用浓盐酸调节pH=2，加热微沸1h，趁热用纱布过滤。提取两次，合并滤液，得到果胶提取液。
③盐析沉淀:浓氨水调节果胶提取液的pH，以0.013molCa/100g干桔皮的比例加入一定量氯化钙，不同温度水浴一定时间。选择盐析pH、水浴时间、水浴温度、氯化钙用量为研究对象，通过单因素实验，观察不同因素对果胶钙产量的影响。④离心3500r/min离心15min后，分别收集上清液和沉淀，测上清液的可溶性固形物含量并记下体积。
⑤冷冻干燥:将沉淀于-70℃冻结后进行冷冻干燥。
3.实验设计
1)单因素实验设计
①pH对果胶钙产量的影响:将由25g桔皮提取得到的果胶提取液均分为8等份，分别调节提取液的pH为8.25、8.50、8.75、9.00、9.25、9.50、9.75、10.00，固定其余各因素为：60℃水浴3h，每份加入4.0mL1.0mol/LCaCl2，考察pH对果胶钙产量的影响。②温度对果胶钙产量的影响:将由25g桔皮提取得到的果胶提取液调节pH后，均分为6等份，分别于20、30、40、50、60、70℃水浴，固定其余各因素为：pH=9.0，水浴3h，每份加入4.5mL1.0mol/LCaCl2，考察温度对果胶钙产量的影响。③时间对果胶钙产量的影响:由25g桔皮提取得到的果胶提取液调节pH后，均分为5等份，分别水浴2、4、6、8、10h，固定其余各因素为：pH=9.0，60℃水浴，每份加入6.5mL1.0mol/LCaCl2，考察时间对果胶钙产量的影响。④CaCl2用量对果胶钙产量的影响:将由25g桔皮提取得到的果胶提取液调节pH后，均分为6等份，分别加入0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mol/LCaCl2溶液4.5mL，固定其余各因素为：pH=9.0，60℃水浴3h，考察CaCl2用量对果胶钙产量的影响。
2)正交试验设计根据单因素实验结果，以pH、温度、时间、CaCl2用量为实验因素，果胶钙产量为实验指标，进行正交试验，其因素水平见表1(略)。1.4果胶钙产量果胶钙产量的计算公式如下：1010()100mVVm果胶钙产量/%=式中：m1为冻干果胶钙的质量，g；V0为离心前提取液体积，mL；V1为离心后上清液体积，mL；ρ为离心上清液的可溶性固形物含量，%；m0为干燥桔皮的重量，g。1.5数据处理本实验数据均为3个平行样的平均值，采用Excel软件作图，利用SPSS17.0对实验数据进行方差分析。
结果与分析
1)盐析pH对果胶钙产量的影响:盐析pH对桔皮果胶钙产量得影响如图1所示。图1表明，当pH为8.25~8.75时，果胶钙产量迅速增加；pH=8.75~9.75时，随着pH的升高，果胶钙产量增加趋势变缓，在pH=9.75达到最高；继续提高pH，产量下降。在一定范围内pH越高，越有利于果胶钙形成。其原因应当是在碱性条件下，桔皮中的高甲氧基果胶能够脱去甲氧基，暴露出更多的羧基阴离子而与阳离子钙结合，最大限度地使所有半乳糖醛酸链的游离羧基与钙离子络合形成“蛋箱结构”（图2，略），进而形成凝胶[11]。有研究表明，在中性或微酸性条件下，高甲氧基果胶容易发生β-消除反应，糖苷键断裂、果胶分子量变小，不利于分子间交联[12-13]。因此，碱性条件下形成果胶钙与有关理论是一致的。但是pH过高，果胶脱酯反应更迅速，果胶酯化度降低[14]，这虽然有助于果胶钙形成，但是得到的果胶的胶凝力降低。所以，初步选定盐析pH为9.75。
2)盐析温度对果胶钙产量的影响:盐析温度对桔皮果胶钙产量的影响如图3(略)所示。由图3可知，随温度升高，果胶钙产量先升后降，温度过高不利于果胶的盐析，因此，初步选取盐析温度为50℃。该现象不符合温度越高、分子运动越快而提高提取率的一般规律。这是因为在低温和碱性介质中，果胶发生皂化反应被脱酯，加钙离子容易凝胶；温度较高的碱性条件下，半乳糖醛酸链的α-1,4糖苷键的断裂更容易发生。这点与CatherineGarnier等[11]的研究结果一致。为了减少这一情况的发生，盐析温度不宜过高。
3)盐析时间对果胶钙产量的影响:盐析时间关系到果胶与钙离子是否能充分结合，该因素对桔皮果胶钙产量的影响如图4(略)所示。图4表明，盐析时间在2-10h内，随着时间的延长，果胶钙产量呈增长后下降的趋势，8h时产量最高，因此初步选定盐析时间为8h。
4)CaCl2用量的影响:氯化钙用量对果胶钙产量的影响如图5(略)所示，图5表明，果胶钙产量随氯化钙添加量的增加而提高。在果胶溶液中，随着体系钙离子浓度的提高，果胶与钙离子形成越来越多的“蛋箱”结合区，易构成凝胶的三维结构。同时，钙离子结合两条果胶分子链上的羧基离子，这样疏水的甲酯基暴露在凝胶体外表面，协助果胶分子间脱水，更有助于果胶钙结合区的稳定[13,15]，这两方面的作用使更多的果胶被分离出来。但是，当果胶链上与钙离子的结合区饱和后，再添加钙离子只是增加了一些微弱的静电力，对果胶钙凝胶的贡献非常小[16]。所以，初步选定氯化钙用量为9.6g/100g桔皮。
5)正交实验分析：根据以上单因素实验得出的条件，设计L9(34)正交试验以优化提取条件。由于正交设计中没有空白列，因此实验误差只能通过重复实验获得[17-18]。实验结果见表2和表3（略）。根据表2，各因素水平的优劣顺序为A3＞A2＞A1，B1＞B3＞B2，C1＞C2＞C3，D1＞D2＞D3，影响因素主次顺序为C＞A＞B＞D，确定的最佳组合为A3B1C1D1，即pH为10，盐析温度40℃，盐析时间为6h，氯化钙用量7.2g/100g桔皮。由表3的方差分析结果可知，pH、温度、时间三个因素对实验结果的影响均达到极显著水平（p＜0.01），CaCl2对实验结果影响不显著（p＞0.05）。验证实验得果胶钙的产量为19.67%，优于正交实验中的9组实验最高值（17.60%），说明优化后的组合为最佳组合。