西番莲果皮中果胶的微波辅助酶法提取方法与流程

本发明生物技术领域，具体涉及西番莲果皮中果胶的微波辅助酶法提取方法。

背景技术：

果胶是一种高分子量聚合体，属于碳水化合物的一种，广泛存在于植物中相邻细胞壁间的胞间层中。果胶因具有凝胶特性，可以作为增稠剂，凝胶剂，或者是蛋白质稳定剂。广泛应用于食品、药品和化妆品等领域中，具有很高的应用价值。目前我国市场上的果胶80%来自进口，国内果胶的生产能力低、产品质量较进口的差等问题，严重影响了我国果胶行业的发展。

西番莲(passifloraedulis)是西番莲科(passifloraceae)西番莲属(passifloral.)的多年生常绿藤本植物，其果汁含有多种酯类等香味成分，因香味独特，被誉为“百香果”。近年，国内种植西番莲规模逐渐扩大，福建地区也广泛种植，且果皮占果实的质量约50%，果胶含量较高。因此，西番莲果皮很适合用来提取果胶，若是能够充分利用西番莲果皮来提取果胶，可以缓解国内果胶的需求量，增加经济效益。然而，目前国内有关于西番莲果皮中的果胶提取纯化与分离的研究还处于初级阶段，仍有待进一步研究。

目前，果胶的提取方法主要有酸提法、碱萃取法、盐提取法、离子交换法、微波提取法、超声波提取法、酶提取法、连续逆流萃取法、超临界流体萃取法、高压脉冲电场法等。其中，针对西番莲果胶的研究有：纵伟等通过微波辅助法提取西番莲果皮果胶，提取率为2.84%，微波强化了果胶的提取，并且不改变果胶品质，但因微波温度提升很快，实验过程中需注意控制微波时间；陈妮娜在微波提取的基础上，加入了0.3%六偏磷酸钠为螯合剂，营造了温和的提取条件，减少果胶降解，在最适条件下提取率为13.72%；郑荣珍等采用传统酸提法研究了新鲜西番莲果皮与干果皮的提取，在最优条件下，鲜皮提取率为2.5%、干皮提取率为12.0%；陈颖珊等利用1:2混合的盐酸与30%柠檬酸混合液提取西番莲果皮中的果胶，最优条件下的提取率为10.98%，酯化度为63.77%，由实验可知盐酸获得的提取率是最高的，柠檬酸获得的酯化度是最高的，二者按一定比例混合具有一定的优势；刘运花等采用复合酶法，选取木质素酶、纤维素酶、半纤维素酶以最适配比进行提取，获得的西番莲果皮果胶提取率为2.63%±0.021%，该法避免了传统酸提法的缺点，防止提取时果胶降解，具有绿色环保节能的优点，但是酶的价格相对较高，一次选用三种酶，成本高；黄永春等运用超声波以超声功率200w、料液比1:20g/ml、提取温度40℃、超声时间35min，提取液ph值1.5条件下，得到西番莲果皮中果胶为2.51%，在此条件下不改变果胶的性质结构，不影响果胶质量，但超声提取需要准确把控时间，超声时间过长或过短均会改变果胶品质；朱文等通过酸提取得到果胶后，再经过碱脱酯制备得到低酯西番莲果胶，西番莲果皮中的果胶属于高酯果胶，若要得到低酯化度的果胶，则需要进行碱萃取脱酯工艺；该课题组还探索了草酸铵逆流萃取法于西番莲果皮中果胶的提取工艺，优化得到最佳条件为逆流萃取级数为3级、草酸铵浓度0.45%、温度90℃、提取时间5.5h，果皮质量与草酸铵体积比1:35，得到提取率为3.82%，但此工艺的提取时间过长；pinheiroes等以0.086%柠檬酸提取西番莲果皮中的果胶，以提高果胶的酯化度；mourafad等采用加热的盐酸溶液进行果胶的提取，提取率为15.71%。

目前，微波辅助提取法在核桃青皮、桔皮、柚皮等中均有文献报道。酶提法在向日葵盘、大豆皮中也有相关报道。但是微波辅助酶法却少有学者研究，采用微波辅助酶法提取西番莲果皮中的果胶尚未见文献报道。因此，本申请采用微波辅助酶法从西番莲果皮中提取果胶，并探讨最佳工艺条件，以提供果胶提取的研究方向，为后续学者的研究提供参考。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供西番莲果皮中果胶的微波辅助酶法提取方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

西番莲果皮中果胶的微波辅助酶法提取方法，包括如下：

（1）将新鲜西番莲果皮清洗后剪成细小碎片，放入100℃水中煮3~4min，从而钝化果胶酶活性，再用蒸馏水漂洗2~5次直至漂洗液无色，两层纱布沥干，然后置于60℃干燥箱中烘干，将烘干后的果皮置于多功能粉碎机中粉碎，过100目筛，得到的果皮粉备用；

（2）称取1.00g果皮粉末，按一定料液比加入蒸馏水混合均匀，酸性条件下放入微波炉中微波一定时间后取出，冷却至室温后，用盐酸调节ph值，加入纤维素酶，置于恒温水浴锅中酶解一段时间后，沸水浴灭酶，趁热离心过滤，获得果胶提取液，加入95%乙醇进行沉淀，析出果胶，经真空泵抽滤，95%乙醇洗涤后，放入干燥箱中于60℃干燥至恒重，研磨后制成果胶粉末。

进一步的，其提取条件为料液比1:30g/ml，微波时间3min，酶提取ph为6.0，纤维素酶浓度0.4g/100ml，酶提取温度45℃，酶提取时间3h。

本发明的优点在于：

本发明西番莲果皮的果胶提取率可达20.16%。此法提取的果胶提取率、酯化度、总半乳糖醛酸含量、胶凝度、膨胀力与持水力均高于传统酸提法提取的西番莲果皮果胶，属于高酯果胶（酯化度≥50%）。并将果胶应用于果冻与水果软糖制作中，体现出较好的果胶品质。

附图说明

图1酶提取时间对果胶提取率的影响。

图2酶提取ph对果胶提取率的影响。

图3微波时间对果胶提取率的影响。

图4酶提取温度对果胶提取率的影响。

图5酶浓度对果胶提取率的影响。

图6料液比对果胶提取率的影响。

图7制备获得的果冻样品。

图8室温放置三天后的果冻。

图9制备获得水果软糖样品。

具体实施方式

实施例1微波酶法提取西番莲果皮果胶的单因素实验

将新鲜西番莲果皮清洗后剪成细小碎片，放入100℃水中煮4min，从而钝化果胶酶活性，再用蒸馏水漂洗4次直至漂洗液无色，两层纱布沥干，然后置于60℃干燥箱中烘干，将烘干后的果皮置于多功能粉碎机中粉碎，过100目筛，得到的果皮粉备用。

按如下方法操作：称取果皮粉末，按一定料液比加入蒸馏水混合均匀，酸性条件下放入微波炉中微波一定时间后取出，冷却至室温后，用盐酸调节ph值，加入纤维素酶，置于恒温水浴锅中酶解一段时间后，沸水浴灭酶，趁热离心过滤，获得果胶提取液，加入95%乙醇进行沉淀，析出果胶，经真空泵抽滤，95%乙醇洗涤后，放入干燥箱中于60℃干燥至恒重，研磨后制成果胶粉末。

酶提取时间的影响：

准确称取6份西番莲果皮粉末于250ml烧杯中，分别按照酶提取时间为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5h，在料液比1:30g/ml、微波时间4min、酶提取ph为6.0、纤维素酶浓度0.4g/100ml、酶提取温度40℃的条件下提取果胶，计算果胶提取率，以考察酶提取时间对果胶提取率的影响。

结果由图1可知，提取率随着时间的增加而上升，当酶提取时间为3h时，西番莲果皮果胶的提取率最高，3h之后，提取率相对稳定。这是因为随着酶解时间的继续增长，酶活性不再增加。所以，酶提取时间为3h合适。

酶提取ph的影响：

准确称取5份西番莲果皮粉末于250ml烧杯中，分别加入盐酸调节酶提取ph值为3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，在料液比1:30g/ml、微波时间4min、纤维素酶浓度0.4g/100ml、酶提取温度40℃、最佳酶提取时间的条件下提取果胶，计算果胶提取率，以考察酶提取ph值对果胶提取率的影响。

结果由图2可知，果胶提取率先上升后下降。当ph值为4.0时，提取率最高，之后随着ph的增大，果胶提取率快速下降。这是由于纤维素酶作用与ph有关，随着ph的增大，酶活性增加，从而提高提取率，当ph达到一定数值时，继续增大ph值，会导致酶的活性降低，提取率下降。由此得出，纤维素酶ph值为4.0。

微波时间的影响：

准确称取5份西番莲果皮粉末于250ml烧杯中，分别设定微波时间为2，3，4，5，6min，在料液比1:30g/ml、纤维素酶浓度0.4g/100ml、酶提取温度40℃、最佳酶提取时间与最佳酶提取ph条件下提取果胶，计算果胶提取率，以考察微波时间对果胶提取率的影响。

结果由图3可知，果胶提取率呈先上升后下降趋势。在微波时间为3min时，果胶提取率最高。若微波时间太短，西番莲果皮中的果胶不能完全转化为水溶性果胶，提取率比较低。随着时间的延长，促使果胶充分水解成为水溶性果胶，提高提取率。但当微波时间=3min时，由于时间过长，使果胶遭到破坏，从而损失了部分果胶，提取率下降。因此，微波时间取3min适合。

酶提取温度的影响：

准确称取5份西番莲果皮粉末于250ml烧杯中，分别设定酶提取温度为35，40，45，50，55℃，在料液比1:30g/ml、纤维素酶浓度0.4g/100ml、最佳酶提取时间、最佳酶提取ph与最佳微波时间条件下提取果胶，计算果胶提取率，以考察酶提取温度对果胶提取率的影响。

结果由图4可知，随着纤维素酶提取温度的增加，果胶提取率先上升后下降，最后趋于平缓。当酶提取温度为40℃时，果胶的提取率最高。这是因为温度升高可提高酶活性，使果胶的提取率增加。温度过高，则酶的活性下降，提取率也会随之下降。后趋于平缓是因为热效应使果胶溶出的传质动力有所增加。此外，果胶黏度具有随着温度的上升而下降的流变性质，导致提取液黏度有所降低，从而减小了果胶的溶出阻力，即使是酶活性下降，对提取率的影响也不大。因此，纤维素酶提取温度选择40℃合适。

酶浓度的影响：

准确称取6份西番莲果皮粉末于250ml烧杯中，分别加入酶浓度为0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7g/100ml的纤维素酶，在料液比1:30g/ml、最佳酶提取时间、最佳酶提取ph、最佳微波时间与最佳酶提取温度条件下提取果胶，计算果胶提取率，以考察酶浓度对果胶提取率的影响。

结果由图5可知，果胶提取率随着酶浓度的增大，而呈现先增大后减小的趋势，对果胶的提取率影响较大，原因在于，当原料一定时，增大酶浓度，可使酶与原料充分作用，提高提取率。但当酶浓度增大到一定值后继续增大，会出现过度酶解现象，使果胶被降解成醇溶性的小分子，在后续操作中将会被过滤分离，导致果胶提取率下降。根据实验结果，纤维素酶浓度为0.4g/100ml时果胶提取率最高。因此，纤维素酶的最适浓度为0.4g/100ml。

料液比的影响：

准确称取6份西番莲果皮粉末于250ml烧杯中，分别按照料液比1:10，1:15，1:20，l:25，1:30，1:35g/ml加入蒸馏水，在最佳酶提取时间、最佳酶提取ph、最佳微波时间、最佳酶提取温度与最佳纤维素酶浓度条件下提取果胶，计算果胶提取率，以考察料液比对果胶提取率的影响。

结果由图6可知，随着料液比的增大，果胶提取率整体呈上升趋势，后趋于平缓。在料液比为1:30g/ml时，果胶的提取率较高。当料液比=1:30g/ml时，物料黏度大，西番莲果胶不能完全溶解于溶剂中，提取率较小；提高料液比，可使原料与溶剂、纤维素酶充分接触，有利于果胶溶出，提取率有所提高。但是当料液比=1:30g/ml时，原料中与溶剂中提取的果胶浓度差越来越小，而使果胶溶出量的增幅趋于平缓，并且还会增加后续的操作难度与时间。因此，料液比取1:30g/ml合适。

西番莲果皮中果胶提取条件的正交优化试验

通过以上单因素确定微波辅助酶法提取西番莲果皮中果胶的料液比、微波时间、纤维素酶浓度、酶提取ph值、酶提取温度、酶提取时间的参数基础上，选取重要参数，以果胶提取率为指标，采用4因素3水平的正交试验进行优化，确定最佳提取工艺条件。

在单因素实验的基础上，确定微波时间3min，酶提取时间3h条件下，以提取率为指标，选取纤维素酶提取温度（a）、酶浓度（b）、酶提取ph值（c）、料液比（d）4个影响较大的因素，每个因素3个水平设计正交试验l9（34）（见表1），得出实验结果（见表2）。

表1l9（3⁴）正交试验因素水平表

表2l9（3⁴）正交试验结果

从表2可知，酶提取温度对西番莲果皮果胶提取率的影响最大，其次为酶提取ph，次之为酶浓度，影响最小的因素是料液比。最优工艺条件组合是a3b2c3，因料液比影响力较小，三个实验水平均可行，但考虑到在实际操作中，微波功率大，升温快，若溶剂少，在微波时容易使物料焦化，溶剂多则不节约不环保，因此选用d2料液比为1:30g/ml，即最优工艺为酶提取温度45℃、酶浓度0.4g/100ml、酶提取ph为6.0、料液比1:30g/ml。由于此组合并未出现在正交试验表中，所以进行验证实验，得到西番莲果皮果胶的提取率为20.16%，比正交试验表中的最高提取率高，表明a3b2c3d2是最优工艺条件组合。

实施例2

将新鲜西番莲果皮清洗后剪成细小碎片，放入100℃水中煮4min，从而钝化果胶酶活性，再用蒸馏水漂洗4次直至漂洗液无色，两层纱布沥干，然后置于60℃干燥箱中烘干，将烘干后的果皮置于多功能粉碎机中粉碎，过100目筛，得到的果皮粉备用；

称取1.00g果皮粉末，按料液比1：30加入蒸馏水混合均匀，酸性条件下放入微波炉中微波3min后取出，冷却至室温后，用盐酸调节ph值6.0，加入纤维素酶0.4g/100ml，置于45℃恒温水浴锅中酶解3h后，沸水浴灭酶，趁热离心过滤，获得果胶提取液，加入95%乙醇进行沉淀，析出果胶，经真空泵抽滤，95%乙醇洗涤后，放入干燥箱中于60℃干燥至恒重，研磨后制成果胶粉末。

经过实验测得，得到西番莲果皮果胶的提取率为20.16%。

实施例3

以实施例2制备获得果胶与参考文献中传统酸提法最优工艺条件（参考文献：黄永春,马月飞,谢清若,等.超声波辅助提取西番莲果皮中果胶的研究[j].食品科学,2006,(10):341-344.）提取到的西番莲果皮中的果胶进行理化特性分析与对比，见表3。结果表明，两种方法提取到的果胶均为高酯果胶（酯化度=50%），总半乳糖醛酸含量均符合食品安全国家标准gb25533-2010（总半乳糖醛酸=65%），但本发明实施例3制备获得果胶各项理化特性指标均高于传统酸提法，具有良好的果胶性质。

表3微波辅助酶法与传统酸提法果胶特性

实施例4果胶在果冻中应用

取实施例2和上述传统酸提法提取的西番莲果皮果胶各0.3g，置于250ml烧杯中，加入31ml水，搅拌使其完全溶解，再加入35.7g白砂糖，加热并搅拌，使糖溶化，浓缩成54.7g，将其倒入事先加好0.8ml12.5%柠檬酸的标准杯中，迅速拌匀，于室温下静置24h即得到果冻。

实施例2与传统酸提法提取的西番莲果胶应用于果冻中的结果如图7所示。本申请提取的果胶应用于果冻中色泽较传统酸提法的清透，且提取的果胶能够使果冻完全成型，具有良好的弹性，而上述传统酸提法提取的果胶不能使果冻完全成型。

将制作好的果冻于室温下放置三天后如图8所示，本发明提取的果胶制成的果冻只渗透出少量的水，而由传统酸提法提取的果胶制成的果冻渗透出大量的水，几乎呈融化状态，可见，本发明提取的果胶品质好。

实施例5果胶在软糖中的应用

按照配料表（见表4）的比例称取材料即可。将称好的果胶粉及砂糖混合拌匀，备用。水及麦芽糖小火加热，将混合好的果胶粉及砂糖分三次加入，小火加热浓缩至浓缩液滴入冷水可凝固，加入柠檬酸液及西番莲果汁拌匀，即可离火。浓缩液放到浅盘内，冷却成型，切割成小块，表面沾细砂糖，即为成品。

表4水果软糖配料表

本发明实施例2提取的果胶应用于水果软糖中如图9所示，本发明提取的西番莲果皮果胶制成的软糖有弹性，而用上述传统酸提法提取的果胶质地酥松，可见，本发明果胶品质比传统酸提法的好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。