酸法和酶法提取滇刺枣果胶的工艺

付双超，李冠男，赵欣宇，刘璐*

烟台南山学院健康学院（烟台 265713）

滇刺枣（学名：Ziziphus mauritianaLam.），是一种热带水果，外形与苹果非常相似，其味道兼顾梨子和苹果的特点，甜脆可口。滇刺枣起源于云南，在四川、广东、广西等地也广泛分布。近几年迅速在台湾发展，种植面积不断扩大，大部分产品由台湾运往大陆，因此市场多称其为台湾大枣，青枣等。滇刺枣果大，脆甜可口，含水量多，富含营养物质。其中碳水化合物含量最高，同时含有粗蛋白，且有种类丰富的维生素存在，除此以外多种微量元素和人体所需多种矿物质，其中的一些微量元素对于人体的生命活动必不可少，因此经常食用滇刺枣能够满足人体健康的需求。

果胶本质上是一组聚半乳糖醛酸。1824年，法国药剂师Bracennot首次从胡萝卜中提取得到，并将其命名为pectin[1]。研究发现，果胶是高等植物中细胞壁中重要组成成分，属于阴离子型聚电解质和酸性多糖。果胶物质糖醛酸残基上可以是游离的，也能以钠盐、钾盐、铵盐等形式或以甲酯化形式存在[2-3]。它具有良好的凝胶、增稠、稳定等性能，常应用于食品、医药、化工、纺织等行业[4]。

滇刺枣与酸枣仁时而难以区分，关于滇刺枣的研究文献不多，有关滇枣仁的研究多为与酸枣仁进行比较分析及鉴别[5]。国内对于提取滇刺枣果胶的研究较少，研究主要集中在滇刺枣的药用价值分析。如郭盛等[6]研究发现，滇刺枣干燥成熟种子在云南及其周边地区常作为地方惯用药材，功能与酸枣仁相一致；该研究还发现，滇刺枣树皮及果实在产地常作药用，具有清热止痛，收敛止泻功效。沈瑞芳等[7]研究发现其果实味甘、酸，食用后能调心肾交接，久服令人目清延年。

果胶被广泛应用于食品、医药、化工、纺织等行业，也在减肥、防癌抗癌、养生保健等方面有着巨大的食用药用价值[8]。研究发现，果胶具有降血糖、血脂等作用，可用于制作防治糖尿病、肥胖病、高血脂等疾病的药物[9]。果胶物质广泛存在于植物中，尤其是水果、蔬菜中较多，如苹果、橘皮、柚皮、柠檬和向日葵花盘等均是提取果胶的重要原料[10]。果胶常用的提取方法有酸水解法、离子交换树脂提取法、酶提取法、微波辅助提取法，其中应用最广泛的是酸水解提取果胶法[11]。果胶有着非常大的消费市场，据不完全统计，中国对果胶的需求量很大，但供给量却尤为不足[12]。因此，提高国内果胶产量十分必要。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

滇刺枣（市售）；无水乙醇；95%乙醇；80%乙醇；1 mol/L柠檬酸溶液；1 mol/L氢氧化钠溶液；纤维素酶（酶活力50 000 U/g）；蒸馏水。

1.1.2 仪器与设备

DSY-9002戴生高速万碎机（永康市九顺莹商贸有限公司）；MP10001电子天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）；FA2004精密电子天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）；HH-2数显恒温水浴锅（上海梅香仪器有限公司）；9246MBE电热鼓风干燥箱（上海博讯实业有限责任公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 基本工艺流程

1.2.1.1 酸水解法

原料预处理→酸提→醇沉→干燥→称量→计算

1.2.1.2 纤维素酶法

原料预处理→加酶→醇沉→干燥→称量→计算

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 酸水解法

1.2.2.1.1 原料预处理

将新鲜大枣去核，破碎制成果渣，加热到90～95℃保温10 min灭果胶酶酶活，用50 ℃热水漂洗灭酶后的样品，洗至没有颜色为止，并且没有异味，反复用蒸馏水清洗几次洗去可溶性糖，每次漂洗都要用纱布挤干再进行下一次漂洗，洗完放入烘箱中烘干，粉碎后得到滇刺枣原料。

1.2.2.1.2 酸提

称取经预处理的适量滇刺枣粉，用柠檬酸调节pH，加热至适宜酸水解的温度，在恒温水浴中水解一段时间，水解期间不断搅动。将纱布对折2次，趁热用纱布过滤，收集滤液为原滤液，量取体积。

1.2.2.1.3 醇沉

滤液冷却后，用氢氧化钠溶液调pH 3.5～4.0，量取1.5倍原滤液体积的乙醇，在不断搅拌下缓缓加入95%乙醇，一边缓缓加入，一边逐渐发现絮状沉淀物大量析出，静置一段时间后，用纱布过滤得湿果胶。

1.2.2.1.4 干燥

将湿果胶转移于100 mL小烧杯中，加入一定量无水乙醇用于湿果胶洗涤，过滤，迅速挤干，将脱水的果胶摊开，在烘箱中以60～70 ℃温度干燥0.5 h，得到干果胶。

1.2.2.2 纤维素酶法

1.2.2.2.1 原料处理

纤维素酶法中原料处理步骤与酸水解法原料处理步骤相同。

1.2.2.2.2 加酶提取

称取适量滇刺枣粉末，加入一定量蒸馏水，调节pH 4.5，加入一定浓度纤维素酶，在适当温度下酶解一段时间。用纱布进行过滤，得到原滤液并量取原滤液体积。

1.2.2.2.3 果胶沉淀

按一定比例加入原滤液1.5倍体积的95%乙醇，使沉淀析出，静置一定时间，过滤，所得的果胶用80%乙醇清洗，用95%乙醇脱水。

1.2.2.2.4 干燥

将湿果胶转移于100 mL小烧杯中，加入一定量无水乙醇用于湿果胶洗涤，过滤，弄干之后，将脱水的果胶放入表面皿中摊开，在烘箱中以60～70 ℃温度干燥0.5 h，得到干果胶。

1.2.3 酸水解法提取果胶单因素试验

影响酸水解法提取果胶的因素主要有pH、提取温度和提取时间3个因素，对这3个因素进行单因素试验。

确定初始提取条件。取1 g滇刺枣粉，按料液比1︰10（g/mL）加入柠檬酸，调节pH 2.0，在85 ℃下水解80 min，考察不同pH（1.0，1.5，2.0，2.5和3.0）、温度（75，80，85，90和95 ℃）、水解时间（40，60，80，100和120 min）对提取率的影响。

1.2.4 纤维素酶法提取果胶单因素试验

影响纤维素法提取果胶的因素主要有纤维素酶添加量、提取温度和提取时间3个因素，对这3个因素进行单因素试验。

确定初始提取条件。取1 g滇刺枣粉，在45 ℃下纤维素酶添加量3.0%的溶液中酶解3 h，考察不同纤维素酶法酶的添加量（1%，2%，3%，4%和5%），温度（35，40，45，50和55 ℃），时间（1，2，3，4和5 h）对提取率的影响。

1.2.5 酸水解法的正交试验

由单因素试验可知，pH、水解时间和水解温度这3个因素对产品有影响，以这3个因素进行L9(33)正交试验。利用酸水解，确定最佳提取工艺，见表1。

表1 酸法L9(33)正交试验因素水平

1.2.6 纤维素酶法的正交试验

由单因素试验可知，加酶量、提取温度和提取时间这3个因素对产品有影响，以这3个因素进行L9(33)正交试验。确定最佳工艺条件，见表2。

表2 酶法L9(33)正交试验因素水平

1.2.7 计算方法

2 结果与分析

2.1 酸水解法的单因素试验

2.1.1 pH单因素试验结果由图1可知，pH 1～2时，果胶提取量增大，pH＞2时，果胶提取量逐步减小。因此，选取最适pH 2，此时得到最大提取量。原理是酸度太大时，原果胶水解程度大，果胶脱酯降解，导致果胶提取率低；pH＞2时，破坏果胶稳定性，果胶易于水解成果胶酸，导致果胶提取提取率下降。任秋慧等[13]采用酸法提取苹果渣中果胶，结论与试验结果一致。

图1 不同提取pH对果胶提取率的影响

2.1.2 水解温度的单因素试验结果

由图2可知，随着温度增大，果胶提取率先上升后增长放缓，温度达到90 ℃时，果胶提取率最大；温度超过90 ℃时，果胶提取量很快减小。原因是刚开始温度较低，原果胶水解程度低，温度高于90 ℃，果胶耐热性很差，水解过程太过剧烈后，果胶发生一部分降解，从而果胶提取量减少，提取率迅速降低。戴余军等[14]通过酸解醇沉法提取柑橘皮果胶，分析浸提温度低和浸提温度过高的情况，结论均与试验结果一致。

图2 不同水解温度对果胶提取率的影响

2.1.3 水解时间的单因素试验结果

由图3可知，随着时间延长，提取出的果胶缓慢增多，80 min时达到最大，此后果胶提取量迅速下降，一开始下降较快，后来减缓。水解时间小于80 min，原果胶会发生不完全水解；水解时间大于80 min，会造成果胶的热解反应，果胶提取率降低。戴余军等[14]利用酸解法柑橘皮中果胶进行提取发现，浸提时间过短，原果胶水解程度较低，浸提时间过长，果胶降解越多，结论均与试验结果一致。

2.2 纤维素酶法的单因素试验

2.2.1 加酶量的单因素试验结果由图4可知，加酶量2%～3%时，果胶提取率随着加酶量增加而增大，加酶量3%时果胶提取率达到最大；加酶量超过3%，果胶提取率缓慢减小。分析原因为，加酶量太小时，纤维素酶解不完全，增加纤维素酶用量时，会引入其他杂酶，也有可能是随着纤维素用量增多，使酶附着在一起降低酶的活性，部分果胶水解从而影响果胶提取率。赵广河等[15]对提取香蕉皮中的果胶开展酸法和酶法的研究，结论均与试验结果一致。

图3 不同水解时间对果胶提取率的影响

图4 不同加酶量对果胶提取率的影响

2.2.2 提取温度的单因素试验结果

由图5可知，温度为30～40 ℃时，果胶提取率先缓慢增加，温度为40～50 ℃时，果胶提取率增长较快，温度为50 ℃时果胶提取率达到最大。温度大于50 ℃，果胶提取率先缓慢降低，而后迅速降低。分析原因，随着温度升高，纤维素酶的活性逐渐升高，最终达到最适温度，得出最高果胶提取率，超过最适温度时，纤维素酶会导致结构改变，发生变形导致酶失活，使得果胶提取率迅速降低。王慧[16]采用酶法制备甘薯中果胶，结论均与试验结果一致。

图5 不同提取温度对果胶提取率的影响

2.2.3 提取时间的单因素试验结果

由图6可知，随着时间延长，果胶提取率缓慢增加，时间3 h时达到最大提取率，而后又缓慢下降。分析原因是，随着时间延长，纤维素酶活性缓慢显现，水解完全得到最大果胶溶出率，而继续延长时间，纤维素酶制剂中的杂酶可能水解果胶，也可能是由于酶的水解产物大量增加后与果胶分子竞争的结果。石海燕[17]采用复合酶法提取向日葵中的果胶，分析果胶提取率变化，结论均与试验结果相符。

图6 不同提取时间对果胶提取率的影响

2.3 确定酸水解法提取果胶最佳工艺的正交试验

以pH（A）、水解时间（B）、水解温度（C）作为3个因素，从每个因素中各取3个水平，进行L9(33)正交试验。酸水解法工艺条件的正交试验结果见表3。

表3 酸法提取滇刺枣中果胶的正交试验结果

从表3酸法提取滇刺枣中果胶的正交试验结果中可以看出，影响果胶提取的大小程度因素大致为A＞C＞B，即为pH＞水解温度＞水解时间。最优水平为A1B2C3，即pH 1.5、水解时间80 min、水解温度90 ℃。其结果A1B2C3与正交试验最优组合A2B2C3不相同，进行验证试验，见表4。

经过验证试验，得出最优组合为A1B2C3，即pH 1.5、水解时间80 min、水解温度90 ℃时，为滇刺枣的酸法提取果胶的最佳提取工艺，最佳果胶提取率为13.62%。

表4 验证试验

2.4 确定纤维素酶法提取果胶最佳工艺的正交试验

以加酶量（A）、提取温度（B）、提取时间（C）作为3个因素，从每个因素中各取3个水平，进行L9(33)正交试验。纤维素酶法工艺条件的正交试验结果见表5。

从表5中酶法提取滇刺枣中果胶的正交试验结果可以看出，影响滇刺枣果胶提取的大小程度因素大致为B＞A＞C，即为提取温度＞加酶量＞提取时间。最优水平为A3B3C2，即加酶量3.5%、提取温度55 ℃、提取时间3 h时，提取率达到最高水平，为10.20%。

表5 酶法提取滇刺枣中果胶的正交试验结果

2.5 酸水解法和酶法的比较

酸水解法的优点为耗时短、成本低、提取率高；缺点为对设备要求较高，应用于实际生产中时，工厂应利用耐腐蚀性设备对滇刺枣果胶进行酸提。

酶法的优点为催化效率相对较高，可使原料水解完全；缺点为纤维素酶的费用高，使得制作成本高，复合酶酶量不好控制，提取率低。

综合比较，酸水解法优于酶法。

3 结论

试验采用柠檬酸法和纤维素酶法提取滇刺枣中果胶，通过提取率的大小比较得出2种方法最佳提取工艺条件。

1) 由酸水解法的单因素和正交试验结果可得出，pH 1.5、温度90 ℃、时间80 min时，提取率达到最高水平，为13.62%。

2) 由酸水解法的正交试验可知，3个水平因素对果胶提取率的影响大小是pH＞温度＞时间。

3) 由纤维素酶法的单因素和正交试验结果可得出，在加酶量3.5%、温度55 ℃、时间3 h时，提取率达到最高水平，为10.20%。

4) 由纤维素酶法的正交试验可知，3个水平因素对果胶提取率的影响大小是温度＞加酶量＞时间。

5) 由酸水解法和纤维素酶法的最佳提取工艺条件可知，酸水解法优于酶法。