蘋果渣中果膠酸提工藝的初步研究

王曉東+邵娟+郭俊花+許先猛

摘 要：研究了蘋果渣中果膠的酸提工藝，為企業規模化生產提供依據。在單因素試驗的基礎上，通過正交試驗和驗證試驗，綜合考慮果膠得率、果膠品質和實際工業生產成本，研究提取液pH值、料液比、酸提溫度和酸提時間對蘋果渣中果膠提取效果的影響。結果顯示，酸提最佳工藝條件為：提取液pH值2.0、料液比1∶15、酸提溫度80 ℃、酸提時間4 h，在此條件下，果膠得率為11.4%，且顏色品質較好。

關鍵詞：蘋果渣；果膠；酸提工藝；得率

中圖分類號：TS201.1 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.07.012

Preliminary Study on Extraction Technology with Acid of Pectin from Apple Pomace

WANG Xiaodong1，SHAO Juan2，GUO Junhua1，XU Xianmeng1

（1.Department of Organic Food Engineering， Yuncheng Polytechnic College，Yuncheng， Shanxi 044000， China；2. Wanrong County No. 2 Middle School， Wanrong， Shanxi 044200， China）

Abstract： Extraction technology with acid of pectin from apple pomace was studied to provide evidence for industrialization. Through single-factor test ， orthogonal test and verification test， considering extraction yield， quality and actual industrial production cost， the effect of pH， ratio of raw material to extractant， extraction temperature and extraction time on the extraction of pectin from apple pomace were studied. Results showed that the best technology combination was as follows： the pH was 2.0， the ratio of raw material to extractant was 1﹕15， the extraction temperature was 80 ℃， the extraction time was 4 h. Under these conditions， the extraction yield of pectin from apple pomace reached to 11.4%， and color quality was good.

Key words： apple pomace； pectin； extraction technology with acid； extraction yield

蘋果渣是蘋果濃縮汁生產中的副產物，出渣率占到20%～40%，以往其只有小部分被粗加工后用作飼料[1]。相關研究表明，蘋果渣中富含水溶性膳食纖維（主要為果膠）和不溶性膳食纖維，而膳食纖維在現代營養學中被譽為“第七營養素”，經常合理地攝入可以降低諸如便秘、腸癌、肥胖癥、糖尿病、高血脂等的發病率[2-4]；而果膠作為重要的原料還被廣泛地應用于食品、醫藥和日化領域中[5-10]。

蘋果濃縮汁的生產帶有明顯的季節性，非蘋果采收季相對閑散，部分加工人員只能拿到少量的基本工資，人員流動性較大。經典的酸提醇沉法生產果膠，對設備要求較簡單，一般濃縮果汁加工廠的設備稍經改造后即可投入使用。有研究表明，制約我國醇沉法生產果膠的因素之一是耗用的乙醇量太大，成本太高[11]；而濃縮蘋果汁和蘋果香精生產中的副產物之一——高濃度醇，以往用處不大，這里就可作為醇沉的原料進行果膠的生產。所以，若能在濃縮果汁生產季節將果渣干燥保存，在非生產季節進行果膠的合適規模生產，不僅能夠延長企業的加工期和產業鏈，給企業和員工帶來更多的經濟利益；而且也能實現資源的充分利用，符合國家綠色經濟的導向。

有研究表明，在果膠酸提工藝中，酸液浸提過程是最重要的步驟，其效果直接決定著果膠的最終產量，并對質量也有很大的影響。本試驗采用正交分析法優化蘋果渣中果膠酸提工藝，旨在為后期的工業化生產提供依據。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

干蘋果渣、體積分數80%以上的醇，由陜西海升果業股份有限公司運城分公司提供；濃鹽酸、次氯酸鈉等試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

CPA224S 型電子天平，德國賽多利斯科學儀器有限公司；FW100型高速萬能粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司；PB-10型pH計，德國賽多利斯科學儀器有限公司；HH-501型電子恒溫水浴鍋，常州翔天實驗儀器廠；RE-2000A型旋轉蒸發儀，上海亞榮生化儀器廠；TGL-16G型高速臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；DHG-9203A 型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 蘋果渣果膠提取工藝 果膠提取工藝：干蘋果渣——粉碎，過篩孔尺寸為0.25 mm的篩——70 ℃水洗20 min，固液分離——酸液水解固體——固液分離——濾液濃縮——3倍體積醇沉——混合液質量0.15%的次氯酸鈉脫色——固液分離，漂洗——固體干燥，粉碎。

1.3.2 果膠得率的計算 果膠得率=果膠干質量/果渣干質量×100%。

1.3.3 果膠酸提單因素試驗 稱取20 g過篩好的蘋果干渣粉末，在所設定的單因素條件下提取果膠，以果膠得率為指標，進行酸提試驗。試驗重復3次，取其平均值。

（1）提取液pH值對果膠得率的影響。固定料液比為1∶20、提取時間為4 h、提取溫度為80 ℃，用鹽酸調pH值至1.5，2.0，2.5，3.0進行果膠提取，考察提取液pH值對果膠提取效果的影響。

（2）料液比對果膠得率的影響 固定pH值為2.0、提取時間為4 h、提取溫度為80 ℃，分別以料液比1∶10，1∶15，1∶20，1∶25進行果膠提取，考察料液比對果膠提取效果的影響。

（3）溫度對果膠得率的影響 固定料液比為1∶20、pH值為2.0、提取時間為4 h，分別以提取溫度60，70，80，90 ℃進行果膠提取，考察溫度對果膠提取效果的影響。

（4）提取時間對果膠得率的影響 固定料液比為1∶20、pH值為2.0、提取溫度為80 ℃，分別以提取時間2，4，6，8 h進行果膠提取，考察提取時間對果膠提取效果的影響。

1.3.4 果膠酸提正交試驗 根據單因素試驗結果，確定提取液pH值（A）、料液比（B）、酸提溫度（C）、酸提時間（D）為正交試驗的4個因素，進行4因素3水平正交試驗，因素水平設計如表1所示。試驗重復3次，取其平均值。

2 結果與分析

2.1 提取液pH值對果膠得率的影響

從圖1可以看出，在其他條件不變的情況下，提取液pH值為2.0時，果膠得率最高，為12.3%；pH值過高或過低，果膠得率都有所下降，尤其當pH值過高時，果膠得率較低。可能是由于pH值過高（pH=3.0），原果膠不能充分被水解，而pH值過低（pH=1.5），長期高溫酸液環境導致部分果膠又被水解[12-13]，且pH值為1.5時果膠的顏色較2.0時深。

2.2 料液比對果膠得率的影響

從圖2可以看出，在其他條件不變的情況下，隨提取液料液比上升，果膠得率呈現先上升后趨于平緩的態勢，料液比為（1∶15）～（1∶25）的條件對果膠得率影響較小，其得率分別為10.6%，11.2%和12.1%。

2.3 酸提溫度對果膠得率的影響

從圖3可以看出，在其他條件不變的情況下，溫度對果膠得率的影響較大，且隨溫度升高，果膠得率也升高；當溫度為80，90 ℃時，果膠得率分別為11.9%和12.3%，后者果膠的顏色較前者深。

2.4 酸提時間對果膠得率的影響

從圖4可以看出， 2～6 h內，隨提取時間延長，果膠得率呈上升趨勢；6 h時，果膠得率最高，為12.9%；之后隨時間的延長，果膠得率稍又下降。可能是由于酸提時間過短（t=2 h），原果膠不能充分水解；而酸提時間過長（t=8 h），部分果膠又被進一步水解成果膠酸，從而降低了果膠得率[11-12]。

2.5 正交試驗結果與分析

以果膠得率為考察指標設計正交試驗，其結果如表2所示。

從表2極差值大小可以看出，影響果膠酸提效果各因素的主次順序為酸提溫度>酸提時間>提取液pH值>料液比；果膠得率最高的酸提工藝條件為A1B3C3D3，即提取液pH值1.5、料液比1∶25、酸提溫度90 ℃、酸提時間6 h，在此條件下，果膠得率最高，為13.9%。

但考慮在工業生產中，pH值越低，除消耗酸越多外，對設備的耐酸性要求也越高；酸提溫度越高，耗能越高；酸提時間過長也會增加時間成本，且pH值過低（pH=1.5）和溫度過高（t=90 ℃）時，果膠的顏色較深，品質較差；料液比為次要因素，且提取液比例上升會導致成本的增加和提取效率的下降。綜合以上原因，選取最優酸提條件為A2B1C2D2，即提取液pH值2.0、料液比1∶15、酸提溫度80 ℃、酸提時間4 h。并進行驗證試驗，在此條件下果膠得率為11.4%，且顏色品質較好。

3 結 論

本試驗對蘋果渣果膠酸提工藝進行優化，在單因素試驗的基礎上，通過正交試驗和驗證試驗，綜合考慮果膠得率、果膠品質和實際工業生產成本，結果得到，蘋果渣果膠酸提最佳工藝條件為：提取液pH值2.0、料液比1∶15、酸提溫度80 ℃、酸提時間4 h，在此條件下，果膠得率為11.4%，且顏色品質較好。且在醇沉過程中，利用了濃縮蘋果汁和蘋果香精生產中的副產物——高濃度醇，很好地解決了傳統醇沉法生產果膠中乙醇成本太高的制約因素，有利于下一步的工業化生產。

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