苹果渣中果胶提取工艺研究

李涛

摘 要：选取三门峡地区种植数量较多的红富士苹果作为原料，对其榨汁后残留果渣进行去除果胶酶等预处理制得干果渣粉末，筛选出最适萃取剂，采用超声波辅助酸解法进行苹果渣中果胶物质的提取，以果胶产率为评价指标分别设计单因素及正交试验，最终得出此方法的最佳工艺条件组合为A2B3C3D3，即超声波频率65 kHz，提取温度80 ℃，提取pH值1.8，提取时间120 min，此条件下果胶产率可达13.12%。

关键词：苹果渣；果胶；超声波辅助酸解法；正交试验

中图分类号：TS201.7 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.01.005

果胶（Pectin） 是一种亲水性植物胶，结构如图1所示[1]，在高等植物细胞壁中分布广泛，常作为胶凝剂、稳定剂、增稠剂、组织改良剂等被应用于食品工业、医药、纺织业以及微生物生产等领域[2-3]。干苹果渣中果胶含量为10%～16%[4]，是提取果胶的理想材料，采用科学方法从苹果渣中进行果胶提取，一方面可促进苹果深加工，减少资源浪费和环境污染，另一方面又可开辟果胶生产新途径，切实创造出显著的经济和社会效益。

酸水解提取果胶在工业生产中最为常用，它利用了天然果胶中的非水溶性果胶可溶解于稀酸进而转化为水溶性果胶的特性[5]。近年来，不少学者开始用混合酸代替单一酸，大大提高了提取效果[6]。超声波辅助提取法是借助频率在20 kHz以上的超声波振动时产生的巨大能量形成“空化效应”，其形成的高达几百大气压的局部瞬间冲击波，可使固体表面及液体介质受到极大冲击，从而使得细胞破碎，植物中的有效成分从组织中释放出来[7-8]。此法无需加热、提取时间短，产品收率高且质量较好。本研究采用超声波辅助酸水解法，以期进一步提高果胶提取产率及质量。

1 材料和方法

1.1 材料与设备

本研究以灵宝寺河山红富士苹果为材料；所用磷酸、硫酸、盐酸、亚硫酸、无水乙醇等试剂均为AR级（国药集团）；设备主要包括：超声波清洗机（杭州法兰特），旋转蒸发仪（上海予英），真空冷冻干燥箱（杭州创意），PHS-3C-s型精密pH计（上海雷磁）等。

1.2 研究方法

1.2.1 原料预处理 将苹果渣置于沸水中煮沸约8 min，除去果胶酶，后转入高速组织捣碎机进行破碎，将破碎后果渣先用10倍体积水浸泡30 min，再用约40 ℃温水反复洗涤2～3次，使其中的可溶性糖类及色素等杂质去除，将制备好的湿果渣置于烘箱中，约70 ℃进行烘干直至水分含量约为8%，再次进行组织粉碎过孔径为0.25 mm的筛备用。

1.2.2 最佳萃取剂筛选 取干果渣粉5.00 g，按固液比1∶15加入水充分混合，分别选取不同有机酸：磷酸、硫酸、磷酸∶盐酸=3∶1，磷酸∶亚硫酸=1∶2作为萃取剂将浸提液pH值调至约2.2，90 ℃恒温浸提2 h左右，浸提过程中不时加以搅拌，将浸提得到的果胶提取液进一步纯化制备成果胶成品后进行果胶含量测定，果胶产率计算采用重量法。选择果胶产率最高的酸进行果胶提取液制备，为后续超声波辅助酸水解法提取果胶做好准备。

1.2.3 超声波辅助酸水解法提取果胶操作方法 称取预处理好的干果渣粉5.00 g，按固液比为1∶20加入蒸馏水搅拌均匀，加入1.2.2筛选出的最佳萃取剂进行pH值调节，然后选择一定提取温度，采用变频超声波辅助法进行果胶物质提取。浸提一段时间后进行抽滤，并将提取液置于旋转蒸发仪50 ℃进行浓缩，至果胶含量约4.0%，迅速降温冷却至室温。向浓缩后的提取液中加入适量脱色树脂进行脱色处理，后加入适量中性盐并均匀进行搅拌，将其静置盐析后离心收集沉淀，采用60%乙醇、3%盐酸与37%水组成脱盐溶液，对盐析沉淀所得果胶物质进行脱盐处理，时间为30 min，进一步去除残余盐类、杂质及色素等成分。将所得果胶滤干先置于-20 ℃下预冻24 h ，采用-52 ℃，真空度为1 Pa进行真空冷冻干燥，约72 h后即得果胶产品，并计算果胶产率。

1.3 超声波辅助酸水解法提取工艺研究

1.3.1 单因素试验 称取5.00 g预处理好的干苹果渣粉，将超声波功率调整固定为200 W，按照1.2.3中所述方法进行果胶物质提取，为分别筛选出最适超声波频率、最适提取温度、最适提取pH值及最适提取时间，提取时固定其中3个因素不变，仅改变剩余1个因素的数值，以此进行果胶提取操作，最终以果胶产率为评价指标选取最佳提取因素数值，为其后的正交试验做好准备，每个样品平行进行3次后取平均值。

1.3.2 确定最适超声波频率 称取5.00 g干苹果渣粉按固液比1∶20加入蒸馏水混合均匀，调整pH值为1.5，将超声波功率调整固定为200 W，提取时间80 min，温度70 ℃，分别选择不同的超声波频率25，45，65，80，100 kHz进行果胶提取，测定不同超声波频率下所得果胶产率，并在对比后确定出最适超声波频率。

1.3.3 确定最适提取温度 称取5.00 g干苹果渣粉按固液比1∶20加入蒸馏水混合均匀，调整pH值为1.5，将超声波功率调整固定为200 W，提取时间80 min，超声波频率65 kHz，分别选择不同的提取温度40，50，60，70，80 ℃进行果胶提取，测定不同提取温度下所得果胶产率，并在对比后确定出最适提取温度。

1.3.4 确定最适提取pH值 称取5.00 g干苹果渣粉按固液比1∶20加入蒸馏水混合均匀，将超声波功率调整固定为200 W，超声波频率65 kHz，提取时间80 min，温度70 ℃，分别选择不同的提取pH值1.25，1.5，1.65，1.8，2.0进行果胶提取，测定不同提取pH值下所得果胶产率，并在对比后确定出最适提取pH值。

1.3.5 确定最适提取时间 称取5.00 g干苹果渣粉按固液比1∶20加入蒸馏水混合均匀，调整pH值为1.5，将超声波功率调整固定为200 W，超声波频率65 kHz，提取温度70 ℃，分别选择不同的提取时间40，60，80，100，120 min进行果胶提取，测定不同提取时间下所得果胶产率，并在对比后确定出最适提取时间。

1.3.6 L9（34）正交试验设计 根据上述单因素试验的结果，选取超声波频率（A）、提取温度（B）、提取pH值（C）及提取时间（D）等4因素并选择每一因素较好的3个水平数值，以果胶产率为评价指标设计4因素3水平正交试验，分析正交试验结果最终确定超声波辅助酸水解法提取果胶最佳工艺条件组合。

1.4 果胶产品理化指标测定方法

（1）灰分测定：参照GB 25533—2010附录A中A.3。

（2）半乳糖醛酸含量：采用咔唑硫酸法进行吸光度测定（λ=530 nm）。

（3）铅含量：参照GB5009.12。

（4）甲氧基含量：容量法。

（5）果胶产率：重量法。

（6）酯化度：气相色谱法。

（7）色泽：参照GB 25533—2010中3.1感官要求。

（8）pH值：酸度计测定。

（9）透光率测定：采用可见分光光度法进行测定（λ=630 nm）。

3 结果与分析

3.1 萃取剂选择结果

工业上常采用无机酸进行果胶物质提取，在相同的条件下分别选择不同种类的酸进行果胶提取，其提取效果的区别如图2所示。

通过图2中的对比可明显看到，采用磷酸∶亚硫酸=1∶2所得果胶产率最高，为最佳萃取剂。

3.2 单因素试验结果

3.2.1 最适超声波频率 按照前述，分别选择不同的超声波频率25，45，65，80，100 kHz进行果胶提取，测定不同超声波频率下所得果胶产率并进行对比，结果如图3所示。

从图3中可明显看到，选择不同超声波频率对果胶产率有所影响，25 kHz下果胶产率低，45，65，80 kHz下果胶产率均较高，大于80 kHz产率又开始下降，故最适宜的超声波频率范围应为45～80 kHz。

3.2.2 最适提取温度 按照前述，分别选择不同提取温度40，50，60，70，80 ℃进行果胶提取，测定不同提取温度下所得果胶产率并进行对比，结果如图4所示。

从图4中可明显看到，选择不同提取温度对果胶产率有所影响，40，50 ℃下果胶产率均较低，60，70，80 ℃下果胶产率逐渐提高，故最适宜提取温度范围应为60～80 ℃。

3.2.3 最适提取pH值 按照前述，分别选择不同的提取pH值1.25，1.5，1.65，1.8，2.0进行果胶提取，测定不同提取pH值下所得果胶产率并进行对比，结果如图5所示。

从图5中可明显看到，选择不同提取pH值对果胶产率有所影响，pH值为1.25时果胶产率低，pH值为1.5，1.65，1.8时果胶产率均较高，pH值为2时产率又明显下降，故最适宜提取pH值范围应为1.5～1.8。

3.2.4 最适提取时间 按照前述，分别选择不同的提取时间40，60，80，100，120 min进行果胶提取，测定不同提取时间下所得果胶产率并进行对比，结果如图6所示。

从图6中可明显看到，选择不同提取时间对果胶产率有所影响，40，60 min下果胶产率均较低，80，100，120 min下果胶产率逐渐提高，故最适宜提取时间范围应为80～120 min。

3.3 正交试验结果及分析

根据3.2单因素试验的结果，分别选取超声波频率（A）、提取温度（B）、提取PH值（C）及提取时间（D）等4因素并选择每一因素较好的3个水平数值设计4因素3水平的正交试验，试验方案及结果如下（表7，表8）。

由表8中的正交试验结果可知，以果胶产率来评价超声波辅助酸水解提取果胶方法时，影响果胶产率高低的4因素主次顺序为D>B>A>C，即提取时间>提取温度>超声波频率>提取pH值，最佳的果胶提取工艺条件组合为A2B3C3D3，即超声波频率为65 kHz，提取温度为80 ℃，提取pH值为1.8，提取时间为120 min。

3.4 果胶产品理化指标测定结果

按照上述正交试验所得出的最佳工艺条件组合即超声波频率为65 kHz，提取温度为80 ℃，提取pH值为1.8，提取时间为120 min，进行超声波辅助酸水解法提取果胶产品的操作，然后采用动态树脂法进行脱色、选取Al2（S04）3作为盐析剂进行60 ℃盐析，沉淀60 min后脱盐、洗涤、干燥直至成品，对此最佳工艺条件下所得果胶产品进行理化指标检测，结果见表9。

4 结 论

本研究得出超声波辅助酸水解法提取果胶的最佳工艺条件组合为A2B3C3D3，即超声波频率为65 kHz，提取温度为80 ℃，提取pH值为1.8，提取时间为120 min。

将所得产品理化指标测定结果与果胶质量标准进行对照发现，本研究所得果胶产品质量完全符合国标要求，外观色泽良好，果胶产率达13.12%，工艺操作简便、经济实用。

参考文献：

[1] 胡国华.功能性食品胶[M].北京：化学工业出版社，2004：115-1381.

[2] 田三德，任红涛.果胶生产技术工艺现状及发展前景[J].食品科技，2003（1）：53-55.

[3] 苏艳玲，巫东堂.果胶研究进展[J].山西农业科学，2009（6）：82-86.

[4] 李彩凤，杨福有.苹果渣的营养成分及利用[J].饲料博览，2001（2）：38.

[5] 宪青，何淑清.从苹果渣中提取果胶的研究[J].农产品加工：学刊，2005（7）：32-34.

[6] 王川，游见明.芦荟中分离提取果胶的研究[J].现代食品科技，2006，3 （22）： 150-151.

[7] 孔臻，刘钟栋，陈肇锬.微波法从苹果渣中提取果胶的研究[J].郑州粮食学院学报，2000，21（2）：11-15.

[8] 阮尚全，黄雀宏，卓莉，等.超声波辅助提取塔罗科血橙皮中果胶的研究[J].河南农业科学，2013（1）：152-154.

1.3.6 L9（34）正交试验设计 根据上述单因素试验的结果，选取超声波频率（A）、提取温度（B）、提取pH值（C）及提取时间（D）等4因素并选择每一因素较好的3个水平数值，以果胶产率为评价指标设计4因素3水平正交试验，分析正交试验结果最终确定超声波辅助酸水解法提取果胶最佳工艺条件组合。

1.4 果胶产品理化指标测定方法

（1）灰分测定：参照GB 25533—2010附录A中A.3。

（2）半乳糖醛酸含量：采用咔唑硫酸法进行吸光度测定（λ=530 nm）。

（3）铅含量：参照GB5009.12。

（4）甲氧基含量：容量法。

（5）果胶产率：重量法。

（6）酯化度：气相色谱法。

（7）色泽：参照GB 25533—2010中3.1感官要求。

（8）pH值：酸度计测定。

（9）透光率测定：采用可见分光光度法进行测定（λ=630 nm）。

3 结果与分析

3.1 萃取剂选择结果

工业上常采用无机酸进行果胶物质提取，在相同的条件下分别选择不同种类的酸进行果胶提取，其提取效果的区别如图2所示。

通过图2中的对比可明显看到，采用磷酸∶亚硫酸=1∶2所得果胶产率最高，为最佳萃取剂。

3.2 单因素试验结果

3.2.1 最适超声波频率 按照前述，分别选择不同的超声波频率25，45，65，80，100 kHz进行果胶提取，测定不同超声波频率下所得果胶产率并进行对比，结果如图3所示。

从图3中可明显看到，选择不同超声波频率对果胶产率有所影响，25 kHz下果胶产率低，45，65，80 kHz下果胶产率均较高，大于80 kHz产率又开始下降，故最适宜的超声波频率范围应为45～80 kHz。

3.2.2 最适提取温度 按照前述，分别选择不同提取温度40，50，60，70，80 ℃进行果胶提取，测定不同提取温度下所得果胶产率并进行对比，结果如图4所示。

从图4中可明显看到，选择不同提取温度对果胶产率有所影响，40，50 ℃下果胶产率均较低，60，70，80 ℃下果胶产率逐渐提高，故最适宜提取温度范围应为60～80 ℃。

3.2.3 最适提取pH值 按照前述，分别选择不同的提取pH值1.25，1.5，1.65，1.8，2.0进行果胶提取，测定不同提取pH值下所得果胶产率并进行对比，结果如图5所示。

从图5中可明显看到，选择不同提取pH值对果胶产率有所影响，pH值为1.25时果胶产率低，pH值为1.5，1.65，1.8时果胶产率均较高，pH值为2时产率又明显下降，故最适宜提取pH值范围应为1.5～1.8。

3.2.4 最适提取时间 按照前述，分别选择不同的提取时间40，60，80，100，120 min进行果胶提取，测定不同提取时间下所得果胶产率并进行对比，结果如图6所示。

从图6中可明显看到，选择不同提取时间对果胶产率有所影响，40，60 min下果胶产率均较低，80，100，120 min下果胶产率逐渐提高，故最适宜提取时间范围应为80～120 min。

3.3 正交试验结果及分析

根据3.2单因素试验的结果，分别选取超声波频率（A）、提取温度（B）、提取PH值（C）及提取时间（D）等4因素并选择每一因素较好的3个水平数值设计4因素3水平的正交试验，试验方案及结果如下（表7，表8）。

由表8中的正交试验结果可知，以果胶产率来评价超声波辅助酸水解提取果胶方法时，影响果胶产率高低的4因素主次顺序为D>B>A>C，即提取时间>提取温度>超声波频率>提取pH值，最佳的果胶提取工艺条件组合为A2B3C3D3，即超声波频率为65 kHz，提取温度为80 ℃，提取pH值为1.8，提取时间为120 min。

3.4 果胶产品理化指标测定结果

按照上述正交试验所得出的最佳工艺条件组合即超声波频率为65 kHz，提取温度为80 ℃，提取pH值为1.8，提取时间为120 min，进行超声波辅助酸水解法提取果胶产品的操作，然后采用动态树脂法进行脱色、选取Al2（S04）3作为盐析剂进行60 ℃盐析，沉淀60 min后脱盐、洗涤、干燥直至成品，对此最佳工艺条件下所得果胶产品进行理化指标检测，结果见表9。

4 结 论

本研究得出超声波辅助酸水解法提取果胶的最佳工艺条件组合为A2B3C3D3，即超声波频率为65 kHz，提取温度为80 ℃，提取pH值为1.8，提取时间为120 min。

将所得产品理化指标测定结果与果胶质量标准进行对照发现，本研究所得果胶产品质量完全符合国标要求，外观色泽良好，果胶产率达13.12%，工艺操作简便、经济实用。

参考文献：

[1] 胡国华.功能性食品胶[M].北京：化学工业出版社，2004：115-1381.

[2] 田三德，任红涛.果胶生产技术工艺现状及发展前景[J].食品科技，2003（1）：53-55.

[3] 苏艳玲，巫东堂.果胶研究进展[J].山西农业科学，2009（6）：82-86.

[4] 李彩凤，杨福有.苹果渣的营养成分及利用[J].饲料博览，2001（2）：38.

[5] 宪青，何淑清.从苹果渣中提取果胶的研究[J].农产品加工：学刊，2005（7）：32-34.

[6] 王川，游见明.芦荟中分离提取果胶的研究[J].现代食品科技，2006，3 （22）： 150-151.

[7] 孔臻，刘钟栋，陈肇锬.微波法从苹果渣中提取果胶的研究[J].郑州粮食学院学报，2000，21（2）：11-15.

[8] 阮尚全，黄雀宏，卓莉，等.超声波辅助提取塔罗科血橙皮中果胶的研究[J].河南农业科学，2013（1）：152-154.

1.3.6 L9（34）正交试验设计 根据上述单因素试验的结果，选取超声波频率（A）、提取温度（B）、提取pH值（C）及提取时间（D）等4因素并选择每一因素较好的3个水平数值，以果胶产率为评价指标设计4因素3水平正交试验，分析正交试验结果最终确定超声波辅助酸水解法提取果胶最佳工艺条件组合。

1.4 果胶产品理化指标测定方法

（1）灰分测定：参照GB 25533—2010附录A中A.3。

（2）半乳糖醛酸含量：采用咔唑硫酸法进行吸光度测定（λ=530 nm）。

（3）铅含量：参照GB5009.12。

（4）甲氧基含量：容量法。

（5）果胶产率：重量法。

（6）酯化度：气相色谱法。

（7）色泽：参照GB 25533—2010中3.1感官要求。

（8）pH值：酸度计测定。

（9）透光率测定：采用可见分光光度法进行测定（λ=630 nm）。

3 结果与分析

3.1 萃取剂选择结果

工业上常采用无机酸进行果胶物质提取，在相同的条件下分别选择不同种类的酸进行果胶提取，其提取效果的区别如图2所示。

通过图2中的对比可明显看到，采用磷酸∶亚硫酸=1∶2所得果胶产率最高，为最佳萃取剂。

3.2 单因素试验结果

3.2.1 最适超声波频率 按照前述，分别选择不同的超声波频率25，45，65，80，100 kHz进行果胶提取，测定不同超声波频率下所得果胶产率并进行对比，结果如图3所示。

从图3中可明显看到，选择不同超声波频率对果胶产率有所影响，25 kHz下果胶产率低，45，65，80 kHz下果胶产率均较高，大于80 kHz产率又开始下降，故最适宜的超声波频率范围应为45～80 kHz。

3.2.2 最适提取温度 按照前述，分别选择不同提取温度40，50，60，70，80 ℃进行果胶提取，测定不同提取温度下所得果胶产率并进行对比，结果如图4所示。

从图4中可明显看到，选择不同提取温度对果胶产率有所影响，40，50 ℃下果胶产率均较低，60，70，80 ℃下果胶产率逐渐提高，故最适宜提取温度范围应为60～80 ℃。

3.2.3 最适提取pH值 按照前述，分别选择不同的提取pH值1.25，1.5，1.65，1.8，2.0进行果胶提取，测定不同提取pH值下所得果胶产率并进行对比，结果如图5所示。

从图5中可明显看到，选择不同提取pH值对果胶产率有所影响，pH值为1.25时果胶产率低，pH值为1.5，1.65，1.8时果胶产率均较高，pH值为2时产率又明显下降，故最适宜提取pH值范围应为1.5～1.8。

3.2.4 最适提取时间 按照前述，分别选择不同的提取时间40，60，80，100，120 min进行果胶提取，测定不同提取时间下所得果胶产率并进行对比，结果如图6所示。

从图6中可明显看到，选择不同提取时间对果胶产率有所影响，40，60 min下果胶产率均较低，80，100，120 min下果胶产率逐渐提高，故最适宜提取时间范围应为80～120 min。

3.3 正交试验结果及分析

根据3.2单因素试验的结果，分别选取超声波频率（A）、提取温度（B）、提取PH值（C）及提取时间（D）等4因素并选择每一因素较好的3个水平数值设计4因素3水平的正交试验，试验方案及结果如下（表7，表8）。

由表8中的正交试验结果可知，以果胶产率来评价超声波辅助酸水解提取果胶方法时，影响果胶产率高低的4因素主次顺序为D>B>A>C，即提取时间>提取温度>超声波频率>提取pH值，最佳的果胶提取工艺条件组合为A2B3C3D3，即超声波频率为65 kHz，提取温度为80 ℃，提取pH值为1.8，提取时间为120 min。

3.4 果胶产品理化指标测定结果

按照上述正交试验所得出的最佳工艺条件组合即超声波频率为65 kHz，提取温度为80 ℃，提取pH值为1.8，提取时间为120 min，进行超声波辅助酸水解法提取果胶产品的操作，然后采用动态树脂法进行脱色、选取Al2（S04）3作为盐析剂进行60 ℃盐析，沉淀60 min后脱盐、洗涤、干燥直至成品，对此最佳工艺条件下所得果胶产品进行理化指标检测，结果见表9。

4 结 论

本研究得出超声波辅助酸水解法提取果胶的最佳工艺条件组合为A2B3C3D3，即超声波频率为65 kHz，提取温度为80 ℃，提取pH值为1.8，提取时间为120 min。

将所得产品理化指标测定结果与果胶质量标准进行对照发现，本研究所得果胶产品质量完全符合国标要求，外观色泽良好，果胶产率达13.12%，工艺操作简便、经济实用。

参考文献：

[1] 胡国华.功能性食品胶[M].北京：化学工业出版社，2004：115-1381.

[2] 田三德，任红涛.果胶生产技术工艺现状及发展前景[J].食品科技，2003（1）：53-55.

[3] 苏艳玲，巫东堂.果胶研究进展[J].山西农业科学，2009（6）：82-86.

[4] 李彩凤，杨福有.苹果渣的营养成分及利用[J].饲料博览，2001（2）：38.

[5] 宪青，何淑清.从苹果渣中提取果胶的研究[J].农产品加工：学刊，2005（7）：32-34.

[6] 王川，游见明.芦荟中分离提取果胶的研究[J].现代食品科技，2006，3 （22）： 150-151.

[7] 孔臻，刘钟栋，陈肇锬.微波法从苹果渣中提取果胶的研究[J].郑州粮食学院学报，2000，21（2）：11-15.

[8] 阮尚全，黄雀宏，卓莉，等.超声波辅助提取塔罗科血橙皮中果胶的研究[J].河南农业科学，2013（1）：152-154.