海红果白兰地蒸馏残液提取海红果干中糖酸工艺研究

杨　辉, 田郭鹏, 刘子贤

(1.陕西科技大学 食品与生物工程学院， 陕西 西安　710021； 2.陕西府谷县聚金邦农产品开发公司， 陕西 府谷　719400)



海红果白兰地蒸馏残液提取海红果干中糖酸工艺研究

杨辉1, 田郭鹏1, 刘子贤2

(1.陕西科技大学 食品与生物工程学院， 陕西 西安710021； 2.陕西府谷县聚金邦农产品开发公司， 陕西 府谷719400)

摘要：为了充分利用海红果白兰地蒸馏残液，变废为宝，在其中加入海红果干热浸提果干中的糖和酸，以便进行后续的酒精和醋酸发酵，分别考察了料液比、浸提时间、浸提温度及果胶酶添加量对浸提液总糖和总酸的影响，在单因素实验基础上，以浸提液总糖和总酸为考量指标，采用正交实验优化得到了最佳浸提条件为：料液比为1∶5，浸提时间24 h，浸提温度50 ℃，果胶酶添加量0.3 g/L.在此条件下，浸提液总糖为79.71 g/L，总酸为7.26 g/L，海红果白兰地醪液总糖和总酸较浸提前分别提高了77.16 g/L与5.18 g/L.

关键词：海红果； 水果白兰地； 发酵； 热浸提; 正交试验

0引言

海红果，学名西府海棠，属于蔷薇科、梨亚科苹果属[1]，是我国西北地区的一种特色水果，主要分布于晋陕蒙三省交界处.现代药理学研究表明，海红果中含有丰富的维生素、氨基酸、黄酮等物质，具有很高的营养价值[2-4].

目前利用海红果加工海红果酒、果脯和果汁饮料等，海红果白兰地的生产是海红果深加工的新途径，是当地海红果利用率较高的一种加工方法，能最有效的解决卖果难问题.但是，在海红果白兰地的生产中产生大量的蒸馏残液，其中含有丰富的有机酸、氨基酸、多酚类和黄酮类物质[5-8]，由于缺乏有效的利用措施，蒸馏残液的处理变成了海红果白兰地生产的瓶颈，如果自然排放，对环境将会造成一定的污染，因此，寻找一种有效的综合利用方法对于海红果白兰地的生产，乃至海红果的发展是非常重要的.

果醋[9]是以水果或果品加工下脚料为主要原料，经酒精发酵、醋酸发酵酿制而成的营养丰富、风味优良的酸性调味品，它兼有水果和食醋的营养保健功能，是集营养、保健、食疗等功能为一体的新型饮品[10-12].基于蒸馏残液中丰富的营养和提高海红果加工量方面的考虑，本研究利用海红果白兰地蒸馏残液浸提海红果干中的糖和酸，经酒精发酵、醋酸发酵生产海红果醋.一方面蒸馏残液浸提所得到的海红果汁中氨基酸、有机酸、黄酮类等物质[13,14]比纯水浸提汁中更多，以此发酵得到的产品营养更丰富；另一方面海红果白兰地蒸馏残液含有一定量的有机酸，其pH值为3.5～4.0，有利于提汁中果胶酶的作用，酶解效率高，解决蒸馏残液的综合利用问题，同时提高海红果加工量，延长海红果产业链，有利于海红果业健康发展.

1材料与方法

1.1材料与试剂

海红果白兰地蒸馏残液(府谷县聚金邦农产品开发公司提供)，海红果干(市售)，葡萄糖(天津市科密欧化学试剂有限公司)，硫酸铜(天津市天力化学试剂有限公司)，酒石酸钾钠(天津市天力化学试剂有限公司)，邻苯二甲酸氢钾(天津市科密欧化学试剂有限公司)，盐酸(北京化工厂)，氢氧化钠(天津市科密欧化学试剂有限公司)，果胶酶(湖州礼来生物技术有限公司 ).所有试剂均为分析纯.

1.2仪器与设备

电子天平(赛多利斯仪器有限公司)，电热恒温水浴锅(DK-S22型，上海精宏实验设备有限公司)，PHS-4C+酸度计(成都市方舟科技有限公司)，78-1磁力加热搅拌器(天津市泰斯特仪器有限公司)，电子万用炉(天津市泰斯特有限公司).

1.3实验方法

1.3.1海红果白兰地蒸馏残液预处理

将海红果白兰地残液进行低温冷冻处理，然后分离，得到糖度2.75 g/L、酸度2.08 g/L、pH 3.68的上清液以及浓缩液，上清液用于浸提海红果干发酵果醋产品.浓缩液经过澄清过滤可进一步浓缩得到有机酸液用于有机酸饮料生产.

1.3.2海红果干糖酸营养成分的提取

称取一定质量的海红果干，采用海红果白兰地蒸馏残液酶解热提取法，以料液比1∶5于50 ℃水浴浸提24 h，冷却过滤得浸提液，采用菲林试剂直接滴定法测定浸提液总糖含量，酸碱中和滴定法测定浸提液总酸含量.

1.3.3菲林溶液的配制

溶液Ⅰ：称取34.7 g硫酸铜(CuSO4·5H2O)，溶于水，稀释至500 mL.

溶液Ⅱ：称取173 g酒石酸钾钠和50 g氢氧化钠，溶于水，稀释至500 mL.

使用时将溶液I与溶液II按同体积混合.

1.3.4海红果白兰地蒸馏残液浸提海红果干总糖和总酸单因素实验

将海红果白兰地蒸馏残液与海红果干按一定的比例进行混合，依据单因素实验方案，于混合的浸提液中加入一定量的果胶酶，控制浸提温度、时间、料液比和果胶酶添加量，进行单因素实验，冷却过滤，获取澄清的海红果干浸提液，测定其总糖和总酸含量.

(1)料液比的影响

在浸提温度为50 ℃，浸提时间为24 h，果胶酶添加量为0.3 g/L的条件下，选取浸提比例分别为1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7进行浸提.综合比较不同料液比条件下的总糖、总酸，选取适宜的料液比.

(2)浸提时间的影响

在浸提比例为1∶5，浸提温度为50 ℃，果胶酶添加量为0.3 g/L的条件下，选取浸提时间为12 h、18 h、24 h、30 h、36 h进行浸提.综合比较不同浸提时间总糖、总酸，确定最佳浸提时间.

(3)浸提温度的影响

在浸提比例为1∶5，浸提时间为24 h，果胶酶添加量为0.3 g/L的条件下，选取浸提温度为40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃进行浸提.综合比较不同浸提温度条件下总糖、总酸，确定最佳浸提温度.

(4)果胶酶添加量的影响

在浸提比例为1∶5，浸提时间为24 h，浸提温度为50 ℃的条件下，选取酶添加量为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/L进行浸提.综合比较不同的果胶酶添加量的条件下总糖、总酸，确定最佳果胶酶添加量.

1.3.5海红果白兰地蒸馏残液浸提海红果干条件的正交试验优化

根据单因素实验结果，以料液比(A)、浸提时间(B)、浸提温度(C)和果胶酶添加量(D)为因素，每个因素取3水平，按L9(34)正交试验进行试验，实验因素及水平依据单因素实验结果而定.

1.4分析方法

可溶性固形物(SSC)：手持折光仪法；总糖测定：费林法[15]；总酸测定：酸碱中和滴定法[15]； pH：酸度计法.

1.5试验结果的统计分析方法

2结果与讨论

2.1料液比对海红果干总糖和总酸提取量的影响

图1为料液比对浸提海红果干总糖和总酸提取量的影响.结果表明，随着残液用量的增加，浸提液中总糖和总酸含量均呈下降趋势.当料液比从1∶3减少到1∶5时，总糖和总酸含量均有较小幅度的降低.当料液比从1∶5减少到1∶7时，总糖和总酸含量下降幅度较大.当料液比为1∶7时，总糖和总酸含量降低到最小值42.01 g/L和4.10 g/L.这是由于醪液体积较大时，果干中营养物质是有限的，即便是全部溶于残液中也不会较大幅度的提高总糖和总酸的量，故浸提液中营养物质的含量较低，液体发酵醋国家标准规定总酸浓度3.5%，显然，上述糖度达不到醋酸发酵的基本要求，因此从对原料的利用率以及醋酸发酵中酸度的要求综合考虑，选择料液比为1∶5较为适宜.

图1　料液比对海红果干总糖和总酸提取量的影响

2.2浸提时间对海红果干总糖和总酸提取量的影响

浸提是糖分和有机酸在固液相间的传质过程，平衡时浸提率最高，但平衡状态的达到需要时间，因此，浸提时间对浸提率有一定的影响.图2为浸提时间对海红果白兰地蒸馏残液浸提海红果干总糖和总酸提取量的影响.

由图2可以看出，浸提时间不宜太短.在12～24 h这个阶段，总糖和总酸含量上升速度较快，结果差异较为显著(P<0.05)，海红果干里面的糖分和有机酸被充分提取出来，但在24 h之前，所得浸提液香气成分不够浓郁.当提取时间超过24 h，结果无显著性差异(P>0.05),总糖和总酸含量基本不变，此时，醪液与海红果干之间已接近浸提平衡，再增加浸提时间,总糖和总酸含量增加缓慢.由于时间过长，热浸提溶剂蒸发而发生浓缩不利于糖和酸的浸出，因此，综合考虑各项因素，选择浸提时间为24 h.

图2　浸提时间对海红果干总糖和总酸提取量的影响

2.3浸提温度对海红果干总糖和总酸提取量的影响

从热力学角度分析，温度是影响浸提平衡常数的重要因素之一，而浸提平衡常数决定糖和酸的浸提率，从动力学角度讲，温度也是影响浸提过程快慢的重要因素之一，影响到达浸提平衡的时间，进而影响浸提效率和设备效率.图3为浸提温度对浸提液总糖和总酸提取量的影响.

由图3可以看出，当浸提温度由40 ℃上升到60 ℃时，总糖含量在45～80 g/L之间，总酸含量在8～10 g/L之间，变化趋势是先逐渐上升，后面趋于平稳.经分析，在温度小于50 ℃时，在0.05的水平下，温度对总糖和总酸含量有显著性的差异(P<0.05)；当温度高于50 ℃时，温度对总糖和总酸含量无显著性差异(P>0.05).50 ℃与60 ℃无明显差异，对五组提取液进行感官品评，温度低于50 ℃时，浸提液糖度无法到达果醋发酵的酸度需求，而温度达到60 ℃时，浸提液则带有较重的焦糊味，同时，由于此温度较高，增加了生产上的热能损耗和生产成本，因此，综合各方面因素，浸提温度选择50 ℃较为适宜.

图3　浸提温度对海红果干总糖和总酸提取量的影响

2.4果胶酶添加量对海红果干总糖和总酸提取量的影响

果胶物质广泛存在于高等植物中，是细胞壁的一种组织成分，能够将细胞彼此粘合在一起.果胶酶一方面可以催化果胶分子链的β-消除裂解，并可以在很大程度上提高果汁产量；另一方面果胶在果胶酶的作用下部分水解后，原来被包裹在内的部分带正电荷的蛋白质颗粒暴露与其它负电荷的粒子相撞，从而导致絮凝的发生，达到澄清的目的.图4为果胶酶添加量对海红果干总糖和总酸提取量的影响.

由图4可以看出，浸提液中的总糖和总酸含量随着果胶酶的添加量呈现先上升后趋于平稳的趋势，这主要是由于在一定范围内，海红果干中的果胶随着果胶酶添加量的增多而分解的越多，总糖和总酸含量在浸提液中含量增加.当浸提液中总糖和总酸含量达到一定程度时，因含量有限，总糖和总酸含量趋于平衡，提取率不再增大.综合考虑各项因素，选择果胶酶添加量为0.3 g/L.

图4　果胶酶添加量对海红果干总糖和总酸提取量的影响

2.5正交试验优化

依据单因素实验，选定的正交试验因素水平如表1所示.

表1　海红果白兰地醪液浸提海红果干

表2和表3分别为海红果干浸提正交试验结果的极差分析和方差分析.综合考虑海红果干总糖提取量，通过正交分析得出理论最优组合.

表2　正交试验结果极差分析

表3　正交试验结果方差分析

表2极差分析结果显示，料液比(A)对浸提效果影响最大，其次是浸提时间(B),浸提温度(C)，果胶酶添加量(D)对浸提效果影响最小.表3方差分析结果表明，料液比、浸提时间对浸提液中总糖含量影响均显著(P<0.05)，通过直观分析最优组合条件为A1B3C3D2.即料液比1∶5，浸提时间24 h，浸提温度55 ℃，果胶酶添加量0.3 g/L.考虑到55 ℃会影响果胶酶活性以及增加醪液的蒸发量，在不影响浸提液品质的前提下，将温度调整为50 ℃.按调整后的最佳工艺进行三组平行验证性试验，试验结果如表4所示，结果表明，在最佳浸提工艺下，总糖含量为79.71 g/L，总酸含量为7.26 g/L，试验说明50 ℃更有利于果胶酶的作用.

表4　验证性试验

依据糖转化为乙醇和乙醇酸化规律，上述海红果干浸提液可酿造出4 °以上的果酒，经醋酸发酵可以得到醋酸浓度大于4%(wt)(假设乙醇醋化率为70%，酸含量按乙酸计)的海红果醋，符合液态发酵醋的国家标准.

3结论

(1)以海红果白兰地蒸馏残液为原料，经冷冻处理、酶法浸提海红果干，使残液中的糖酸等营养物质得到了充分利用，得到的果汁相对于纯水浸提，营养更加丰富，以此经过酒精和醋酸发酵可以生产浓度大于4%(wt)的海红果醋，符合液态发酵食用果醋国家标准.

(2)以海红果白兰地蒸馏残液酶法浸提海红果干，在料液比1∶5，浸提时间24 h，浸提温度50 ℃，果胶酶添加量0.3 g/L条件下得到的果汁总糖为79.71%(wt)，总酸为7.26%(wt)，浸提液果香浓郁，风味独特，典型性明显，总糖和总酸含量比较适合海红果醋的发酵.

参考文献

[1] 鲍智鸿,胡小松.海红(干果)果茶工艺与配方的研究[J].中国农学通报,1999,16(4):34-36.

[2] 徐怀德，张锁铃,贾世明.海红果系列产品加工技术[J].食品工业,1994,16(1):11-12.

[3] 王永熙,白与年.府谷海红子[J].果树科学,1995,12(增刊):153-154.

[4] 霍文兰.ICAP法测定海红果中微量元素的可行性研究[J].食品科技,2006,32(8):237-239.

[5] 赵亮,刘恩荔,李青山,等.紫外分光光度法测定海红果中总黄酮的含量[J].山西医科大学学报,2006,37(2):169-171.

[6] 初乐,吴茂玉,朱凤涛,等.我国海红果资源的开发与利用[J].中国果菜,2011,30(11):63.

[7] 赵福诗,赵丽芹.我国华北地区海红果生产现状及发展前景[J].内蒙古农业科技,2008,36(2):94-96.

[8] 葛睿,李青山,赵亮.海红果黄酮对垂体后叶素致急性心肌缺血的保护作用[J].山西医药杂志,2007,36(4):301-303.

[9] 董玉新，郭德智.果醋开发及果醋工艺研究[J].中国酿造,2000,25(2):25-27.

[10] 赵亮,李青山.海红果[J].食品与药品,2007,9(7):71-72.

[11] 赵亮.海红果药用价值的初步研究[D].太原:山西医科大学,2006.

[12] 刘步明,曹艳萍.从海红果皮渣中提取果胶的工艺研究[J].食品科学,2005,26(8):191-193.

[13] 徐玉霞,王华斌.酶法提取海红果总黄酮工艺及海红果黄酮粗提取物对Hela细胞的增值作用[J].中国农业大学学报,2013,18(1):54-59.

[14] 康安宁,康迎伟.河曲海红果的利用价值及栽培技术[J].落叶果树,2007,42(5):31-32.

[15] GB/T 15038-2006,葡萄酒、果酒通用分析方法[S].

Extraction of sugar and acid from dried

Haihong fruit with distilled liquid

YANG Hui1, TIAN Guo-peng1, LIU Zi-xian2

(1.School of Food and Biological Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Shaanxi Fugu County Jujinbang Agricultural Product Development Company, Fugu 719400, China)

Abstract:In order to full use of distilled liquid from Haihong brandy production,make waste profitable，dried Haihong fruit was added into the distilled liquid to extract sugar and acid in it by a thermal extraction way,so as to subsequent alcohol fermentation and acetic acid fermentation with the distilled liquid.The factors affacting on total concentration of sugar and acid in the resultant extracted liquid were investigated,including the mass-volume ratio of dried fruit to distilled liquid,extraction time,extraction temperature and pectinase addition.Based on single factor experiments,extraction conditions were optimized by a orthogonal test.The optimal extraction conditions are the mass-volume ratio of dried fruit to distilled liquid of 1∶5, extraction time of 24 h,extraction temperature of 50 ℃,pectinase addition of 0.3 g/L.Under these conditions, the content of total sugar in obtained juice is 79.91 g/L, and the content of total acid is 7.26 g/L. The content of the total sugar and total acid are increased by 77.16 g/L and 5.18 g/L respectively.

Key words:Haihong fruit; fruit brandy； fermention； thermal extraction； orthogonal test

中图分类号：TS262.7

文献标志码：A

文章编号：1000-5811(2015)05-0120-05

作者简介:杨辉(1960-)，男，陕西西安人，教授，博士生导师，研究方向：发酵工程和生物材料

基金项目：国家科技部科技成果转化项目(2013GB2G000473)； 陕西省科技厅重大科技创新计划项目(2011ZKC11-2)； 陕西科技大学学术带头人团队计划项目(2013XSD19)

收稿日期:*2015-07-29