山楂酒发酵残渣利用工艺的研究

厉盈颖，陈 鑫，张俊杰

（淮海工学院海洋生命与水产学院，江苏连云港222000）

山楂是我国常见的药食两用水果，具有促消化、降血脂等多种保健功能[1]。随着人们消费水平的提高，山楂酒、山楂糕、山楂果酱等制品层出不穷，促进了山楂制品行业的不断发展。在山楂制品加工过程中会产生大量果渣等，这些废渣大部分都被丢弃，容易造成环境污染。

山楂被称为“果胶之王”，其果胶含量高达6.4%[2-3]，山楂酒废渣中也会有大量果胶残留。果胶可广泛运用于生产果酱、果冻等产品。目前国内果胶的生产主要从苹果渣、柑橘皮中提取[4-5]，对于山楂制品废渣中果胶的提取工艺研究较少。实验对山楂酒废渣中的果胶物质提取工艺进行了研究，对工业上的废渣利用具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂

山楂酒发酵残渣：连云港市凯威酒业有限公司提供。

盐酸、95%乙醇溶液：南京化学试剂有限公司。

活性炭：郑州永坤环保科技有限公司。

白砂糖：上海好汁味糖业有限公司。

1.2 仪器与设备

HW-YS电热恒温水浴锅：上海精宏实验设备有限公司。

D-37520冷冻离心机：赛默飞世尔科技(中国)有限公司。

BP221S电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司。

DHG-9240A电热鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司。

NDJ-7旋转式黏度计：上海天平仪器厂。

1.3 试验方法

1.3.1 果胶提取工艺流程

山楂酒发酵残渣→水洗处理→酸水解→过滤→脱色处理→过滤→乙醇沉淀→取出湿果胶→干燥至恒重→成品干果胶

1.3.2 水解温度的确定

取等质量山楂酒发酵残渣6份，按1∶3(g/mL)的料液比加入0.01 mol/L HCl溶液，调节pH值至2.0～2.5，分别在50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、120℃下水解50 min，确定最佳提取温度。

1.3.3 活性炭用量的确定

山楂酒发酵残渣经酸水解后得到果胶液，量取等量果胶液3份，分别加入0.5%、1%、1.5%活性炭进行脱色，确定活性炭的最佳添加量。

1.3.4 脱色温度的确定

量取等量果胶液4份，分别在25℃、40℃、50℃、60℃条件下进行脱色加热，确定活性炭脱色的最佳温度。

1.3.5 脱色时间的确定

量取等量果胶液2份，分别脱色处理20 min、40 min，确定活性炭脱色的最佳时间。

1.3.6 乙醇用量的确定

量取等量果胶脱色液3份，分别加入0.5倍、1.5倍、2倍体积的乙醇溶液进行沉淀，确定乙醇沉降果胶的最佳用量。

1.3.7 果胶成品性质测定

将成品干果胶在不同条件下溶解后，置于旋转式黏度计中进行黏度测定，并将3种果胶溶液进行搅打，观察其凝胶状况。

水溶果胶液：称取0.25 g干果胶成品，加入25 mL蒸馏水，加热溶解。

酸溶果胶液：称取0.15 g干果胶成品，加入15 mL HCl溶液，加热溶解。

加糖果胶液：按70%的浓度添加白砂糖于1%果胶水溶液中。

1.4 计算公式

果胶提取率按如下公式计算：

2 结果与讨论

2.1 果胶提取率计算

采用直接干燥法，将样品烘干至恒重，测得山楂酒发酵残渣水分含量为89.03%，因此得出果胶提取率公式为：

2.2 水解温度的确定

果胶通常以原果胶、果胶和果胶酸这3种形式存在于植物的果实、根茎等部位中[6]，不溶于乙醇等有机溶剂，其中天然果胶中的不溶性原果胶物质，会在酸的作用下转化为水溶性果胶[7]。新鲜山楂果中含有大量的果胶物质，山楂酒酿制后会有大量残渣，因此需要通过酸水解，将山楂酒发酵残渣中的不溶性原果胶转化成可溶性果胶，再进行提取。

取等量山楂酒发酵残渣，按1∶3(g/mL)的料液比加入0.01 mol/L HCl溶液，调节pH值至2.0～2.5，分别在50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、120℃下进行水解，确定最佳提取温度。结果见图1。

由图1可看出，随着温度升高，果胶提取率增大，在90℃时提取率最高，但温度继续升高，果胶提取率显著降低。由于果胶耐热性差，温度过高会使果胶裂解为多糖分子，果胶结构被破坏，凝胶程度降低，乙醇无法将果胶沉降，导致果胶提取率降低[5]。因此确定酸水解的温度为90℃。

图1 不同酸水解温度的果胶提取率

2.3 活性炭用量的确定

由于山楂中花色苷类色素含量丰富，所提取的果胶成品中也会有色素残留[8]，导致干果胶成品颜色偏红，因此需要通过脱色来优化果胶成品品质。

等量果胶水解液中分别加入0.5%、1%、1.5%活性炭进行脱色，确定活性炭的最佳添加量。结果见图2、图3。

图2 不同活性炭添加量下脱色后的果胶液

图3 不同活性炭添加量的果胶提取率

由图2可知，1.5%活性炭添加量所得果胶脱色液效果最好，颜色几乎透明。此外，考虑活性炭吸附作用较强，而果胶液黏度较大，在脱色时可能会有部分果胶被吸附，影响果胶提取率[9]，因此将不同活性炭添加量所得脱色后的果胶液进行醇沉，进而得到果胶成品，来比较不同活性炭添加量对提取率的影响。图3结果显示，3种不同添加量的果胶提取率偏差不大，说明活性炭添加量对果胶提取影响很小。为了得到较好品质的果胶成品，确定了1.5%活性炭添加量为果胶脱色最佳添加量。

2.4 活性炭脱色时间的确定

将等量果胶液在40℃下分别脱色处理20 min、40 min，确定脱色最佳时间。结果见图4。

图4 不同时间脱色处理所得果胶沉淀

由图4可知，40℃下脱色处理20 min后的果胶液在加入乙醇后，有明显的白色沉淀，而脱色处理40 min后的果胶液在加入乙醇溶液后，没有产生明显的白色沉淀。由于果胶自身絮凝作用较强，加上活性炭有很强的吸附作用，不仅会吸附果胶液中的色素，也会对果胶物质产生吸附作用[10]。如果活性炭脱色时间过长，会使部分果胶吸附在活性炭中而使果胶造成损失，而脱色时间过短，会使色素吸附不完全，获得的果胶成品质量较差。因此，选择以20 min作为活性炭脱色时间为最佳。

2.5 活性炭脱色温度的确定

等量果胶水解液在不同温度下进行脱色处理，确定活性炭脱色的最佳温度。结果见图5。

由图5可知，在不同温度下进行活性炭脱色，所得果胶脱色液颜色几乎没有差别，说明脱色温度对果胶脱色效果影响不大。考虑温度越高，能耗越大，为了节约能源，确定25℃为活性炭脱色的最佳温度。

2.6 乙醇用量的确定

目前工业上普遍采用传统的酸提取法来提取果胶，利用果胶不溶于乙醇及其他有机溶剂的原理来使果胶物质沉淀，工艺上通常采用2倍体积乙醇溶液沉淀果胶[7]，乙醇消耗量大，会使工业成本偏高。

图5不同脱色温度下的果胶液

将等量果胶液分别在不同体积倍数的乙醇溶液中沉淀，确定乙醇的最佳用量。结果见图6。

图6 不同乙醇用量下果胶提取率

由图6可知，不同乙醇用量下所得果胶提取率差异较小，说明乙醇用量对果胶提取率影响不显著。考虑工业上乙醇使用过多会加大成本，故选择0.5倍体积乙醇沉淀果胶为最佳用量。

2.7 果胶成品性质测定（图7、图8）

图7 不同溶解条件下果胶液黏度

图8 不同果胶溶解液搅打后所得样品

由图7、图8可知，果胶在酸性和加糖的条件下溶解黏度远高于水溶性果胶，且水溶果胶液搅打后依旧呈溶液状态，酸溶果胶液搅打后形成了明显的凝胶物质，糖溶果胶液经过搅打后也形成了少量的凝胶物质。经查阅资料，果胶的黏度受果胶来源、聚合度、pH值等因素的影响[11]。果胶的溶解性也受温度、果胶酯化度、pH值等因素的影响[12-13]。根据酯化度的大小可将果胶分为高甲氧基果胶与低甲氧基果胶[14]，两种果胶在性质上有很大的区别。高甲氧基果胶在高糖或酸性条件下才会发生凝胶作用，低酯果胶则不受此条件影响[15]。实验中所得果胶成品可能为高甲氧基果胶，所以在酸性及高糖条件下，果胶溶液黏度远高于水溶果胶液，并且酸溶果胶液能在一定剪切力下形成明显的凝胶，糖溶果胶液经过合适的糖酸配比也能形成凝胶物质。

3 结论

通过对山楂酒发酵残渣果胶提取工艺的初步探究，得到了山楂酒发酵残渣提取果胶的工艺条件为酸水解温度90℃，1.5%活性炭添加量，活性炭脱色温度25℃，脱色时间20 min，乙醇加量2∶1（果胶液∶乙醇）。所得的果胶成品在酸溶和加糖的条件下具有较高的黏度，并在一定条件下可形成凝胶物质。

从山楂酒发酵残渣中提取果胶，可作为食品添加剂运用于食品工业，起到胶凝、增稠、乳化作用等[16-18]。