慕薩萊思酒泥原花色素、果膠、酒石酸聯產工藝

趙儉波，姜建輝，秦少偉，劉速

新疆兵團南疆化工資源利用工程實驗室/塔里木大學生命科學學院（阿拉爾 843300）

原花色素是一類可從植物中分離得到、在酸性介質中熱醇處理后產生花色素的多酚類物質。具有清除自由基、抗氧化、抑制腫瘤等生物活性，已被廣泛用于保健食品、日用品、制藥及食品、飲料的著色等領域。目前，葡萄籽是提取原花色素最主要來源，葡萄籽提取物中原花色素含量可達95%[1]。原花色素為極性物質，含有多個羥基，能溶于水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等極性溶劑，不溶于乙醚、氯仿等極性較小的溶劑。因此，原花色素提取最常用乙醇為溶劑[2]，它能有效溶解原花色素，安全性高，提取液易于保存。

果膠是一系列主要由半乳糖醛酸組成的雜多糖的總稱，主要存在于植物的果實、根、莖、葉中，是細胞壁的一種組成成分。從植物組織中提取得到的果膠己作為凝膠劑、增稠劑、穩(wěn)定劑等被廣泛應用于食品、化妝品行業(yè)。原果膠是不溶于水的物質，但可在酸、堿、鹽等化學試劑及酶的作用下，加水分解轉變成水溶性果膠，再將水溶性果膠提取液和固體殘渣分離，濃縮后用乙醇或其他有機溶劑沉淀即可得果膠[3]。

酒石酸化學名稱2, 3-二羥基丁二酸，為無色半透明晶體或白色細至粗結晶粉末，無嗅，有酸味，被廣泛用于醫(yī)藥、食品、制革、紡織等工業(yè)，在實際應用中以右旋酒石酸最為重要，右旋酒石酸在自然界分布極為廣泛，常見于葡萄和羅望子的果實中[4]。酒石酸可從葡萄加工業(yè)產生的廢棄物中直接提取，在葡萄酒釀制過程中沉淀析出的酒石酸鈣和酒石酸氫鉀均難溶于水或乙醇，但可溶解于酸后得到易溶于水或乙醇的酒石酸[5]。

慕薩萊思是新疆維吾爾人利用鮮食或兼食性葡萄取汁、熬煮、發(fā)酵而成的酒精飲料。慕薩萊斯酒泥是慕薩萊思發(fā)酵和陳釀期間倒灌后剩余的罐底沉淀物，呈泥狀，占其產量的20%～30%，酒泥中含有大量的生物活性物質，如酵母多糖、多酚、原花青素、超氧化歧化酶等[6]。前期研究了以慕薩萊斯酒泥為原料，分別提取果膠和酒石酸[7-8]，但提取出有效成分后的剩余物均作為廢棄物排放，不僅未能最大化利用慕薩萊思酒泥資源，而且會污染環(huán)境。根據文獻調研發(fā)現，慕薩萊思酒泥中原花色素、果膠及酒石酸具有聯合提取的可能性，研究慕薩萊思酒泥多種活性成分聯產工藝，不僅可提高原料的利用率，而且可減輕環(huán)境負擔，降低生產成本。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

慕薩萊思酒泥（阿瓦提刀郎慕薩萊思有限公司）；殼聚糖（上海藍季科技發(fā)展有限公司）；無水乙醇、鹽酸、氫氧化鈣、碳酸鈣等（均為分析純）。

1.2 儀器與設備

756型紫外-可見分光光度計；IKA旋轉蒸發(fā)器；SK 1512電子天平；PHS-3 C型酸度計；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵；KQ 400 KDE型超聲波清洗器；TD 5 Z醫(yī)用離心機；HHS型數顯電熱恒溫水浴鍋；GZX-9023 MB數顯鼓風干燥箱；DZF-6050型真空干燥箱；RW 20機械攪拌器；布氏漏斗等。

1.3 試驗方法

1.3.1 聯產工藝流程

根據文獻調研，原花色素提取采用乙醇萃取后真空濃縮干燥，果膠提取采用鹽酸溶解后乙醇沉淀，酒石酸鹽提取采用鹽酸溶解后堿沉淀，因此，設計采用乙醇水溶液對原材料進行浸提，原花色素可溶解于乙醇水溶液，盡管有部分水溶性果膠及酒石酸會溶解于乙醇中，但仍可與原料中含多數難溶于水的原果膠及酒石酸鹽分離，將原果膠用低濃度鹽酸溶解，而酒石酸鹽用高濃度鹽酸溶解，分別用醇和堿沉淀，將原果膠和酒石酸鹽分離。聯產工藝路線為：

1.3.2 材料預處理

試驗使用的慕薩萊思酒泥呈漿狀，固含量20%～40%。量取一定質量攪拌均勻的酒泥加入質量比3%的殼聚糖絮凝，置于30 ℃水浴鍋中低速攪拌20 min，靜置澄清后，離心收集沉淀，將沉淀置于鼓風干燥箱中，在40 ℃下干燥24 h，粉碎后過60目篩，備用。

1.3.3 聯產工藝提取原花色素

稱取5 g經預處理后慕薩萊思酒泥粉末置于燒杯中，加入一定體積一定濃度的乙醇水溶液，加入0.1 mol/L鹽酸調至合適的pH，一定溫度下超聲浸提一段時間后減壓抽濾，并用乙醇溶液多次洗滌濾餅，將濾液與洗滌液收集后置于燒杯中，減壓濃縮，回收乙醇，將濃縮液50 ℃真空干燥得黏稠紫色原花色素浸膏，稱質量。按式（1）計算原花色素浸膏得率。重復3次。

式中：m1為原花色素浸膏粗品質量，g。

1.3.4 聯產工藝提取果膠

收集乙醇萃取后的濾餅，蒸餾水洗滌多次后置于燒杯中，加入一定體積蒸餾水浸泡，加入0.1 mol/L鹽酸調至合適的pH，一定溫度下超聲處理一段時間，減壓抽濾，收集濾液，減壓濃縮，加入濃縮液1.5倍體積的無水乙醇，靜置至溶液澄清，在4 500 r/min條件下離心，收集沉淀，洗滌，50 ℃恒溫干燥箱中干燥得果膠樣品，稱質量。按式（2）計算果膠得率。重復3次。

式中：m2為果膠粗品質量，g。

1.3.5 聯產工藝提取酒石酸

將加入0.1 mol/L鹽酸溶解后的酒泥抽濾，收集濾餅，按料液比1︰3（g/mL）加入蒸餾水浸泡，加入一定體積質量分數37%鹽酸溶解，一定溫度下浸提一段時間，離心，收集上清液，并與提取果膠醇沉離心后的上清液合并，加入細粉狀CaCO3，直至不產生氣泡為止，加入Ca(OH)3調整溶液pH至6.8～7.0，過濾，收集沉淀，多次洗滌后緩慢加入2倍體積蒸餾水攪勻，用1 mol/L HCl至沉淀完全溶解，濃縮結晶得酒石酸晶體，稱質量。按式（3）計算酒石酸得率。重復3次。

式中：m3為酒石酸質量，g。

1.3.6 單因素試驗

經分析，確定提取原花色素的影響因素為：pH（2，3，4，5和6），乙醇體積（10，20，30，40，50和60 mL），乙醇體積分數（50%，60%，70%，80%和90%），浸提溫度（30，40，50，60和70℃），超聲時間（10，20，30，40，50和60 min）。確定提取果膠的影響因素為：浸提液體積（20，30，40，50，60和70 mL），pH（1.5，2.0，2.5，3.0和3.5），浸提溫度（40，50，60，70和80 ℃），超聲時間（20，30，40，50，60 min）。確定提取酒石酸的影響因素為：鹽酸體積（3，6，9，12和15 mL），提取溫度（50，60，70，80和90 ℃），酸浸時間（5，10，15，20，25和30 min）?？疾旄饕蛩貙υㄉ?、果膠及酒石酸得率的影響。

1.3.7 單產工藝提取慕薩萊思酒泥原花色素、果膠及酒石酸

稱取5 g慕薩萊思酒泥粉末，參考文獻方法及前期研究[2,7-8]分別提取原花色素浸膏、果膠及酒石酸，稱質量，計算得率，重復3次。

2 結果與分析

2.1 原花色素提取單因素試驗結果與分析

2.1.1 pH對原花色素浸膏得率的影響

采用乙醇萃取慕薩萊斯酒泥提取出的原花色素中含有可溶性果膠、酒石酸、其他有機酸、酯類等雜質。在乙醇體積分數80%、乙醇體積40 mL、浸提溫度50 ℃及超聲時間30 min條件下，考察溶液pH對提取原花色素浸膏的影響。由圖1可知，酸性條件下有利于原花色素的提取，pH 3時，原花色素得率最大，pH繼續(xù)升高，原花色素得率下降，這可能是由于原花色素結構被破壞[9]，由于聯產工藝中，需用HCl溶解果膠和酒石酸，pH低會導致果膠和酒石酸得率下降。綜合3種產品得率考慮，故選取原花色素浸膏提取pH 5為宜。

2.1.2 乙醇體積對原花色素浸膏得率的影響

在pH 5、乙醇體積分數80%、浸提溫度50 ℃及超聲時間30 min條件下，考察乙醇體積對提取原花色素浸膏的影響。如圖2所示，原花色素浸膏得率隨浸提液體積增加而增大，乙醇體積達到40 mL時，原花色素浸膏得率變化趨于平緩，浸膏顏色呈深紫色，乙醇體積繼續(xù)增大，原花色素浸膏呈紫黑色，浸提出的雜質也隨之增大。綜合經濟和效果考慮，故選取乙醇體積40 mL為宜。

圖1 pH對原花色素浸膏得率的影響

圖2 乙醇體積對原花色素浸膏得率的影響

2.1.3 乙醇體積分數對原花色素浸膏得率的影響

在pH 5、乙醇體積40 mL、浸提溫度50 ℃及超聲時間30 min條件下，考察乙醇體積分數對提取原花色素浸膏的影響。由圖3可知，隨著乙醇體積分數增加，原花色素浸膏得率增大，乙醇體積分數80%時達到最大值，持續(xù)增大乙醇體積分數，原花色素浸膏得率略有降低，主要是因為慕薩萊思酒泥原花色素為水溶性原花色素，易溶于乙醇水溶液，乙醇體積分數過高反而不利于提取[10]。故選取乙醇體積分數80%為宜。

圖3 乙醇體積分數對原花色素浸膏得率的影響

2.1.4 浸提溫度對原花色素浸膏得率的影響

在pH 5、乙醇體積40 mL、乙醇體積80%及超聲時間30 min條件下，考察浸提溫度對提取原花色素浸膏的影響。從圖4可以看出，隨著浸提溫度增加，原花色素浸膏得率逐漸增加，溫度60 ℃時，得率達到最大，溫度繼續(xù)增加，原花色素得率呈下降趨勢，這可能是由于溫度過高時，原花色素發(fā)生分解[11]，在后處理過程中損失。故選取原花色素提取浸提溫度60 ℃為宜。

圖4 浸提溫度對原花色素浸膏得率的影響

2.1.5 超聲時間對原花色素浸膏得率的影響

在pH 5、乙醇體積40 mL、乙醇體積分數80%及浸提溫度60 ℃條件下，考察超聲時間對提取原花色素浸膏的影響。由圖5可知，超聲時間30 min時，原花色素浸膏得率達到最大，為18.62%±0.57%，隨著超聲時間延長，原花色素得率降低，這主要是由于超聲時間過長，溶液溫度升高，部分原花色素發(fā)生了分解在后處理過程中損失[12]，原花色素得率下降。故選取原花色素提取浸提時間30 min為宜。

圖5 超聲時間對原花色素浸膏得率的影響

2.2 果膠提取工藝優(yōu)化

2.2.1 浸提液體積對果膠得率的影響

以經乙醇萃取后濾餅（3.5～3.9 g）為原料采用酸溶醇沉法提取慕薩萊斯酒泥果膠。在溶液pH 2、浸提溫度70 ℃、超聲時間50 min條件下，考察浸提液體積對果膠得率的影響。由圖6可知，隨著浸提液體積增大，果膠得率逐漸增加，浸提液體積60 mL時，果膠得率達到最大，繼續(xù)增加浸提液體積，果膠得率有略微降低的趨勢，這可能是由于溶劑較多，果膠濃度降低，醇沉離心的損失增加[13]，而且浸提液體積增大會給后處理工藝帶來能量上的浪費。綜合得率和能耗考慮，故選取果膠提取浸提液體積50 mL為宜。

圖6 浸提液體積對果膠得率的影響

2.2.2 pH對果膠得率的影響

在浸提液體積50 mL、浸提溫度70 ℃、超聲時間50 min條件下，考察溶液pH對果膠得率的影響。由圖7可知，果膠得率隨著pH增加而迅速降低，酸性越強，越有利于原果膠轉化為水溶性果膠從而更多地溶解于水中[14]，但酸性越強，酒石酸鹽也會溶解越多，果膠的品質及酒石酸得率均會受一定影響。綜合果膠提取及酒石酸提取，故選取pH 2為宜。

圖7 pH對果膠得率的影響

2.2.3 浸提溫度對果膠得率的影響

在浸提液體積50 mL、溶液pH 2、超聲時間50 min條件下，考察浸提溫度對果膠得率的影響。由圖8可知，隨著浸提溫度升高，果膠得率逐漸增大，70 ℃時果膠得率達到最大，繼續(xù)升高溫度，果膠得率呈下降趨勢。這主要是由于溫度升高有利于原果膠徹底轉化為水溶性果膠，溫度過高會導致果膠降解，得率及純度均會下降[15]。故選取浸提溫度70 ℃為宜。

2.2.4 超聲時間對果膠得率的影響

在浸提液體積50 mL、溶液pH 2、浸提溫度70 ℃條件下，考察超聲時間對果膠得率的影響。由圖9可知，隨著超聲時間延長，果膠得率逐漸增大，50 min時果膠得率達到最大，為9.54%±0.44%，隨后果膠得率有所降低，主要是由于超聲時間過長，會導致原果膠受熱分解從而在醇沉過程中造成損失[16]。故選取浸提時間50 min為宜。

圖9 超聲時間對果膠得率的影響

2.3 酒石酸提取工藝優(yōu)化

2.3.1 鹽酸體積對酒石酸得率的影響

以酸溶后濾餅（2.5～3.1 g）為原料采用酸溶堿沉法提取慕薩萊斯酒泥酒石酸。在提取溫度80 ℃、酸浸時間20 min條件下，考察鹽酸體積對酒石酸得率的影響。由圖10可知，隨著鹽酸體積增大，酒石酸得率增加，主要是由于體積增大，酸性增強，更多的酒石酸鈣、酒石酸氫鉀被溶解，鹽酸用量過大，也會導致更多的有機酸被溶解，影響酒石酸品質[17]，鹽酸體積超過12 mL時，酒石酸得率變化不大。故選取鹽酸體積12 mL為宜。

圖10 鹽酸體積對酒石酸得率的影響

2.3.2 提取溫度對酒石酸得率的影響

在鹽酸體積12 mL、酸浸時間20 min條件下，考察提取溫度對酒石酸得率的影響。由圖11可知，隨著提取溫度升高，酒石酸得率增大，提取溫度達到80 ℃后，酒石酸得率增加趨勢減緩。酒泥中的酒石酸主要以酒石酸鈣和酒石酸氫鉀形式存在，酒石酸鈣及酒石酸氫鉀的溶解度均隨溫度的增加而增大[18]。綜合酒石酸得率和能耗考慮，故選取提取溫度80 ℃為宜。

圖11 提取溫度對酒石酸得率的影響

2.3.3 酸浸時間對酒石酸得率的影響

在鹽酸體積12 mL、提取溫度80 ℃條件下，考察酸浸時間對酒石酸得率的影響。由圖12可知，酸浸時間5～20 min時，酒石酸得率急劇增大，酸浸時間20 min時，酒石酸得率為4.41%±0.68%，隨著酸浸時間進一步增大，酒石酸得率則緩慢下降，這可能是由于時間延長，溶劑蒸發(fā)量加大[19]，酒石酸鹽溶解量下降。故選取提取時間20 min為宜。

圖12 酸浸時間對酒石酸得率的影響

2.4 聯產與單產產品得率對比

從表1可以看出，采用聯產工藝所得的色素浸膏、果膠及酒石酸得率均較單產工藝有所降低。聯產工藝所得色素浸膏得率較單產工藝所得色素浸膏減少約23%；聯產工藝所得果膠得率較單產工藝減少約17%；聯產工藝所得酒石酸較單產工藝減少約46%。

表1 聯產與單產產品得率對比

3 結論與討論

研究表明，采用聯產工藝可以從慕薩萊思酒泥中提取出原花色素浸膏、果膠、酒石酸3種產品。單因素試驗結果表明，聯產工藝中乙醇萃取法提取原花色素浸膏的較優(yōu)條件為：40 mL濃度80%的乙醇溶液在pH 5時，60 ℃時超聲30 min，原花色素浸膏得率達18.62%±0.57%；酸溶醇沉法提取果膠的較優(yōu)條件為：50 mL蒸餾水鹽酸調整pH 2，在70 ℃下超聲浸提50 min，果膠得率達9.54%±0.44%；酸溶堿沉法提取酒石酸的較優(yōu)條件為：質量分數37%鹽酸12 mL，在80 ℃下酸浸20 min，酒石酸得率達4.41%±0.68%。與單產工藝相比，原花色素浸膏得率減少約23%，果膠得率減少約17%，酒石酸得率減少約46%。盡管原花色素浸膏、果膠及酒石酸得率均有降低，但聯產工藝一次可得3種產品，且原料僅為單產的1/3，具有一定應用價值。

由于原花色素、果膠及酒石酸的提取均在酸性條件下，酸的用量及濃度在聯產工藝中起十分重要的作用，若提取原花色素鹽酸濃度過高，原花色素得率增大，但純度會降低，果膠及酒石酸得率就會下降；同理，若提取果膠時鹽酸濃度過大，果膠得率增大，但酒石酸得率就會下降。此外，乙醇用量也會對3種產品的得率產生重要的影響。聯產工藝不是簡單的組合，而是融合的工藝，需要相互協(xié)調，相互照應，因此，聯產工藝提取原花色素、果膠及酒石酸工藝還需進一步考察。