昭通蘋果渣中果膠提取工藝研究

摘 要：【目的】充分利用昭通蘋果資源，研究蘋果果膠的最佳鹽酸提取工藝條件，為延長昭通蘋果產(chǎn)業(yè)鏈及增加其附加值提供參考。【方法】以昭通產(chǎn)區(qū)5個蘋果品種果渣作為原材料，以鹽酸提取-無水乙醇進行醇沉的方法，分析單因素對果膠得率的影響，同時利用響應(yīng)面優(yōu)化果膠提取工藝，再利用軟件分析優(yōu)化出來的結(jié)果分別提取5個昭通產(chǎn)區(qū)不同蘋果品種蘋果渣里的果膠。【結(jié)果】4個單因素對昭通蘋果提取果膠得率的影響由小到大順序為：提取時間lt;提取溫度lt;提取pH值lt;提取料液比，蘋果渣中果膠的鹽酸提取最佳工藝條件為：料液比1∶50（g/ml）、pH 1.0、溫度94 ℃和提取時間70 min；不同蘋果品種鹽酸提取果膠得率由大到小順序為：長富2號gt;秦冠gt;煙富7號gt;煙富8號gt;煙富3號?！窘Y(jié)論】 以鹽酸提取-無水乙醇進行醇沉的方法提取蘋果果膠成本較低，適于工業(yè)生產(chǎn)；不同的蘋果品種提取的果膠得率不同，可為昭通蘋果果渣提取果膠的蘋果品種選取提供一定參考。

關(guān)鍵詞：蘋果渣；果膠；鹽酸提??；響應(yīng)面分析

文章編號：2096-8108（2025）01-0064-07 中圖分類號：S661.1 文獻標(biāo)識碼：A文獻標(biāo)志碼

Study on Extraction Process of Pectin from Pomace of Zhaotong Apple

ZHANG Mengyan¹，ZHANG Xiuying³，WANG Xuemei²，YANG Yanqun³，WANG Yunxian³，SONG Meifang³，WU Can³，ZHANG Xinjun^2*

（1.Zhenxiong County Agricultural Science and Technology Extension Center， Zhenxiong Yunnan 657200， China;

2.Zhaotong College， Zhaotong Yunnan 657000， China; 3.Zhaotong Apple Industry Development Center， Zhaotong Yunnan 657000， China）

Abstract：【Objective】 In order to make full use of Zhaotong apple resources， the optimum hydrochloric acid extraction conditions of apple pectin were studied to provide reference for extending Zhaotong apple industry chain and increasing its added value. 【Methods】 The effects of single factor on the yield of pectin were analyzed by hydrochloric acid extraction-anhydrous ethanol precipitation method with the pomace of five apple cultivars in Zhaotong area as raw material. At the same time， the response surface was used to optimize the pectin extraction process， and then the pectin in the apple pomace of different apple varieties in five Zhaotong areas was extracted by software analysis. 【Results】 The effects of four single factors on the yield of pectin extracted from Zhaotong apple were as follows： extraction timelt;extraction temperaturelt;extraction pHlt;ratio of material to liquid. The optimum conditions of hydrochloric acid extraction of pectin from apple pomace were as follows： ratio of material to liquid 1∶50 （g/ml）， pH 1.0， temperature 94 ℃ and extraction time 70 min. The yield of pectin extracted by hydrochloric acid from different apple varieties was in the order of Changfu 2gt;Qinguangt;Yanfu 7gt;Yanfu 8gt;Yanfu 3.

【Conclusion】The method of extracting apple pectin by hydrochloric acid extraction followed by alcohol precipitation with anhydrous ethanol has a relatively low cost and is suitable for industrial production. The pectin yields obtained from different apple cultivars vary， which can provide certain reference for the selection of apple cultivars when extracting pectin from the pomace of Zhaotong apples.

Keywords：apple pomace; pectin; hydrochloric acid extraction; response surface analysis

蘋果為薔薇科蘋果屬落葉喬木的果實，因營養(yǎng)豐富而利于食用和保健^［1］。其果皮、果核中含有豐富的果膠，果膠是一種酸性多糖大分子，由α-1，4糖苷鍵連接的半乳糖醛酸組成，相對分子質(zhì)量介于50～300 ku之間^［2］，具有增稠、乳化^［3］等功能特性，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥保健品^［4］、食品^［5］、化工、紡織^［6］等行業(yè)。所有陸生植物都含有果膠，而商用果膠僅有少數(shù)來源，主要是甜菜類水果、柑橘和蘋果等^［7-9］。我國每年所用果膠量大，但大多數(shù)果膠依靠進口，價格較為昂貴^［10］。

目前果膠的提取方法主要有酸法、酶法^［11-12］、堿法^［13］，微波法^［14］、混合鹽析法^［15］、超聲波輔助法^［16］、超聲波-酸法^［17］等。其中酸法提取果膠是基于果膠在酸性溶液中的可溶性^［18］，而將果膠分離出來的方法，然后用鹽析法、電解沉淀法和膠體沉淀法等方法提純，但在工業(yè)生產(chǎn)中常采用醇沉淀法^［19］等。任秋慧^［20］等試驗了不同的酸，磷酸、硫酸、硝酸、鹽酸，分別測定在相同的提取條件下提取果膠，用鹽酸提取的得率最高，且鹽酸提取工藝較為成熟，操作步驟簡單，成本較低，可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。因此，為達到經(jīng)濟成本的節(jié)約與工藝步驟的簡化，選擇價格低廉的無機鹽酸作為果膠的提取溶劑是較佳選擇。

昭通市地處滇東北，有低緯度高海拔、日照時間長、早晚溫差大的立體氣候^［21］，造就了西南冷涼高地優(yōu)質(zhì)蘋果產(chǎn)區(qū)的地理位置，賦予了昭通蘋果早、甜、香、脆、艷等特點，受到國內(nèi)外消費者的喜愛^［22］。近年來昭通蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，重點縣區(qū)呈規(guī)模發(fā)展，初步形成了產(chǎn)供銷和農(nóng)、工、貿(mào)的產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好，已成為云南乃至西南高原、烏蒙山區(qū)規(guī)模最大、最為集中的蘋果產(chǎn)區(qū)。昭通引進及培植近20家蘋果種植、加工企業(yè)，其中蘋果脆片、濃縮蘋果果汁制備企業(yè)4家^［23］。這些企業(yè)蘋果加工后殘余的蘋果渣能為蘋果果膠的提取提供比較穩(wěn)定、規(guī)?；脑牧?，目前有關(guān)昭通蘋果渣提取果膠方面還未見報道，因此本實驗以鹽酸提取-無水乙醇進行醇沉的方法提取蘋果渣中果膠，在進行4個單因素實驗（提取料液比、提取pH、提取溫度、提取時間）的基礎(chǔ)上，通過軟件Design Expert.V8.0.6.1對提取條件進行優(yōu)化，從而得到昭通蘋果果膠的最佳鹽酸提取工藝條件，為延長昭通蘋果產(chǎn)業(yè)鏈、增加昭通蘋果附加值提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以昭通蘋果產(chǎn)區(qū)5個蘋果品種為試材，5個品種分別為煙富3號、煙富7號、煙富8號、秦冠和長富2號，分別取其果皮和果核作為原材料開展試驗。5個蘋果品種均采于昭通市蘋果主產(chǎn)區(qū)的昭陽區(qū)灑漁鎮(zhèn)，采樣果園管理水平中等，5個品種樹齡均為12年。在試驗園內(nèi)每個品種隨機選取5株樹為采樣株，采樣株均樹勢健壯、結(jié)果穩(wěn)定。采樣時間2022年10月28日，在每個樣株樹冠中部東、南、西、北4個方向隨機各摘取8個蘋果，每個品種采摘樣品40個果。

1.2 試驗方法

1.2.1 原料處理

將蘋果洗凈，削皮，去除果肉，留下果核和果皮，利用破壁機把果核和果皮打成漿，60目兩層紗布過濾。過濾得到的果渣置于烘箱中65 ℃烘至恒重，粉碎機粉碎，過60目篩，蘋果渣置于燒杯中依照料液比1∶20（g/ml）的量倒入無水乙醇，室溫下攪拌1.5 h后抽濾，留下沉淀部分的果渣同上處理1次，抽濾掉無水乙醇留下沉淀部分的果渣。沉淀部分的果渣置于烘箱65 ℃烘至恒重，降溫到室溫，獲得的蘋果渣置于密封袋里，放到4 ℃冰箱儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 果膠提取單因素試驗

電子天平稱取2 g蘋果渣放入250 ml燒杯中，根據(jù)料液比分別加入1∶30（g/ml）的配制pH為2.0的鹽酸溶液，在90 ℃條件下水浴，邊加熱邊攪拌60 min，冷卻離心（15 min， 4 500 r/min），收集上清液。同上述方法再提取1次合并所得上清液，烘箱濃縮至原體積的1/5左右。其他因素條件不發(fā)生變化，在單因素條件發(fā)生變化下進行試驗，統(tǒng)一根據(jù)規(guī)定：料液比1：30（g/ml）、提取時間60 min、提取溫度90 ℃、提取pH值2.0進行試驗。

實施單因素變化試驗，單因素的變化梯度如下：料液比按照1∶20、1∶30、1∶40、1∶50（g/ml）；提取時間按照60，70，80，90 min；提取溫度按照70，80，90，94 ℃；提取pH按照0.5、1.0、1.5、2.0來進行單因素實驗。得到的上述每組上清液各自加入其3.5倍體積的無水乙醇攪動5 min，室溫條件下醇沉12 h，使果膠在醇沉條件下析出，析出的沉淀用高速冷凍離心機離心（15 min， 4 500 r/min），收集沉淀，各自加入75%乙醇溶液以及無水乙醇先后洗滌兩遍，每次洗滌時間均需攪拌20 min，將清洗過后的沉淀收集置于烘箱70 ℃干燥至恒重便得到蘋果渣中提取出的果膠，最后對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析處理。

1.2.3 鹽酸提取果膠的響應(yīng)面軟件進行優(yōu)化分析與試驗

以單因素試驗得到的結(jié)果為基礎(chǔ)設(shè)計三因素三水平的（Box-Behnken Design，BBD）試驗設(shè)計，以提取時間（X₁ ）、提取溶劑鹽酸的料液比（X₂）、提取PH值（X₃）作為自變量，果膠得率作為響應(yīng)值優(yōu)化鹽酸提取蘋果渣中果膠的提取工藝條件。試驗水平和條件見表1。

1.2.4 粗果膠得率的測定

70 ℃烘箱烘至恒重冷卻后，稱量果膠的質(zhì)量，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算得到果膠得率，蘋果果膠得率為提取出來的果膠烘干質(zhì)量占總提取經(jīng)原料處理過的蘋果渣粉末質(zhì)量的百分率。、試驗樣品中的果膠得率依據(jù)以下的公式（1）來計算。

X₁= mw ×100%（1）

式中：X₁是實驗樣品所得果膠得率，%；

m是烘箱烘至恒重冷卻后所得蘋果果膠質(zhì)量，g；

w是實驗樣品經(jīng)過原料處理的蘋果渣粉末質(zhì)量，g。

1.2.5 測定昭通蘋果產(chǎn)區(qū)5個蘋果品種果渣提取果膠的得率試驗

根據(jù)響應(yīng)面軟件優(yōu)化得到的數(shù)據(jù)通過3組重復(fù)實驗獲得符合預(yù)期的結(jié)果，應(yīng)用此鹽酸提取蘋果果膠的工藝條件分別測定昭通蘋果產(chǎn)區(qū)5個蘋果品種果渣中果膠得率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，SPSS 23.0 軟件處理分析。試驗設(shè)計用響應(yīng)面軟件Design-Expert.V8.0.6.1對提取工藝條件進行優(yōu)化，最后實踐驗證其可行性。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對鹽酸提取蘋果渣中果膠得率的影響

圖1顯示，在一致的提取條件下，溫度較低時，果膠得率較小，隨著溫度的升高，果膠得率顯著增加，70～80 ℃時漲幅達到最大，提取溫度94 ℃時，得率最高，為21.03%。說明蘋果渣中的果膠提取溫度最佳為94 ℃。

2.2 時間對鹽酸提取蘋果渣中果膠得率的影響

圖2顯示，在同樣提取情況下，提取時間過短時果膠溶解度相對較小，果膠得率在提取時間為60～70 min時顯著升高，且在提取時間為70 min時達到最高值，為16.89%；提取時間為70～90 min時，果膠得率顯著降低。說明蘋果渣中的果膠提取時間最佳為70 min。

圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著（Plt;0.05）。圖2、圖3、圖4同。

2.3 pH值對鹽酸提取蘋果渣中果膠得率的影響

圖3顯示，在一致的提取情況下，果膠得率在鹽酸提取溶液pH值為0.5～1.0時緩慢升高，在pH值為1.0時達到最高果膠得率值，為21.53%，且試驗過程中發(fā)現(xiàn)，提取pH值在0.5時提取出的蘋果果膠顏色偏向于紅棕色，影響果膠外觀品質(zhì)；提取pH值為1.0～2.0時所得果膠得率顯著下降。說明蘋果渣中的果膠提取pH值最佳為1.0。

2.4 料液比對鹽酸提取蘋果渣中果膠得率的影響

圖4顯示，在一致提取情況下，料液比為（1∶20）～（1∶40）之間果膠得率顯著上升，在提取料液比為1∶40時果膠得率達到最高，為17.01%；料液比為（1∶40）～（1 ∶50）之間略微降低，試驗過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)料液比較小時體系過于濃稠不便操作且易燒干。說明蘋果渣中的果膠提取料液比最佳為1∶40。

2.5 鹽酸法提取蘋果果膠的響應(yīng)面優(yōu)化試驗及分析

采用Design-Expert.V8.0.6.1軟件，在單因素實驗基礎(chǔ)上，以3因素3水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計，以提取時間（X₁ ）、提取料液比（X₂）、提取pH值（X₃）作為自變量，提取蘋果果膠得率Y作為響應(yīng)值，試驗設(shè)計和結(jié)果如表2所示，試驗回歸模型方差分析如表3所示。

利用Design-Expert.V8.0.6.1響應(yīng)面分析的軟件對表2中的試驗數(shù)據(jù)多項式回歸擬合建立關(guān)于果膠得率（Y）為響應(yīng)數(shù)值，提取時間（X₁ ）、提取料液比（X₂ ）、提取pH值（X₃ ）3個因素為變量的二次多項回歸方程：Y=-345.382 00+5.602 30X₂+6.861 40X₁+71.173 00X₃+6.900 00×10^-3X₂X₁＋0.487 00X₂X₃-0.076 860 X²₂-0.049 110 X₁²-33.044 00X²₃。

從表3可以得出，此回歸模型失擬項不顯著（P=0.324 9gt;0.05），說明對本試驗的擬合較好，試驗誤差較??；變異系數(shù)CV=4.87%，CV數(shù)值比較低，表明了試驗穩(wěn)定性好，結(jié)果可靠；此模型的R²=0.981 8，模型的校正決定系數(shù)R²_adj =0.958 5，表現(xiàn)出預(yù)測值和實測值高度相關(guān)，PredR-Squared其數(shù)值（0.829 1）與R²_Adj值較為接近，說明回歸模型與實測值擬合較好。此模型信噪比Adeq Precision為20.519，信號充足，能用于各因素水平區(qū)間設(shè)計。綜上可證明此回歸模型和實際試驗擬合比較好，變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系較顯著，適用于鹽酸提取昭通蘋果果膠的最佳工藝條件預(yù)測。通過F值大小比較可知：影響昭通蘋果果膠得率大小的因素依次為料液比gt;pH值gt;時間。一次項X₂、X₃，二次項X²₁、X²₂、X²₃影響極顯著（Plt;0.01）；一次項X₁，交互項X₁X₃、 X₂X₃影響顯著（Plt;0.05）；交互項X₁X₂不顯著（Pgt;0.05）。

采用Design-Expert V8.06.1軟件，對試驗數(shù)據(jù)進行分析可知，交互作用顯著的料液比和pH值、時間和pH值的響應(yīng)面3D圖（見圖5），由圖5（a）可看出：在pH值0.90～1.10，料液比值1∶（40～50）的范圍內(nèi)，兩者有顯著的增效作用；pH值在1.10～1.50范圍內(nèi)隨著pH值的逐漸升高，果膠得率反而逐漸降低。由圖5（b）可看出：pH值在0.90～1.10，時間在65～75 min的范圍內(nèi)，兩者增效作用顯著；時間75～80 min，pH值1.10～1.50的區(qū)間內(nèi)，果膠得率隨兩者逐漸升高而降低。由圖5（c）可看出：不同提取時間與不同提取提取料液比曲面雖然較陡，但兩因素的交互作用不顯著，表明這兩個因素中其中一個因素的改變并不能顯著影響另一因素對響應(yīng)值的獲得。

由等高線圖5（d）可看出沿著料液比方向的等高線密度明顯高于沿著時間方向的等高線密度，且沿時間方向等高線的峰值范圍在70 min左右，說明料液比對果膠得率的影響大于時間對果膠得率的影響，且符合表3回歸模型方差分析中的F數(shù)值比較；圖5（e）可看出兩等高線密度大小為：沿pH值的方向gt;沿時間的方向，說明在兩個因素互作作用中提取pH值對果膠得率的影響大于時間對果膠得率的影響，與表3方差分析結(jié)果吻合；由圖5（f）可知，在料液比和pH值互作作用等高線圖中沿著料液比方向的等高線密度大于沿pH值方向的密度，說明pH值對果膠得率的影響小于料液比對果膠得率的影響，與表3回歸模型方差結(jié)果一致。

使用 Design-Expert 8.0.6.1軟件，選用Numerical優(yōu)化板塊對響應(yīng)面進行結(jié)果優(yōu)化。在進行愿望值的選擇時，果膠得率為優(yōu)化條件選擇范圍值，目標(biāo)值設(shè)置為最高值，優(yōu)化結(jié)果如圖6。

由圖6可知，愿望函數(shù)優(yōu)化得到的鹽酸提取昭通蘋果渣的最佳提取工藝條件是：料液比1∶50，pH值1.00，時間70 min，預(yù)測果膠得率39.55%，且此條件下，合乎性為0.900，表明該愿望函數(shù)優(yōu)化結(jié)果的果膠得率預(yù)測值有較好可行性。

2.6 驗證實驗

在模型預(yù)測得到的最佳工藝條件下，預(yù)測得到的果膠得率為39.55%。為驗證此模型的實際可重現(xiàn)性和可靠性，對此提取工藝進行實驗驗證，果膠得率實際為39.04%，與模型預(yù)測值相差0.51%。說明果膠的最佳提取工藝為：料液比1∶50、pH值1.00、溫度94 ℃、時間70 min。因此，采用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的昭通蘋果渣中果膠提取工藝參數(shù)具有一定的參考價值。

2.7 昭通蘋果產(chǎn)區(qū)5個蘋果品種果渣中果膠得率比較

通過模型預(yù)測得到最佳工藝條件并且進行驗證實驗后，用上述最佳優(yōu)化提取工藝條件對煙富3號、長富2號、煙富8號、煙富7號和秦冠5個昭通蘋果品種進行果膠提取。結(jié)果表明：果膠得率由高到低順序依次為：長富2號（32.19%）gt;秦冠（31.93%）gt;煙富7號（31.33%）gt;煙富8號（28.83%）gt;煙富3號（28.61%）。

3 結(jié)論

本試驗先后通過單因素試驗和響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計，得出各試驗條件對果膠得率的影響依次為：料液比gt;pH值gt;溫度gt;時間，其中達到極顯著作用的試驗條件是pH值和溫度，達到顯著作用的是料液比和時間；與單因素實驗結(jié)果相比，響應(yīng)面優(yōu)化中的交互作用會削減pH值對果膠得率的影響。同時表明，鹽酸提取昭通蘋果果膠的最佳工藝條件為：鹽酸溶液體系料液比為1∶50、溫度為94 ℃、pH值為1.0和提取時間為70 min。在此條件下，果膠得率可達到39.04%，此方法成本較低，適于工業(yè)生產(chǎn)，可為昭通蘋果果渣的合理利用提供一種可行的途徑，從而延長昭通蘋果的產(chǎn)業(yè)鏈和增加昭通蘋果的附加值，減少因蘋果渣堆積產(chǎn)生的發(fā)酵物對環(huán)境的污染。用優(yōu)化的工藝條件提取5個昭通蘋果品種里的果膠，果膠得率最低和果膠得率最高的品種相差3.58%，說明不同的蘋果品種提取的果膠得率有所差別，可為昭通蘋果果渣提取果膠的蘋果品種選取提供一定參考。

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