孫俊良，杜寒梅，梁新紅,*，焦中高，冉軍艦，何鴻舉，朱明明

（1.河南科技學(xué)院食品學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹(shù)研究所，河南 鄭州 450009）

響應(yīng)面法優(yōu)化蒸汽爆破技術(shù)提取蘋(píng)果果膠工藝

孫俊良1，杜寒梅1，梁新紅1,*，焦中高2，冉軍艦1，何鴻舉1，朱明明1

（1.河南科技學(xué)院食品學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹(shù)研究所，河南 鄭州 450009）

采用Na2CO3預(yù)浸-蒸汽爆破技術(shù)提高蘋(píng)果渣中果膠提取得率。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上采用響應(yīng)面法確定Na2CO3預(yù)浸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和蒸汽爆破最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明：響應(yīng)面法優(yōu)化蒸汽爆破技術(shù)提高蘋(píng)果渣中果膠得率的最佳工藝為Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%、蒸汽爆破壓力0.6 MPa、蒸汽爆破維壓時(shí)間174 s，此時(shí)果膠得率達(dá)21.42%，與未蒸汽爆破相比果膠得率提高10.96%，酯化度提高12.25%，乳化活性提高20.47 m2/g，乳化穩(wěn)定性提高36.37 min，掃描電鏡顯示蒸汽爆破前的蘋(píng)果渣和果膠表面光滑結(jié)構(gòu)完整，經(jīng)蒸汽爆破后均變?yōu)槭杷伞Ｕ羝萍夹g(shù)提高了果膠的得率、酯化度、乳化活性、乳化穩(wěn)定性，為果膠生產(chǎn)提供了理論及實(shí)踐依據(jù)。

蒸汽爆破；果膠；提取工藝；響應(yīng)面

我國(guó)是蘋(píng)果種植大國(guó)，除鮮食外其余大部分用于果汁加工，果汁加工過(guò)程中產(chǎn)生的果渣占蘋(píng)果總質(zhì)量的10%～15%[1]。目前，大量的果渣得不到合理利用，既為生產(chǎn)帶來(lái)負(fù)擔(dān)又造成了環(huán)境污染。

蘋(píng)果果膠是一種相對(duì)分子質(zhì)量在1～40萬(wàn)之間的多糖聚合物，主要成分是半乳糖醛酸，另外還包括D-半乳糖、L-鼠李糖和L-阿拉伯糖等。蘋(píng)果果膠是一種天然食品添加劑，在食品上應(yīng)用廣泛，多作為凝膠劑、增稠劑、穩(wěn)定劑、懸浮劑、乳化劑、增香增效劑等[2-3]。蘋(píng)果果膠作為一種水溶性膳食纖維，不僅能預(yù)防肥胖[4]，還有助于防三高、防癌和抗癌[5]。目前，我國(guó)對(duì)蘋(píng)果果膠的需求日益增長(zhǎng)，但商品蘋(píng)果果膠的來(lái)源十分有限。據(jù)研究表明，干蘋(píng)果渣中含有10%～25%的果膠，從蘋(píng)果渣中提取果膠不僅能增加經(jīng)濟(jì)效益，還能減少環(huán)境污染。

蒸汽爆破是1928年由Mason發(fā)展起來(lái)的[6-7]，近年來(lái)在食品加工副產(chǎn)物的再利用領(lǐng)域中成為研究熱點(diǎn)[8-11]。如Wang Wei等[12]用蒸汽爆破預(yù)處理技術(shù)提取秸稈中木糖醇，經(jīng)蒸汽爆破處理后發(fā)酵木糖醇質(zhì)量濃度達(dá)到35.6 g/L，生產(chǎn)率達(dá)到0.94 g/（L·h），比未經(jīng)蒸汽爆破處理的分別提高了18.3%和37.5%；石敏等[13]應(yīng)用其作為預(yù)處理方法提取靈芝有效成分，多糖提取率是未處理的10 倍，三萜提取率為原來(lái)的1.95 倍；李光磊等[14]研究了蒸汽爆破處理對(duì)秈米淀粉的影響，結(jié)果顯示蒸汽爆破可有效降解秈米淀粉分子鏈聚合度，增加淀粉結(jié)晶度。由此可見(jiàn)，蒸汽爆破在植物纖維的高效分離和生物質(zhì)副產(chǎn)物處理等領(lǐng)域有顯著的效果，但蒸汽爆破技術(shù)在處理蘋(píng)果渣上鮮有報(bào)道，因此蒸汽爆破技術(shù)應(yīng)在蘋(píng)果渣再利用領(lǐng)域得到關(guān)注和應(yīng)用。

本實(shí)驗(yàn)采用河南鶴壁正道重型機(jī)械廠研發(fā)的QBS-80型汽爆工藝試驗(yàn)臺(tái)，簡(jiǎn)易原理如圖1 所示，共由3部分組成：高壓蒸汽裝置、反應(yīng)裝置、物料接收裝置。高壓蒸汽由蒸汽管道進(jìn)入汽缸，物料經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入物料倉(cāng)，蒸汽與物料在高溫高壓環(huán)境下維壓一定時(shí)間，閥門(mén)打開(kāi)時(shí)物料在瞬間膨脹，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，達(dá)到爆破效果?？傮w而言蒸汽爆破對(duì)生物質(zhì)原料的預(yù)處理效果顯著，且對(duì)環(huán)境污染小[15]，是一種高效、綠色、低成本預(yù)處理技術(shù)[16]。

圖1 QBS-80型汽爆工藝試驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)易圖Fig. 1 Schematics of model QBS-80 steam explosion system

本研究采用響應(yīng)面法優(yōu)化蒸汽爆技術(shù)提取蘋(píng)果果膠工藝，優(yōu)化Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蒸汽爆破壓力和維壓時(shí)間等工藝參數(shù)；另外，對(duì)蒸汽爆破處理前后的果膠得率、酯化度、乳化活性、乳化穩(wěn)定性以及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較分析。研究結(jié)果將為提高蘋(píng)果加工副產(chǎn)物附加值及果膠工業(yè)化生產(chǎn)提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘋(píng)果渣 國(guó)投中魯果汁股份有限公司。

無(wú)水乙醇、NaOH、鹽酸、鋅粉、KBr、濃硫酸、酚酞等均為國(guó)產(chǎn)分析試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

QBS-80型汽爆工藝試驗(yàn)臺(tái) 河南鶴壁正道重型機(jī)械廠；3-30K離心機(jī) 德國(guó)Sigma公司；ALPHA 2-4 LSC真空冷凍干燥箱 德國(guó)Christ公司；S-570型掃描電鏡 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 蘋(píng)果果膠提取

蘋(píng)果果膠采用酸法提取[17-19]。工藝流程：蘋(píng)果渣→蒸汽爆破→粉碎→過(guò)篩→酸法浸提（料液比1∶30加入0.1 mol/L HCl溶液在95 ℃水浴2 h）→過(guò)濾→收集濾液（調(diào)pH 3.5）→2 倍體積乙醇沉析→24 h后離心→真空冷凍干燥→成品。果膠得率計(jì)算如式（1）所示：

式中：m1為果膠質(zhì)量/g；m2為蘋(píng)果渣質(zhì)量/g 。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

1.3.2.1 Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)果膠提取得率的影響

稱取5 份400 g蘋(píng)果渣分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、4%、6%、8%、10%的Na2CO3溶液浸泡，然后將蘋(píng)果渣放入蒸汽爆破試驗(yàn)臺(tái)的高壓罐內(nèi)，以飽和水蒸氣為介質(zhì)在0.6 MPa維壓120 s，迅速打開(kāi)高溫高壓閥將物料釋放到儲(chǔ)料罐，集中收集儲(chǔ)料罐內(nèi)的蘋(píng)果渣，干燥后提取果膠，考察不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Na2CO3對(duì)果膠得率影響。

1.3.2.2 蒸汽爆破壓力對(duì)蘋(píng)果果膠提取的影響

稱取5 份400 g蘋(píng)果渣，用6% Na2CO3溶液浸泡，將浸泡后的蘋(píng)果渣放入蒸汽爆破試驗(yàn)臺(tái)的高壓罐內(nèi)，以飽和水蒸氣為介質(zhì)，分別在蒸汽壓力為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 MPa條件下維壓120 s，迅速打開(kāi)高溫高壓閥將物料釋放到儲(chǔ)料罐，集中收集儲(chǔ)料罐內(nèi)的蘋(píng)果渣，干燥后提取果膠，考察蒸汽爆破壓力對(duì)果膠得率影響。

1.3.2.3 蒸汽爆破維壓時(shí)間對(duì)蘋(píng)果果膠提取的影響

稱取5 份400 g蘋(píng)果渣，用6% Na2CO3溶液進(jìn)行浸泡，分別在蒸汽壓力為0.6 MPa維壓60、120、180、240、 300 s后爆破。干燥后提取果膠，考察維壓時(shí)間對(duì)果膠得率影響。

1.3.3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

響應(yīng)面分析法[20-21]是采用多元二次回歸方程擬合因素與響應(yīng)值間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)回歸方程分析得到最佳的工藝參數(shù)。如表1所示，本實(shí)驗(yàn)考察Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蒸汽爆破壓力、蒸汽爆破維壓時(shí)間對(duì)果膠得率的影響，依據(jù)回歸分析確定各工藝條件的影響因素，以果膠得率為響應(yīng)值作響應(yīng)面與等值線圖，分析優(yōu)化最佳提取條件。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和水平Table 1 Factors and their levels used in response surface analysis

1.3.4 果膠酯化度、乳化活性、乳化穩(wěn)定性的測(cè)定

酯化度的測(cè)定參照Pinheiro等[22]的方法，略有修改。稱0.2 g果膠，用少量乙醇濕潤(rùn)，加20 mL蒸餾水?dāng)嚢枞芙?，? 滴酚酞，用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，至滴定終點(diǎn)所消耗NaOH溶液體積記為V1。再向溶液中加10 mL 0.1 mol/L NaOH溶液，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)2 h。向溶液中加入10 mL 0.1 mol/L HCl溶液，混合液用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，至滴定終點(diǎn)所消耗NaOH溶液體積記為V2，果膠酯化度計(jì)算公式（2）如下：

乳化活性、乳化穩(wěn)定性的測(cè)定參照文獻(xiàn)[23-24]的方法，略有修改。將0.2 g果膠溶解于8 mL蒸餾水中，加入2 mL橄欖油均質(zhì)化1 min制成乳化液。分別在0 min和 10 min時(shí)從底部吸收1 mL稀釋250 倍。以0.1%十二烷基硫酸鈉溶液為空白，在500 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。果膠乳化活性、乳化穩(wěn)定性按式（3）、（4）進(jìn)行計(jì)算：

式中：A0和A10為0 min和10 min時(shí)乳化液的吸光度；V為稀釋倍數(shù)；L為比色皿的寬度/mm；φ為分散相體積分?jǐn)?shù)/%；C為果膠溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%。

1.3.5 蘋(píng)果渣及果膠掃描電鏡觀察

對(duì)蒸汽爆破前后蘋(píng)果渣、果膠做掃描電鏡分析。樣品真空冷凍干燥后粘臺(tái)，真空噴金，觀察樣品縱向表面和橫截面形狀并拍照。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)果膠得率的影響

質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)果膠得率的影響Fig. 2 Effect of Na2CO3concentration on the yield of apple pectin圖2 Na2CO3

由圖2可知，隨著Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加果膠得率逐漸增加，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)達(dá)到最高值（21.25±0.27）%，這可能是由于Na2CO3對(duì)蘋(píng)果渣進(jìn)行預(yù)處理能夠軟化纖維素、木質(zhì)素、半纖維素，使維壓過(guò)程中水蒸氣可以充分進(jìn)入蘋(píng)果渣組織內(nèi)部，進(jìn)而增加爆破效果。半纖維素降解產(chǎn)生酸性基團(tuán)，添加Na2CO3可以中和酸性基團(tuán)使預(yù)處理pH值上升，隨著Na2CO3用量增大，預(yù)處理從酸性環(huán)境逐漸過(guò)渡到堿性環(huán)境，當(dāng)預(yù)處理?xiàng)l件劇烈時(shí)，木質(zhì)素中的阿拉伯糖、木聚糖發(fā)生降解[8]，故隨著Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加，得率下降。預(yù)處理pH值的改變可能是影響果膠得率的原因，因此Na2CO3的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%。

2.1.2 蒸汽爆破壓力對(duì)果膠得率的影響

圖3 蒸汽爆破壓力對(duì)果膠得率的影響Fig. 3 Effect of steam explosion pressure on the yield of apple pectin

由圖3可知，壓力由0.2 MPa升至0.6 MPa時(shí)果膠得率逐漸增加，并在0.6 MPa時(shí)達(dá)到最大值（20.36±0.21）%。隨著壓力繼續(xù)增加得率逐漸下降。這可能是因?yàn)榧?xì)胞結(jié)構(gòu)在高溫高壓蒸汽下纖維素聚合度下降，半纖維素部分降解，木素軟化，細(xì)胞橫向連結(jié)強(qiáng)度下降，當(dāng)驟然減壓時(shí)蘋(píng)果渣孔隙中的蒸汽急劇膨脹產(chǎn)生的“爆破”效果剝離木質(zhì)素[25]，并將蘋(píng)果渣細(xì)胞組織撕裂為細(xì)小纖維，使提取溶劑充分浸入，有利于果膠醇沉。但當(dāng)壓力高時(shí)易出現(xiàn)炭化現(xiàn)象，因此得率降低。因此最佳蒸汽爆破壓力為0.6 MPa。

2.1.3 蒸汽爆破維壓時(shí)間對(duì)果膠得率的影響

由圖4可知，在壓力0.6 MPa、Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%時(shí)果膠得率隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，在180 s時(shí)達(dá)到最大值（21.97±0.27）%。隨著維壓時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，得率逐漸下降。這可能是由于蒸汽爆破過(guò)程中蘋(píng)果渣在高溫高壓下細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂和分解，細(xì)胞器內(nèi)物質(zhì)降解和轉(zhuǎn)化，大分子聚合物被瞬時(shí)壓力爆破為小分子，使糖類(lèi)物質(zhì)溶出并聚合成半乳糖醛酸[25]，故得率提高。維壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，可能會(huì)使果膠發(fā)生焦糖化反應(yīng)而使得率降低。因此最佳蒸汽爆破維壓時(shí)間為180 s。

圖4 蒸汽爆破維壓時(shí)間對(duì)果膠得率的影響Fig. 4 Effect of dwell time on the yield of apple pectin

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 回歸方程的建立和方差分析

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 2 Experimental design together with results for response surface analysis

在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步優(yōu)化，結(jié)果見(jiàn)表2，并采用Design-Expert 8.0.5軟件進(jìn)行多元回歸擬合，得到蘋(píng)果果膠得率對(duì)Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蒸汽爆破壓力、蒸汽爆破維壓時(shí)間的二次多項(xiàng)回歸方程為：

方差分析及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。該回歸方程模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項(xiàng)P為0.174 4，失擬性檢驗(yàn)結(jié)果不顯著。相關(guān)系數(shù)R2為0.999 0，表明響應(yīng)模型可以解釋99.90%的總體變異，只有0.10%的變異無(wú)法用模型來(lái)解釋?zhuān)貧w模型有高度相關(guān)性，可以應(yīng)用于蒸汽爆破處理蘋(píng)果渣提取果膠的理論預(yù)測(cè)。對(duì)模型回歸方程系數(shù)顯著性試驗(yàn)表明，一次項(xiàng)A為顯著，B、C為極顯著；交互項(xiàng)AB為顯著，AC不顯著，BC為極顯著；二次項(xiàng)A2、B2、C2影響為極顯著。各因素對(duì)果膠得率的影響依次是B（蒸汽爆破壓力）＞C（蒸汽爆破維壓時(shí)間）＞A（Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

表3 回歸模型方差分析及顯著性檢驗(yàn)Table 3 Analysis of variance of regression model and significance test

2.2.2 響應(yīng)面分析

圖5 各因素交互作用對(duì)蘋(píng)果果膠提取率影響的響應(yīng)面圖Fig. 5 Response surface plots showing the effects of extraction parameters on the yield of apple pectin

曲面坡度的平緩與陡峭程度直接反映在處理?xiàng)l件發(fā)生變化時(shí)果膠得率的響應(yīng)靈敏程度，如果響應(yīng)面曲面坡度平緩，表明對(duì)于處理?xiàng)l件的變化響應(yīng)值不敏感，反之則為敏感。圖5是由響應(yīng)值和各試驗(yàn)因素構(gòu)成間的立體曲面圖，顯示了Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蒸汽爆破壓力、蒸汽爆破維壓時(shí)間中任意兩個(gè)變量取零水平時(shí)其余兩個(gè)變量對(duì)果膠得率的影響。

圖5a為蒸汽爆破維壓時(shí)間為180 s時(shí)，Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)和蒸汽爆破壓力對(duì)果膠得率的交互作用。當(dāng)蒸汽爆破壓力一定時(shí)隨著Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加果膠得率先增大后趨于平緩。當(dāng)Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為一定時(shí)，隨蒸汽爆破壓力增大，得率先增大后減小的趨勢(shì)。等高線密集，說(shuō)明響應(yīng)值（果膠得率）在試驗(yàn)變化范圍內(nèi)存在極高值，交互影響作用顯著，與方差分析結(jié)果一致。

圖5b為蒸汽爆破壓力為0.6 MPa時(shí)，Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)和蒸汽爆破維壓時(shí)間對(duì)果膠得率的交互作用。當(dāng)Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí)，果膠得率隨蒸汽爆破維壓時(shí)間升高先增大后趨平緩。當(dāng)維壓時(shí)間一定時(shí)，蘋(píng)果果膠得率隨Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高先增大后趨于平緩。響應(yīng)面顯示坡度較平緩，說(shuō)明兩者交互作用不顯著。

圖5c為Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，蒸汽爆破壓力和蒸汽爆破維壓時(shí)間對(duì)果膠得率的交互作用。當(dāng)蒸汽爆破壓力一定時(shí)，果膠得率隨壓力的升高先增大后趨于平緩；當(dāng)蒸汽爆破維壓時(shí)間一定時(shí)，果膠得率隨壓力升高而先增大后減小，且響應(yīng)面顯示坡度較陡，等高線密集，表明蒸汽爆破維壓時(shí)間和壓力交互作用極顯著。

2.2.3 最佳條件的預(yù)測(cè)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

通過(guò)回歸模型的預(yù)測(cè)得到蒸汽爆破提取蘋(píng)果皮渣中果膠的最佳提取工藝為：Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.2%、蒸汽爆破壓力0.57 MPa、蒸汽爆破維壓時(shí)間174.3 s。此時(shí)果膠的理論得率最大為21.58%。由于實(shí)驗(yàn)的客觀條件和便于操作性，把最優(yōu)條件修正為：Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%、蒸汽爆破壓力0.6 MPa、蒸汽爆破維壓時(shí)間174 s。在此條件下進(jìn)行3 次平行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，蘋(píng)果果膠平均得率為（21.42±0.20）%，與理論預(yù)測(cè)值21.58%誤差值僅為 0.16%，證實(shí)了該模型的有效性。

2.3 蒸汽爆破處理對(duì)蘋(píng)果果膠特性影響

表4 果膠特性比較Table 4 Comparison of properties of pectin extracted with and without steam explosion

如表4所示，經(jīng)蒸汽爆破后果膠得率提高了10.96%。酯化度提高了12.25%，這可能是由于果膠結(jié)構(gòu)上存在一些非糖類(lèi)取代基，主要是乙酸、甲醇、酚酸和氨基化合物取代，當(dāng)物料在蒸汽爆破高壓高溫環(huán)境下半乳糖醛酸C6上羧基會(huì)發(fā)生甲酯化，以及處于C2或 C3上的羥基乙?；虼颂岣吡斯z的酯化度[26]。果膠乳化活性提高了20.47 m2/g，這可能是由于果膠乳化活性與果膠中C、H鍵有關(guān)，在高溫高壓環(huán)境下蘋(píng)果果膠分子內(nèi)氫鍵受到一定程度破壞而斷裂，斷鏈繼而發(fā)生結(jié)構(gòu)重排并向有序結(jié)構(gòu)變化[27]，因此提高了果膠的乳化活性。果膠乳化穩(wěn)定性提高了36.37 min，這可能是由于蒸汽爆破使半乳搪醛酸殘基暴露，殘基通過(guò)糖苷鍵連接形成線性狀糖鏈，阿拉伯糖和半乳糖殘基通過(guò)氧化交聯(lián)使果膠改善其凝膠特性[28]，故果膠乳化穩(wěn)定性增加。

2.4 掃描電鏡分析

圖6 掃描電鏡圖Fig. 6 Ultrastructure of apple pectin observed under scanning electron microscopy

由圖6可知，蒸汽爆破技術(shù)對(duì)蘋(píng)果渣和蘋(píng)果果膠在微觀結(jié)構(gòu)上均有較大影響。圖6a表面光滑孔隙少；圖6b表面皺褶，表明汽爆破使蘋(píng)果渣纖維組織破壞，變得疏松[29-30]；圖6c果膠成光滑的片狀，結(jié)構(gòu)完整；圖6d成疏松狀。由此看出經(jīng)過(guò)蒸汽爆破處理后，果渣和果膠的微觀結(jié)構(gòu)均發(fā)生改變。

3 結(jié) 論

響應(yīng)面法對(duì)蘋(píng)果渣中果膠的提取條件進(jìn)行優(yōu)化合理可行，最佳工藝為Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%、蒸汽爆破壓力0.6 MPa、蒸汽爆破維壓時(shí)間174 s，此時(shí)果膠得率為21.42%。與未經(jīng)蒸汽爆破處理的樣品相比，經(jīng)蒸汽爆破處理后果膠得率提高了10.96%，酯化度提高了12.25%，乳化活性提高了20.47 m2/g，乳化穩(wěn)定性提高了36.37 min；掃描電鏡表明蒸汽爆破打破了蘋(píng)果渣細(xì)胞結(jié)構(gòu)，原料物理結(jié)構(gòu)在汽爆過(guò)程中發(fā)生較大變化，對(duì)生物質(zhì)原料預(yù)處理達(dá)到了顯著效果，為蘋(píng)果果膠在食品中進(jìn)一步應(yīng)用提供理論及實(shí)踐依據(jù)。

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Optimization of Apple Pomace Pectin Extraction by Steam Explosion Employing Response Surface Methodology

SUN Junliang1, DU Hanmei1, LIANG Xinhong1,*, JIAO Zhonggao2, RAN Junjian1, HE Hongju1, ZHU Mingming1
(1. School of Food Science, Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003, China; 2. Zhengzhou Fruit Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450009, China)

Pre-soaking in aqueous Na2CO3solution followed by steam explosion was employed in the extraction of apple pomace pectin for the purpose of improving the product yield. Processing parameters were optimized using a combination of one-factor-at-a-time method and response surface methodology. The results showed that a Na2CO3concentration of 6% and an explosion pressure of 0.6 MPa maintained for 174 s were found to be optimal the maximum pectin yield of 21.42%, 10.96% higher than that obtained without steam explosion. In addition, the esterification degree, emulsifying activity and emulsion stability of pectin were increased by 12.25%, 20.47 m2/g, and 36.37 min, respectively by steam explosion. Scanning electron microscopy results revealed that the surface of both apple pomace and pectin extracted without steam explosion was smooth and complete, which became loose after steam explosion. The application of steam explosion in pectin extraction from apple pomace could improve the yield, esterification degree, emulsifying activity and emulsion stability of pectin. This research can provide theoretical and practical evidence for the production of apple pectin.

steam explosion; pectin; extraction process; response surface methodology

10.7506/spkx1002-6630-201714042

TS201.1

A

1002-6630（2017）14-0270-06

孫俊良, 杜寒梅, 梁新紅, 等. 響應(yīng)面法優(yōu)化蒸汽爆破技術(shù)提取蘋(píng)果果膠工藝[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(14): 270-275.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714042. http://www.spkx.net.cn SUN Junliang, DU Hanmei, LIANG Xinhong, et al. Optimization of apple pomace pectin extraction by steam explosion employing response surface methodology[J]. Food Science, 2017, 38(14): 270-275. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714042. http://www.spkx.net.cn

2016-09-24

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程專(zhuān)項(xiàng)（CAAS-ASTIP-2015-ZFRI）；河南科技學(xué)院科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2015006）；河南科技學(xué)院高層次人才科研項(xiàng)目（2015016）；河南科技學(xué)院大學(xué)生“百農(nóng)英才”創(chuàng)新項(xiàng)目（BNYC2016-2-15）

孫俊良（1964—），男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。E-mail：sjl338@163.com

*通信作者：梁新紅（1971—），女，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。E-mail：liangxinhong2005@163.com