響應面法優化蒸汽爆破技術提取蘋果果膠工藝

孫俊良，杜寒梅，梁新紅,*，焦中高，冉軍艦，何鴻舉，朱明明

（1.河南科技學院食品學院，河南 新鄉 453003；2.中國農業科學院鄭州果樹研究所，河南 鄭州 450009）

響應面法優化蒸汽爆破技術提取蘋果果膠工藝

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.河南科技學院食品學院，河南 新鄉 453003；2.中國農業科學院鄭州果樹研究所，河南 鄭州 450009）

采用Na2CO3預浸-蒸汽爆破技術提高蘋果渣中果膠提取得率。在單因素試驗基礎上采用響應面法確定Na2CO3預浸質量分數和蒸汽爆破最佳工藝參數。結果表明：響應面法優化蒸汽爆破技術提高蘋果渣中果膠得率的最佳工藝為Na2CO3質量分數6%、蒸汽爆破壓力0.6 MPa、蒸汽爆破維壓時間174 s，此時果膠得率達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，乳化穩定性提高36.37 min，掃描電鏡顯示蒸汽爆破前的蘋果渣和果膠表面光滑結構完整，經蒸汽爆破后均變為疏松。蒸汽爆破技術提高了果膠的得率、酯化度、乳化活性、乳化穩定性，為果膠生產提供了理論及實踐依據。

蒸汽爆破；果膠；提取工藝；響應面

我國是蘋果種植大國，除鮮食外其余大部分用于果汁加工，果汁加工過程中產生的果渣占蘋果總質量的10%～15%[1]。目前，大量的果渣得不到合理利用，既為生產帶來負擔又造成了環境污染。

蘋果果膠是一種相對分子質量在1～40萬之間的多糖聚合物，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。蘋果果膠是一種天然食品添加劑，在食品上應用廣泛，多作為凝膠劑、增稠劑、穩定劑、懸浮劑、乳化劑、增香增效劑等[2-3]。蘋果果膠作為一種水溶性膳食纖維，不僅能預防肥胖[4]，還有助于防三高、防癌和抗癌[5]。目前，我國對蘋果果膠的需求日益增長，但商品蘋果果膠的來源十分有限。據研究表明，干蘋果渣中含有10%～25%的果膠，從蘋果渣中提取果膠不僅能增加經濟效益，還能減少環境污染。

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

本實驗采用河南鶴壁正道重型機械廠研發的QBS-80型汽爆工藝試驗臺，簡易原理如圖1 所示，共由3部分組成：高壓蒸汽裝置、反應裝置、物料接收裝置。高壓蒸汽由蒸汽管道進入汽缸，物料經進料口進入物料倉，蒸汽與物料在高溫高壓環境下維壓一定時間，閥門打開時物料在瞬間膨脹，內能轉化為機械能，達到爆破效果。總體而言蒸汽爆破對生物質原料的預處理效果顯著，且對環境污染小[15]，是一種高效、綠色、低成本預處理技術[16]。

圖1 QBS-80型汽爆工藝試驗臺簡易圖Fig. 1 Schematics of model QBS-80 steam explosion system

本研究采用響應面法優化蒸汽爆技術提取蘋果果膠工藝，優化Na2CO3質量分數、蒸汽爆破壓力和維壓時間等工藝參數；另外，對蒸汽爆破處理前后的果膠得率、酯化度、乳化活性、乳化穩定性以及微觀結構進行比較分析。研究結果將為提高蘋果加工副產物附加值及果膠工業化生產提供參考和依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘋果渣 國投中魯果汁股份有限公司。

無水乙醇、NaOH、鹽酸、鋅粉、KBr、濃硫酸、酚酞等均為國產分析試劑。

1.2 儀器與設備

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

1.3 方法

1.3.1 蘋果果膠提取

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

式中：m1為果膠質量/g；m2為蘋果渣質量/g 。

1.3.2 單因素試驗

1.3.2.1 Na2CO3質量分數對果膠提取得率的影響

稱取5 份400 g蘋果渣分別添加質量分數為2%、4%、6%、8%、10%的Na2CO3溶液浸泡，然后將蘋果渣放入蒸汽爆破試驗臺的高壓罐內，以飽和水蒸氣為介質在0.6 MPa維壓120 s，迅速打開高溫高壓閥將物料釋放到儲料罐，集中收集儲料罐內的蘋果渣，干燥后提取果膠，考察不同質量分數Na2CO3對果膠得率影響。

1.3.2.2 蒸汽爆破壓力對蘋果果膠提取的影響

稱取5 份400 g蘋果渣，用6% Na2CO3溶液浸泡，將浸泡后的蘋果渣放入蒸汽爆破試驗臺的高壓罐內，以飽和水蒸氣為介質，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，迅速打開高溫高壓閥將物料釋放到儲料罐，集中收集儲料罐內的蘋果渣，干燥后提取果膠，考察蒸汽爆破壓力對果膠得率影響。

1.3.2.3 蒸汽爆破維壓時間對蘋果果膠提取的影響

稱取5 份400 g蘋果渣，用6% Na2CO3溶液進行浸泡，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，考察維壓時間對果膠得率影響。

1.3.3 響應面試驗設計

響應面分析法[20-21]是采用多元二次回歸方程擬合因素與響應值間的函數關系，通過回歸方程分析得到最佳的工藝參數。如表1所示，本實驗考察Na2CO3質量分數、蒸汽爆破壓力、蒸汽爆破維壓時間對果膠得率的影響，依據回歸分析確定各工藝條件的影響因素，以果膠得率為響應值作響應面與等值線圖，分析優化最佳提取條件。

表1 響應面試驗設計因素和水平Table 1 Factors and their levels used in response surface analysis

1.3.4 果膠酯化度、乳化活性、乳化穩定性的測定

酯化度的測定參照Pinheiro等[22]的方法，略有修改。稱0.2 g果膠，用少量乙醇濕潤，加20 mL蒸餾水攪拌溶解，加1 滴酚酞，用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，至滴定終點所消耗NaOH溶液體積記為V1。再向溶液中加10 mL 0.1 mol/L NaOH溶液，室溫攪拌反應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，至滴定終點所消耗NaOH溶液體積記為V2，果膠酯化度計算公式（2）如下：

乳化活性、乳化穩定性的測定參照文獻[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橄欖油均質化1 min制成乳化液。分別在0 min和 10 min時從底部吸收1 mL稀釋250 倍。以0.1%十二烷基硫酸鈉溶液為空白，在500 nm波長處測定吸光度。果膠乳化活性、乳化穩定性按式（3）、（4）進行計算：

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

1.3.5 蘋果渣及果膠掃描電鏡觀察

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

1.4 統計分析

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 Na2CO3質量分數對果膠得率的影響

質量分數對果膠得率的影響Fig. 2 Effect of Na2CO3concentration on the yield of apple pectin圖2 Na2CO3

由圖2可知，隨著Na2CO3質量分數的增加果膠得率逐漸增加，在質量分數為6%時達到最高值（21.25±0.27）%，這可能是由于Na2CO3對蘋果渣進行預處理能夠軟化纖維素、木質素、半纖維素，使維壓過程中水蒸氣可以充分進入蘋果渣組織內部，進而增加爆破效果。半纖維素降解產生酸性基團，添加Na2CO3可以中和酸性基團使預處理pH值上升，隨著Na2CO3用量增大，預處理從酸性環境逐漸過渡到堿性環境，當預處理條件劇烈時，木質素中的阿拉伯糖、木聚糖發生降解[8]，故隨著Na2CO3質量分數的繼續增加，得率下降。預處理pH值的改變可能是影響果膠得率的原因，因此Na2CO3的最佳質量分數為6%。

2.1.2 蒸汽爆破壓力對果膠得率的影響

圖3 蒸汽爆破壓力對果膠得率的影響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時果膠得率逐漸增加，并在0.6 MPa時達到最大值（20.36±0.21）%。隨著壓力繼續增加得率逐漸下降。這可能是因為細胞結構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，細胞橫向連結強度下降，當驟然減壓時蘋果渣孔隙中的蒸汽急劇膨脹產生的“爆破”效果剝離木質素[25]，并將蘋果渣細胞組織撕裂為細小纖維，使提取溶劑充分浸入，有利于果膠醇沉。但當壓力高時易出現炭化現象，因此得率降低。因此最佳蒸汽爆破壓力為0.6 MPa。

2.1.3 蒸汽爆破維壓時間對果膠得率的影響

由圖4可知，在壓力0.6 MPa、Na2CO3質量分數6%時果膠得率隨時間延長而增加，在180 s時達到最大值（21.97±0.27）%。隨著維壓時間繼續延長，得率逐漸下降。這可能是由于蒸汽爆破過程中蘋果渣在高溫高壓下細胞壁結構發生斷裂和分解，細胞器內物質降解和轉化，大分子聚合物被瞬時壓力爆破為小分子，使糖類物質溶出并聚合成半乳糖醛酸[25]，故得率提高。維壓時間過長時，可能會使果膠發生焦糖化反應而使得率降低。因此最佳蒸汽爆破維壓時間為180 s。

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

2.2 響應面試驗結果

2.2.1 回歸方程的建立和方差分析

表2 響應面試驗設計方案及結果Table 2 Experimental design together with results for response surface analysis

在單因素試驗結果基礎上，采用Box-Behnken設計方案進一步優化，結果見表2，并采用Design-Expert 8.0.5軟件進行多元回歸擬合，得到蘋果果膠得率對Na2CO3質量分數、蒸汽爆破壓力、蒸汽爆破維壓時間的二次多項回歸方程為：

方差分析及顯著性檢驗結果見表3。該回歸方程模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項P為0.174 4，失擬性檢驗結果不顯著。相關系數R2為0.999 0，表明響應模型可以解釋99.90%的總體變異，只有0.10%的變異無法用模型來解釋，回歸模型有高度相關性，可以應用于蒸汽爆破處理蘋果渣提取果膠的理論預測。對模型回歸方程系數顯著性試驗表明，一次項A為顯著，B、C為極顯著；交互項AB為顯著，AC不顯著，BC為極顯著；二次項A2、B2、C2影響為極顯著。各因素對果膠得率的影響依次是B（蒸汽爆破壓力）＞C（蒸汽爆破維壓時間）＞A（Na2CO3質量分數）。

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

2.2.2 響應面分析

圖5 各因素交互作用對蘋果果膠提取率影響的響應面圖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條件發生變化時果膠得率的響應靈敏程度，如果響應面曲面坡度平緩，表明對于處理條件的變化響應值不敏感，反之則為敏感。圖5是由響應值和各試驗因素構成間的立體曲面圖，顯示了Na2CO3質量分數、蒸汽爆破壓力、蒸汽爆破維壓時間中任意兩個變量取零水平時其余兩個變量對果膠得率的影響。

圖5a為蒸汽爆破維壓時間為180 s時，Na2CO3質量分數和蒸汽爆破壓力對果膠得率的交互作用。當蒸汽爆破壓力一定時隨著Na2CO3質量分數增加果膠得率先增大后趨于平緩。當Na2CO3質量分數為一定時，隨蒸汽爆破壓力增大，得率先增大后減小的趨勢。等高線密集，說明響應值（果膠得率）在試驗變化范圍內存在極高值，交互影響作用顯著，與方差分析結果一致。

圖5b為蒸汽爆破壓力為0.6 MPa時，Na2CO3質量分數和蒸汽爆破維壓時間對果膠得率的交互作用。當Na2CO3質量分數一定時，果膠得率隨蒸汽爆破維壓時間升高先增大后趨平緩。當維壓時間一定時，蘋果果膠得率隨Na2CO3質量分數的升高先增大后趨于平緩。響應面顯示坡度較平緩，說明兩者交互作用不顯著。

圖5c為Na2CO3質量分數為6%時，蒸汽爆破壓力和蒸汽爆破維壓時間對果膠得率的交互作用。當蒸汽爆破壓力一定時，果膠得率隨壓力的升高先增大后趨于平緩；當蒸汽爆破維壓時間一定時，果膠得率隨壓力升高而先增大后減小，且響應面顯示坡度較陡，等高線密集，表明蒸汽爆破維壓時間和壓力交互作用極顯著。

2.2.3 最佳條件的預測及驗證實驗

通過回歸模型的預測得到蒸汽爆破提取蘋果皮渣中果膠的最佳提取工藝為：Na2CO3質量分數6.2%、蒸汽爆破壓力0.57 MPa、蒸汽爆破維壓時間174.3 s。此時果膠的理論得率最大為21.58%。由于實驗的客觀條件和便于操作性，把最優條件修正為：Na2CO3質量分數6%、蒸汽爆破壓力0.6 MPa、蒸汽爆破維壓時間174 s。在此條件下進行3 次平行實驗進行驗證，蘋果果膠平均得率為（21.42±0.20）%，與理論預測值21.58%誤差值僅為 0.16%，證實了該模型的有效性。

2.3 蒸汽爆破處理對蘋果果膠特性影響

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構上存在一些非糖類取代基，主要是乙酸、甲醇、酚酸和氨基化合物取代，當物料在蒸汽爆破高壓高溫環境下半乳糖醛酸C6上羧基會發生甲酯化，以及處于C2或 C3上的羥基乙酰化，因此提高了果膠的酯化度[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，在高溫高壓環境下蘋果果膠分子內氫鍵受到一定程度破壞而斷裂，斷鏈繼而發生結構重排并向有序結構變化[27]，因此提高了果膠的乳化活性。果膠乳化穩定性提高了36.37 min，這可能是由于蒸汽爆破使半乳搪醛酸殘基暴露，殘基通過糖苷鍵連接形成線性狀糖鏈，阿拉伯糖和半乳糖殘基通過氧化交聯使果膠改善其凝膠特性[28]，故果膠乳化穩定性增加。

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，蒸汽爆破技術對蘋果渣和蘋果果膠在微觀結構上均有較大影響。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，結構完整；圖6d成疏松狀。由此看出經過蒸汽爆破處理后，果渣和果膠的微觀結構均發生改變。

3 結 論

響應面法對蘋果渣中果膠的提取條件進行優化合理可行，最佳工藝為Na2CO3質量分數6%、蒸汽爆破壓力0.6 MPa、蒸汽爆破維壓時間174 s，此時果膠得率為21.42%。與未經蒸汽爆破處理的樣品相比，經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，乳化穩定性提高了36.37 min；掃描電鏡表明蒸汽爆破打破了蘋果渣細胞結構，原料物理結構在汽爆過程中發生較大變化，對生物質原料預處理達到了顯著效果，為蘋果果膠在食品中進一步應用提供理論及實踐依據。

[1] 趙光遠, 刁華娟, 荊利強, 等. 不同分子質量和不同酯化度蘋果果膠的研究[J]. 食品與機械, 2011, 27(6): 47-88; 50. DOI:10.3969/ j.issn.1003-5788.2011.06.011.

[2] CHEMAT F, ZILL-E-HUMA, KHAN M K. Applicatiaons of ultrasound in food technology: processing, preservation and extraction[J]. Ultrasonic Sonochemistry, 2011, 31(18): 813-835. DOI:10.1016/j.ultsonch.2010.11.023.

[3] BAGHERIAN H, ASHTIANI F Z, FOULADITAJAR A, et al. Comparisons between conventional, microwave- and ultrasoundassisted methods for extraction of pectin from grapefruit[J]. Chemical Engineering & Processing Process Intensification, 2011, 50(11/12): 1237-1243. DOI:10.1016/j.cep.2011.08.002.

[4] 劉麗平, 張淑華, 及雪敏. 果膠的提取及應用研究進展江蘇農業科學[J]. 2016, 44(8): 30-34. DOI:10.15889/ j.issn.1002-1302.2016.08.007.

[5] 常大偉, 張爽, 孔令知, 等. 超聲波輔助提取蘋果渣中果膠的研究[J]. 陜西科技大學學報, 2013, 31(2): 101-104. DOI:10.3969/ j.issn.1000-5811.2013.02.024.

[6] WANG K, WANG F, JIANG J X, et al. Structure composition and enzymatic hydrolysis of steam-exploded lespedeza stalks[J]. Forest Ecosystems, 2007, 9(2): 137-141. DOI:10.1007/s11632-007-0021-3.

[7] ZHANG Y Z, WANG L, CHEN H Z. Formation kinetics of potential fermentation inhibitors in a steam explosion process of corn straw[J]. Applied Biochemistry and Biotechnology, 2013, 169(2): 359-367. DOI:10.1007/s12010-012-9961-8.

[8] 曹杰, 徐韜, 楊林峰, 等. 碳酸鈉-蒸汽爆破預處理對麥草化學成分及酶水解效率的影響[J]. 纖維素科學與技術, 2013, 21(1): 23-29. DOI:10.1656/j.cnki.xws.2013.01.004.

[9] 趙劍, 衛民, 劉軍利, 等. 構樹皮蒸汽爆破預處理的研究[J]. 生物質化學工程, 2013, 47(4): 12-16. DOI:10.3969/j.issn.1673-5854.2013.04.003.

[10] YU Z D, ZHANG B, YU F, et al. A real explosion: the requirement of steam explosion pretreatment[J]. Bioresource Technology, 2012, 121(10): 335-341. DOI:10.1016/j.biortech.2012.06.055.

[11] SHAFIEI M, KABIR M M, ZILOUEI H, et al. Techno-economical study of biogas production improved by steam explosion pretreatment[J]. Bioresource Technology, 2013, 148(8): 53-60. DOI:10.1016/j.biortech.2013.08.111.

[12] WANG Wei, LING Hongzhi, ZHAO Hui. Steam explosion pretreatment of corn straw on xylose recovery and xylitol production using hydrolysate without detoxification[J]. Process Biochemistry, 2015, 50(2): 1623-1628. DOI:10.1016/j.procbio.2015.06.001.

[13] 石敏, 汪何雅, 成玉梁, 等. 蒸汽爆破法預處理制取的靈芝粗提物安全性評價初步研究[J]. 食品工業科技, 2014, 35(6): 338-342. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2014.06.082.

[14] 李光磊, 張國叢, 劉本國, 等. 蒸汽爆破處理對秈米淀粉分子結構的影響[J]. 現代食品科技, 2014, 30(7): 136-141. DOI:10.13982/j.mfst. 1673-9078.2014.07.032.

[15] NGOUEMAZONG D E, TENGWEH F F, FRAEYE I, et al. Effect of de-methylesterification on network development and nature of Ca2+-pectin gels: towards understanding structure-function relations of pectin[J]. Food Hydrocolloids, 2012, 26(1): 89-98. DOI:10.1016/ j.foodhyd.2011.04.002.

[16] JIANG Y, DU Y X, ZHU X M, et al. Physicochemical and comp arative properties of pectins extracted from Akebia trifoliata var. Australis peel[J]. Carbohydrate Polymers, 2012, 87(2): 1663-1669. DOI:10.1016/j.carbpol.2011.09.064.

[17] 陳豆弟, 張露, 代紅靈, 等. 果膠提取工藝的研究進展[J]. 飲料工業, 2012, 15(2): 8-11. DOI:10.3969/j.issn.1007-7871.2012.02.002.

[18] 余先純. 響應面優化微波加熱法提取橘皮果膠[J]. 食品研究與開發, 2012, 33(3): 64-67. DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2012.03.018.

[19] 孫立軍, 郭玉蓉, 田蘭蘭, 等. 蘋果果膠研究進展[J]. 食品工業科技, 2012, 33(4): 445-449. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2012.04.080.

[20] 鄧剛, 焦聰聰, 許杭琳, 等. 超聲輔助提取佛手廢渣果膠的工藝優化[J].食品科學, 2011, 32(14): 103-107.

[21] 任廣躍, 劉亞男, 劉航, 等. 響應面試驗優化酶解輔助噴霧干燥制備懷山藥粉工藝[J]. 食品科學, 2016, 37(6): 1-6. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201606001.

[22] PINHEIRO E, SILVA I, GONZAGA L, et al. Optimization of extraction of high-ester pectin from passion fruit peel (Passiflora edulis flavicarpa) with citric acid by using response surface methodology[J]. Bioresource Technology, 2008, 99(13): 5561-5566.

[23] PEARCE K N, KINSELLA J E. Emulsifying properties of proteins: evaluation of a turbidimetric technique[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1978, 26(3): 716-723.

[24] ZHANG L, SHI Z, SHANG G W, et al. Emulsification properties of sugar beet pectin after modification withhorseradish peroxidase[J]. Food Hydrocolloids, 2015, 43: 107-113. DOI:10.1016/ j.foodhyd.2014.05.004.

[25] 任天寶, 馬孝琴, 徐桂轉, 等. 響應面法優化玉米秸稈蒸汽爆破預處理條件[J]. 農業工程學報, 2011, 27(9): 282-286. DOI:10.3969/ j.issn.1002-6819.2011.09.049.

[26] MAXWELL E G, BELSHAW N J, WALDRON K W, et al. Pectin-An emerging new bioactive food polysaccharide[J]. Trends in Food Science and Technology, 2012, 24(2): 64-73. DOI:10.1016/ j.tifs.2011.11.002.

[27] JACQUET N, MANIET G, VANDERGHEM C, et al. Application of steam explosion as pretreatment on lignocellulosic material: a review[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2015, 54(10): 2593-2598. DOI:10.1021/ie503151g.

[28] 吳國利, 扶雄, 孟赫誠, 等. 超濾分級甜菜中果膠的理化性質及乳化特性研究[J]. 現代食品科技, 2013(6): 1237-1242. DOI:10.13982/ j.mfst.1673-9078.2013.06.048.

[29] 任天寶, 徐桂轉, 馬孝琴, 等. 蒸汽爆破對玉米秸稈理化特性的影響[J]. 高壓物理學報, 2012, 26(2): 227-234. DOI:10.11858/gywlxb. 2012.02.017.

[30] HAN G G, DENG J, ZHANG S, et al. Effect of steam explosion treatment on characteristics of wheat straw[J]. Industrial Crops and Products, 2010, 31(1): 28-33. DOI:10.1016/j.indcrop.2009.08.003.

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. 響應面法優化蒸汽爆破技術提取蘋果果膠工藝[J]. 食品科學, 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

中國農業科學院科技創新工程專項（CAAS-ASTIP-2015-ZFRI）；河南科技學院科技創新基金項目（2015006）；河南科技學院高層次人才科研項目（2015016）；河南科技學院大學生“百農英才”創新項目（BNYC2016-2-15）

孫俊良（1964—），男，教授，博士，研究方向為食品生物技術。E-mail：sjl338@163.com

*通信作者：梁新紅（1971—），女，副教授，博士，研究方向為食品生物技術。E-mail：liangxinhong2005@163.com