山楂酒發酵殘渣利用工藝的研究

厲盈穎，陳 鑫，張俊杰

（淮海工學院海洋生命與水產學院，江蘇連云港222000）

山楂是我國常見的藥食兩用水果，具有促消化、降血脂等多種保健功能[1]。隨著人們消費水平的提高，山楂酒、山楂糕、山楂果醬等制品層出不窮，促進了山楂制品行業的不斷發展。在山楂制品加工過程中會產生大量果渣等，這些廢渣大部分都被丟棄，容易造成環境污染。

山楂被稱為“果膠之王”，其果膠含量高達6.4%[2-3]，山楂酒廢渣中也會有大量果膠殘留。果膠可廣泛運用于生產果醬、果凍等產品。目前國內果膠的生產主要從蘋果渣、柑橘皮中提取[4-5]，對于山楂制品廢渣中果膠的提取工藝研究較少。實驗對山楂酒廢渣中的果膠物質提取工藝進行了研究，對工業上的廢渣利用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑

山楂酒發酵殘渣：連云港市凱威酒業有限公司提供。

鹽酸、95%乙醇溶液：南京化學試劑有限公司。

活性炭：鄭州永坤環保科技有限公司。

白砂糖：上海好汁味糖業有限公司。

1.2 儀器與設備

HW-YS電熱恒溫水浴鍋：上海精宏實驗設備有限公司。

D-37520冷凍離心機：賽默飛世爾科技(中國)有限公司。

BP221S電子天平：北京賽多利斯儀器系統有限公司。

DHG-9240A電熱鼓風干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司。

NDJ-7旋轉式黏度計：上海天平儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 果膠提取工藝流程

山楂酒發酵殘渣→水洗處理→酸水解→過濾→脫色處理→過濾→乙醇沉淀→取出濕果膠→干燥至恒重→成品干果膠

1.3.2 水解溫度的確定

取等質量山楂酒發酵殘渣6份，按1∶3(g/mL)的料液比加入0.01 mol/L HCl溶液，調節pH值至2.0～2.5，分別在50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、120℃下水解50 min，確定最佳提取溫度。

1.3.3 活性炭用量的確定

山楂酒發酵殘渣經酸水解后得到果膠液，量取等量果膠液3份，分別加入0.5%、1%、1.5%活性炭進行脫色，確定活性炭的最佳添加量。

1.3.4 脫色溫度的確定

量取等量果膠液4份，分別在25℃、40℃、50℃、60℃條件下進行脫色加熱，確定活性炭脫色的最佳溫度。

1.3.5 脫色時間的確定

量取等量果膠液2份，分別脫色處理20 min、40 min，確定活性炭脫色的最佳時間。

1.3.6 乙醇用量的確定

量取等量果膠脫色液3份，分別加入0.5倍、1.5倍、2倍體積的乙醇溶液進行沉淀，確定乙醇沉降果膠的最佳用量。

1.3.7 果膠成品性質測定

將成品干果膠在不同條件下溶解后，置于旋轉式黏度計中進行黏度測定，并將3種果膠溶液進行攪打，觀察其凝膠狀況。

水溶果膠液：稱取0.25 g干果膠成品，加入25 mL蒸餾水，加熱溶解。

酸溶果膠液：稱取0.15 g干果膠成品，加入15 mL HCl溶液，加熱溶解。

加糖果膠液：按70%的濃度添加白砂糖于1%果膠水溶液中。

1.4 計算公式

果膠提取率按如下公式計算：

2 結果與討論

2.1 果膠提取率計算

采用直接干燥法，將樣品烘干至恒重，測得山楂酒發酵殘渣水分含量為89.03%，因此得出果膠提取率公式為：

2.2 水解溫度的確定

果膠通常以原果膠、果膠和果膠酸這3種形式存在于植物的果實、根莖等部位中[6]，不溶于乙醇等有機溶劑，其中天然果膠中的不溶性原果膠物質，會在酸的作用下轉化為水溶性果膠[7]。新鮮山楂果中含有大量的果膠物質，山楂酒釀制后會有大量殘渣，因此需要通過酸水解，將山楂酒發酵殘渣中的不溶性原果膠轉化成可溶性果膠，再進行提取。

取等量山楂酒發酵殘渣，按1∶3(g/mL)的料液比加入0.01 mol/L HCl溶液，調節pH值至2.0～2.5，分別在50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、120℃下進行水解，確定最佳提取溫度。結果見圖1。

由圖1可看出，隨著溫度升高，果膠提取率增大，在90℃時提取率最高，但溫度繼續升高，果膠提取率顯著降低。由于果膠耐熱性差，溫度過高會使果膠裂解為多糖分子，果膠結構被破壞，凝膠程度降低，乙醇無法將果膠沉降，導致果膠提取率降低[5]。因此確定酸水解的溫度為90℃。

圖1 不同酸水解溫度的果膠提取率

2.3 活性炭用量的確定

由于山楂中花色苷類色素含量豐富，所提取的果膠成品中也會有色素殘留[8]，導致干果膠成品顏色偏紅，因此需要通過脫色來優化果膠成品品質。

等量果膠水解液中分別加入0.5%、1%、1.5%活性炭進行脫色，確定活性炭的最佳添加量。結果見圖2、圖3。

圖2 不同活性炭添加量下脫色后的果膠液

圖3 不同活性炭添加量的果膠提取率

由圖2可知，1.5%活性炭添加量所得果膠脫色液效果最好，顏色幾乎透明。此外，考慮活性炭吸附作用較強，而果膠液黏度較大，在脫色時可能會有部分果膠被吸附，影響果膠提取率[9]，因此將不同活性炭添加量所得脫色后的果膠液進行醇沉，進而得到果膠成品，來比較不同活性炭添加量對提取率的影響。圖3結果顯示，3種不同添加量的果膠提取率偏差不大，說明活性炭添加量對果膠提取影響很小。為了得到較好品質的果膠成品，確定了1.5%活性炭添加量為果膠脫色最佳添加量。

2.4 活性炭脫色時間的確定

將等量果膠液在40℃下分別脫色處理20 min、40 min，確定脫色最佳時間。結果見圖4。

圖4 不同時間脫色處理所得果膠沉淀

由圖4可知，40℃下脫色處理20 min后的果膠液在加入乙醇后，有明顯的白色沉淀，而脫色處理40 min后的果膠液在加入乙醇溶液后，沒有產生明顯的白色沉淀。由于果膠自身絮凝作用較強，加上活性炭有很強的吸附作用，不僅會吸附果膠液中的色素，也會對果膠物質產生吸附作用[10]。如果活性炭脫色時間過長，會使部分果膠吸附在活性炭中而使果膠造成損失，而脫色時間過短，會使色素吸附不完全，獲得的果膠成品質量較差。因此，選擇以20 min作為活性炭脫色時間為最佳。

2.5 活性炭脫色溫度的確定

等量果膠水解液在不同溫度下進行脫色處理，確定活性炭脫色的最佳溫度。結果見圖5。

由圖5可知，在不同溫度下進行活性炭脫色，所得果膠脫色液顏色幾乎沒有差別，說明脫色溫度對果膠脫色效果影響不大。考慮溫度越高，能耗越大，為了節約能源，確定25℃為活性炭脫色的最佳溫度。

2.6 乙醇用量的確定

目前工業上普遍采用傳統的酸提取法來提取果膠，利用果膠不溶于乙醇及其他有機溶劑的原理來使果膠物質沉淀，工藝上通常采用2倍體積乙醇溶液沉淀果膠[7]，乙醇消耗量大，會使工業成本偏高。

圖5不同脫色溫度下的果膠液

將等量果膠液分別在不同體積倍數的乙醇溶液中沉淀，確定乙醇的最佳用量。結果見圖6。

圖6 不同乙醇用量下果膠提取率

由圖6可知，不同乙醇用量下所得果膠提取率差異較小，說明乙醇用量對果膠提取率影響不顯著。考慮工業上乙醇使用過多會加大成本，故選擇0.5倍體積乙醇沉淀果膠為最佳用量。

2.7 果膠成品性質測定（圖7、圖8）

圖7 不同溶解條件下果膠液黏度

圖8 不同果膠溶解液攪打后所得樣品

由圖7、圖8可知，果膠在酸性和加糖的條件下溶解黏度遠高于水溶性果膠，且水溶果膠液攪打后依舊呈溶液狀態，酸溶果膠液攪打后形成了明顯的凝膠物質，糖溶果膠液經過攪打后也形成了少量的凝膠物質。經查閱資料，果膠的黏度受果膠來源、聚合度、pH值等因素的影響[11]。果膠的溶解性也受溫度、果膠酯化度、pH值等因素的影響[12-13]。根據酯化度的大小可將果膠分為高甲氧基果膠與低甲氧基果膠[14]，兩種果膠在性質上有很大的區別。高甲氧基果膠在高糖或酸性條件下才會發生凝膠作用，低酯果膠則不受此條件影響[15]。實驗中所得果膠成品可能為高甲氧基果膠，所以在酸性及高糖條件下，果膠溶液黏度遠高于水溶果膠液，并且酸溶果膠液能在一定剪切力下形成明顯的凝膠，糖溶果膠液經過合適的糖酸配比也能形成凝膠物質。

3 結論

通過對山楂酒發酵殘渣果膠提取工藝的初步探究，得到了山楂酒發酵殘渣提取果膠的工藝條件為酸水解溫度90℃，1.5%活性炭添加量，活性炭脫色溫度25℃，脫色時間20 min，乙醇加量2∶1（果膠液∶乙醇）。所得的果膠成品在酸溶和加糖的條件下具有較高的黏度，并在一定條件下可形成凝膠物質。

從山楂酒發酵殘渣中提取果膠，可作為食品添加劑運用于食品工業，起到膠凝、增稠、乳化作用等[16-18]。