一种苹果果胶提取工艺及其最佳提取条件的优化方法
阅读说明：本技术 一种苹果果胶提取工艺及其最佳提取条件的优化方法 (Apple pectin extraction process and optimization method of optimal extraction conditions thereof ) 是由 令博 郑建军 李洪岳 杜思成 高继龙 张志毅 刘家凯 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：一种苹果果胶提取工艺及其最佳提取条件的优化方法,以苹果为主要原料,通过压榨、干燥、粉碎、过筛等处理得到干苹果渣,采用柠檬酸溶液作为提取液,经射频辅助加热提取苹果果胶。通过单因素试验与响应面法优化得到果胶最优提取条件。苹果中富含天然优质果胶,目前对射频辅助提取苹果果胶工艺未见报道,该工艺的出现对射频辅助提取苹果果胶及其它农副产品中果胶的工业化应用提供了指导与借鉴意义,具有潜在的市场开发前景。(An apple pectin extraction process and an optimization method of the optimal extraction conditions thereof are characterized in that apples are used as main raw materials, dried apple pomace is obtained through squeezing, drying, crushing, sieving and other treatments, citric acid solution is used as an extracting solution, and apple pectin is extracted through radio frequency auxiliary heating. And optimizing by a single-factor test and a response surface method to obtain the optimal pectin extraction condition. The apple is rich in natural high-quality pectin, the existing process for extracting apple pectin by radio frequency assistance is not reported, the process provides guidance and reference significance for industrial application of pectin in apple pectin and other agricultural byproducts by radio frequency assistance, and has potential market development prospects.)
技术领域
本发明属于农产品加工技术领域，具体涉及一种苹果果胶提取工艺及其最佳提取条件的优化方法。
背景技术
苹果是世界上第二大商用果胶的来源。果胶是一种多糖，它广泛存在于高等植物的细胞壁及细胞间。果胶有很多商用价值，在食品加工业、化妆品业和制药业中，果胶经常被当作凝胶、稳定剂和乳化剂使用。商用果胶常见的提取方法是酸性水浴煮沸法，使用无机酸作为提取剂，常用的无机酸有盐酸、硫酸等，通过水浴煮沸法来提取果胶，这一方法会带来一系列的问题，如污染环境、果胶品质不高等。为了解决这一问题，目前出现了很多新兴技术，如超声提取、微波提取和中压电场提取等。射频加热技术也是一种新兴绿色技术，属于介电加热的一种，其频率在1-300MHz。射频加热技术具有整体加热、穿透深度大以及加热均匀等特点，在木材业、纺织业和造纸业中应用广泛。在食品加工领域，目前研究的主要方向在杀菌、杀虫、灭酶、解冻和干燥等，在射频辅助提取苹果果胶方向，还未出现相关工艺报道。
发明内容
发明目的：提供一种以柠檬酸水溶液为主，射频加热为辅的苹果果胶提取工艺，以及通过单因素和响应面试验得到最优提取条件。
本发明的技术方案：将干燥后的苹果渣粉碎过筛，经过酸性条件下射频加热提取、醇沉、热风干燥等工艺过程得到苹果果胶。通过单因素、响应面试验得到苹果果胶射频辅助提取的最优提取工艺，拟合了保温时间、提取液pH和提取温度三个因素对苹果果胶得率的二次回归模型，在最优提取条件下，模型预测的苹果果胶得率为11.70%。通过验证该模型能够较好地预测苹果果胶得率，经试验验证，苹果果胶得率为11.01±0.35%。
本发明包括苹果果胶提取工艺及其最优提取条件的优化方法两个方面。
一、苹果果胶提取工艺：
（1）射频辅助提取：苹果渣按液料比为1：25，加入pH1.5-2.5的柠檬酸溶液，放在射频加热腔内，功率为300W，调整极板间距，在80-90°C的温度下保温10-20min。提取结束后，离心收集上清液，过滤；
（2）醇沉：向步骤1得到的滤液内加入2倍体积的无水乙醇，搅拌、静置、过滤、清洗得到沉淀；
（3）干燥：将步骤2得到的沉淀在50°C下烘干得到苹果果胶。
二、苹果果胶最优提取条件的优化方法
（1）通过单因素试验筛选出提取温度、保温时间、提取液pH三个变量试验水平的取值范围，进行Box-Behnken试验，其中A、B、C分别表示提取温度、保温时间、提取液pH，编码-1、0、1分别表示每个因素的低、中、高水平（见表1）；
（2） 按照Box-Behnken试验设计原理进行试验方案设计，并进行试验（见表2）；
（3）利用Design Expert V8.0.6软件对试验结果进行分析，得到关于苹果果胶得率的二次多项式模型，并且筛选出射频辅助提取苹果果胶各因素的最优水平。
表1 试验因素水平编码
表2 Box-Behnken试验设计及果胶得率实际值与预测值
利用Design Expert软件，得到关于果胶得率PY的二次多项式：
PY(%)=11.05+0.79A+0.54B+1.07C-0.06AB+0.49AC+0.37BC-0.68A2
-0.42B2-2.39C2
表3为该回归模型的方差分析结果，由表中数据可知，本试验模型极显著（P模型<0.0001），失拟项不显著，其校正决定系数R2 Adj为0.984，说明该模型可以解释98.4%的数据变化情况。预测相关系数0.911与校正决定系数0.984吻合度很好，该模型可用于预测射频辅助提取苹果果胶得率。
表3 果胶得率模型的方差分析
回归方程中各项的P值反映各试验因子对所得模型的影响程度，P值越小，该因素影响越显著。影响射频辅助提取苹果果胶得率主次顺序：提取液pH>提取温度>保温时间。
图1-3和图4-6分别是响应曲面图及等高线图。
响应曲面图是一次交互作用对果胶得率影响的三维图，从响应面图中可以找到一次交互作用影响的显著程度。等高线图可以直观地反映各因素不同水平对果胶得率的影响。从图1-3可以看出，提取温度与提取液pH和保温时间与提取液pH的交互作用显著高于提取温度与保温时间，这与表2结果一致。图4-6与图1-3相对应，两者均表示一次交互作用的影响。
试验最优工艺参数：提取液pH2.2、提取温度88°C、保温时间19min，预测果胶得率11.70%，三次试验所得果胶得率平均值为11.01±0.35%，试验值与预测值非常接近，这表明所建模型是可用的。
本发明的有益效果：目前还没有射频辅助提取苹果果胶工艺进行报道，本发明通过优化射频辅助提取苹果果胶工艺得到最优提取条件，为射频辅助提取果胶工业化应用提供依据与支持。
附图说明
图1是保温时间和提取温度交互作用对果胶得率的响应曲面，其中提取液pH为2。
图2是提取温度和提取液pH交互作用对果胶得率的响应曲面，其中保温时间为15min。
图3是保温时间和提取液pH交互作用对果胶得率的响应曲面，其中提取温度为85°C。
图4是保温时间和提取温度对果胶得率的等高线图。
图5是提取温度和提取液pH对果胶得率的等高线图。
图6是保温时间和提取液pH对果胶得率的等高线图。
具体实施方式
本实施例的果胶提取工艺，其具体工艺流程如下：
苹果渣制备：鲜苹果用榨汁机分离果汁，得到湿果渣，在50°C下烘干、粉碎、过40目筛，得到苹果渣；
射频辅助提取：称取6g苹果渣，加入150mL、pH2.2的柠檬酸溶液，充分搅拌后放入27.12MHz、2.4kW平行极板式50Ω射频加热腔中心处，射频机输入功率设为300W、极板间距设为12.5cm，提取温度为88°C，保温时间为19min。提取结束后离心10min，转速为4000r/min，收集上清液，用300目滤布过滤，得滤液；
醇沉：向滤液中加入两倍体积的无水乙醇，搅拌五分钟，4°C下静置过夜，过滤、清洗，得滤渣；
干燥：滤渣在50°C下烘干、粉碎，得到苹果果胶。
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