全 文 ：第 13 期
收稿日期：2015－08－14
基金项目：吉林市科技计划项目（201454021）；吉林省植物化工创新团队资助项目（20130521022JH）
作者简介：张二连（1993－），男，安徽滁州人，在读本科生，（电话）15662179457（电子信箱）1021540763＠qq．com；通信作者，张卓睿（1978－），女，
讲师，硕士，主要从事食品分析与检测工作，（电话）18604498197（电子信箱）teacher＿zzr＠163．com。
桤叶唐棣（Amelanchier alnifolia）是蔷薇科唐棣
属落叶小乔木或灌木，其果实为梨果状浆果［1］，营养
成分丰富，其中果胶含量较高。 果胶是一种复杂的
天然高分子多糖，有原果胶、果胶及果胶酸三种形
式［2］，主要存在于高等植物的果实、叶、茎、种子和根
的组织细胞内［3－5］。研究表明，果胶具有改善肠胃、治
疗腹泻、抑制肥胖、预防和治疗心脑血管疾病，降血
糖，杀菌和抗癌等功效 ［6］，可作为胶凝剂、稳定剂、增
稠剂、乳化剂、组织改良剂等广泛应用于食品、药品
和化妆品等领域 ［7］，而且被 FAO ／WHO 食品添加剂
联合委员会推荐为不受添加量限制的安全食品添
加剂［8］。 果胶的提取方法主要有酸提取法［9］、草酸铵
提取法、离子交换提取法 ［9］、微波辅助提取法 ［10］、超
声波辅助提取法 ［11］等，其中超声波辅助提取法是利
用超声波产生的机械效应、空化效应和热效应来破
碎植物细胞，提高植物活性成分的提取率，操作简
单，在果胶提取中应用非常广泛。 目前，国内鲜见关
于桤叶唐棣果胶提取的相关报道，本试验采用超声
波辅助提取桤叶唐棣果胶，并用响应面法优化提取
的工艺条件 ［12］，确定最佳提取工艺参数，以期为桤
叶唐棣的深加工奠定理论基础。
1 材料与方法
1．1 材料与试剂
桤叶唐棣果实，2014 年 7 月采自北华大学林学
院教学基地，密封冷冻贮藏；咔唑、D－半乳糖醛酸、
超声波辅助提取桤叶唐棣果胶的工艺优化
张二连，张卓睿，孟庆繁，姜贵全，薛艳丽，高 辉
（北华大学林学院，吉林 吉林 132013）
摘要：以桤叶唐棣（Amelanchier alnifolia）为原料，利用超声辅助提取法对桤叶唐棣中果胶的提取工艺进
行研究。在考察了液料比、pH、超声功率、超声时间单因素的基础上，采用响应面法对提取工艺进行优化，
建立了提取工艺的回归方程，并根据回归方程得到最佳的提取工艺为 pH 2，液料比 31∶1（mL∶g），超声功
率 262 W，超声时间 32 min，在此条件下果胶提取率为 37．121％。
关键词：桤叶唐棣（Amelanchier alnifolia）；果胶；超声波辅助提取；响应面法
中图分类号：S663．9 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2016）13－3439-04
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.13.042
Optimiztion of Ultrasonic－Assisted Extraction Technology of
Pectin from Amelanchier alnifolia
ZHANG Er－lian，ZHANG Zhuo－rui，MENG Qing－fan，JIANG Gui－quan，XUE Yan－li，GAO Hui
（College Forestry，Beihua University，Jilin 132013，Jilin， China）
Abstract： Using Amelanchier alnifolia fruits as raw material， pectins were extracted from it by the ultrasonic extraction，and
the response surface methodology was used to optimize the process parameters． Based on the single factor experiments of the
liquid ratio，pH，ultrasonic power，ultrasonic time，the process parameters had been optimized by the response surface methodology．
It was showed that the optimum extraction conditions were pH 2，solvent－to－solid ratio 31∶1（mL∶g），ultrasonic power 262 W，
ultrasonic time 32 min． Under the conditions，the rate of pectin extraction was 37．121％．
Key words： Amelanchier alnifolia；pectin；ultrasonic extraction；response surface methodology
第 55 卷第 8期
2016年 4月
湖北农业科学
Hubei Agricultural Sciences
Vol． 55 No.7
A.，2016
2
1
1
Jan
13期
7
Vol． 5 No.13
Jul
湖 北 农 业 科 学 2016 年
浓硫酸、无水乙醇、NaOH、HCL均为分析纯。
1．2 试验仪器
JY92－2D 型超声波细胞粉碎机，宁波新芝生物
科技股份有限公司；LG10－2．4A型高速离心机，北京
医用离心机厂；RE52CS－1型旋转蒸发器、SHZ－Ⅲ型
循环水真空泵， 上海亚荣生化仪器厂；JH722S 型可
见分光光度计，上海菁华科技仪器有限公司；HH－2
型数显恒温水浴锅， 金坛市科析仪器有限公司；
FA2004A型电子天平，上海精天电子仪器有限公司。
1．3 试验方法
1．3．1 半乳糖醛酸标准工作液的制备 准确称取半
乳糖醛酸 100 mg，溶解定容至 100 mL，得到 1 mg/mL
标准储备液。 分别吸取标准储备液 0、1．5、2．5、3．5、
4．5、5．5、6．5、7．5、8．5 mL 于 9 个 100 mL 容量瓶中 ，
用水稀释至刻度， 得到一组浓度分别为 0、30、50、
70、90、110、130、150、170 μg ／ mL的标准溶液。
1．3．2 标准曲线的绘制 分别吸取不同浓度标准
液 1 mL 于10 mL 具塞试管中， 于冰水浴中加 6 mL
浓硫酸，充分混合后，冰水浴冷却，然后沸水浴 10min，
用流动水迅速冷却至室温，加 0．15％咔唑试剂 0．5 mL，
充分混合后，室温下放置 30 min，在 530 nm 波长下
测定吸光度 ［13］。 以吸光度为横坐标，半乳糖醛酸质
量浓度为纵坐标绘制标准曲线，并用最小二乘法进
行线性拟合， 得到二者的回归方程为 C＝0．004 9x＋
0．001 0，R2＝0．993 0。
1．3．3 桤叶唐棣果胶的提取 称取一定量破碎的
桤叶唐棣果实， 按一定液料比加酸性水溶液浸泡
20 min， 用超声波细胞粉碎机在一定功率下提取一
段时间，提取液浓缩、醇沉，用 63％乙醇洗 3 次后，
再用水溶解，加入 1 mol ／ L NaOH 溶液 1 mL，静置
15 min，过滤，最后溶解定容。
1．3．4 果胶的测定 取 1 mL 定容后提取液 ，按
“1．3．2”的方法进行检测，利用标准曲线回归方程得
出果胶的质量浓度， 再计算样品中果胶的提取率，
计算公式为：
Y＝ 100×C×V×K
M
×100％
式中，Y为果胶提取率，以半乳糖醛酸计（％）；C
为从标准曲线上查得的半乳糖醛酸浓度（μg ／ mL）；
V 为果胶提取液总体积 （mL）；K 为提取液稀释倍
数；M为桤叶唐棣果实质量（g）。
1．3．5 单因素试验 以果胶提取率为评定指标，分别
考察了 pH 1、2、3、4、5， 液料比 10∶1、20∶1、30∶1、40∶1
（mL∶g，下同），超声功率 100、150、200、250、300 W，
超声时间 10、20、30、40、50 min 5 个因素对桤叶唐
棣果胶提取的影响。
1．3．6 响应面试验设计 在单因素试验的基础上，
以 pH、料液比、超声时间、超声功率为影响因素，桤
叶唐棣果胶提取率为响应值，设计 4 因素 3 水平的
响应面试验， 以确定果胶的最佳提取工艺条件，试
验因素和水平见表 1。
2 结果与分析
2．1 桤叶唐棣果胶提取的单因素试验结果
考察了 pH、液料比、超声功率、超声时间对桤叶
唐棣果胶提取率的影响情况， 试验结果如图 1 所
示。 pH对果胶提取率的影响如图 1a所示，pH为 1～
5 时，提取率呈先增大后减小的趋势，在 pH 为 2 时
最大，说明 pH 为 2 是果胶较佳的提取状态。 因此，
选择提取溶剂 pH为 2。
液料比对桤叶唐棣果胶提取率的影响如图 1b
所示，随着液料比逐渐增加，果胶提取率先增加后
减少，在液料比为 30∶1时提取率达到最大值38．23％。
因为较低液料比会使果胶不能被充分溶解， 黏度
大，增加分离难度；而较高液料比又会导致超声效
果不理想，且浪费材料。 因此，选择液料比为 30∶1。
超声功率对桤叶唐棣果胶提取率的影响如图1c
所示， 在 250 W时果胶提取率达到最高值 24．70％，
因为随着超声功率的增加，对桤叶唐棣果实细胞壁
的破碎作用加强，使得果胶能充分溶出，但如果超
声功率过大又会使果胶分解， 导致提取率下降，因
此选择 250 W为最佳超声功率。
超声时间对桤叶唐棣果胶提取率的影响如图
1d 所示，在 30 min 时果胶提取效果最好，提取率为
26．21％。 因为超声时间过短，果胶不能完全溶解提
出，但超声时间过长又会导致酸性溶剂中的果胶发
生分解，提取率下降。因此，选取 30 min为最佳提取
时间。
2．2 桤叶唐棣果胶提取的响应面试验设计
2．2．1 响应面试验结果及分析 响应面试验结果
如表 2所示， 利用 Design－Expert 8．0．6 软件对结果
进行回归拟合，得到桤叶唐棣果胶提取率（Y）对应
的提取液 pH（A）、液料比（B）、超声功率（C）以及超
声时间（D）的二次多项回归方程为 Y＝37．40－0．14A＋
1．37B ＋1．78C ＋1．61D －0．083AB －0．45AC ＋0．13AD －
2．00BC －1．46BD ＋1．54CD －3．99A2 －5．94B2 －4．28C2 －
表 1 响应面试验因素与水平
水平
-1
0
1
pH（A）
1
2
3
液料比（B）
20∶1
30∶1
40∶1
超声功率（C）//W
200
250
300
因素
超声时间（D）min
20
30
40
3440
第 13 期
4．90D2。 对表 2 中试验数据进行方差分析，结果如表
3所示。 从表 3可以看出，回归模型 P＜0．000 1，说明
试验所得二次模型极显著，具有统计学意义，失拟
项 P＝0．156 3＞0．05，差异不显著，说明不存在失拟因
素，残差均由随机误差引起，所建立的回归模型可
代替试验真实点对结果进行分析； 决定系数 R2＝
0．971 8， 说明可以解释 97．18％的果胶提取率变化，
方程拟合度较高；信噪比为 20．528，远大于 4，表明
模型拟合度和可信度均较高 ［14］。 综上所述，该回归
方程可用于果胶提取条件的分析和预测，利用此数
学模型可确定桤叶唐棣果胶的最佳提取工艺条件。
根据回归方程一次项系数绝对值的大小，可知
影响桤叶唐棣果胶提取率的主次因素为超声功率
（C）＞超声时间（D）＞液料比（B）＞pH（A），交互作用项
中，液料比与超声功率、超声时间与超声功率、液料
比与超声时间有明显的交互作用，其三维响应曲面
如图 2 所示。
表 2 响应面试验方案与结果
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
A
1
3
1
3
2
2
2
2
1
3
1
3
2
2
2
2
1
3
1
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
B
20
20
40
40
30
30
30
30
30
30
30
30
20
40
20
40
30
30
30
30
20
40
20
40
30
30
30
30
30
C
250
250
250
250
200
300
200
300
250
250
250
250
200
200
300
300
200
200
300
300
250
250
250
250
250
250
250
250
250
D
30
30
30
30
20
20
40
40
20
20
40
40
30
30
30
30
30
30
30
30
20
20
40
40
30
30
30
30
30
提取率（Y）//%
26.25
27.13
28.21
28.76
26.89
27.12
26.47
32.87
27.54
25.28
30.69
28.94
21.26
27.44
30.14
28.32
27.47
28.83
30.87
30.44
21.45
28.62
27.95
29.29
37.19
36.87
37.01
37.35
38.56
表 3 方差分析结果
方差来源
模型
A
B
C
D
AB
AC
AD
BC
BD
CD
A2
B2
C2
D2
残差
失拟项
纯误差
总差
平方和
522.47
0.23
22.58
38.16
31.07
0.03
0.80
0.07
16.00
8.50
9.52
103.25
228.74
118.60
155.88
15.17
13.35
1.83
537.64
自由度
14.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
14.00
10.00
4.00
28.00
均方
37.32
0.23
22.58
38.16
31.07
0.03
0.80
0.07
16.00
8.50
9.52
103.25
228.74
118.60
155.88
1.08
1.33
0.46
F 值
34.44
0.21
20.83
35.21
28.67
0.03
0.74
0.06
14.76
7.84
8.78
95.27
211.07
109.43
143.84
2.93
P 值
<0.000 1
0.654 3
0.000 4
<0.000 1
0.000 1
0.876 3
0.404 4
0.810 0
0.001 8
0.014 2
0.010 3
<0.000 1
<0.000 1
<0.000 1
<0.000 1
0.156 3
显著性
**
**
**
**
**
*
*
**
**
**
**
不显著
注：“*”表示差异显著（P＜0．05）；“**”表示差异极显著（P＜0．01）。
1 2 3 4 5
pH
25
20
15
10
5
0
果
胶
提
取
率
//%
图 1 反应条件对桤叶唐棣果胶提取率的影响
a
10∶1 20∶1 30∶1 40∶1
液料比
50
40
30
20
10
0
果
胶
提
取
率
//%
b
100 150 200 250 300
超声功率//W
30
25
20
15
10
5
0
果
胶
提
取
率
//%
c
10 20 30 40
超声时间//min
30
25
20
15
10
5
0
果
胶
提
取
率
//%
d
张二连等：超声波辅助提取桤叶唐棣果胶的工艺优化 3441
湖 北 农 业 科 学 2016 年
由图 2 可以看出，3 种交互作用在试验点范围
内均产生了最佳响应值，说明所选水平合理，能较
好地反映出对果胶提取率的影响趋势。其中超声功率
与液料比交互作用（P＝0．001 8＜0．01）对果胶提取率
影响最显著，表现为曲面陡峭，等高线呈椭圆形 ［15］，
而超声时间与液料比（P＝0．014 2＜0．05）、超声时间与
超声功率（P＝0．010 3＜0．05）的交互作用曲面稍显平
滑，等高线变圆，说明后 2 种交互作用对桤叶唐棣
果胶提取率的影响略低于前者，但随着因素取值的
改变，响应值依旧变化较大，表明这 2 种交互作用
对果胶提取率仍有较大的影响。
2．2．2 验证试验 通过响应面法得出最佳提取工
艺条件为 pH 2，液料比 31∶1，超声功率 262 W，超声
时间 32 min。 按此最佳提取工艺条件进行 3次平行
验证试验 ， 得到桤叶唐棣果胶提取率分别为
36．932％、37．067％、37．365％，取平均值为 37．121％，
与回归方程预测值 37．796％相差不多， 实际值与预
测值基本吻合。
3 小结
本试验采用超声波辅助法从桤叶唐棣果实中
提取果胶，通过单因素试验分析，得到果胶提取的
适宜 pH为 2，液料比 30∶1，超声功率 250 W，超声时
间 30 min；通过响应面试验设计，建立了果胶提取
的二次多项回归方程 Y＝37．40－0．14A＋1．37B＋1．78C＋
1．61D－0．083AB－0．45AC＋0．13AD－2．00BC－1．46BD＋
1．54CD－3．99A2－5．94B2－4．28C2－4．90D2， 经方差分析
确定该回归方程可用于果胶提取条件的分析和预
测；利用响应面对提取条件进行优化，得到桤叶唐棣
果胶的最优提取工艺条件为 pH 2，液料比 31∶1，超声
功率 262W，超声时间 32min，预测提取率为37．796％，
由验证试验得到的果胶提取率为 37．121％， 实际值
与预测值基本吻合。
参考文献：
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a 超声功率与液料比 b 超声时间与液料比 c 超声时间与超声功率
图 2 两因素交互作用对桤叶唐棣果胶提取率的影响
275
39.0
34.5
30.0
25.5
21.0
提
取
率
//%
300
225
250
200C：超声功率//W B：液料比20∶125∶1
30∶135∶1
40∶1
39.0
34.5
30.0
25.5
21.0
提
取
率
//%
D：超声时间//min B：液料比20∶1
25∶130∶1
35∶140∶1 275
39.0
34.5
30.0
25.5
21.0
提
取
率
//%
300
225 250200D：超声时间//min C：超声功率//W20
2530
3540
2025
3035
40
3442