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2026 , Vol. 32 >Issue 2: 86 - 91

DOI: https://doi.org/10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2026.02.022

农产品加工·检验检测

猕猴桃果渣水不溶性膳食纤维碱法提取及工艺优化

  • 张扬锍 ,
  • 魏钰函 ,
  • 朱云其 ,
  • 王娅莉 ,
  • 方玉梅
展开
  • 六盘水师范学院，贵州 六盘水 553004
方玉梅（1982—），女，贵州毕节人，硕士，教授，从事植物生理学的教学与研究。

张扬锍（2003—），女，贵州遵义人，从事植物生理学研究。

收稿日期: 2025-03-13

  网络出版日期: 2026-01-22

基金资助

六盘水师范学院大学生创新训练计划项目(S202310977094)

贵州省高等学校重点实验室(黔教技〔2022〕054)

收起

Alkali-assisted extraction and process optimization of insoluble dietary fiber from kiwifruit pomace

  • Zhang Yangliu ,
  • Wei Yuhan ,
  • Zhu Yunqi ,
  • Wang Yali ,
  • Fang Yumei
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  • Liupanshui Normal University, Liupanshui 553004, China

Received date: 2025-03-13

  Online published: 2026-01-22

Fold

摘要

为实现猕猴桃榨汁果渣的高值化利用，本研究以猕猴桃榨汁果渣为原料，采用碱法提取其水不溶性膳食纤维（IDF），通过单因素试验探究NaOH浓度、料液比、碱解温度及碱解时间对IDF提取率的影响，再基于响应面法优化提取工艺。结果表明，各单因素对IDF提取率均呈现先升后降的影响规律；各因素对IDF提取率的影响程度排序为NaOH浓度>碱解温度>料液比>碱解时间；除NaOH浓度与碱解温度交互作用较弱外，其余因素间交互作用均较强，其中碱解温度与碱解时间交互作用最强。最终确定最佳提取工艺条件为NaOH浓度1.8 g/L、料液比1∶19（g/mL）、碱解温度50 ℃、碱解时间145 min。本文为猕猴桃果渣的资源化利用提供参考。

关键词： 猕猴桃果渣; 水不溶性膳食纤维; 碱法提取; 响应面

本文引用格式

张扬锍 , 魏钰函 , 朱云其 , 王娅莉 , 方玉梅 . 猕猴桃果渣水不溶性膳食纤维碱法提取及工艺优化[J]. 安徽农学通报, 2026 , 32(2) : 86 -91 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2026.02.022

Abstract

To achieve the high value utilization of kiwifruit pomace after juicing, this study took kiwifruit pomace as the raw material and adopted the alkali method to extract its insoluble dietary fiber (IDF). Single-factor experiments were conducted to investigate the effects of NaOH concentration, solid-liquid ratio, alkaline hydrolysis temperature and alkaline hydrolysis time on the IDF extraction rate, and then the response surface methodology was applied to optimize the extraction process. The results showed that each single factor exerted a trend of first increasing and then decreasing the IDF extraction rate; the order of the influence degree of each factor on the IDF extraction rate was NaOH concentration > alkaline hydrolysis temperature > solid-liquid ratio > alkaline hydrolysis time; except for the weak interaction between NaOH concentration and alkaline hydrolysis temperature, the interactions among the other factors were strong, among which the interaction between alkaline hydrolysis temperature and alkaline hydrolysis time was the strongest. The optimal extraction process conditions were finally determined as follows: NaOH concentration of 1.8 g/L, solid-liquid ratio of 1∶19 (g/mL), alkaline hydrolysis temperature of 50 °C, and alkaline hydrolysis time of 145 min. This study provided a reference for the resource utilization of kiwifruit pomace.

Key words： kiwifruit pomace; insoluble dietary fiber; alkaline extraction; response surface methodology

猕猴桃为猕猴桃科（Actinidiaceae）猕猴桃属（Actinidia）多年生藤本植物[1]，是重要的经济作物之一。猕猴桃富含碳水化合物、不溶性膳食纤维、蛋白质、有机酸及维生素，其加工产品（果汁）能保留营养与风味、延长产业链、提升果品附加值，被广泛推广[2]。猕猴桃榨汁后产生的果渣富含膳食纤维[3]，该类物质无法被人体内源消化酶消化吸收[4]，包括食用非淀粉多糖、低聚糖、纤维素、木质素和果胶等[5]，按溶解性可分为水溶性膳食纤维（Soluble dietary fiber，SDF）与水不溶性膳食纤维（Insoluble dietary fiber，IDF）[6]。尽管膳食纤维营养成分含量较低且不易消化，但具有促进排便、调节胃肠蠕动时间和辅助消化的作用，对肥胖、高血脂和糖尿病等疾病有一定预防与辅助治疗效果，还可减少脂肪和胆固醇在肝脏的合成积累、缓解焦虑反应并保护肠道黏液层[7-11]。本研究以猕猴桃榨汁后的果渣为原料，采用碱法提取水不溶性膳食纤维（IDF），基于单因素试验筛选对提取率影响较大的因素，并通过响应面法优化制备工艺，以提升猕猴桃产业附加值、实现农业副产物高值化利用并推动猕猴桃加工业发展，为猕猴桃资源的深度开发应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

猕猴桃果渣（红阳猕猴桃，使用榨汁机榨汁后所得的新鲜果渣）、NaOH（分析纯，购自国药试剂公司）。

1.2 试验设备

电子天平（ATY-124）、电热恒温水浴锅（DK-98-1）、循环水式多用真空泵（SGB-Ⅲ）、台式低速离心机（TDZ5）、高速万能粉碎机（DFT-200）、电热鼓风干燥箱（101-2A）。

1.3 试验方法

1.3.1 材料预处理

猕猴桃果渣50 ℃烘干，粉碎，过60目筛，密封备用。

1.3.2 提取工艺

参考何春玫等[12]、张锋[13]、赵英虎等[14]及方舒扬[15]的方法，称取1 g猕猴桃果渣，按一定料液比加入一定浓度NaOH溶液，置于恒温水浴锅中保温一定时间后抽滤；用蒸馏水冲洗果渣以去除残留碱液，随后于50 ℃烘箱中烘干至恒重，即得猕猴桃果渣IDF，其提取率计算如式（1）。
R（%）=M 2/M 1×100
式中，R为提取率，M 2为IDF提取物的质量（g），M 1为猕猴桃果渣样品的质量（g）。

1.3.3 单因素试验

以猕猴桃果渣为研究对象，采用单因素试验法，分别探究NaOH浓度、料液比、碱解温度及碱解时间对IDF提取率的影响。实验水平设置如下：NaOH浓度1.2、1.5、1.8、2.1和2.4 g/L；料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40和1∶50（g/mL）；碱解温度40、50、60、70和80 ℃；碱解时间60、90、120、150和180 min。每个实验设置3次重复，结果取平均值。

1.3.4 响应面试验

基于单因素试验结果，采用Design-Expert软件的Box-Behnken Design（BBD）设计响应面试验。以猕猴桃果渣IDF提取率（Y）为响应值，NaOH浓度（A）、料液比（B）、碱解温度（C）、碱解时间（D）为自变量，采用响应面法优化提取工艺，确定最佳提取条件并测定IDF含量。各因素编码水平见表1。
表1 响应面试验因素及编码水平
变量 代码 编码水平
-1 0 1
NaOH浓度/（g/L） A 1.5 1.8 2.1
料液比/（g/mL） B 10 20 30
碱解温度/℃ C 40 50 60
碱解时间/min D 120 150 180

1.4 数据分析

采用Origin Pro 2021和Design-Expert 8.0.6.1软件对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 NaOH浓度对IDF提取率的影响

由图1可知，随着NaOH浓度升高，IDF提取率先升后降，在浓度为1.8 g/L时达到最大值（78.976%）。过高浓度的NaOH会溶解部分纤维，进而导致提取率下降。
图1 NaOH浓度对IDF提取率的影响

2.1.2 料液比对IDF提取率的影响

由图2可知，随着料液比升高，IDF提取率先升后降，在料液比1∶20 （g/mL）时达到最大值（80.382%）。料液比过高会破坏部分IDF结构并导致其溶解，进而使提取率下降。
图2 料液比对IDF提取率的影响

2.1.3 碱解温度对IDF提取率的影响

由图3可知，随着碱解温度的升高，IDF提取率先升后降，在50 ℃时达到最大值（82.876%）。碱解温度过高会加速IDF结构中化学键的断裂，进而导致提取率下降。
图3 碱解温度对IDF提取率的影响

2.1.4 碱解时间对IDF提取率的影响

由图4可知，随着碱解时间的增加，IDF提取率先升后降，在150 min时达到最大值（81.860%）。反应时间过长会导致IDF结构破坏并转化为其他物质，进而使提取率下降。
图4 碱解时间对IDF提取率的影响

2.2 响应面试验

根据表2 Box-Behnken Design试验结果，通过多元线性回归拟合建立回归模型，如式（2）。
Y=81.91+1.42A-0.639 8B-1.06C-1.13D+1.93AB-0.205AC+1.56AD-0.605BC+1.01BD-3.29CD-7.63A2-4.62B2-7.81C2-2.82D2
表2 Box-Behnken Design试验设计与结果
运行 NaOH浓度（A）/（g/L）

料液比（B）/

（g/mL）

 碱解温度（C）/℃ 碱解时间（D）/min 提取率（Y）/%
1 1 0 0 -1 72.233
2 0 -1 -1 0 70.750
3 1 0 1 0 66.450
4 0 0 0 0 81.465
5 0 0 1 1 66.100
6 0 0 1 -1 75.170
7 0 0 0 0 81.840
8 1 -1 0 0 70.170
9 -1 0 0 -1 73.250
10 0 0 0 0 82.160
11 -1 0 1 0 63.320
12 0 0 0 0 82.560
13 0 1 0 1 74.050
14 0 0 0 0 81.520
15 0 1 -1 0 70.320
16 0 1 1 0 67.100
17 -1 -1 0 0 71.170
18 0 -1 0 -1 76.440
19 1 0 -1 0 69.590
20 1 0 0 1 72.900
21 0 -1 1 0 69.950
22 -1 0 -1 0 65.640
23 -1 0 0 1 67.670
24 0 -1 0 1 72.567
25 1 1 0 0 72.350
26 0 0 -1 -1 70.230
27 -1 1 0 0 65.650
28 0 1 0 -1 73.900
29 0 0 -1 1 74.320
回归模型方差分析结果如表3所示，回归模型P<0.000 1（极显著），失拟项P=0.338 7>0.05（不显著），表明模型可靠且试验过程中干扰因素对结果影响较小；该回归模型R 2=0.994 8，Adjusted R 2为0.989 6，说明其拟合程度较好。
表3 响应面试验方差分析
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性
模型 813.73 14 58.12 191.39 <0.000 1 显著
浓度（A） 24.06 1 24.06 79.24 <0.000 1
料液比（B） 4.91 1 4.91 16.17 0.001 3
温度（C） 13.57 1 13.57 44.68 <0.000 1
时间（D） 15.45 1 15.45 50.87 <0.000 1
AB 14.82 1 14.82 48.81 <0.000 1
AC 0.168 1 1 0.168 1 0.553 5 0.469 2
AD 9.76 1 9.76 32.13 <0.000 1
BC 1.46 1 1.46 4.82 0.045 5
BD 4.05 1 4.05 13.32 0.002 6
CD 43.30 1 43.30 142.57 <0.000 1
A2 377.21 1 377.21 1 242.10 <0.000 1
B2 138.62 1 138.62 456.45 <0.000 1
C2 395.39 1 395.39 1 301.97 <0.000 1
D2 51.63 1 51.63 170.00 <0.000 1
残差 4.25 14 0.303 7
失拟项 3.41 10 0.341 2 1.62 0.338 7 不显著
纯误差 0.840 0 4 0.210 0
校正总和 817.98 28
标准差 0.551 1 R 2 0.994 8
均值 72.44 Adjusted R 2 0.989 6
变异系数 0.760 7 Predicted R 2 0.974 4
Adeq Precision 44.678 8

2.2.1 NaOH浓度和料液比对IDF提取率的影响

由图5A可知，NaOH浓度和料液比方向的曲线较密集，说明二者对响应值的影响更为显著；料液比与NaOH浓度的等高线呈椭圆形，提示二者交互作用较强。由图5B可知，NaOH浓度和料液比交互作用的响应面为开口向下的平滑曲面，表明存在最大响应值。从响应面陡峭程度来看，NaOH浓度对应的曲面较料液比更陡峭，表明其对IDF提取率的影响大于料液比。
图5 料液比和NaOH浓度对IDF提取率影响的等高线（A）及响应面（B）

2.2.2 NaOH浓度和碱解温度对IDF提取率的影响

由图6A可知，NaOH浓度和碱解温度对IDF提取率影响的等高线接近圆形，表明NaOH浓度和碱解温度的交互作用较弱。
图6 碱解温度和NaOH浓度对IDF提取率影响的等高线（A）及响应面（B）

2.2.3 NaOH浓度和碱解时间对IDF提取率的影响

由图7A可知，碱解时间与NaOH浓度对IDF提取率影响的等高线呈椭圆形，提示二者交互作用较强；响应面图中（图7B）NaOH浓度对应的曲面较时间更陡峭，表明NaOH浓度对IDF提取率的影响大于碱解时间。
图7 碱解时间和NaOH浓度对IDF提取率影响的等高线（A）及响应面（B）

2.2.4 料液比和碱解温度对IDF提取率的影响

由图8A可知，料液比和碱解温度影响IDF提取率的等高线呈椭圆形，提示二者交互作用较强；响应面图中（图8B）碱解温度对应的曲面较料液比更陡峭，表明碱解温度对IDF提取率的影响更为显著。
图8 料液比和碱解温度对IDF提取率影响的等高线（A）及响应面（B）

2.2.5 料液比和碱解时间对IDF提取率的影响

由图9A可知，料液比和碱解时间对IDF提取率影响的等高线为椭圆形，表明料液比和碱解时间的交互作用较强。料液比对IDF提取率的影响更为显著。
图9 料液比和碱解时间对IDF提取率影响的等高线（A）及响应面（B）

2.2.6 碱解温度和碱解时间对IDF提取率的影响

由图10A可知，碱解温度和碱解时间对IDF提取率影响的等高线为椭圆形，表明碱解温度和碱解时间的交互作用较强。碱解温度对IDF提取率的影响更为显著。通过对以上各因素交互作用的等高线图和响应面图的分析可知，NaOH浓度、料液比、碱解温度、碱解时间对IDF提取率的影响程度为NaOH浓度>碱解温度>料液比>碱解时间。
图10 碱解温度和碱解时间对IDF提取率影响的等高线（A）及响应面（B）

2.3 验证试验

响应面法预测的最佳提取条件为NaOH浓度1.819 46 g/L、料液比1∶19.266 4 g/mL、碱解温度49.714 8 ℃、碱解时间144.620 0 min，对应预测提取率82.095 7%。考虑实际操作便捷性，优化后确定最佳提取条件为NaOH浓度1.8 g/L、料液比1∶19（g/mL）、碱解温度50 ℃、碱解时间145 min。采用该条件进行验证实验，测得提取率为81.59%，与预测值偏差较小，表明试验值与模型预测值拟合度良好。

3 结论

本研究以猕猴桃榨汁果渣为原料，采用碱法提取IDF，通过单因素试验和响应面法优化提取工艺。单因素试验结果表明，NaOH浓度、料液比、碱解温度及碱解时间对猕猴桃果渣IDF提取率均呈现先升后降的影响规律。响应面优化结果显示，各因素对IDF提取率的影响程度排序为NaOH浓度>碱解温度>料液比>碱解时间；交互作用分析表明，NaOH浓度与料液比、NaOH浓度与碱解时间、料液比与碱解温度、料液比与碱解时间、碱解温度与碱解时间的交互作用显著（等高线呈椭圆形），其中碱解温度与碱解时间的交互作用最强，而NaOH浓度与碱解温度的交互作用较弱（等高线接近圆形）。综上，IDF最佳的提取工艺条件为NaOH浓度1.8 g/L、料液比1∶19 （g/mL）、碱解温度50 ℃、碱解时间145 min。

参考文献

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