冷破碎蘋果皮渣中多糖提取工藝優化及除雜方法研究

李錦運，郭玉蓉，董守利，段亮亮，仇農學，牛鵬飛

(陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西西安710062)

冷破碎蘋果皮渣中多糖提取工藝優化及除雜方法研究

李錦運，郭玉蓉*，董守利，段亮亮，仇農學，牛鵬飛

(陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西西安710062)

采用二次回歸旋轉組合設計方法從冷破碎蘋果皮渣中提取多糖，研究了提取溫度、提取時間、料液比、提取次數對多糖提取效果的影響，確定了冷破碎蘋果皮渣多糖的最佳提取范圍。實驗結果表明，影響冷破碎蘋果皮渣多糖提取率三因素的主次順序為:提取溫度＞提取時間＞料液比。優化后的回歸方程為:Y=7.5966+0.5336X1+0.4946X2+ 0.2298X3+0.3611+0.1914。冷破碎蘋果皮渣多糖最優提取工藝為:提取時間為5.7h、提取溫度為95.2℃以及料液比為1∶93，在此條件下可得最大提取率11.28%。采用HCl法可將多糖中蛋白質脫除80.2%，多糖損失率為9.7%;透析法對多糖脫色效果最好，透析后透光率可達到65.9%，提高了23.5%，多糖損失率僅為31.7%。

蘋果多糖，提取，二次回歸旋轉組合設計，脫蛋白，脫色

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷破碎蘋果皮渣 自行研發設計冷破碎設備，由陜西鼎合機械有限責任公司制造，于2009年12月試機，蘋果渣經50℃烘干，粉碎過60目篩;透析袋25mmMWCO8000 上海綠鳥科技有限公司;95%乙醇、無水乙醇、石油醚、苯酚、硫酸、HCl、NaOH、考馬斯亮藍G250、木瓜蛋白酶(1000U/mg，反應適宜條件:pH5～6，溫度55℃)、三氯乙酸、氯仿 均為分析純;各種樹脂，活性炭。

粉碎機，分樣篩，恒溫水浴鍋，TGL-4G離心機，磁力攪拌器，SHZ-D循環水式真空泵，RE-52A旋轉蒸發儀，冷凍干燥機，索氏提取儀，722光柵分光光度計，電子天平，恒溫水浴振蕩器等。

1.2 實驗方法

1.2.1 提取工藝流程［5-7］冷破碎蘋果皮渣→粉碎→過60目篩→脫脂→熱水浸提→浸提液離心→上清液50℃減壓濃縮→4倍體積95%乙醇醇沉→離心→沉淀物用無水乙醇、丙酮、乙醚洗滌→真空冷凍干燥→粗多糖制品

1.2.2 多糖含量計算 多糖提取率(%)=粗多糖質量/蘋果皮渣質量×100%

1.2.3 單因素實驗設計［8-9］分別單獨考察提取時間(1、2、3、4、5、6h)、提取溫度(25、40、55、70、85、100℃)、料液比(1∶20、1∶40、1∶60、1∶80、1∶100、1∶120g/mL)、提取次數(1、2、3次)對蘋果多糖提取率的影響。

1.2.4 二次回歸旋轉正交組合實驗設計［8-9］零水平值、最佳因素根據單因素實驗結果確定。

1.2.5 粗多糖脫蛋白方法比較 取用1.2.4確定的優化工藝提取的粗多糖1.000g，定容至500mL，用以下幾種方法對粗多糖進行脫蛋白:TCA-正丁醇法、TCA法、Sevage-TCA法、Sevage法［10］、HCl法［11］、木瓜蛋白酶法、木瓜蛋白酶-TCA法、木瓜蛋白酶-Sevage法［12］。蛋白質測定采用考馬斯亮藍G250法［13］，多糖含量測定采用苯酚-硫酸法［14］。

1.2.6 粗多糖脫色樹脂種類的篩選 稱取經脫蛋白的多糖1.000g，定容至500mL，選擇較常用的大孔吸附樹脂LS-300B、LS-810、LS-806B(由藍深樹脂有限公司提供)、D113-2、DA-201C、732、D101、AB-8［15-16］8種樹脂對多糖進行脫色，脫色條件為:溫度55℃，時間4h，振蕩轉速150r/min，在380nm處測定透光率。

建筑工程設計管理中BIM應用水平的提升，需要加大相關應用研究工作力度，對BIM在建筑工程設計管理中的應用給予更多支持，提升建筑領域發展中BIM在工程設計管理方面的應用水平。

1.2.7 數據處理 采用DPS、EXCEL、SPSS軟件對實驗結果進行處理。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 提取時間對冷破碎蘋果皮渣多糖提取率的影響 由圖1可知，冷破碎蘋果皮渣中多糖提取率隨著提取時間的延長而提高，但是增長緩慢，提取5h所得的多糖最多。提取6h后多糖提取率反而下降，可能是多糖在長時間高溫下部分發生水解。綜上所述，提取時間為4h時，多糖提取的得率與成本在較佳水平。

圖1 不同提取時間對冷破碎蘋果皮渣多糖得率的影響

2.1.2 提取溫度對冷破碎蘋果皮渣多糖提取率的影響 由圖2可知，冷破碎蘋果皮渣的多糖提取率隨著溫度的升高而提高，在提取溫度為100℃時最高(在恒溫水浴鍋中提取，設置溫度100℃，水沸騰時溫度經測定實際為98～99℃)。因為水在沸騰時蒸發較快，能耗較高，因此實驗最佳溫度為85℃。

圖2 不同提取溫度對蘋果皮渣多糖得率的影響

2.1.3 不同料液比對冷破碎蘋果皮渣多糖提取率的影響 由圖3可知，隨著料液比的減小，多糖提取率先增大后減小，在1∶60時提取率最高。當料液比較大時，部分多糖不能溶出;當料液比較小時，多糖提取液濃縮需要較長時間和較高能耗。綜上所述，蘋果皮渣的最佳料液比為1∶60。

圖3 不同料液比對冷破碎蘋果皮渣多糖得率的影響

2.1.4 不同提取次數對冷破碎蘋果皮渣多糖提取率的影響 由圖4可知，隨著提取次數的增加，蘋果皮渣多糖提取率不斷提高。但是提取次數每增加1次，提取成本也會相應的增加1～2倍，但提取率提高不到1%，因此提取次數為1次時，提取成本處于較合理水平。

圖4 不同提取次數對冷破碎蘋果皮渣多糖得率的影響

2.2 二次回歸旋轉組合設計及實驗結果

表1 三因素二次回歸正交旋轉組合實驗設計因素水平編碼表

2.2.2 二次回歸旋轉組合實驗結果 根據表2結果，利用DPS軟件對結果進行分析，建立蘋果皮渣多糖提取率與提取時間、料液比、提取溫度三因素的數學回歸模型，回歸方程為 Y=7.5966+0.5336X1+

表2 二次回歸旋轉組合實驗設計及結果

由方差分析(表3)可知，回歸方程的失擬性檢驗F1=0.115＜F0.01(5，8)=3.69不顯著，可認為所選用的二次回歸模型是適當的;回歸顯著性檢驗F2= 16.862＞F0.01(9，13)=4.17極顯著，說明模型的預測值與實際值非常吻合，模型成立。對回歸系數進行顯著性檢驗，在α=0.10顯著水平剔除不顯著項后，得到優化后的回歸方程為:Y=7.5966+0.5336X1+

2.2.3 單因素效應分析 表3的分析結果表明，三因素X1、X2、X3的均方分別為3.8889、3.3411、0.7209，所以對冷破碎蘋果皮渣多糖提取率影響的三因素主次順序是提取溫度＞提取時間＞料液比。

表3 二次正交旋轉組合實驗結果方差分析

從圖5的提取溫度、提取時間以及料液比的效應曲線變化趨勢可以看出，時間因素與料液比對蘋果皮渣多糖提取率的影響趨勢是先增大后減小，但變化趨勢不明顯。提取溫度曲線的變化趨勢最為明顯，且是一直呈增大趨勢，因為實驗采用熱水浸提，溫度不能超過100℃。

圖5 冷破碎蘋果皮渣多糖提取單因素效應分析圖

2.2.4 雙因素效應分析 在回歸方程中，提取時間、提取溫度以及料液比存在交互作用，但在優化后的回歸方程中的X1X2、X2X3、X1X3交互作用在α=0.10水平不顯著，故對它們的交互作用不進行分析。

2.2.5 最高提取率模擬分析 在優化后的回歸方程中存在提取率函數的極大值，采取邊際分析法求得最佳提取條件為:提取時間為5.7h、提取溫度為95.2℃以及料液比為1∶93，在此條件下可得理論最大提取率11.28%。根據模型得出的最佳條件，實驗測得值為10.37%，與理論值較為接近，證明了模型的合理性。

2.3 蘋果皮渣多糖除雜結果分析

2.3.1 不同方法對蛋白脫除率與多糖損失率的影響

從圖6可知，使用TCA法與HCl法對蘋果皮渣多糖中的蛋白質脫除效果較好，脫除率達到70%以上。酶法與Svevage法脫除效果最差，脫除率僅為10%左右。TCA-正丁醇、Sevage-TCA聯用對蛋白質的脫除率不如TCA單獨使用，可能是正丁醇、Sevage試劑的加入，阻礙了TCA對蛋白質的破壞，導致脫除蛋白不完全。而通過加入木瓜蛋白酶降解多糖中的蛋白，有一定的效果，但酶本身就是蛋白，添加量過大反而會使蛋白含量增大，不能達到脫除蛋白的目的。綜上所述，并且通過顯著性檢驗(P＜0.01)確定HCl法是最佳脫除蘋果皮渣多糖中蛋白的方法。

圖6 不同方法對蛋白脫除率與多糖損失率的影響

2.3.2 不同種類樹脂對多糖透光率的影響 從圖7可知，實驗選擇了8種樹脂對蘋果皮渣多糖進行脫色，LS-806B脫色效果最好，透光率提高了7.1%，而其它幾種樹脂脫色效果相當，效果均不理想，并且多糖損失率很高，對蘋果皮渣多糖脫色不建議使用樹脂。

圖7 不同樹脂對多糖透光率與多糖損失率的影響

2.3.3 活性炭脫色與透析對透光率的影響 因為2.3.2的實驗結果表明，樹脂吸附脫色效果不佳，選擇經典的透析法與之比較，利用透析袋透析48h［10］，透光率可達到65.9%，提高了23.5%，脫色效果遠高于上述幾種樹脂;而多糖損失率僅為31.7%，低于上述8種樹脂脫色多糖損失的平均水平。加入經過處理的活性炭也能有較好的脫色效果，加入3%的活性炭粉45℃脫色1h［17］，透光率能達到67.1%，略高于透析法，但是多糖損失率為60.4%。綜上所述，透析法是蘋果皮渣多糖脫色的最佳方法。

3 結論

3.1 以蘋果皮渣為原料提取多糖時，提取溫度、提取時間、料液比、提取次數對多糖的得率均有影響，其中提取溫度的影響最大。經過二次回歸旋轉組合實驗得到蘋果皮渣多糖熱水浸提的最優工藝為: 95.2℃、料液比為1∶93、提取5.7h。

3.2 蘋果皮渣多糖以HCl法脫蛋白效果最好，脫除率為80.2%，多糖損失僅為9.7%。而多糖脫色效果以透析法最佳，透析48h后，透光率可提高23.5%，多糖損失僅為31.7%。

3.3 以冷破碎技術生產蘋果汁，得到的副產品蘋果皮渣中的多糖含量較低，最佳工藝條件下產率為10.37%。而馬文杰、張麗萍［3-4］等人的研究結果表明，水提蘋果渣中多糖最大產率分別為14.94%、19.1%，提取率有較大差異。可能蘋果皮中還含有大量的木質素、多酚類物質，多糖含量相對蘋果肉低，本研究沒有對蘋果芯渣的多糖提取工藝進行研究，有待于進一步的探索。

3.4 無論是樹脂吸附、活性炭吸附還是透析，都有一部分色素沒有除去，這部分色素有可能由于多糖與色素結合而難以去除，這部分色素的去除有待于進一步研究。

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Study on optimization of extraction process and deprotein，depigment of polysaccharides from apple cold-break peel pomace

LI Jin-yun，GUO Yu-rong*，DONG Shou-li，DUAN Liang-liang，QIU Nong-xue，NIU Peng-fei
(College of Food Engineering and Nutritional Science，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China)

Quadratic orthogonal rotation combination design was used to study the effects of some main technological conditions，including extraction temperature，extraction time and ratio of solvent to solid，extraction number on extraction yield of apple polysaccharides from apple cold-break peel pomace.Effects of apple coldbreak peel pomace extraction rate of polysaccharides order of the three factors was extraction temperature，extraction time，liquid ratio.The optimized regression equation was Y=7.5966+0.5336X1+0.4946X2+0.2298X3+ 0.3611+0.1914.The maximum extraction yield of 11.28%was achieved by the optimal extraction for 5.7h at 95.2℃ with a ratio of solid to solvent 1∶93.The results showed that the percentage of removed protein for the HCl method was 80.2%，and the percentage of decomposed polysaccharide was 9.7%.The dialysis was an optimal method for removing pigments，the light transmittance of the solution was 65.9%and increased by 23.5%，and the rate of decomposed polysaccharide was 31.7%.

apple polysaccharides;extraction;quadratic orthogonal rotation combination design; deprotein;depigment

TS255.2

B

1002-0306(2011)07-0274-04

我國是濃縮蘋果汁的生產與出口大國，2007年濃縮蘋果汁出口量超過100萬t，受金融危機影響，2009年出口濃縮蘋果汁數量下降為79.53萬t，并且價格也下跌了將近一半，濃縮蘋果汁行業經受了巨大的沖擊［1-2］。為了適應國際市場對蘋果汁品質越來越高的要求，2009年年底我院蘋果濃縮汁資深專家仇農學教授等人與陜西鼎合機械有限責任公司合作，完成冷破碎設備成功試機。成功地實現了榨汁前蘋果皮與蘋果肉的分離，這樣榨汁后蘋果汁的色澤將更加透明，并且把影響蘋果汁風味的大多數物質隔離開來，極大地提高了蘋果汁的品質。利用冷破碎設備榨汁，產生兩種果渣:蘋果皮渣與蘋果芯渣。蘋果皮渣主要由蘋果皮、蘋果籽、果梗組成;蘋果芯渣由榨汁后的蘋果果肉組成。兩種蘋果渣組成不同，它們中的多糖的含量、提取工藝、活性、種類等都不一樣［3-4］。本研究以冷破碎蘋果皮渣為原料，探討其多糖最佳提取工藝以及除雜方法，為新榨汁技術在工廠化應用后產生的果渣提供配套的果渣再利用方案及技術理論支持。

2010-05-14 *通訊聯系人

李錦運(1987-)，男，碩士研究生，主要從事食品安全及食品功能性成分的研究。

現代蘋果產業技術體系建設專項資金資助(nycytx-08)。