冷破碎苹果皮渣中多糖提取工艺优化及除杂方法研究

李锦运，郭玉蓉，董守利，段亮亮，仇农学，牛鹏飞

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安710062)

冷破碎苹果皮渣中多糖提取工艺优化及除杂方法研究

李锦运，郭玉蓉*，董守利，段亮亮，仇农学，牛鹏飞

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安710062)

采用二次回归旋转组合设计方法从冷破碎苹果皮渣中提取多糖，研究了提取温度、提取时间、料液比、提取次数对多糖提取效果的影响，确定了冷破碎苹果皮渣多糖的最佳提取范围。实验结果表明，影响冷破碎苹果皮渣多糖提取率三因素的主次顺序为:提取温度＞提取时间＞料液比。优化后的回归方程为:Y=7.5966+0.5336X1+0.4946X2+ 0.2298X3+0.3611+0.1914。冷破碎苹果皮渣多糖最优提取工艺为:提取时间为5.7h、提取温度为95.2℃以及料液比为1∶93，在此条件下可得最大提取率11.28%。采用HCl法可将多糖中蛋白质脱除80.2%，多糖损失率为9.7%;透析法对多糖脱色效果最好，透析后透光率可达到65.9%，提高了23.5%，多糖损失率仅为31.7%。

苹果多糖，提取，二次回归旋转组合设计，脱蛋白，脱色

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

冷破碎苹果皮渣 自行研发设计冷破碎设备，由陕西鼎合机械有限责任公司制造，于2009年12月试机，苹果渣经50℃烘干，粉碎过60目筛;透析袋25mmMWCO8000 上海绿鸟科技有限公司;95%乙醇、无水乙醇、石油醚、苯酚、硫酸、HCl、NaOH、考马斯亮蓝G250、木瓜蛋白酶(1000U/mg，反应适宜条件:pH5～6，温度55℃)、三氯乙酸、氯仿 均为分析纯;各种树脂，活性炭。

粉碎机，分样筛，恒温水浴锅，TGL-4G离心机，磁力搅拌器，SHZ-D循环水式真空泵，RE-52A旋转蒸发仪，冷冻干燥机，索氏提取仪，722光栅分光光度计，电子天平，恒温水浴振荡器等。

1.2 实验方法

1.2.1 提取工艺流程［5-7］冷破碎苹果皮渣→粉碎→过60目筛→脱脂→热水浸提→浸提液离心→上清液50℃减压浓缩→4倍体积95%乙醇醇沉→离心→沉淀物用无水乙醇、丙酮、乙醚洗涤→真空冷冻干燥→粗多糖制品

1.2.2 多糖含量计算 多糖提取率(%)=粗多糖质量/苹果皮渣质量×100%

1.2.3 单因素实验设计［8-9］分别单独考察提取时间(1、2、3、4、5、6h)、提取温度(25、40、55、70、85、100℃)、料液比(1∶20、1∶40、1∶60、1∶80、1∶100、1∶120g/mL)、提取次数(1、2、3次)对苹果多糖提取率的影响。

1.2.4 二次回归旋转正交组合实验设计［8-9］零水平值、最佳因素根据单因素实验结果确定。

1.2.5 粗多糖脱蛋白方法比较 取用1.2.4确定的优化工艺提取的粗多糖1.000g，定容至500mL，用以下几种方法对粗多糖进行脱蛋白: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］。蛋白质测定采用考马斯亮蓝G250法［13］，多糖含量测定采用苯酚-硫酸法［14］。

1.2.6 粗多糖脱色树脂种类的筛选 称取经脱蛋白的多糖1.000g，定容至500mL，选择较常用的大孔吸附树脂LS-300B、LS-810、LS-806B(由蓝深树脂有限公司提供)、D113-2、DA-201C、732、D101、AB-8［15-16］8种树脂对多糖进行脱色，脱色条件为:温度55℃，时间4h，振荡转速150r/min，在380nm处测定透光率。

建筑工程设计管理中BIM应用水平的提升，需要加大相关应用研究工作力度，对BIM在建筑工程设计管理中的应用给予更多支持，提升建筑领域发展中BIM在工程设计管理方面的应用水平。

1.2.7 数据处理 采用DPS、EXCEL、SPSS软件对实验结果进行处理。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 提取时间对冷破碎苹果皮渣多糖提取率的影响 由图1可知，冷破碎苹果皮渣中多糖提取率随着提取时间的延长而提高，但是增长缓慢，提取5h所得的多糖最多。提取6h后多糖提取率反而下降，可能是多糖在长时间高温下部分发生水解。综上所述，提取时间为4h时，多糖提取的得率与成本在较佳水平。

图1 不同提取时间对冷破碎苹果皮渣多糖得率的影响

2.1.2 提取温度对冷破碎苹果皮渣多糖提取率的影响 由图2可知，冷破碎苹果皮渣的多糖提取率随着温度的升高而提高，在提取温度为100℃时最高(在恒温水浴锅中提取，设置温度100℃，水沸腾时温度经测定实际为98～99℃)。因为水在沸腾时蒸发较快，能耗较高，因此实验最佳温度为85℃。

图2 不同提取温度对苹果皮渣多糖得率的影响

2.1.3 不同料液比对冷破碎苹果皮渣多糖提取率的影响 由图3可知，随着料液比的减小，多糖提取率先增大后减小，在1∶60时提取率最高。当料液比较大时，部分多糖不能溶出;当料液比较小时，多糖提取液浓缩需要较长时间和较高能耗。综上所述，苹果皮渣的最佳料液比为1∶60。

图3 不同料液比对冷破碎苹果皮渣多糖得率的影响

2.1.4 不同提取次数对冷破碎苹果皮渣多糖提取率的影响 由图4可知，随着提取次数的增加，苹果皮渣多糖提取率不断提高。但是提取次数每增加1次，提取成本也会相应的增加1～2倍，但提取率提高不到1%，因此提取次数为1次时，提取成本处于较合理水平。

图4 不同提取次数对冷破碎苹果皮渣多糖得率的影响

2.2 二次回归旋转组合设计及实验结果

表1 三因素二次回归正交旋转组合实验设计因素水平编码表

2.2.2 二次回归旋转组合实验结果 根据表2结果，利用DPS软件对结果进行分析，建立苹果皮渣多糖提取率与提取时间、料液比、提取温度三因素的数学回归模型，回归方程为 Y=7.5966+0.5336X1+

表2 二次回归旋转组合实验设计及结果

由方差分析(表3)可知，回归方程的失拟性检验F1=0.115＜F0.01(5，8)=3.69不显著，可认为所选用的二次回归模型是适当的;回归显著性检验F2= 16.862＞F0.01(9，13)=4.17极显著，说明模型的预测值与实际值非常吻合，模型成立。对回归系数进行显著性检验，在α=0.10显著水平剔除不显著项后，得到优化后的回归方程为:Y=7.5966+0.5336X1+

2.2.3 单因素效应分析 表3的分析结果表明，三因素X1、X2、X3的均方分别为3.8889、3.3411、0.7209，所以对冷破碎苹果皮渣多糖提取率影响的三因素主次顺序是提取温度＞提取时间＞料液比。

表3 二次正交旋转组合实验结果方差分析

从图5的提取温度、提取时间以及料液比的效应曲线变化趋势可以看出，时间因素与料液比对苹果皮渣多糖提取率的影响趋势是先增大后减小，但变化趋势不明显。提取温度曲线的变化趋势最为明显，且是一直呈增大趋势，因为实验采用热水浸提，温度不能超过100℃。

图5 冷破碎苹果皮渣多糖提取单因素效应分析图

2.2.4 双因素效应分析 在回归方程中，提取时间、提取温度以及料液比存在交互作用，但在优化后的回归方程中的X1X2、X2X3、X1X3交互作用在α=0.10水平不显著，故对它们的交互作用不进行分析。

2.2.5 最高提取率模拟分析 在优化后的回归方程中存在提取率函数的极大值，采取边际分析法求得最佳提取条件为:提取时间为5.7h、提取温度为95.2℃以及料液比为1∶93，在此条件下可得理论最大提取率11.28%。根据模型得出的最佳条件，实验测得值为10.37%，与理论值较为接近，证明了模型的合理性。

2.3 苹果皮渣多糖除杂结果分析

2.3.1 不同方法对蛋白脱除率与多糖损失率的影响

从图6可知，使用TCA法与HCl法对苹果皮渣多糖中的蛋白质脱除效果较好，脱除率达到70%以上。酶法与Svevage法脱除效果最差，脱除率仅为10%左右。TCA-正丁醇、Sevage-TCA联用对蛋白质的脱除率不如TCA单独使用，可能是正丁醇、Sevage试剂的加入，阻碍了TCA对蛋白质的破坏，导致脱除蛋白不完全。而通过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，添加量过大反而会使蛋白含量增大，不能达到脱除蛋白的目的。综上所述，并且通过显著性检验(P＜0.01)确定HCl法是最佳脱除苹果皮渣多糖中蛋白的方法。

图6 不同方法对蛋白脱除率与多糖损失率的影响

2.3.2 不同种类树脂对多糖透光率的影响 从图7可知，实验选择了8种树脂对苹果皮渣多糖进行脱色，LS-806B脱色效果最好，透光率提高了7.1%，而其它几种树脂脱色效果相当，效果均不理想，并且多糖损失率很高，对苹果皮渣多糖脱色不建议使用树脂。

图7 不同树脂对多糖透光率与多糖损失率的影响

2.3.3 活性炭脱色与透析对透光率的影响 因为2.3.2的实验结果表明，树脂吸附脱色效果不佳，选择经典的透析法与之比较，利用透析袋透析48h［10］，透光率可达到65.9%，提高了23.5%，脱色效果远高于上述几种树脂;而多糖损失率仅为31.7%，低于上述8种树脂脱色多糖损失的平均水平。加入经过处理的活性炭也能有较好的脱色效果，加入3%的活性炭粉45℃脱色1h［17］，透光率能达到67.1%，略高于透析法，但是多糖损失率为60.4%。综上所述，透析法是苹果皮渣多糖脱色的最佳方法。

3 结论

3.1 以苹果皮渣为原料提取多糖时，提取温度、提取时间、料液比、提取次数对多糖的得率均有影响，其中提取温度的影响最大。经过二次回归旋转组合实验得到苹果皮渣多糖热水浸提的最优工艺为: 95.2℃、料液比为1∶93、提取5.7h。

3.2 苹果皮渣多糖以HCl法脱蛋白效果最好，脱除率为80.2%，多糖损失仅为9.7%。而多糖脱色效果以透析法最佳，透析48h后，透光率可提高23.5%，多糖损失仅为31.7%。

3.3 以冷破碎技术生产苹果汁，得到的副产品苹果皮渣中的多糖含量较低，最佳工艺条件下产率为10.37%。而马文杰、张丽萍［3-4］等人的研究结果表明，水提苹果渣中多糖最大产率分别为14.94%、19.1%，提取率有较大差异。可能苹果皮中还含有大量的木质素、多酚类物质，多糖含量相对苹果肉低，本研究没有对苹果芯渣的多糖提取工艺进行研究，有待于进一步的探索。

3.4 无论是树脂吸附、活性炭吸附还是透析，都有一部分色素没有除去，这部分色素有可能由于多糖与色素结合而难以去除，这部分色素的去除有待于进一步研究。

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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

我国是浓缩苹果汁的生产与出口大国，2007年浓缩苹果汁出口量超过100万t，受金融危机影响，2009年出口浓缩苹果汁数量下降为79.53万t，并且价格也下跌了将近一半，浓缩苹果汁行业经受了巨大的冲击［1-2］。为了适应国际市场对苹果汁品质越来越高的要求，2009年年底我院苹果浓缩汁资深专家仇农学教授等人与陕西鼎合机械有限责任公司合作，完成冷破碎设备成功试机。成功地实现了榨汁前苹果皮与苹果肉的分离，这样榨汁后苹果汁的色泽将更加透明，并且把影响苹果汁风味的大多数物质隔离开来，极大地提高了苹果汁的品质。利用冷破碎设备榨汁，产生两种果渣:苹果皮渣与苹果芯渣。苹果皮渣主要由苹果皮、苹果籽、果梗组成;苹果芯渣由榨汁后的苹果果肉组成。两种苹果渣组成不同，它们中的多糖的含量、提取工艺、活性、种类等都不一样［3-4］。本研究以冷破碎苹果皮渣为原料，探讨其多糖最佳提取工艺以及除杂方法，为新榨汁技术在工厂化应用后产生的果渣提供配套的果渣再利用方案及技术理论支持。

2010-05-14 *通讯联系人

李锦运(1987-)，男，硕士研究生，主要从事食品安全及食品功能性成分的研究。

现代苹果产业技术体系建设专项资金资助(nycytx-08)。