桃胶水解及脱色工艺研究

亓希武，陈泽群，房海灵，梁呈元，吕 寒

（江苏省中国科学院植物研究所（南京中山植物园）/江苏省植物资源研究与利用重点实验室，江苏南京 210014）

桃胶是桃等蔷薇科植物的树干受到机械损伤或病原菌侵染后分泌的物质，呈胶状，颜色为淡黄色至黄褐色，也有呈桃红色。我国桃胶资源丰富，主要分布于华北、华南、华东等地区。桃胶经风干或其他脱水方法后形成的固体物质称为原桃胶，原桃胶经除杂、水解、脱色、干燥等工艺加工后可得到商品桃胶，商品桃胶具有良好的水溶性和适当的粘度[1]，在物理化学性质上与阿拉伯胶类似，在化工、化妆品、印染、电子等行业有着广泛的应用[2-3]。此外，传统中医认为原桃胶味苦、性平，具有补气、和血、生津的功效，可治疗消渴[4]。

桃胶的主要成分是多糖，含量90%以上，另含有少量蛋白质和其他杂质[5]。桃胶多糖主要由阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖、木糖、葡萄糖醛酸等成分组成，研究表明，不同产地、不同来源的桃胶多糖组分及含量之间存在一定差异[5-7]。桃胶多糖具有降血糖、降血脂、清除自由基、增强肠道功能等作用[8]。在原桃胶的加工过程中，水解和脱色是其中的两个重要步骤[9]，由于桃胶多糖为大分子多糖，黏度高，溶解性差，通过水解能够改善其粘度和溶解性。此外，原桃胶含有少量色素，一般呈现黄色或褐色，在水解过程中，高温条件也会导致桃胶水解液颜色加深，因此在商品桃胶制备中，需要对桃胶水解液进行脱色处理。本研究针对桃胶加工过程中的水解和脱色工序，利用正交试验法研究了碱水解法对桃胶水解及过氧化氢脱色法对桃胶脱色的工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

桃胶采自江苏省南京市栖霞区八卦洲街道桃园。

葡萄糖、蒽酮、硫酸、Na2CO3、NaHCO3、过氧化氢均为国产分析纯。

1.2 仪器

电子天平（Sartorius）、集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司）、恒温摇床（上海新苗医疗器械制造有限公司）、离心机（Eppendorf）、酶标仪（BIORAD）、UV1600PC 分光光度计（上海美谱达仪器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 葡萄糖标准曲线的绘制。将葡萄糖在105℃下烘干至恒重，准确称量10mg 葡萄糖溶解于蒸馏水中，定容至100mL，得到葡萄糖标准溶液（浓度为0.1mg/mL）。在干燥的试管中分别加入葡萄糖标准溶液0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mL，之后加入蒸馏水至0.5mL，在各试管中分别加入2.5mL 蒽酮试剂，混匀后沸水浴10min，冷却至室温，测定其在620nm 处吸光值，绘制葡萄糖含量与A620 所对应的标准曲线。

1.3.2 桃胶水解工艺单因素试验。①不同水解液pH 条件下桃胶水解：分别配置0.1mol/L Na2CO3溶液和0.1mol/L NaHCO3溶液，分别按照1∶9、4∶6、7∶3、9∶1 比例混合2 种溶液，用pH 计测量试剂pH 值，测得pH 值分别为9.35、10.2、10.9 和11.3 的碱性水解液。分别准确称取10g 原桃胶，置于500mL 不同pH 值的水解液中，30℃条件下浸泡24h，之后用匀浆机粉碎，置于恒温磁力搅拌器中，水浴温度为85℃，进行搅拌水解4h，水解结束后取1mL 水解液，5000rpm 离心5min，取上清测定样品中还原糖含量。②不同水解温度条件下桃胶水解：分别准确称取10g 原桃胶，置于500mL pH 值为10.2 的水解液中，30℃条件下浸泡24h，之后置于恒温磁力搅拌器中，水浴温度分别设置为75℃、80℃、85℃、90℃、95℃，进行搅拌水解4h，水解结束后取1mL 水解液，5000rpm 离心5min，取上清测定样品中还原糖含量。③不同水解时间条件下桃胶水解：分别准确称取10g 原桃胶，置于500mL pH 值为10.2 的水解液中，30℃条件下浸胀24h，之后置于恒温磁力搅拌器中，水浴温度分别设置为85℃，进行搅拌水解，分别在 水 解1h、2h、3h、4h、5h、6h 时 取1mL 水 解 液，5000rpm 离心5min，取上清测定样品中还原糖含量。

1.3.3 桃胶水解工艺正交试验。根据单因素试验结果，设计三因素（水解液pH 值、水解温度、水解时间）三水平正交试验，按照单因素分析中的实验方法，测定水解后水解液中还原糖含量。

1.3.4 桃胶脱色工艺单因素试验。①不同脱色剂浓度条件下桃胶脱色：桃胶水解液脱色剂使用过氧化氢，准确量取100mL 桃胶水解液，分别加入不同体积过氧化氢溶液，使过氧化氢终浓度分别为0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%、1.8%，50℃水浴并进行搅拌，脱色3h 后，分别取脱色前和脱色后的桃胶水解液，测量其在410nm 下的吸光度A410，根据如下公式计算桃胶水解液脱色率：脱色率（%）=[A410（脱色前）-A410（脱色后）]/A410（脱色前）×100。②不同脱色温度下桃胶脱色：准确量取100mL 桃胶水解液，加入过氧化氢溶液至过氧化氢终浓度为0.6%，分别置于30℃、40℃、50℃、60℃条件下水浴并搅拌，脱色3h 后，分别取脱色前和脱色后的桃胶水解液，测量其在410nm 下的吸光度，计算桃胶水解液脱色率。③不同脱色时间下桃胶脱色：准确量取100mL 桃胶水解液，加入过氧化氢溶液至过氧化氢终浓度为0.6%，置于50℃条件下水浴并搅拌，分别脱色1h、2h、3h、4h、5h、6h，取脱色前和脱色后的桃胶水解液，测量其在410nm 下的吸光度，计算桃胶水解液脱色率。

1.3.5 桃胶脱色工艺正交试验。根据单因素试验结果，设计三因素（脱色剂浓度、脱色温度、脱色时间）三水平正交试验，按照单因素分析中的实验方法，计算桃胶水解液脱色率。

2 结果与分析

2.1 水解工艺单因素试验结果

分别以水解液pH 值、水解温度和水解时间作为变量，以水解液中还原糖含量作为考察指标，分析单因素条件下桃胶水解情况。结果表明：桃胶水解程度与水解液pH 值呈正相关，即水解液的pH 越高（碱性越大），桃胶水解程度越高（图1A）；水解温度对桃胶水解影响并不大，当水解温度从75℃上升至85℃过程中，水解液中还原糖含量出现轻微上升，85～95℃过程中，水解液中还原糖含量基本持平（图1B）；随着水解时间的增加，桃胶水解程度逐步增加，但3h 后，水解液中还原糖含量增加即不显著（图1C）。

图1 桃胶水解单因素试验结果

2.2 水解工艺正交试验结果

以水解液pH 值、水解温度、水解时间作为正交试验的3 个因素，设计三因素三水平正交试验，正交因素水平表见表1。正交试验结果表明在桃胶水解过程中影响水解程度的3 个因素的主次顺序为水解温度>水解液pH 值＞水解时间（表2）。为了进一步提高实验结果的科学性和准确性，对上述实验结果数据进行方差分析，结果显示，FA、FB、FC＜3Fα=0.10，即水解温度、水解液pH 值、水解时间3 个因素对桃胶水解程度的影响均不显著（表3）。在此水平范围内，水解的效果均很好，其中最优工艺条件为B2A3C1。即在水解温度85℃，水解液pH 值11.3，水解4h 时水解效果最佳。

表1 桃胶水解正交因素水平表

表2 桃胶水解正交试验结果分析

表3 桃胶水解正交试验方差分析表

2.3 脱色工艺单因素试验结果

分别以脱色剂浓度、脱色温度和脱色时间作为变量，以桃胶水解液脱色率作为考察指标，分析单因素条件下桃胶脱色情况。结果表明：脱色剂浓度与桃胶水解液脱色率呈正相关，随着脱色剂浓度的增加，脱色率显著升高，当脱色剂过氧化氢浓度达到1.5%和1.8%时，脱色率基本持平（图2A）；脱色温度与桃胶水解液脱色率也呈正相关，随着脱色温度的升高，脱色率也相应升高，当温度达到50℃后，脱色率即不再出现显著变化（图2B）；脱色时间对脱色率影响并不大，本试验中，1～3h 过程中桃胶脱色率逐步升高，3h 后变化即不显著（图2C）。

图2 桃胶脱色单因素试验结果

2.4 脱色工艺正交试验结果

以脱色剂浓度、脱色温度、脱色时间作为正交试验的3 个因素，设计三因素三水平正交试验，正交因素水平表见表4。正交试验结果表明在桃胶脱色过程中影响脱色率的3 个因素的主次顺序为脱色温度>脱色剂浓度>脱色时间（表5）。为了进一步提高实验结果的科学性和准确性，对上述实验结果数据进行方差分析，结果显示，Fα=0.05＜FA、FB、FC＜Fα=0.01，即脱色温度、脱色剂浓度、脱色时间3 个因素对桃胶水解程度的影响均显著（表6）。综合直观分析和极差分析可知，桃胶水解液脱色的最优工艺条件为B3A3C3。即在脱色温度50℃，过氧化氢浓度1.5%，脱色5h 时脱色效果最佳，脱色率可达84.5%。

表4 桃胶脱色正交因素水平表

表5 桃胶脱色正交试验结果分析

表6 桃胶脱色正交试验方差分析表

3 结论与讨论

桃胶的主要成分为多糖，研究表明，不同产地、不同来源的桃胶多糖组分及含量之间存在一定差异，但其主要组分均为阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖、木糖、葡萄糖醛酸等。由于桃胶多糖为大分子多糖，粘度高，溶解性差，因此通过水解能够改善其粘度和溶解性。常用的多糖水解方法包括热水解法、酸水解法，碱水解法等，其中热水解法工艺路线长、能耗大，且水解桃胶多糖的效率不高，因此不适宜用于商品桃胶的加工工艺[10]。桃胶多糖在强酸作用下容易水解，研究表明，当pH 值为1～3.5 时，pH 值越低，水解越快[11]。相较于酸水解法所需的强酸环境，碱水解法条件更为温和，是应用较多的一种桃胶水解方法，刘晓庚等[12]以氢氧化钠稀碱液为水解液，得到桃胶碱水解最佳工艺条件为：水解液pH值9～11，温度85～95℃，时间15～30min，料液比1∶1.5～2.0。本研究以碳酸钠-碳酸氢钠缓冲体系作水解液研究了桃胶水解工艺，水解液碱性体系更为稳定，结果表明，在水解液pH 值10.2～11.3、水解温75～95℃、水解时间4～6h 的条件下水解效果均较好，没有显著差异，最优工艺条件为水解温度85℃、水解液pH 值11.3、水解4h。此外，也有研究在碱水解的基础上，辅以微波辐照，能够提高桃胶多糖的水解速度[13]。

除水解外，脱色也是商品桃胶制备的一个重要步骤，由于原桃胶本身存在天然色素，且在高温水解条件下易发生副反应，加深水解液颜色，不符合工业应用的需求，因此需进行脱色。目前常用脱色方法包括物理脱色法和化学脱色法，物理脱色法主要是利用活性炭或离子交换树脂进行脱色，有研究报道了利用活性炭进行桃胶脱色的工艺参数，即在60℃下，活性炭用量1.5%，脱色30min，脱色率可达79%[14]；另外一些阴离子交换树脂对桃胶脱色也有一定效果[15]。化学脱色法常用脱色剂为次氯酸钠和过氧化氢，次氯酸钠一般脱色慢，且颜色容易回复，而过氧化氢脱色快，工艺简单，不回色，因此生产上使用更多。本研究利用单因素和正交试验研究了过氧化氢对脱色水解液的脱色工艺，结果表明影响脱色率的3个因素的主次顺序为脱色温度＞脱色剂浓度＞脱色时间，最优工艺条件为脱色温度50℃，过氧化氢浓度1.5%，脱色5h，脱色率可到84.5%。