全 文 ：嵌工艺技术 口品职李 2 07, Vo L 2 8, oN . 哪 I J J
酶法提取苹果皮渣果胶的特性研究
邸 铮 , 付才力 , 李 娜 , 蔡同一 , 李全宏 *
(中国农业大学食品科学与营养工程学院 , 北京 1心洲洲) 8 3)
摘 要 : 为深入研究苹果皮渣果胶的提取技术 , 本文比较了盐酸水解法和纤维素酶 、 半纤维素酶对苹果皮渣果胶
的提取效果 . 采用高效阴离子交换色谱 一 脉冲安培检测法 (H P A EC 一 P A D )测定可溶性果胶的单塘组分 , 并通过粘度
计测定特性粘度 , 推导粘均分子量 。 结果表明 , 酶法提取的果胶 , 比酸法提取的得率高 2 ~ 3 倍 , 且溶解性好 。
酸法 、 纤维素酶 、 半纤维素酶三种方法提取的可溶性果胶粘均分子量分别为 2 9 2 6 0 0 、 12 2 4 0 和 l “ Zo D a .
关健词 : 苹果皮渣 ; 果胶 ; 酶 ; 特性粘度 ; H P A E c 一 P A D
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中图分类号 : sT Zo 文献标识码 : A 文章编号 : 1X() 2一肠 3仪 2的 7 K娜刁 13 刁 5
苹果皮渣是果汁 、 果酱 、 果脯等生产加工过程 中 胶 12 , 但是单纯用酸提取仅能得到约 60 % 的果胶 13 , 因
主要的下脚料 , 约为加工量的 2 0% ~ 25 %川 , 其利用主 此 , 运用新的方法 , 提高果胶提取的得率和品质 , 一
要有两种途径 : 直接利用其天然成分提取功能因子 , 如 直是人们研究的重点和热点 。 随着技术的革新 , 各种
膳食纤维12 (包括粗纤维和果胶多糖等 ) 、 苹果籽油 13 、 木 提取果胶的方法应运而生 , 从最初的酸水解法 , 发展
葡聚糖 14 、 多酚 l,l 等 ; 另外可以利用其营养成分做微生 到如今的盐析法 I川 、 微波法 l’ 3 , . 而且美国在 2 1世纪初
物培养基 , 进行固体 、 液体发酵生产化工产品 , 如柠 还发表了用微波加热技术提取果胶的专利 1, 1 . 有一种利
橄酸 l’ 、 乙醉 、 嫩料沼气川等 . 在众多苹果皮渣的研究 用多糖降解酶 (纤维素酶 、 半纤维素醉和果胶醉 )特定性
中 , 尤以商业果胶的提取最为热 门 。 降解联结链 ` ’ 们 , 并释放植物细胞壁组织中的有效成分 ,
果胶 (P ec it n) 是苹果皮渣中一种重要的水溶性膳食纤 提高生物材料 (如纤维素 、 半纤维素 、 果胶 、 蛋白质等 )
维 , 属于异型分支h( et o or g e n e o us b r a n c h e d) 多糖 , 存 提取率的方法己越来越多地受到重视 l” · ” 1 . 这些方法都
在于初级细胞壁和细胞间质内17 , 其分子中除主链的 a 一 为果胶的工业化生产开辟了道路 .
D
一
( 1
一
4)
一 半乳糖醛酸基 18 外 , 还包括 2 0% 的中性多糖侧 高效阴离子交换色谱 一 脉冲安培检侧法 ( H P A E C -
链 : D 一 半乳糖 、 L 一 阿拉伯糖和 L 一 鼠李糖 19 一 ’ 0] 。 P A D )是继薄层色谱 ( T L C ) , 高效薄层色谱 (H PT L C ) , 气
果胶作为天然的功能因子添加到食品中 , 不仅可以 相色谱 (G C ) , 开柱液相色谱和高效液相色谱 ( H P L C )等色
起到稳定剂 、 乳化剂 、 增稠剂的效果 , 还可以降血糖 、 谱技术之后 , 于 2 0世纪 80 年代由 Roc ikl n 和 oP hl 首先应
降血脂 、 降胆固醉“ ’ l , 是苹果皮渣综合利用中最有意义 用于糖类分析的又一大有利工具 lo2 , 。 与目前广泛应用的
的一项 , 而且早在 2 0 世纪初就有研究 。 B h al al ( 19 9 3) 等 气相色谱 (G C )法检测中性搪相比 , PH A E C 一 P A D 不仅无需人研究表明 , 干操的苹果皮渣中含有 10 ~ 18 0m留g 的果 复杂的样品前处理 12 ” , 而且灵敏度强 , 准确性高` 21 .
收稿日期 : 2伽吞 04 . 10 * 通讯作者
基金项目 : 北京市重点自然基金资助项目(6 0 4 10 0 3)
作者简介 : 邸铮 ( 19 8 1一 ) , 女 , 硕士 , 主要从事天然产物提取与功能成分研究 .
本研究中 , 我们比较了传统的酸水解法和两种酶解
法对果胶提取效果的差异 , 采用高效阴离子交换色谱 -
脉冲安培检测法 (H尸A E C 一P A D )测定可溶性果胶的单精组
分 , 并通过测定特性粘度 , 计算三种不同果胶的粘均
分子量 , 从而为生物果胶的进一步研究和果胶的工业化
生产提供依据 .
苹果皮渣中果胶纯度(即半乳糖醛酸的含量 )的侧定用
两种方法进行 : 重量法和咔哇比色法123 】.
( l) 重量法
果胶质 (%卜 W(
: X W云) X 0 . 92 3 5— X lX() (2 )W X材料与方法1. 1 材料I L I 原料及来源苹果皮渣 北方安得利果汁公司 。 热风干燥后粉碎备 用 。
两种纯化酶 : 纤维素酶 (来自 rT `hc 口de mr a , i ir de ,
产地日本 , 实际酶活 2 7 8 0 u /g) ; 半纤维素酶 (来自A : -
eP gr “ IUS 月匆“ , is g lr al 公司 , 2H 12 5 , 实际酶活 23 U l g ) 。
H p L c 和 H P ^ E e 一 P ^ n 所用的单糖 、 二糖 、 多糖标
准品(s ig aln 试剂公司) , 用电阻系数为 18 . 哈g a o bJ nI 一m 的
去离子水制备 , 以消除电化学活性杂质的影响【2 2 , 。
L 12 主要仪器
2 5 0。 型 D l o N E x 阴离子交换色谱 一 脉冲安培检侧
器 中国农业科学院饲料研究所 : TC一 8型 T A n 卫 C道涡
振荡真空浓缩器 中国农业科学院饲料研究所 ; 高效液
相色谱 中国林业科学院木材工业研究所 : S A 旋转型
F U N G IL A B 粘度计 。
12 方法
1 .2 1 原料制备
苹果皮渣经 5 0℃去离子水洗两遍 , 以去除大部分游
离单糖 、 色素及灰尘 , 6 5 ℃热风干操可避免功能性因
子的改变 , 粉碎至 6 0 目以保持水合特性 12 。
1
.
1 2 苹果皮渣中碳水化合物含量的测定
11 1 糖类物质测定
苹果皮渣中的糖类物质根据分子量不同 , 可用凝胶
阳离子高效液相色谱法 ( H P L C )进行分离 . H P L C 分析条
件 l , l: 交换柱 : w acstr S u g e -r Pak
一
1(0
.
6 5 e m x 3 0C m )凝胶
阳离子交换柱 ; 流动相 : H ZO ; 流速 : 0 . 7 m l m in ; 检
侧器 : R l : 4 x ; 柱温 : 9 0 ℃ .
根据外标法定量 :
式中 , w 。 为滤纸的质量 g( ) : w . 为滤纸加沉淀的
质量 ( g) : w 为样品质量 ( g ) ; v : 为样品待侧溶液体积
(m l) : v
Z为侧定时所取待测溶液的体积 (m l) : .0 9 2 3 5 为
将果胶酸钙换算成果胶质的系数 .
(2 ) 咔哇比色法
果胶 (% )= 原果胶(% +) 可溶性果胶 (% )
C X V X I《X)果胶 (%卜
W X l护
( 3)
C
一 X A Z X V : X l X】
C =—C Z X A : X V 一 X I《联 ) ( l )式中 , C 为 10 9 样品中各糖含量 (g) ; c , 为标样进样体积中各精含量 (p g) : C : 为样品称样重 ( g) ; vl 为样品进样体积 (时 ) ; V : 为样品定容体积 ( m l) : A : 为标样中各组份峰面积平均值 ; A : 为样品中各相应峰面积平均值 。11 1 2 果胶纯度测定
式中 , C 为从标准曲线中查得的半乳箱醛酸含量
( , g l m l ) ; v 为样品的最终体积 : w 为样品的重 t ( g ) .
L 1 3 酸法提取果胶
根据 P t i ct h盆i n a l ’ . 1和 S h k o d i n a t24 1的方法 , 称取干澡
苹果皮渣 9 9 , 按 l : 15 ( w l v )加入 o . l m o l z L H e l溶液 ,
6 5 ℃水浴搅拌提取 Zh , 趁热过滤后再用 9 0 m l 燕馏水洗
涤残渣 , 合并滤液 , 浓缩后加三倍乙醉沉淀过夜 , 滤
出果胶冻干 、 称重并 4 ℃保存备用 。
LZ 4 酶法提取果胶
称取干燥果渣 g9 两份 , 各加入 15 O nI l 5 0 n u n o比 醋
酸钠缓冲溶液 (P H 5 . 2) , 并配以占溶液体积 0 .0 1肠 的盛氮
化钠作抑菌剂 , 分别加入 75 m0 g 半纤维素醉和 巧o ln g 纤
维素酶 3 0℃搅拌提取 2 0 h , 之后过滤出果渣 , 再用 90 回
水洗涤残渣 , 合并滤液后浓缩 、 醉沉过夜 , 滩出果胶
冻干 、 称重并 4 ℃保存备用 。
11 5 果胶中单糖组分及含量的侧定
果胶中单糖的测定采用高效阴离子交换色谱 一 脉冲
安培检测法 ( H P A E C 一 P A D ) , 分析条件为 : 阳离子交换
柱 : C ar b0 Pac 侧 p A 10 ( n i o en x , 4 x z 50 nI m ) : 琳洗液 :
2 0m m o讥 N a o H ; 流速 : l . o m一lm i n ; 检侧器 : 金电极
脉冲安培检侧器 : 柱温 : 3 0 ℃ 。
1
.
2五 1 果胶中游离单箱的侧定
称取适量果胶样品(0 . 1~ .0 69 ) , 用即% 乙醉溶解 l劝
后定溶至 2 5 m l , 取上清液过滤后上样 , 进样量为 2 5 , l 。
12 j 2 果胶水解后单糖组分的侧定
称取适量果胶 (0 . 1~ .0殆 ) , 加入 1 . 口 v L Ha 在 10 ℃
水浴中充分溶解 6 h , 取 0 . S nI l上清液涟涡振荡真空浓缩
至试管中无液体为止 , 加水稀释 5 倍后过涟上样 , 每次
进样 2 5 “ 1 .
1
.
1 6 果胶酪化度 ( D M )的侧定
嵌工艺技术. 品皿李2 田. 7V o Z L民从 , . 04 I J J
果胶酩化度 ( D M )的测定采用双滴定法 125 1。
根据公式 (M
,V ,一 M万 ) X 0 . 0 3 1
DM (% ) =— X 10W (4 )
裹 2 H P LC法洲定的苹. 皮泣中. 类成分的含 , (以 ,的口干泣 )
几 b le Z 伪比旧 hdy m et c o n t . n t o f a PPIe P o m a c e a n a叭 e d u . in g
H P LC (91 10 9 d yr m a et ir a l)
多精 麦芽二精 游离单粉葡萄箱
1 0
.
16 5
果精 总箱计算果胶的甲氧基含量 。
1
.
.2 7 果胶特性粘度测定和粘均分子量 (丽盆)的计算
用 0 . l m o uL 醋酸钠缓冲液勿H 7 . 0) 将果胶配制为浓度
在 0 . 1一 0 . s gl l o m l 范围内的溶液 , 用旋转型粘度计测定
果胶溶液和溶剂的绝对粘度 。 , 伽 。 , 单位为 m P a · so
苹果皮渣 28 .5 82 .0 4 4 1 9 . 5 4 8 58 . 64 9
n一 币根据公式 听 =— = 几一 1巧 (5 )
糖含量的 4 1 . 0 9% , 有很高的提取价值 .
1 2 酸法和酶法提取果胶的得率及半乳糖醛酸含量的
比较
酶法和酸法所得果胶的得率和纯度 (即半乳糖醛酸
PG A 含量 )如图 1 所示 .
计算相对粘度 几, 和增比粘度 爪 p 。 计算过程中 n , 值
在 1 . 2一 .2 0 范围内有效 。
in 几根据公式【”
=sA] 争恕等以 .n 汀C ~ C 绘图 , 外推至浓度 C = 0 ,
度 [ n ] 。
根据公式 [ n] =k 丽优
(6 )
确定特性粘
7)a
确定粘均分子量的值 丽丈, 其中 k = 2 . 34 x 10一 , ,
= 0
.
8 2 2 4 1
2 6 1。
2 结果与分析 圈 1
Fig
苹果皮渣中碳水化合物的含量
苹果皮渣中果胶的含量用重量法和咔哇比色法测
结果如表 1 所示 。
A
.
0
.
l m o U L H C I: B
. 半纤维素醉 . C . 纤维 t 醉 .
吸法与阵法扭取 . 胶褥率及半乳 . 咬胜 《GP )^ 含 , 对比圈
Wob le y le目 a n d P G A co n et n t i n P. 改 in Per pe 『a tlo n。
e Xt m d d6 by
e n yZ m沁 a l扮 o r by ac 目 hdy or 叭 1.
衰 1 不同方法侧栩苹 . 皮泣中果胶的含 -
几 b Ie 1 P e ot i n co n te n t of 即 P le pe m a c e a n a ly z e d u s in g
d lf s旧 n t m s th o d .
方法 果胶含 t 倒 l侧抽干渣 )
咔哇比色法
重 t 法
平均
1 1
.
59 4 6士 .0 05
1 1
.
89 20 士 .0价
1 1
.
74 3 3
实验证明 , 两种方法可以准确的测定出果渣中果胶
的含量 , 而且符合文献 [2 7] 报道的苹果皮渣中果胶含量
为 1 1 . 7 % 的说法 。
H P L C 法测定的碳水化合物含量如表 2 所示 。
由表 2 可见 , 苹果皮渣中含丰富的糖类物质 , 特
别是多糖含量很高 , 约占干渣的 3 0% 。 果胶属于多糖
类物质 , 根据测定结果可知 , 苹果皮渣中的果胶占多
从图 1 可以看出 , 选用纤维素酶和半纤维素酶都可
以提高果胶的得率 , 而且得率是传统酸法提取的 2 ~ 3
倍 , 半乳糖醛酸含量也有所提高 , 特别是纤维素酶的
提取效果十分明显 。 这也说明 , 酸法提取仅能将植物
细胞壁中的原果胶转变为果胶提取出来 , 还有很大一部
分存在于纤维素基质中 , 通过纤维素酶对纤维素的降
解 , 可以释放出更多的可溶性果胶 ( 半乳糖醛酸 ) 。
.2 3 不同果胶中的单糖组分及含量
酸法和酶法提取的果胶多糖经过盐酸的彻底水解
后 , 用 H PA E C 一 PA D 测定单糖的组分和含量 , 表 3 中所
示结果是完全水解后的单糖含量减去果胶中游离单搪含
量后的结果 。 另外表 3 中所示半乳糖醛酸 ( G al A )含量为
咔哇 比色法所测结果 。
由表 3 可以看出 , 不同方法提取的果胶多糖的」了
成分是半乳糖醛酸 , 另外还包括岩藻糖 、 鼠李糖 、 阿
拉伯糖 、 半乳糖 、 葡萄塘 、 甘露糖 、 果糖和木糖 。
、 b l6 3
裹 3 不同方法握取的苹果皮油果胶多. 中单 . 组分及含一侧定结 . 《% )
M o n O a8 以出 a d d e co m OP s川o n o f a PP Ie ep m a c e P e c t in sa m P le s o b恤云n d6 by d lf e er n t e Xt ar e t iv e m e th o d s 《% )
岩旅箱
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心川 , , 半纤维 t 的
纤维素醉提取果胶
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.0 l om泥 HC I提取 .0肠 , .0 97 8 .0 , 23 169 3加 41 5肠 3 书切 M Z
A浏 , r半纤雄素醉 。一 9 3 .0 5 0 7 0 . 350 , 7 820 187 1 14 12 46 7
r y通帕山 纤雄 t 醉 0 . 398 0 . , 16 0朽 7 13洲 0 5 19 1 16 1 1“ 28 3
-今一 H u路血
-闷卜- K似口山牙
.l2 -.086.4侧探报贫理妇拐说侣五从数据可以看出 , 单位质量的酸提果胶中半乳精醛酸的
含 t 高于两种醉提取的果胶 , 从各种单精含量比较来
看 , 纤维素醉提取的果胶中各种单精的含 t 更接近于酸
法提取的果胶 , 只是岩燕箱 、 甘尽精的含 l 相对较高 ,
这也说明了苹果细胞壁中的果胶大部分存在于纤维素基
质中 , 半纤维素基质中的含量很少 。
.2 4 不同果胶醋化度 (D M )的比较
根据双摘定法的计算可知 , 酸法 、 半纤维素酶
法 、 纤维素醉法提取的果胶醋化度分别为 8 4 . 1 9 % 士
.0 2 1
,
6 .9 3 6% 士 0 . 19 和 7 .8 69 肠 士 0 . 14 , 根据食品化学
法典 (F C C )规定 , D M ) 5 0% 的果胶为高甲氧基果胶 ,
符合商业果胶的标准 .
15 不同果胶的特性粘度 ([ n D和粘均分子量 (丽优)
特性粘度【n ]根据 H u g isn 方程式和为拙m“ 方程式
.12 1确定 , 通过外推法计算得到 C 二0 时对应的纵坐标值 ,
即 H u g g in s 特性粘度和 rK ae m er 特性粘度 , 我们计算两
者平均值 . 以作为三种果胶样品各自的粘均分子量 . 特
性粘度计算推理图见图 2 .
根据特性粘度的平均值 , 计算出粘均分子量 , 结
O一0 2 4 6 8 10果胶浓度 C伪几 )c . 纤维t 阵1 2 根一 H娜旧腼和 为 . 翻帕 r方租式 . 定的苹. 皮泣中. 胶的特性钻度示 , I内 . 2 Int d n s比训目以冷甸 of 即 P抽 声用 . . 娜口如 . 的触 l朋心川价d lf e , n t e Xt af d a沪巾 w肋 H u g g i n s a闻 Km翻阴 r闪皿山” .果见表 4 。通过计算我们得知 , 用纤维素醉 , 半纤维素醉以
及 0 . 1 m o l L 盐酸提取的果胶 , 粘均分子量均在 5 0至 30
k D a 之间 , 符合商业果胶粘均分子 t 的要求 , 但是醉法
提取的果胶粘均分子量和特性粘度均低于酸法提取的果
胶 , 加之酶法果胶的醋化度也较低 , 这在一定程度上
也影响了果胶的凝胶性 , 至于具体的影响因素还豁作进
一步研究 。
3 结论与讨论
- 今- H u gl 侧.
- 心卜 ~ K皿日山牙 采用高效阴离子交换色谱
一脉冲安培检侧法任口人卫C -
P A D )侧定可溶性果胶的单糖组分 , 不仅准确 , 而且方
便快捷 , 样品不需复杂的前处理 . 醉法提取的果胶 ,
比酸法提取的得率高了 2 ~ 3 倍 , 而且溶解性好 . 酸法 、
纤维素醉 、 半纤维素酶三种方法提取的可溶性果胶粘均
分子量分别为 2 9 2 60 0 、 12 2 4X() 和 l 6 5 2 0() D a 。
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商业部济南果品研究所 . 苹果下脚料综合利用研究技术报告【R I .
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据英国 《卫报 》 报道 , 之前大多数说法都称巧克力含有的脂肪过多不宜健康 , 但美国科内尔技术大学食品科
学系的研究人员日前却表示 , 他们多年来进行的研究显示巧克力是一种很棒的保健食品 , 能够起到延年益寿的作用 ,
巧克力不仅外表看着好吃 , 实际上也确实有益健康 。
研究人员称 , 他们对巧克力中含有的可可粉有益健康的特性进行了研究 , 结果发现可可粉中含有的抗氧化成
分几乎是红酒的两倍和绿茶的三倍 , 这一结果就连研究人员 自己都感到惊讶 。 研究人员说 : “ 我们在研究前都预
测绿茶应该是含有抗氧化成分最多的 , 但当我们对比后才发现 , 可可粉却是最具抗氧化力的食物 , 这令我们大吃
一 惊 。 ”
抗氧化成分可以起到减缓癌症扩散速度甚至防范癌症发病的作用 , 另外其对防范心脏病和其他与衰老相关的疾
病也有益处 。 在所有抗氧化成分当中 , 多酚看起来是最好的一种 。 可可粉中就含有多酚 , 另外葡萄 、 樱桃 以及
红酒中也有多酚 。 儿茶酚和麦儿茶酚也是不错的抗氧化成分 , 绿茶中富含这两种物质 . 此外 , 研究人员还称 , “ 巧
克力还是铁 、 镁以及磷等金属元素的丰富来源 , 可可粉含量更高的黑巧克力要比白巧克力含有更多的铁 。 ” 当然 ,
即使是进食富含可可粉的巧克力也要适量 , 因为巧克力里的脂肪和饱合酸含盘同样很高 , 例如每 10 0 9 的可可粉里就
含 2 4 克的脂肪 , 能够提供 2 5 0 卡路里的热量 。
因此 , 研究人员建议不要把巧克力当成主食的一部分 , 相反 , 你可 以在早彼时饮一杯可可粉 , 晚餐时喝一杯
红酒 , 然后在上床休息时再喝一听绿茶 。