全 文 ：274
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)
摘 要: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 + 0.3611X
2
1 + 0.1914X
2
2。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%。
关键词:苹果多糖，提取，二次回归旋转组合设计，脱蛋白，脱色
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)
Abstract: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 cold－
break 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 +
0.3611X21 + 0.1914X
2
2 .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% .
Key words: apple polysaccharides; extraction; quadratic orthogonal rotation combination design;
deprotein;depigment
中图分类号:TS255.2 文献标识码:B 文 章 编 号:1002－0306(2011)07－0274－04
收稿日期:2010－05－14 * 通讯联系人
作者简介: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。
基金项目:现代苹果产业技术体系建设专项资金资助(nycytx－08)。
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。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2011.07.053
275
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。
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。
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
图 1 不同提取时间对冷破碎苹果皮渣多糖得率的影响
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
2.2.1 二次回归旋转组合实验设计 在单因素实验
276
的基础上，选取各因素较佳的水平进行二次回归旋
转正交组合设计，实验因素、水平及编码见表 1。
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
水平
因素
X1 提取温度
(℃)
X2 提取时间
(h)
X3 料液比
(W/V)
－ 1.628 44.8 2.32 1∶26.4
－ 1 55 3 1∶40
0 70 4 1∶60
1 85 5 1∶80
1.628 95.2 5.7 1∶93.4
水平间隔值 Δj 15 1 20
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 +
0.4946X2 + 0.2298X3 + 0.3611X
2
1 + 0.1914X
2
2 －0.0950X
2
3
－0.00550X1X2－0.1500X1X3 + 0.1300X2X3。
表 2 二次回归旋转组合实验设计及结果
实验号 X1 X2 X3 提取率(%)
1 1 1 1 9.23
2 1 1 － 1 8.87
3 1 － 1 1 8.07
4 1 － 1 － 1 8.26
5 － 1 1 1 8.48
6 － 1 1 － 1 7.55
7 － 1 － 1 1 7.13
8 － 1 － 1 － 1 6.69
9 － 1.628 0 1 7.84
10 1.628 0 0 9.45
11 0 － 1.628 0 7.34
12 0 1.628 0 8.99
13 0 0 0 7.83
14 0 0 － 1.628 7.75
15 0 0 1.628 6.38
16 0 0 0 7.99
17 0 0 0 6.88
18 0 0 0 7.58
19 0 0 0 7.47
20 0 0 0 7.95
21 0 0 0 7.75
22 0 0 0 7.56
23 0 0 0 7.43
注:提取率的计算为两次提取的平均值。
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 +
0.4946X2 + 0.2298X3 + 0.3611X
2
1 + 0.1914X
2
2
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
来源 平方和 自由度 均方 F值 P值
X1 3.8889 1 3.8889 53.24243 0.00001
X2 3.3411 1 3.3411 45.74292 0.00001
X3 0.7209 1 0.7209 9.86966 0.00780
X21 2.0646 1 2.0646 28.26564 0.00014
X22 0.5711 1 0.5711 7.81883 0.01514
X23 0.1550 1 0.1550 2.12236 0.16889
X1X2 0.0242 1 0.0242 0.33132 0.57471
X1X3 0.1800 1 0.1800 2.46435 0.14047
X2X3 0.1352 1 0.1352 1.85100 0.19679
回归 11.0844 9 1.2316 F2 = 16.862 0.00010
剩余 0.9495 13 0.0730
失拟 0.0639 5 0.0128 F1 = 0.115 0.98672
误差 0.8856 8 0.1107
总和 12.0339 22
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
277
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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