甘薯果膠純化工藝研究

孫俊良，梁新紅，郭祖峰，唐 玉，李元召

（河南科技學(xué)院食品學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003）

甘薯渣是甘薯淀粉加工過程中的副產(chǎn)物，不易貯運，大部分在生產(chǎn)過程中被當(dāng)做廢棄物丟棄，僅有少量被簡單加工為飼料，這不僅造成環(huán)境的污染，也是對甘薯渣中豐富的果膠資源的極大浪費。研究表明，甘薯渣中有20%左右的果膠[1]，因此提取甘薯渣中果膠資源，開發(fā)高附加值產(chǎn)品是甘薯加工業(yè)亟待解決的問題。為了提高果膠的品質(zhì)，在提取果膠時，需對提取液進(jìn)行純化，以除去雜質(zhì)，如色素、糖、蛋白質(zhì)等。常用的溶液脫色方法有離子交換法、氧化法、金屬絡(luò)合物法、吸附法（纖維素、硅藻土、活性炭等）[2]。常用的吸附劑包括可再生吸附劑如活性炭、分子篩、硅膠、離子交換纖維、活性氧化鋁等和不可再生吸附劑，如各種天然礦物（酸性白土、膨潤土、硅藻土）、工業(yè)廢料（煤渣、粉煤灰）及天然廢料（木炭、鋸屑）等[3]。除蛋白質(zhì)的方法有蛋白酶水解法、TCA（三氯乙酸）法、Sevage法、鞣酸沉淀法、三氟三氯乙烷法、大孔吸附樹脂法[4]。本文選用4種脫色方法，即活性炭法、硅藻土法、超濾膜和離子交換樹脂法對甘薯果膠脫色處理，以果膠得率、透光率為指標(biāo)，篩選出最好的脫色方法；用蛋白酶水解法去除提取液中的蛋白質(zhì)，以進(jìn)一步提高果膠純度。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

甘薯 徐薯18號；活性炭 天津市塘沽區(qū)鵬達(dá)化工廠；001×7（732#）離子交換樹脂 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；硅藻土 化學(xué)純，北京旭東化工廠；木瓜蛋白酶 廣西杰沃生物公司；其他試劑 均為分析純。

Alphal－4LSC冷凍干燥機 德國CHRIST公司；RC5C型冷凍離心機 美國Sorvall Znstruments（Du Pont）公司；PS－50型實驗用膜分離裝置 上海亞東核級樹脂有限公司；透析袋 規(guī)格為截留分子量8000以上的大分子物質(zhì)；DEAE Sepharose CL－6B柱，2.6cm×20cm 上海銳谷生物科技有限公司；Sepharose CL－6B柱 1.6cm×100cm，上海銳谷生物科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 甘薯果膠提取工藝流程 甘薯渣→加入提取劑提取→離心（轉(zhuǎn)速、時間）→過濾→濾液脫色→脫蛋白→抽濾→超濾→甘薯果膠提取液。

1.2.2 甘薯果膠提取液濃縮 利用提取后果膠用濾布趁熱過濾，收集濾液。用冷凍離心機對濾液進(jìn)行離心，取上清液抽濾后進(jìn)行超濾。濃縮至原體積的50%，收集濾液，均分為四份備用。

1.2.3 不同脫色方法的比較

1.2.3.1 活性炭脫色 活性炭在使用前活化：加200g碳粉置于1L鹽酸濃液（1份鹽酸+9份水）中，加熱回流1～2h，過濾，用水洗至濾液中無鐵離子為止（用5%亞鐵氰化鉀或1%硫氰酸鉀檢驗，不出現(xiàn)藍(lán)色或紅色），置于110～120℃烘箱中干燥，備用。

稱取一定量粉末狀的活性炭溶于少量的溶劑中，按比例加入到上述一份經(jīng)超濾的果膠提取液中，攪拌混勻，靜置3h，4000r/min離心30min除去沉淀，兩層濾紙抽濾，收集果膠液。將果膠提取液的pH調(diào)至5.0，分別加入0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%（W/V）的粉末活性炭，于50℃下水浴40min，其間應(yīng)充分?jǐn)嚢?，過濾后于320nm[5]波長下測定吸光度。濾液用乙醇沉淀后冷凍干燥，計算得率。

1.2.3.2 樹脂脫色處理 離子交換樹脂使用前處理：樹脂先用10%NaCl溶液浸泡24h，使其充分溶脹后以蒸餾水逐漸稀釋，浸泡，再洗至出水清亮，而后用2倍體積的95%乙醇浸泡24h，用濕法裝入規(guī)格為2.6cm×20cm的層析柱，用去離子水清洗至無乙醇為止，再用流速為10mL/min的2%HCl溶液進(jìn)行酸處理120min后，以蒸餾水洗至中性。用流速為10mL/min的5%NaOH溶液對樹脂進(jìn)行堿處理120min后，以蒸餾水洗至中性。另取一份經(jīng)超濾的果膠提取液過柱子脫色。離子交換樹脂脫色，溫度選擇25℃，流速為5.0mL/10min得濾液。于320nm波長下測吸光度。然后將濾液用乙醇沉淀后冷凍干燥，計算得率[6]。

1.2.3.3 硅藻土處理 稱取一定量的硅藻土，加入到果膠溶液中，攪拌混勻，靜置3h，先離心除去沉淀，再進(jìn)行抽濾，可以加快過濾速度，濾液于320nm波長下測吸光度。然后將濾液用乙醇沉淀后冷凍干燥，計算果膠得率。

1.2.3.4 超濾膜處理 將果膠溶液過超濾膜，膜截留分子量為50ku，壓力0.10MPa，濃縮到為原體積的1/4，加入蒸餾水恢復(fù)原體積，重復(fù)操作數(shù)次[7]。得濾液于320nm波長下測吸光度。然后將濾液用乙醇沉淀后冷凍干燥，計算果膠得率。

1.2.4 木瓜蛋白酶去蛋白 Sevage法使蛋白變性，條件溫和，效果不理想，一般需重復(fù)5～10次，耗時長，且果膠損失率高；TCA法脫除蛋白質(zhì)費時較短，但三氯乙酸法易造成糖苷鍵斷裂和蛋白質(zhì)變性；三氟三氯乙烷法研究較少。

調(diào)整pH為5.7，加入果膠質(zhì)量0.2%的木瓜蛋白酶，60℃下處理1h，過濾，離心，測蛋白含量，將濾液加乙醇沉淀，干燥。

1.3 分析方法

1.3.1 脫色率的計算方法 計算公式如下[2]：

其中，溶液吸光度均在320nm波長處測得。

1.3.2 果膠得率的計算方法 計算公式如下：

1.3.3 脫蛋白率計算方法 計算公式如下：

1.3.4 蛋白含量的測定 考馬斯亮藍(lán)法[9]。

式中：a為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求得的提取液中蛋白質(zhì)的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛血清蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線

牛血清蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。

由實驗獲得的標(biāo)準(zhǔn)曲線可知，吸光度與蛋白質(zhì)含量關(guān)系的線性回歸方程為：y=0.0077x+0.0388，R2為0.9908，可知其線性關(guān)系良好。

2.2 活性炭用量對脫色效果的影響

活性炭用量對果膠提取液脫色效果的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，果膠溶液的脫色效果隨著活性炭用量的增大而增強，果膠得率卻隨之有所降低。當(dāng)活性炭量為3.0%時，活性炭對色素的吸附能力折線變?yōu)槠骄彛z得率持續(xù)下降。故選取活性炭用量為2.0%，溫度50℃，脫色時間為40min為最佳脫色條件。

2.3 樹脂脫色效果

按1.2.3.2實驗條件下，經(jīng)樹脂處理過的果膠液脫色率達(dá)到66.37%，活性炭與樹脂的脫色效果差異不明顯（見圖3）。

實驗還發(fā)現(xiàn)，活性炭脫色后的果膠產(chǎn)品顏色發(fā)暗，且灰分含量高，而樹脂脫色的產(chǎn)品較好，這是由活性炭脫色后除碳不徹底造成的。樹脂脫色不僅能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)操作自動化，連續(xù)化生產(chǎn)，而且工藝操作簡單，大大降低工人勞動強度，提高效率，所以樹脂更適合工業(yè)化生產(chǎn)。

2.4 硅藻土脫色效果

硅藻土脫色原理：內(nèi)部有很多微孔，原土的孔體積為0.4～0.9mL/g，精制品的孔體積為1.0～1.4mL/g，比表面積達(dá)20～70m2/g。因此，它有良好的吸附性能，特別是善于吸附截留溶液中的懸浮微粒，將溶液加硅藻土過濾能得到清亮的濾液。結(jié)果如表1所示。

硅藻土處理后果膠顏色明顯變淺，但脫色效果并不顯著。果膠有損失，可能是因為硅藻土有微孔，對果膠有一定的吸附作用。

2.5 超濾方法脫色效果

按照1.2.2對果膠進(jìn)行超濾濃縮，結(jié)果見表2。回收率為85%～92%，可能是因為分子量較小的糖和果膠被分流出一部分，或粘在了超濾膜上，脫色率很明顯，但不如活性炭和離子柱效果好。但此法工藝簡單，脫色與去除其他小分子可同時進(jìn)行，成本低，適合工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。

2.6 木瓜蛋白酶去蛋白方法研究

木瓜蛋白酶在酸性、中性、堿性環(huán)境下均能分解蛋白質(zhì)，最適pH5.7。用木瓜蛋白酶，調(diào)整pH為5.7，加入果膠質(zhì)量0.2%的木瓜蛋白酶，在60℃下處理1h，過濾，離心，測蛋白含量，結(jié)果如表3所示。

用酶法除蛋白后，仍有少量的蛋白質(zhì)（0.99μg/g）存在果膠中，這可能是因為部分蛋白與果膠結(jié)合的原因；果膠的損失可能是因為除蛋白時的沉淀造成的。

4 結(jié)論

活性炭和樹脂有較好的脫色效果；但活性炭脫色后的果膠產(chǎn)品顏色發(fā)暗，且灰分含量高；樹脂脫色效果比用活性炭好；超濾膜脫色得率為85%～92%，此法工藝簡單，且脫色同時還可以去除其他小分子物質(zhì)，成本低，適合工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。用酶法可以除去絕大部分蛋白；果膠的得率可以達(dá)到96.81%。在純化效果上，活性炭脫色適合實驗室制備高純度果膠；而超濾法則適于純度要求略低的工業(yè)化生產(chǎn)。

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