超聲波輔助果膠酶提取香蕉皮中果膠研究

孟麗聰，幺 琳，王 巖

（1．唐山學院 環境與化學工程系，河北 唐山063000；2．唐山賽特爾環境技術有限公司，河北 唐山063000）

果膠是從植物材料中制備的一種膠狀多聚體，屬于天然高分子多糖聚合物，是膳食纖維的主要成分，具有良好的膠凝性和乳化穩定性，在食品、藥品、保健品行業有著廣泛用途［1－2］。香蕉皮約占全果重的40%，是香蕉深加工過程的主要廢棄物，但其果膠含量較高，若能從中提取果膠，是香蕉皮綜合利用的有效途徑，從而提高其經濟價值。

傳統的無機酸法提取果膠存在著許多缺點（得率低、能耗高、污染環境等）［3－4］。而超聲波具有多級物理效應（機械振動、空化、微射流及微聲流等），能促使植物細胞壁破裂，可作為一種提取天然產物的輔助方法。酶法提取天然產物具有條件溫和、能耗低、無污染的特點，是針對生物制藥所設計的一種新型的植物提取工藝［5－7］。果膠酶是指能夠分解果膠質的一類復合酶，廣泛存在于各種微生物中，主要分為原果膠酶、解聚酶和果膠酯酶［8－10］。本實驗通過超聲波對香蕉皮進行處理，再聯合果膠酶提取其中的果膠，擬為香蕉皮果膠的綠色提取開辟一種新的方法。

1 實驗部分

1．1 試劑與儀器

實驗原料：新鮮香蕉（產地：海南）。

實驗原料預處理：將鮮香蕉皮經過洗滌，浸沒90℃的熱水中10 min后剪切成5 mm左右備用。

主要實驗試劑：果膠酶（上海藍季科技發展有限公司），鹽酸（唐山市路北區化工廠），濃硫酸（唐山市路北區化工廠），無水乙醇（天津市永大化學試劑有限公司）。

主要實驗儀器設備：SHZ－D（Ⅲ）型循環水式真空泵（鞏義市予華儀器有限責任公司），HH－Z型數顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司），KQ3200B型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司），TDL－40B型離心機（無錫瑞江離心機）。

1．2 工藝流程

將原料置于燒杯中加入蒸餾水，用稀鹽酸調節p H值，在超聲波清洗器中進行處理，加入果膠酶，恒溫提取，90℃水浴滅酶，趁熱抽濾，醇析后離心分離，最后干燥得到產品。其工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

本實驗擬改變超聲處理溫度、時間；酶法中酶提取液料比、溫度、時間、酶用量，以考察最佳的工藝參數。

1．3 果膠產率的計算

2 結果與討論

2．1 最適超聲提取溫度的確定

圖2為超聲提取溫度對果膠產率的影響，由此可知，50～70℃時隨著超聲溫度的上升，果膠產率增加；70℃以后果膠產率下降。這是因為溫度增加，提取系統的能量增加，分子運動加劇，有利于果膠的提取；但溫度過高，會加劇果膠水解，質量減少，不利于提取。所以超聲提取溫度確定為70℃。

圖2 超聲提取溫度對果膠產率的影響

2．2 最適超聲提取時間的確定

圖3為超聲提取時間對果膠產率的影響，由此可知，隨著超聲時間的增加，果膠產率先漸漸升高，然后在25 min后開始下降。這是因為超聲時間的延長，有利于果膠在固－液兩相中的充分分配；但是隨著時間繼續增加，果膠分子中甙鍵和酯鍵會被破壞，進而使其分子量降低，膠凝度下降，又不利于提取，所以超聲處理時間確定為25 min。

圖3 超聲提取時間對果膠產率的影響

2．3 最適酶法提取料液比的確定

圖4為酶法提取料液比對果膠產率的影響，由此可知，當溶劑量增加時，果膠產率也逐漸增加。這是因為當溶劑量少時，物料粘度較大，擴散速度慢，難以保證原料中的果膠能夠大量轉移到提取液中，使得提取不完全；但當溶劑量逐漸上升時，果膠產率受影響不大，綜合考慮到能耗和乙醇沉淀時果膠濃度低不利于沉淀的產生，所以料液比確定為1∶4。

圖4 酶法提取料液比對果膠產率的影響

2．4 最適酶法提取溫度的確定

圖5為酶法提取溫度對果膠產率的影響，由此可知，當酶法提取溫度小于50℃時，隨著溫度升高，果膠產率逐漸增加，并在50℃時果膠產率達到最大；當溫度繼續升高，果膠產率有降低的趨勢。這是因為升高溫度能夠提高反應體系的活化能進而提高反應速度，但溫度太高又會使酶液失活，因此在本實驗中選取50℃為酶法提取溫度。

圖5 酶法提取溫度對果膠產率的影響

2．5 最適酶法提取時間的確定

圖6為酶法提取時間對果膠產率的影響，由圖可知，時間小于30 min時，隨著酶法提取時間的延長，果膠產率逐漸增加，但當提取時間超過30 min后，果膠產率有驟然減小趨勢。這是因為隨著提取時間的延長，果膠分子鏈會在果膠酶的作用下繼續發生降解，最終影響了果膠產率，故將實驗中酶法提取時間確定為30 min。

圖6 酶法提取時間對果膠產率的影響

2．6 最適酶法提取果膠酶用量的確定

圖7為酶法提取果膠酶用量對果膠產率的影響，由此可知，果膠酶用量低于0．08%時，隨著果膠酶用量的增加，果膠產率明顯增加；之后，果膠產率增加緩慢。這是因為隨著酶的濃度的升高，酶與底物的接觸量增大，酶解反應速率增大。但當酶的濃度達到過飽和時，過量的酶難以發揮作用，導致果膠產率增加緩慢，所以酶法果膠酶用量確定為0．08%。

圖7 酶法提取果膠酶用量對果膠產率的影響

2．7 最佳酶法提取條件的確定

采用正交法確定最佳酶法提取條件，實驗因素水平與結果見表1，2。

表1 酶法提取因素水平表

表2 酶法提取正交實驗結果及分析

由正交實驗結果可知，極差的決定因素為：酶法提取時間＞酶法提取溫度＞酶法提取料液比＞酶法提取果膠酶用量。這說明，酶法提取時間和溫度是果膠產率的主要影響因素，而酶法提取料液比和果膠酶用量是影響果膠產率的次要因素。

酶法提取香蕉皮中果膠的最佳條件為：提取料液比1∶4，提取時間30 min，提取溫度50℃，果膠酶用量0．08%。

2．8 果膠含量的確定

表3 50 g香蕉皮中果膠質量

在最佳超聲－酶法提取條件下，平行進行9組實驗，結果見表3。實驗結果表明，提取方法的重復性較好。

3 結論

采用超聲波輔助果膠酶法提取香蕉皮中的果膠，通過單因素實驗確定了超聲處理的最佳條件為：70℃，25 min。通過單因素實驗和正交實驗確定了果膠酶法提取的最佳條件為：液料比1∶4，提取溫度50℃，提取時間30 min，果膠酶用量0．08%。在最佳提取條件下提取香蕉皮中果膠，所得果膠呈白色，果膠產率為0．615%；相比較采用酸提、醇析法提取香蕉皮中果膠0．39%的得率有很大提高［4］。通過對環境污染較小的果膠酶法和超聲波輔助提取法聯合使用，使得提取條件溫和、能源消耗降低，避免了因高溫對果膠類化合物的破壞，為香蕉皮果膠的提取開辟出一條新途徑。

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