纖維素酶輔助提取花椒揮發油工藝及其抗氧化作用的研究

杜兵兵

(漯河醫學高等專科學校，河南 漯河 462002)

纖維素酶輔助提取花椒揮發油工藝及其抗氧化作用的研究

杜兵兵

(漯河醫學高等專科學校，河南 漯河 462002)

采用纖維素酶輔助提取花椒揮發油，在單因素試驗基礎上，設計正交試驗。分析各個因素的顯著性，得出纖維素酶輔助提取花椒揮發油的最佳工藝條件：纖維素酶的添加量為2%，預處理溫度為40 ℃，預處理時間為2 h，pH為4.6。在此條件下，花椒揮發油得率為11.58%。而且花椒揮發油對DPPH自由基具有一定的清除能力，EC50為9.611 mg/mL。

花椒；揮發油；纖維素酶；提取工藝；抗氧化

花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)為蕓香科植物，為藥食兩用芳香植物，很多文獻顯示：花椒中含有豐富的揮發油，具有調味、抗菌和殺蟲等功效[1]。目前關于花椒揮發油的提取主要側重水蒸氣蒸餾法、超臨界CO2流體萃取法、超聲輔助溶劑萃取法和無溶劑微波蒸餾法[2,3]。而纖維素酶輔助提取揮發油為近幾年出現的提取方法，其中纖維素可以降解植物細胞壁，促進細胞活性成分有效溶出，提高提取率[4]。本研究利用纖維素酶酶解作用輔助提取花椒揮發油，采用L9(34)正交試驗優選最佳工藝，并對揮發油抗氧化作用進行研究，為花椒的開發和利用提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

花椒：采自河南省漯河市北舞渡鎮，經鑒定為蕓香科植物花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)的干燥成熟果實；纖維素酶：寧夏夏盛實業集團有限公司，活力單位11000 U/g；石油醚、無水硫酸鈉等：均為分析純。

AB135-S型電子分析天平 瑞士Mettler-Toledo 公司；98-1-B型電加熱套 天津市泰斯特儀器有限公司；RE-52A型旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠；SHB-III型循環水式真空泵 鞏義市科學儀器有限公司；HH-4型恒溫水浴鍋 金壇市宏華儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 揮發油的提取

將花椒粉末50 g置于100 mL燒瓶中。依據實驗設計，加入適量纖維素酶液，在一定的pH、溫度條件下酶解預處理一定時間，然后按水蒸氣蒸餾法提取3 h，蒸餾液以石油醚萃取，萃取物加無水硫酸鈉靜置脫去水分，減壓旋蒸法去除石油醚，得花椒揮發油，稱重計算揮發油得率。揮發油得率(%)=揮發油重量/花椒重量×100%。

1.2.2 單因素試驗

設定酶的添加量為0.5%，1%，1.5%，2%，2.5%，3%、溫度為40 ℃，預處理2 h后參照1.2.1項進行揮發油提取，并計算得率；設定酶的添加量為2%、溫度為30，40，50，60，70，80 ℃，預處理2 h后參照1.2.1項進行揮發油提取，并計算得率；設定酶的添加量為2%、溫度為40 ℃、預處理時間為1，2，3，4，5，6 h，參照1.2.1項進行揮發油提取，并計算得率；設定酶的添加量為2%、溫度為40 ℃、pH為4.1，4.6，5.1，5.6，6.1，6.6，預處理2 h后參照1.2.1項進行揮發油提取，并計算得率。

1.2.3 正交試驗

根據單因素試驗結果，選取酶添加量(1%，1.5%，2%)、酶解溫度(40，50，60 ℃)、時間(1，2，3 h)、酶解pH(4.1，4.6，5.1)，4個因素設計L9(34)正交試驗，以揮發油得率為考察指標。

1.2.4 花椒揮發油清除DPPH自由基活性測定

吸取0.1 mmol/L的DPPH乙醇溶液3 mL置于試管中，加入1 mL不同質量濃度的揮發油的95%乙醇溶液1 mL，混合液在室溫下靜置30 min，于517 nm處測定吸光度A1，用同體積的95%乙醇溶液代替待測液，測定吸光度A2，同體積的95%乙醇溶液代替DPPH乙醇溶液，測定吸光度A0，以VC作為對照，計算清除率，清除率(%)=[1-(A1-A0)/A2]×100%[5]。

2 結果

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 酶添加量對揮發油得率的影響

圖1 酶添加量對揮發油得率的影響

由圖1可知，伴隨纖維素酶添加量的增加，揮發油得率不斷增大，但是當纖維素酶添加量大于2%時，花椒揮發油的得率變化幅度降低，提示纖維素酶添加量達到2%時，底物與纖維素酶已經結合，增加纖維素酶濃度，已沒有多余的底物與其結合，提取率不再改變。

2.1.2 預處理溫度對揮發油得率的影響

圖2 溫度對揮發油得率的影響

由圖2可知，伴隨預處理溫度的增加，花椒揮發油的得率明顯增加，當輔助提取溫度超過40 ℃時，揮發油的得率開始下降，可能是高溫降低了纖維素酶的活性。

2.1.3 預處理時間對揮發油得率的影響

圖3 時間對揮發油得率的影響

由圖3可知，伴隨時間的增加，花椒揮發油的得率明顯增加，當預處理時間達到2 h時，揮發油的得率最高，然后延長時間，得率變化幅度不明顯。

2.1.4 預處理pH對揮發油得率的影響

圖4 pH對揮發油得率的影響

由圖4可知，隨著pH的增加，花椒揮發油的得率明顯上升，當預處理pH達到4.6時，花椒揮發油的得率最高，然后伴隨pH的增加，得率明顯下降，可能與酶的最佳pH有關，過酸過堿均會影響酶的活性。

2.2 正交試驗結果

表1 正交試驗結果

表2 方差分析

注：F0.05(2，2)=19.00，F0.01(2，2)=99.00。

由表1和表2可知，各因素對揮發油得率影響大小的順序為酶添加量>溫度>pH>時間，其中酶添加量對花椒揮發油得率影響顯著。最佳酶輔助提取工藝組合為A3B1C2D2，即酶添加量為2%、預處理溫度為40 ℃、時間為2 h、pH為4.6。

2.3 不同預處理方法對花椒揮發油得率的比較

表3 不同預處理方法對花椒揮發油得率的比較

由表3可知，以纖維素酶輔助最佳提取工藝組合進行預處理，花椒揮發油得率可達11.58%，高于溫水浸泡預處理法和直接蒸餾法。

2.4花椒揮發油清除DPPH自由基活性測定

圖5 清除DPPH自由基活性測定

由圖5可知，花椒揮發油對DPPH自由基清除能力低于VC，其中VC對DPPH自由基的EC50為5.750 mg/mL，花椒揮發油對DPPH自由基的EC50為9.611 mg/mL。

3 討論

本試驗應用纖維素酶預處理法輔助提取花椒揮發油，并探討了花椒揮發油的抗氧化活性，結果表明：最佳輔助提取工藝為纖維素酶添加量2%、預處理溫度40 ℃、預處理時間2 h、pH 4.6，其中酶的添加量對花椒揮發油得率影響顯著。采用最佳預處理工藝路線，花椒揮發油得率為11.58%，明顯高于溫水浸泡預處理法和直接蒸餾法。而且花椒揮發油清除DPPH自由基活性測定也顯示花椒揮發油對DPPH自由基具有一定的清除能力，EC50為9.611 mg/mL。

[1]韓勝男，李妍，張曉杭，等.花椒揮發油的提取工藝優化及抗腫瘤活性分析[J].食品科學，2014，35(18):13-16.

[2]楊瀟，芮光偉，蔣珍菊，等.三種不同方法提取花椒揮發油中化學成分的GC/MS/AMDIS比較分析[J].中國調味品，2014，39(5):118-121，133.

[3]孫可可，尹艷紅，邢曉曉，等.不同加工溫度和時間對超臨界花椒精油品質的影響[J].中國調味品，2017，42(2):134-136，141.

[4]張辰露，張曉娟，朱雙全，等.Box-Behnken響應面法優化纖維素酶提取紫蘇葉揮發油工藝[J].中成藥，2016，38(9):2055-2059.

[5]張玲玲，張鵬，李士明，等.釀酒酵母檢驗黑胡椒揮發油抗氧化活性研究[J].食品科學，2016，37(23):51-56.

Study on Process of Cellulase Assisted Extraction of Volatile Oil fromZanthoxylumbungeanumMaxim. and Its Antioxidation Effect

DU Bing-bing

(Luohe Medical College, Luohe 462002, China)

Cellulase is used for assisted extraction of volatile oil fromZanthoxylumbungeanumMaxim. and orthogonal experiment is designed on the basis of single factor experiment. The optimum conditions are as follows: the additive amount of cellulase is 2%, the pretreatment temperature is 40 ℃, the pretreatment time is 2 h and the pH value is 4.6. Under such conditions, the yield of volatile oil is 11.58%, and the volatile oil ofZanthoxylumbungeanumMaxim. has certain scavenging ability to DPPH free radical, EC50is 9.611 mg/mL.

ZanthoxylumbungeanumMaxim.；volatile oil；cellulase；extraction process；antioxidation

2017-03-11

杜兵兵(1982-)，男，講師，在讀博士，主要從事應用化學方面的研究。

TS264.2

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.09.012

1000-9973(2017)09-0055-03