微波輔助酶法從橙皮中提取果膠的實(shí)驗(yàn)研究

張雪嬌，成昭，苗延青，尤靜

(西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，陜西 西安 710021)

果膠是一種酸性多糖類化合物，廣泛存在于柑橘、橙子等水果的果皮或果渣中。果膠的凝膠性、親水性及乳化穩(wěn)定性較為突出，使其在食品工業(yè)[1-5]和醫(yī)藥行業(yè)[6-8]應(yīng)用較多。日常生活中的果皮和果渣通常都是作為垃圾直接丟棄，若能充分利用這些廢棄物提取果膠則具有較大的開發(fā)價(jià)值。

果膠的提取方法有很多[9-10]，其中微波萃取法具有節(jié)能、高效等特點(diǎn)[11]，酶分離法具有提取條件溫和、減少降解等優(yōu)點(diǎn)[12]。兩種方法相結(jié)合已經(jīng)在中草藥活性成分的提取中有所應(yīng)用[13-14]。本文將在酶法處理的基礎(chǔ)上采用微波萃取技術(shù)對(duì)橙皮中的果膠進(jìn)行提取研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

纖維素酶,BR；磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、95%乙醇均為分析純；橙皮；實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

FW-200高速萬能粉碎機(jī)；JA2003電子分析天平；DF-101S恒溫磁力攪拌器；PB-10酸度計(jì)；XH-300A微波超聲波組合合成/萃取儀。

1.2 緩沖溶液的配制

1.2.1 磷酸鹽緩沖溶液 精密稱取一定量的NaH2PO4和Na2HPO4，分別配制成濃度為0.02 mol/L的溶液，配制pH為6～8的緩沖溶液，置于冰箱中冷藏，備用。

1.2.2 醋酸-醋酸鈉緩沖溶液 分別配制0.02 mol/L的HAc和NaAc溶液，配制pH為4～6的緩沖溶液，置于冰箱中冷藏，備用。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

新鮮的橙皮清洗后，50 ℃烘干至恒重。粉碎，過60目篩，儲(chǔ)存在廣口瓶后，放入干燥器中，備用。

果膠提取的工藝流程:

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)條件的確定

2.1.1 pH值對(duì)提取率的影響 稱取2.00 g橙皮粉末，按料液比1 g∶30 mL加入60 mL緩沖溶液，纖維素酶0.08 g，攪拌均勻后,置于恒溫磁力攪拌器上，在50 ℃下，攪拌酶解30 min。將酶解液轉(zhuǎn)移至微波萃取儀中，在微波功率300 W，微波溫度50 ℃下，進(jìn)行微波萃取4 min。將提取液離心，上層清液采用醇沉的方法得到果膠，干燥后稱重，計(jì)算提取率。緩沖液的pH值對(duì)果膠提取率的影響見圖1。

圖1 pH對(duì)提取率的影響Fig.1 Effect of pH on extraction yield

由圖1可知，pH=5.5時(shí)，提取率最大。這是因?yàn)槔w維素酶的最適pH值在4.5～6.5之間，pH值過大或過小均能引起纖維素酶的降解，進(jìn)而影響其酶解活性。選擇提取果膠的最佳pH為5.5。

2.1.2 纖維素酶用量對(duì)提取率的影響 稱取2.00 g橙皮粉末，按料液比1 g∶30 mL加入60 mL pH=5.5的緩沖溶液，再加入一定量的纖維素酶，按2.1.1節(jié)下的酶解、微波和醇沉條件提取果膠，計(jì)算提取率。纖維素酶用量對(duì)果膠提取率的影響見圖2。

圖2 纖維素酶用量對(duì)提取率的影響Fig.2 Effect of cellulase dosage on extraction yield

由圖2可知，果膠提取率隨著纖維素酶用量的增加呈上升趨勢(shì)，酶的用量大于0.10 g時(shí)，果膠提取率有所下降，但幅度較小。這可能是因?yàn)槔w維素酶雖然可以有效地促進(jìn)果膠的提取，但單位質(zhì)量橙皮中的果膠含量有限，持續(xù)增加纖維素酶用量，果膠提取率不再出現(xiàn)上升趨勢(shì)。因此，選擇最佳纖維素酶用量為0.10 g。

2.1.3 微波萃取時(shí)間對(duì)提取率的影響 稱取2.00 g 橙皮粉末，按料液比1 g∶30 mL加入60 mL pH=5.5的緩沖溶液，0.10 g的纖維素酶，按2.1.1節(jié)下的方法酶解、微波和醇沉條件提取果膠，計(jì)算提取率。微波時(shí)間對(duì)提取效果的影響見圖3。

圖3 微波時(shí)間對(duì)提取率的影響Fig.3 Effect of microwave time on extraction yield

由圖3可知，果膠提取率隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大，4 min時(shí)提取率達(dá)到10.45%。之后，隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，提取率明顯降低。這可能是因?yàn)槲⒉〞r(shí)間過長(zhǎng)，引起果膠發(fā)生分解，在95%乙醇溶液中無法沉淀析出，從而導(dǎo)致果膠提取率下降。故選擇最佳微波萃取時(shí)間4 min。

2.1.4 微波萃取溫度對(duì)提取率的影響 微波溫度和微波功率不能兼顧，當(dāng)微波溫度達(dá)到預(yù)定值時(shí)，微波功率會(huì)變小。微波功率較大時(shí)，微波會(huì)產(chǎn)生瞬間高溫，導(dǎo)致局部過熱，可能引起果膠的分解[11,15]。因此，將微波功率設(shè)定為300 W時(shí)，考察微波溫度對(duì)萃取效果的影響。稱取2.00 g橙皮粉末，按料液比1 g∶30 mL加入60 mL pH為5.5的緩沖溶液，0.10 g 的維素酶，按2.1.1節(jié)下的方法酶解、微波和醇沉條件提取果膠，計(jì)算提取率。微波萃取溫度對(duì)果膠提取率的影響見圖4。

圖4 微波萃取溫度對(duì)提取率的影響Fig.4 Effect of microwave temperature on extraction yield

由圖4可知，超過50 ℃之后，果膠提取率顯著增加，60 ℃時(shí)達(dá)到11.5%。之后隨著溫度繼續(xù)升高，果膠的提取率出現(xiàn)下降趨勢(shì)，這可能是因?yàn)闇囟容^低時(shí)，纖維素酶的活性難以充分表現(xiàn)出來，并且較低的溫度也不利于果膠的析出；而溫度太高時(shí)會(huì)對(duì)酶的活性產(chǎn)生破壞作用。故選擇最佳微波萃取溫度60 ℃。

2.1.5 提取液用量對(duì)提取率的影響 稱取2.00 g橙皮粉末，按一定的料液比加入pH 5.5的緩沖溶液，0.10 g纖維素酶，按2.1.1節(jié)的酶解、微波和醇沉條件對(duì)果膠進(jìn)行提取，計(jì)算提取率。料液比對(duì)提取率的影響見圖5。

圖5 提取液用量對(duì)提取率的影響Fig.5 Effect of the extracting solution dosage on extraction yield

由圖5可知，最佳提取料液比是1 g∶25 mL。料液比低于1 g∶25 mL時(shí)，橙皮由于未能充分浸泡，橙皮中的果膠無法被提取完全；當(dāng)料液比大于1 g∶25 mL時(shí)，果膠的提取率隨提取液的增加而下降，這可能是因?yàn)樘崛∫旱脑黾訉?dǎo)致酶濃度太小，進(jìn)而影響了其與橙皮的作用效率。并且，提取液用量較大時(shí)也會(huì)導(dǎo)致醇沉所需乙醇用量增加，因此,確定最佳料液比為1 g∶25 mL。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化提取條件

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)微波萃取的時(shí)間、溫度及料液比3個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化，因素水平設(shè)置見表1，結(jié)果見表2。

表1 因素與水平Table 1 Factors and levels

由表2可知，微波萃取時(shí)間(A)、微波萃取溫度(B)、料液比(C)對(duì)果膠提取率的影響程度強(qiáng)弱順序?yàn)锽>C>A。最優(yōu)提取工藝條件為A1B1C2，即料液比1 g∶25 mL，微波萃取溫度50 ℃，微波萃取時(shí)間3 min。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal test results

為檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性，采用上述最優(yōu)提取條件進(jìn)行果膠提取，重復(fù)3次，提取率分別為11.90%，11.32%，11.25%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差3.11%，說明實(shí)驗(yàn)方法穩(wěn)定、結(jié)果可靠，最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下得到的平均提取率為11.49%。

3 結(jié)論

在酶法處理的基礎(chǔ)上，采用微波萃取技術(shù)提取橙皮中的果膠，微波輔助酶法提取果膠的最佳工藝條件為：料液比1 g∶25 mL，微波萃取時(shí)間3 min，萃取溫度50 ℃，在最佳工藝條件下，平均果膠提取率達(dá)11.49%。