超聲波輔助酶提取黃秋葵果膠工藝研究

陶阿麗，陳自豪，張國升

（安徽新華學院藥學院，安徽 合肥 230088）

超聲波輔助酶提取黃秋葵果膠工藝研究

陶阿麗，陳自豪，張國升

（安徽新華學院藥學院，安徽 合肥 230088）

以黃秋葵為原料，采用超聲波輔助纖維素酶對黃秋葵果膠的提取進行研究.在單因素試驗的基礎上，采用響應面分析考察超聲溫度、超聲時間、料液比、酶解時間四個因素對果膠得率的影響.得出最佳工藝條件為超聲時間15 min、液料比35∶1（mL/g）、超聲溫度43℃、酶解時間25 min.在該工藝條件下果膠得率為8.84%.

黃秋葵；超聲提取；酶法；果膠得率；響應面分析

黃秋葵（Okra）為錦葵科秋葵屬植物[1]，富含黏性物質，其成分主要為果膠、阿拉伯聚糖、半乳聚糖等，尤其是果膠成分占有較大比例.果膠是以原果膠、果膠、果膠酸的形態存在，是一種親水性植物多糖類物質，用途很廣，可在食品中用做凝膠劑、增稠劑、組織成型劑、乳化劑和穩定劑等.現代藥理表明果膠類多糖是可溶性纖維，具有排毒養顏的效果，減少毒素在體內沉積，降低血糖及膽固醇的含量[2-3].鑒于黃秋葵中含有豐富的果膠，對其進行開發具有潛在的應用價值.從植物中提取果膠是深入開發的前提，目前果膠的提取方法主要有酸提取乙醇沉淀法、離子交換法、酸提取鹽沉淀法以及微生物法等[4-5].這些提取方法普遍存在著提取率低、耗時長、能耗高等不足，因此研究新的果膠提取工藝是當前的方向之一.超聲波提取主要是利用超聲波的空化效應增大介質分子的運動速度，使可溶性活性成分迅速溶出，因此在天然產物提取中廣泛應用[6].另外果膠屬于植物成分，植物中由于富含大量的纖維成分，對于果膠在提取過程中的溶出為不利因素，因此，采用纖維素酶輔助對于果膠的提取具有積極意義.因此，本實驗采用超聲提取結合酶輔助提取黃秋葵果膠工藝，并運用響應面法確定最佳工藝條件，為黃秋葵果膠的提取與開發提供參考.

1 材料儀器

1.1 實驗試劑

黃秋葵：將嫩果置于35℃烘箱中烘干，粉碎過40目篩，在沸水中煮5-7 min，滅果膠酶，除去色素、苦味和糖分等后烘干備用；纖維素酶（酶活性大于15 000 U/g），95%乙醇溶液為分析純；

1.2 儀器

DHG-9023型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海三發科學儀器有限公司）；KQ118超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；T22型可見分光光度計（上海成光儀器有限公司）；FA2004型電子天平（上海良平儀器有限公司）；SHZDIII型循環水真空泵（河北潤聯科技開發有限公司）；FY130中草藥粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）.

2 實驗方法

2.1 工藝流程

黃秋葵→烘干→粉碎→滅酶→酶解→超聲提取→離心濃縮→乙醇沉淀→抽濾→稀釋定容→測吸光度

2.2 標準曲線的繪制

葡萄糖標準溶液配制：精確稱取105℃干燥恒重的葡萄糖0.050 0 g于燒杯中，用蒸餾水溶解后轉移至100 mL容量瓶中，用水稀釋并定容至刻度.用移液管精密移取上述稀釋液1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 mL置于5個50 mL容量瓶中，定容至刻度.

葡萄糖標準曲線的繪制：分別吸取上述葡萄糖標準溶液各0.2 mL置于10 mL試管中，加入5%苯酚溶液0.4 mL，混合后迅速加入濃硫酸2.0 mL，混合均勻.在490 nm波長處測量吸光值，空白試劑為參比.以葡萄糖的濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，得曲線方程為A＝0.0256C+ 0.0146，R2＝0.9989，曲線見圖1.

2.3 供試品溶液的制備

圖1 葡萄糖標準曲線

精密稱取1.000 0 g黃秋葵粉末，加入0.002 5 g纖維素酶，按照設計好的液料比、超聲時間、超聲溫度和酶解時間進行提取.將提取后的溶液趁熱用紗布過濾，得濾液，離心20 min.取其上清液加熱濃縮，并邊攪拌邊緩慢加入體積分數95%乙醇溶液.使濃縮液中乙醇的體積分數達到75%，放入冰箱中靜置24 h醇沉，抽濾，棄去濾液，將濾餅全部轉入10 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻.取1 mL稀釋液定容至100 mL容量瓶中，按葡萄糖標準曲線繪制項下的方法顯色，用于比色測定.在波長為490 nm處測定吸光度A，帶入回歸方程，計算樣品果膠得率.

其中，C為樣品中葡萄糖濃度（mg/mL），m為樣品質量（g），V為配制的溶液體積（mL），稀釋倍數為1000.

2.4 方法學考察

2.4.1 精密度試驗結果

精密吸取葡萄糖對照品溶液0.2 mL置于10 mL試管中，加入質量分數5%苯酚溶液0.4 mL，混合后迅速加入濃硫酸2.0 mL，混合均勻，水浴（40℃）放置30 min，以不加葡萄糖對照品為空白，在490 nm波長處連續6次測定吸光度，RSD為1.29%，精密度良好.

2.4.2 穩定性實驗結果

精密稱取黃秋葵粉末1.000 0 g，加入0.002 5 g纖維素酶，置圓底燒瓶中，加入適量水，超聲提取15 min，過濾得供試品.精密吸取2 mL供試品溶液，按葡萄糖標準曲線繪制項下的方法顯色，分別在0，10，20，30，40，50，60 min下測定吸光度，6次測量結果無明顯變化，RSD為1.10%，穩定性良好.

2.4.3 重現性實驗結果

按照2.3方法制備供試品溶液6份，按葡萄糖標準曲線繪制項下的方法顯色測定吸光度，RSD為1.39%，重現性良好.

3 結果與分析

3.1 單因素實驗

3.1.1 超聲溫度對黃秋葵果膠得率的影響

精密稱取5份1.000 0 g黃秋葵粉末，按照設計好的酶解時間25 min、液料比40∶1（mL/g）、超聲時間20 min、超聲溫度分別為30，40，50，60，70℃做超聲波提取，結果如圖2.實驗結果表明，黃秋葵果膠得率開始隨著溫度的升高增大，當溫度高于50℃時，果膠得率明顯下降.所以隨著溫度的升高黃秋葵果膠的溶出速率增大，溫度過高后會破壞果膠的結構，高溫也會破壞酶的輔助性能，不利于果膠的提取.因此，得出超聲溫度在50℃左右時為最佳.

3.1.2 超聲時間對黃秋葵果膠得率的影響

精密稱取5份1.000 0 g黃秋葵粉末，按照設計好的酶解時間25 min、液料比40∶1（mL/g）、超聲溫度50℃、超聲時間10，15，20，25，30 min做超聲波提取，結果如圖3.實驗結果表明，黃秋葵果膠的得率開始隨著超聲時間的增長而提高，超聲時間超過15 min時明顯下降.一開始可能是時間過短，沒有充分溶出.而超聲時間過長會引起果膠結構變化導致提取率降低，所以提取效果在超聲時間15 min處較好.

3.1.3 料液比對黃秋葵果膠得率的影響

精密稱取5份1.000 0 g黃秋葵粉末，按照設計好的酶解溫度25 min、超聲溫度50℃、超聲時間20 min、液料比20∶1，30∶1，40∶1，50∶1，60∶1（mL/g）做超聲波提取，結果如圖4.實驗結果表明，黃秋葵果膠得率開始隨著液料比的增大而增大.料液比高于40∶1（mL/g）時，果膠提取率下降，可能由于溶劑量增加，溶液中果膠濃度降低，有助于果膠的擴散，液料比40∶1（mL/g）附近果膠得率最大，超過后有下降趨勢，所以液料比在40∶1（mL/g）左右較好.

3.1.4 酶解時間對黃秋葵果膠得率的影響

圖2 超聲溫度對黃秋葵果膠得率的影響

圖3 超聲時間對黃秋葵果膠得率的影響

圖4 液料比對黃秋葵果膠得率的影響

圖5 酶解時間對黃秋葵果膠得率的影響

精密稱取5份1.000 0 g黃秋葵粉末，按照設計好的超聲時間15 min、液料比40∶1（mL/g）、超聲溫度50℃、酶解時間15，20，25，30，35 min做超聲波提取，結果如圖5.實驗結果表明，黃秋葵果膠的得率開始隨著酶解時間的增長而增大；酶解時間超過25 min時，果膠得率下降.可能由于酶解時間的增長，酶活性降低.因此，酶解時間25 min附近果膠得率最大，超過后有下降趨勢.

3.2 響應面試驗

以單因素試驗結果為基礎，根據Box-Behnken中心組合試驗設計原則，選酶解時間、超聲時間、液料比、超聲溫度4個對果膠得率影響顯著的因素，采用4因素3水平條件的響應面分析方法對工藝參數進行優化.試驗因素與水平設計見表1.

表1 響應面分析因素與水平安排表

由Design-Expert 8.0.6軟件處理數據，其方差分析結果見表3.對響應值與各個因素進行回歸擬合，該模型對應的回歸方程：

表2 響應面試驗安排與結果

表3 響應面分析法對果膠得率的ANOVA分析結果

對二次回歸方程和表3進行方差分析，模型P＜0.01，此時回歸方差模型極顯著，該試驗方法可靠.方程失擬項不顯著，該回歸模型與實測值能較好的擬合.回歸方程各項的方差分析表明：D、BC、A2、B2、D2均達到極顯著水平.選定的因素對果膠提取率的影響大小依次為酶解時間、超聲溫度、超聲時間、液料比.

響應面Y對于各因素A、B、C、D值的三維空間圖如下：

圖6 超聲時間和液料比影響果膠提取率的響應面圖

圖7 超聲時間和超聲溫度影響果膠提取率的響應面圖

圖8 超聲溫度和酶解時間影響果膠提取率的響應面圖

圖9 超聲時間和酶解時間影響果膠提取率的響應面圖

通過響應面圖（圖6、圖7、圖8、圖9），能夠很直觀的觀察各因素以及各因素之間的關系.從圖中可看出4個因素對果膠得率都具有很大的影響，表3回歸分析結果也與此吻合.

通過軟件對試驗結果進一步分析得，果膠最佳提取工藝條件為超聲時間15.03 min、液料比35.66∶1（mL/g）、超聲溫度42.57℃、酶解時間24.42 min，在此條件下果膠得率為8.952 8%.對響應面二次回歸所得最佳條件進行修正，確定最佳提取工藝為：超聲時間15 min、液料比35∶1（mL/g）、超聲溫度43℃、酶解時間25 min.

3.3 驗證實驗結果

為了驗證響應面法的可行性，根據上述修正條件，同條件下重復3次實驗，得黃秋葵果膠提取率為8.84%.將所得實測值與二項式擬合方程預測的最大值進行比較，計算偏差RSD為1.51%，偏差較小，說明該模型有效.

4 結論

本研究采用超聲波輔助酶提取黃秋葵果膠，以果膠得率為指標，對影響果膠得率的4個因素進行考察，優選出超聲波酶輔助提取果膠的最佳工藝.在單因素試驗結果之上，采用響應面分析法優化最佳提取工藝參數.實驗結果表明，最佳提取工藝條件為超聲時間15 min、液料比35∶1（mL/g）、超聲溫度43℃、酶解時間25 min.在此條件下果膠的實際得率為8.84%.本研究為黃秋葵果膠的提取工藝提供了參考，有利于對黃秋葵和黃秋葵果膠的進一步開發利用.

[1]SENGKHAMPARN N，SAGIS L M C，VRIES R D，et al.Physicochemical properties of pectins from okra（Abelmoschus esculentus（L.）Moench）[J].Food Hydrocolloids，2010，24（1）：35-41.

[2]李加興，覃敏杰，吳越，等.響應面法優化黃秋葵果膠微波輔助提取工藝[J].食品科學，2013，34（14）：12-16.

[3]孫元琳，湯堅.果膠類多糖的研究進展[J].食品與機械，2004，20（6）：60-63.

[4]陶阿麗，馮學花，尹偉，等.響應面優化微波輔助提取豆腐柴果膠工藝及其抗氧化研究[J].汕頭大學學報（自然科學版），2014，29（4）：53-60.

[5]耿敬章.纖維素酶輔助提取橘皮中果膠類化合物[J].中國食品添加劑，2010（5）：57-61.

[6]李建鳳，任磊，王真，等.響應曲面法用于超聲波提取檸檬皮渣果膠研究[J].食品工業科技，2013，34（4）：267-269.

Study on Extraction Technology of Polysaccharides from Okra

TAO Ali,CHEN Zihao,ZHANG Guosheng
（College of Pharmaceutical Sciences,Anhui Xinhua University,Hefei 230088,Anhui,China）

In this paper,okra was used as raw materials by ultrasonic assisted extraction of cellulase on okra pectin.Ultrasonic temperature,ultrasonic time,material liquid ratio and enzymatic hydrolysis time of four factors were investigated.Its extraction process was optimized by Box-Behnken design based on the series of single-factor experiments.The results indicated that the optimal technological conditions are the enzymatic hydrolysis time 25 min,ultrasonic temperature 43℃,ultrasonic time 15 min and liquid material ratio 43∶1（mL/g）.Under these conditions,the yield of pectin was 8.84%.

Okra;ultrasonic extraction;enzymatic extraction;pectin yield;response surface analysis

1001-4217（2017）04-0010-07

TS 255

A

2016-12-09

陶阿麗（1983—），女，安徽合肥人，副教授，碩士研究生.E-mail：taoali84@163.com

安徽省教育廳高校優秀青年人才支持計劃重點項目（gxyqZD2016395）；國家大學生創新訓練項目（201512216023）；安徽新華學院校級科研團隊項目（2016td016）；安徽新華學院教改課程項目（2014jgkcx15）；