微波輔助酶法從橙皮中提取果膠的實驗研究

張雪嬌，成昭，苗延青，尤靜

(西安醫學院 藥學院，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、親水性及乳化穩定性較為突出，使其在食品工業[1-5]和醫藥行業[6-8]應用較多。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價值。

果膠的提取方法有很多[9-10]，其中微波萃取法具有節能、高效等特點[11]，酶分離法具有提取條件溫和、減少降解等優點[12]。兩種方法相結合已經在中草藥活性成分的提取中有所應用[13-14]。本文將在酶法處理的基礎上采用微波萃取技術對橙皮中的果膠進行提取研究。

1 實驗部分

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；實驗用水為蒸餾水。

FW-200高速萬能粉碎機；JA2003電子分析天平；DF-101S恒溫磁力攪拌器；PB-10酸度計；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 實驗方法

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

果膠提取的工藝流程:

2 結果與討論

2.1 實驗條件的確定

2.1.1 pH值對提取率的影響 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。將酶解液轉移至微波萃取儀中，在微波功率300 W，微波溫度50 ℃下，進行微波萃取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，計算提取率。緩沖液的pH值對果膠提取率的影響見圖1。

圖1 pH對提取率的影響Fig.1 Effect of pH on extraction yield

由圖1可知，pH=5.5時，提取率最大。這是因為纖維素酶的最適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節下的酶解、微波和醇沉條件提取果膠，計算提取率。纖維素酶用量對果膠提取率的影響見圖2。

圖2 纖維素酶用量對提取率的影響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，酶的用量大于0.10 g時，果膠提取率有所下降，但幅度較小。這可能是因為纖維素酶雖然可以有效地促進果膠的提取，但單位質量橙皮中的果膠含量有限，持續增加纖維素酶用量，果膠提取率不再出現上升趨勢。因此，選擇最佳纖維素酶用量為0.10 g。

2.1.3 微波萃取時間對提取率的影響 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節下的方法酶解、微波和醇沉條件提取果膠，計算提取率。微波時間對提取效果的影響見圖3。

圖3 微波時間對提取率的影響Fig.3 Effect of microwave time on extraction yield

由圖3可知，果膠提取率隨著萃取時間的延長而逐漸增大，4 min時提取率達到10.45%。之后，隨著萃取時間的延長，提取率明顯降低。這可能是因為微波時間過長，引起果膠發生分解，在95%乙醇溶液中無法沉淀析出，從而導致果膠提取率下降。故選擇最佳微波萃取時間4 min。

2.1.4 微波萃取溫度對提取率的影響 微波溫度和微波功率不能兼顧，當微波溫度達到預定值時，微波功率會變小。微波功率較大時，微波會產生瞬間高溫，導致局部過熱，可能引起果膠的分解[11,15]。因此，將微波功率設定為300 W時，考察微波溫度對萃取效果的影響。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節下的方法酶解、微波和醇沉條件提取果膠，計算提取率。微波萃取溫度對果膠提取率的影響見圖4。

圖4 微波萃取溫度對提取率的影響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 ℃時達到11.5%。之后隨著溫度繼續升高，果膠的提取率出現下降趨勢，這可能是因為溫度較低時，纖維素酶的活性難以充分表現出來，并且較低的溫度也不利于果膠的析出；而溫度太高時會對酶的活性產生破壞作用。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節的酶解、微波和醇沉條件對果膠進行提取，計算提取率。料液比對提取率的影響見圖5。

圖5 提取液用量對提取率的影響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，橙皮由于未能充分浸泡，橙皮中的果膠無法被提取完全；當料液比大于1 g∶25 mL時，果膠的提取率隨提取液的增加而下降，這可能是因為提取液的增加導致酶濃度太小，進而影響了其與橙皮的作用效率。并且，提取液用量較大時也會導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 正交實驗優化提取條件

在單因素實驗的基礎上，采用正交實驗對微波萃取的時間、溫度及料液比3個因素進行優化，因素水平設置見表1，結果見表2。

表1 因素與水平Table 1 Factors and levels

由表2可知，微波萃取時間(A)、微波萃取溫度(B)、料液比(C)對果膠提取率的影響程度強弱順序為B>C>A。最優提取工藝條件為A1B1C2，即料液比1 g∶25 mL，微波萃取溫度50 ℃，微波萃取時間3 min。

表2 正交實驗結果Table 2 Orthogonal test results

為檢驗結果的可靠性，采用上述最優提取條件進行果膠提取，重復3次，提取率分別為11.90%，11.32%，11.25%，相對標準偏差3.11%，說明實驗方法穩定、結果可靠，最優實驗條件下得到的平均提取率為11.49%。

3 結論

在酶法處理的基礎上，采用微波萃取技術提取橙皮中的果膠，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，微波萃取時間3 min，萃取溫度50 ℃，在最佳工藝條件下，平均果膠提取率達11.49%。