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        纖維素酶法提取黃秋葵多糖的工藝優(yōu)化

        2018-01-10 08:55:02樊振江高雪麗
        食品工程 2017年4期
        關(guān)鍵詞:黃秋葵秋葵底物

        孟 楠 樊振江 高雪麗

        1(漯河食品職業(yè)學(xué)院,河南漯河462000)2(許昌學(xué)院,河南許昌461000)

        黃秋葵(Okra,Hibiscus esculentus L.)別名羊角豆,為錦葵科秋葵屬,是一年生藥食同源植物,其果實可供食用,富含多種營養(yǎng)素,如蛋白質(zhì)、多糖、不飽和脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)等。近年來,國內(nèi)外學(xué)者對秋葵已有研究,表明經(jīng)常食用秋葵可提高人體免疫力、增強體質(zhì),是一種營養(yǎng)價值高、開發(fā)前景好的草本植物。

        黃秋葵果實中富含多種營養(yǎng)素,營養(yǎng)價值和藥用保健功能極高,具有廣泛的應(yīng)用前景。有研究表明,每100 g秋葵果實中約含蛋白質(zhì)22.98 g,維生素C44 mg,磷65 mg,維生素B10.2 mg,維生素E 1.03 mg,鎂 29 mg,維生素B20.2 mg,維生素PP 1.0 mg,鐵 0.8 mg,脂肪 9.4 g,鉀 95 mg,黃酮2.56 g,鈣 45 mg。

        現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明,秋葵具有多種生物活性成分,具有很高的藥用價值。秋葵果實中特有的黏性物質(zhì)可助消化,能有效治療胃炎、保護肝臟和提高人體體質(zhì),其黏液亦可當(dāng)做脂肪替代物使用,在巧克力和餅干制作中均有應(yīng)用。此外,秋葵多糖還具有增稠、乳化等功效。Zheng Wei等對黃秋葵花中多糖成分進行了分離純化,結(jié)果表明水溶性多糖組分可以有效抑制癌細胞增殖,且還有一定免疫調(diào)節(jié)功能,為進一步深入研究和應(yīng)用秋葵多糖提供了依據(jù)。因此,秋葵多糖在食品行業(yè)具有良好的開發(fā)潛力和應(yīng)用前景。

        本文以黃秋葵果實為研究對象,采用纖維素酶法提取秋葵多糖,研究反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、酶濃度、底物濃度對多糖提取率的影響,并在單因素試驗的基礎(chǔ)上,采用正交試驗對黃秋葵果實多糖的提取工藝條件進行優(yōu)化,旨在為秋葵多糖的工業(yè)化提取和利用提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 主要材料

        黃秋葵,購自河南省漯河市丹尼斯超市。

        1.2 儀器

        UV-2550紫外分光光度計,日本島津;DZF-6090真空干燥箱,上海精宏實驗設(shè)備有限公司;電熱恒溫水浴鍋,北京長風(fēng)儀器儀表公司;RE-2000E型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器,天津凱易達儀器有限公司;奧立龍pH計868型,上海熱電儀器公司;SHZ(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵和電熱套,鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

        1.3 試驗方法

        1.3.1 提取工藝流程

        秋葵→挑選清洗→打漿→酶法提取→減壓濃縮→真空冷凍干燥→粗多糖

        1.3.2 工藝要點

        a)原料選擇:要求秋葵新鮮,無蟲蛀、無霉變。

        b)打漿:以一定的料水比進行打漿,破碎秋葵,使提取更充分。

        c)酶法提?。涸诓煌崛囟?、提取時間、酶濃度、底物濃度條件下進行提取秋葵多糖。

        d)減壓濃縮:將浸提液過濾,在真空度-0.06 MPa~0.08 MPa條件下進行濃縮至膏狀。

        e)真空冷凍干燥:真空冷凍干燥制備粗多糖。

        1.3.3 秋葵多糖得率

        秋葵多糖得率=提取物中多糖含量(g)/秋葵原料多糖含量(g)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

        采用苯酚-硫酸法測定秋葵多糖含量。分別配制質(zhì)量濃度為 0.01 mg/mL、0.02 mg/mL、0.03 mg/mL、0.04 mg/mL、0.05 mg/mL、0.06 mg/mL、0.07 mg/mL、0.08 mg/mL的萄萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液,在490 nm處測其吸光度值。以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,見圖1。回歸方程為 y=9.768 9x-0.066 7(R2=0.994 6)。

        圖1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

        2.2 酶解反應(yīng)的單因素試驗

        根據(jù)前期研究,本試驗以中性纖維素酶為處理手段,分別研究提取時間、提取溫度、酶濃度、底物濃度等因素對秋葵多糖得率的影響。

        2.2.1 提取時間對秋葵多糖得率的影響

        在固定的條件下,即底物濃度為10%(g/g)、酶濃度為0.3%(g/g)、提取溫度為50℃及pH為6.0時,提取時間分別取0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h進行試驗,其試驗結(jié)果見圖2。

        圖2 提取時間對秋葵多糖得率的影響

        從圖2中可以看出,隨著提取時間的延長,得率曲線趨于平穩(wěn),增加不明顯。這可能是由于試驗初始,酶濃度比較大,活性較高,能快速分解秋葵纖維組織,使秋葵多糖釋放;隨著時間的延長,酶不斷被消耗,活性降低,反應(yīng)接近停滯??紤]到經(jīng)濟實用性,確定適宜的反應(yīng)時間為2 h。

        2.2.2 提取溫度對秋葵多糖得率的影響

        在固定的條件下,即底物濃度為10%、酶濃度為0.3%、提取時間為1.5 h及pH為6.0時,分別選擇提取溫度為30℃、40℃、50℃、60℃、70℃進行試驗,試驗結(jié)果如圖3所示。

        圖3 提取溫度對秋葵多糖得率的影響

        由圖3可知,在一定的作用時間里,當(dāng)提取溫度小于50℃時,秋葵多糖得率隨著反應(yīng)溫度的增加而升高;當(dāng)提取溫度超過50℃時,秋葵多糖得率隨著提取溫度的增加而降低。這是因為在纖維素酶酶解過程中,溫度對酶解反應(yīng)效率的影響包括兩個方面,即酶催化反應(yīng)速度及酶的穩(wěn)定性。在酶的最適溫度以下,隨著溫度的升高,反應(yīng)物的能量和分子間有效接觸的頻率增加,因而反應(yīng)速度加快;超過最適溫度,酶分子的空間結(jié)構(gòu)由于能量的增加而發(fā)生改變,導(dǎo)致酶活性減弱或喪失,從而影響催化效果。由此,在溫度50℃~60℃范圍內(nèi),秋葵多糖具有較高的得率,可作為下一步正交優(yōu)化試驗的溫度可選范圍。

        2.2.3 酶濃度對秋葵多糖得率的影響

        在固定的條件下,即底物濃度為10%、提取溫度為50℃、提取時間為1.5 h及pH為6.0時,分別選擇纖維素酶酶濃度為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%進行試驗,研究其對秋葵多糖得率的影響,結(jié)果如圖4所示。

        由圖4可知,隨著酶濃度的增加,秋葵多糖得率也逐漸增大。當(dāng)酶濃度超過0.4%時,秋葵多糖的得率增加不明顯,因此,確定酶的適宜濃度為0.4%。

        2.2.4 底物濃度秋葵多糖得率的影響

        在固定的條件下,即酶濃度為0.3%、提取溫度為50℃、提取時間為1.5 h及pH為6.0時,分別選擇底物濃度為5%、10%、15%、20%、25%進行試驗,研究其對秋葵多糖得率的影響,結(jié)果如圖5所示。

        圖4 酶濃度對秋葵多糖得率的影響

        圖5 底物濃度對秋葵多糖得率的影響

        由圖5可以看出,隨著底物濃度的增加,秋葵多糖得率都逐漸增大,主要是因為底物濃度增加,反應(yīng)速率增加。但當(dāng)?shù)孜餄舛瘸^達到一定值時,反應(yīng)速率顯著減小。

        2.3 酶解反應(yīng)的優(yōu)化試驗

        由單因素試驗可以得出酶解反應(yīng)適宜作用條件:底物濃度為10%、酶濃度為0.4%、提取時間為1.5 h、提取溫度為50℃及pH為6.0。為進一步得到酶解的較優(yōu)條件,再進行L16(45)正交試驗,因素水平設(shè)計見表1,正交試驗結(jié)果見下頁表2。

        表1 因素水平設(shè)計表

        由極差分析可知,各因素對秋葵多糖得率的影響大小順序為:A>C>D>B,即酶濃度>底物濃度>提取時間>提取溫度,最優(yōu)組合為A4B4C3D3,即酶濃度為0.5%,提取時間為2.0 h,提取溫度為60℃,底物濃度為10%。正交試驗方差分析結(jié)果見表3。

        表2 正交試驗結(jié)果

        表3 方差分析結(jié)果

        由表3方差分析結(jié)果可知,在顯著水平P=0.05時,酶濃度、底物濃度兩因素都顯著,由方差分析得出影響因素大小順序為酶濃度、底物濃度、提取時間、提取溫度,這和極差分析結(jié)果一致。

        經(jīng)驗證試驗,正交優(yōu)化出的條件為:酶濃度0.5%,提取時間2.0 h,提取溫度60℃,底物濃度10%,此工藝條件下秋葵多糖得率為81.06%。

        3 結(jié)論

        通過單因素試驗和正交試驗發(fā)現(xiàn),影響秋葵多糖得率的4個因素的主次順序為:酶濃度>底物濃度>提取時間>提取溫度,最優(yōu)組合為A4B4C3D3,即酶濃度為0.5%,提取時間為2.0 h,提取溫度為60℃,底物濃度為10%。經(jīng)驗證試驗測得在最佳條件下秋葵多糖得率為81.06%。采用纖維素酶法提取秋葵多糖,具有高效、易操作,對環(huán)境污染小等優(yōu)勢。

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