姜曼，張偉

（濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物與化學(xué)工程系，山東濟(jì)寧 272037）

玫瑰性甘、微苦，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，有良好的食用、保健及藥用價(jià)值。我國(guó)玫瑰種植廣泛且目前絕大多數(shù)用于玫瑰精油的提取，但精油得率非常低（約0.03%）[1-2]，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物如玫瑰花渣。研究發(fā)現(xiàn)，玫瑰花渣中含有大量的功能性有機(jī)物，如多糖、黃酮、酚類(lèi)、維生素、β-胡蘿卜素等[3]，其中多糖含量高達(dá)30%[4]。作為一種植物多糖，玫瑰花渣多糖具有增強(qiáng)機(jī)體免疫、抗氧化、降血脂、抗腫瘤等生物活性功能[5-8]，可將其提取、分離、純化，開(kāi)發(fā)成新型原料功能性食品，迎合了目前提倡營(yíng)養(yǎng)膳食的大潮流，也符合現(xiàn)代人的消費(fèi)理念，潛力巨大。精油生產(chǎn)廠家通常會(huì)將玫瑰花渣作為垃圾直接丟棄，造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)，同時(shí)污染環(huán)境。充分利用副產(chǎn)物，“變廢為寶”，是解決這些問(wèn)題、促進(jìn)玫瑰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的有效措施。

目前，玫瑰花渣多糖的提取方法主要有熱水浸提法、酸堿提取法、微波輔助提取法、超聲波法、酶法提取等。水提法是提取植物多糖的傳統(tǒng)方法，但提取率低。馬猛華等[9]采用熱水浸提法提取玫瑰花渣中的多糖，時(shí)間5 h，提取溫度100 ℃，得率0.6%。張?jiān)惠x等[10]采用纖維素酶法提取玫瑰花渣多糖，酶反應(yīng)時(shí)間150 min，可溶性多糖提取率為4.49%，提取時(shí)間較長(zhǎng)。陳東明[11]利用超聲波提取玫瑰花渣多糖，超聲溫度20 ℃，提取時(shí)間3 h，多糖提取量為4.126 mg/g。由此可見(jiàn)，采用單一方法提取玫瑰花渣多糖存在提取率低、時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，本文采用微波協(xié)同酶法提取玫瑰花渣多糖，這在文獻(xiàn)中鮮見(jiàn)報(bào)道。以玫瑰花渣為原料，通過(guò)單因素試驗(yàn)研究纖維素酶酶解溫度、纖維素酶酶解pH、微波處理時(shí)間、微波功率、料液比對(duì)玫瑰花渣多糖得率的影響，在此基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，確定微波協(xié)同酶法提取玫瑰花渣多糖的最佳工藝條件，為玫瑰花渣多糖的提取和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玫瑰花渣：提取玫瑰精油產(chǎn)生的副產(chǎn)物浸渣（山東津華生物技術(shù)有限公司提供），干燥后置于4 ℃冰箱，備用。纖維素酶：40 000 U/g，購(gòu)自河北拓海生物科技。葡萄糖、濃硫酸、苯酚、丙酮、無(wú)水乙醇等試劑，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TU-1901 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；FA2004 電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司；HHS-2 水浴鍋，上海天平儀器廠；KH30R-II 臺(tái)式通用高速冷凍離心機(jī)，湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司；格蘭仕P70F23P-G5 微波爐，佛山順德格蘭仕電器廠；DHG-9035 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，華北實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 玫瑰花渣多糖的提取

將玫瑰花渣原料粉粹后過(guò)篩，稱(chēng)取5 g 樣品，按料液比1:30（g/mL）加入去離子水，加入4.2%纖維素酶進(jìn)行酶解，并以微波輔助提取。將浸提液在8 000 r/min 條件下離心10 min 后脫蛋白。重復(fù)浸提2 次，合并3 次上清液。將上清液減壓濃縮，用4 倍體積的無(wú)水乙醇沉淀多糖，定容至一定體積，得到玫瑰花渣粗多糖溶液。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

基于前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)，選擇酶解溫度（35、40、45、50、55、60 ℃）、酶解pH（3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8）、微波處理時(shí)間（2、3、4、5、6 min）、微波功率（200、350、500、650、800 W）、料液比（1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:35，g/mL）分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.3.3 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素的試驗(yàn)結(jié)果，選擇酶解溫度、微波功率、微波處理時(shí)間，以玫瑰花渣多糖含量為考察指標(biāo)，設(shè)計(jì)三因素三水平的正交試驗(yàn)，并對(duì)提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)因素水平表Table1 Levels and factors of experiment

1.4 玫瑰花渣粗多糖含量的測(cè)定

采用苯酚-硫酸法測(cè)定多糖含量[12]。精確稱(chēng)取葡萄糖100 mg，定容至1 000 mL，配制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL 標(biāo)準(zhǔn)溶液至比色管中，加入1 mL、5%苯酚溶液、5 mL 濃硫酸，混勻，靜置15 min，于490 nm 波長(zhǎng)處測(cè)吸光度。粗多糖得率計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel、SPSS 進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

選取不同濃度梯度的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，于波長(zhǎng)490 nm處測(cè)定吸光度。以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為自變量x，吸光度值為變量y，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程y＝0.132x+0.469 1，相關(guān)系數(shù)R2＝0.999 3，其線性關(guān)系良好。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 酶解溫度對(duì)多糖得率的影響

由圖1 可知，隨著纖維素酶酶解溫度的升高，多糖得率先升高后降低，符合酶的一般特性。在35～50 ℃溫度范圍內(nèi)，因?yàn)橛忻傅膮⑴c，反應(yīng)速度明顯加快，多糖得率增加；隨著溫度的繼續(xù)增加，多糖得率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，且下降幅度較大。這是由于纖維素酶此時(shí)活性降低甚至已經(jīng)失活的緣故。45～50 ℃溫度區(qū)間范圍內(nèi)多糖得率較高。綜合考慮，酶解溫度選擇40、45、50 ℃三個(gè)水平進(jìn)行的正交試驗(yàn)。

2.2.2 酶解pH 對(duì)多糖得率的影響

由圖2 可知，纖維素酶的酶解pH 變化規(guī)律與酶解溫度一致，先升高后降低。pH 為4.4 時(shí)，多糖得率最高；之后pH 升高，纖維素酶活性下降。因此，最佳酶解pH 確定為4.4。

2.2.3 微波功率對(duì)多糖得率的影響

圖3 顯示了微波功率對(duì)多糖得率的影響，由圖可知，玫瑰花渣多糖的得率與微波功率基本呈正相關(guān)。因?yàn)槲⒉ㄊ且环N穿透力極強(qiáng)的電磁波，微波處理相當(dāng)于加熱，能使胞內(nèi)成分溶出。當(dāng)微波功率為650 W 時(shí)，玫瑰花渣多糖得率最高，為6.78%。當(dāng)功率增加到800 W 時(shí)，多糖得率稍有下降，不過(guò)下降幅度不大。可能由于過(guò)高功率升溫使多糖物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變所致。綜合考慮安全性和能耗、成本問(wèn)題，微波功率選擇350、500、650 W 三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.2.4 微波時(shí)間對(duì)多糖得率的影響

圖4 顯示了微波處理時(shí)間對(duì)多糖得率的影響，由圖可知，隨著微波處理時(shí)間的增加，多糖得率呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。當(dāng)微波時(shí)間小于4 min 時(shí)，多糖得率逐漸升高，這可能是由于微波立體穿透的作用方式加快了多糖物質(zhì)對(duì)基體的溶解。但試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)時(shí)間大于4 min 后多糖得率逐漸降低。因此，微波處理時(shí)間選擇4 min。

2.2.5 料液比對(duì)多糖得率的影響

圖5 顯示了料液比在微波條件下對(duì)多糖得率的影響。由圖可知，隨著料液比的變小，多糖得率先增加后趨于平穩(wěn)。由于傳質(zhì)速度越來(lái)越快，有更多的玫瑰花渣多糖溶解到溶劑中。綜合考慮，料液比選擇1:30。

2.3 微波協(xié)同酶法提取的正交試驗(yàn)

根據(jù)前期研究結(jié)果及單因素試驗(yàn)，選擇酶解溫度、微波功率、微波處理時(shí)間這三個(gè)對(duì)多糖得率影響較大的因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experiment

由表2 可知，3 個(gè)因素對(duì)多糖得率影響的主次順序?yàn)锳＞C＞B，即酶解溫度＞微波功率＞微波處理時(shí)間。正交設(shè)計(jì)得到的最優(yōu)組合為A3B1C3，即酶解溫度50 ℃，微波功率650 W，微波處理時(shí)間4 min。此結(jié)果與正交試驗(yàn)方案中第7 組試驗(yàn)條件一致。因此，我們選出的最優(yōu)方案是合理的。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)通過(guò)單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)優(yōu)化得到微波協(xié)同酶法提取玫瑰花渣多糖的最佳提取工藝條件，即纖維素酶加酶量4.2%，酶解溫度50 ℃，酶解pH 值4.4，微波功率650 W，微波處理時(shí)間4 min，料液比1:30，此時(shí)多糖得率為6.53%。與傳統(tǒng)熱水浸提法、微波法、超聲法、酶法等提取方法相比，該方法的提取條件溫和，多糖得率較高。后續(xù)研究可考慮采用兩種及以上復(fù)合酶（雙酶法）的形式，亦或是超聲波與酶法聯(lián)用提取玫瑰花渣多糖，可做進(jìn)一步的研究。