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        雙酶法輔助提取百香果原花青素及其抗氧化性研究

        2023-12-09 05:01:06唐鵬程王雪亭尚文文胡靜雯
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2023年21期
        關(guān)鍵詞:果膠酶百香果花青素

        唐鵬程,王雪亭,尚文文,胡靜雯

        (1.江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)院,江蘇淮安 223003;2.江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院本科生院,江蘇淮安 223003)

        原花青素(Proantho cyanidins,PC) 作為公認(rèn)的天然抗氧化劑是植物中廣泛存在的一大類多酚化合物的總稱[1-2],具有消除自由基的能力,能夠高效地消除超氧陰離子自由基和羥基自由基,其清除自由基的能力是維E 的50 倍。雖然不是最強(qiáng)抗氧化劑,但是基于其水溶性的性質(zhì),總體吸收率遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他物質(zhì)。

        目前,從植物中提取原花青素的研究中已發(fā)現(xiàn)蓮子殼[3]、藍(lán)莓[4]、白刺果[5]、珊瑚樹(shù)葉[6]、鎖陽(yáng)[7]、油茶殼[8]中都存在原花青素。近期的研究表明,百香果也含有原花青素[9-10]。利用雙酶輔助法提取百香果中原花青素,通過(guò)優(yōu)化提取工藝,提高原花青素得率,并檢測(cè)其抗氧化活性。

        1 材料與試劑

        百香果,市售;

        原花青素標(biāo)準(zhǔn)品、十二水合硫酸鐵胺(Ⅲ)、濃鹽酸、正丁醇、無(wú)水乙醇、DPPH 試劑。

        2 試驗(yàn)方法

        2.1 原花青素提取

        取新鮮百香果5 顆,去籽,用粉碎機(jī)粉碎1 min,得提取原料。準(zhǔn)確稱取百香果原料1 g,纖維素酶和果膠酶10 mg。置于50 mL 燒杯中加入純水10 mL 并滴入酶,于恒溫40 ℃下與酶反應(yīng)30 min。再添加乙醇溶液10 mL,升高溫度到70 ℃后,提取1 h,制得百香果皮中的原花青素的提取母液。

        百香果原花青素提取率的計(jì)算公式:

        2.2 原花青素檢測(cè)

        試驗(yàn)方法采用Lawrence J Porter 等人[11]的鐵鹽催化比色法。

        2.2.1 配制鐵鹽催化比色法顯色劑溶液

        將1.029 8 g 十二水合硫酸鐵銨(Ⅲ) 精確稱量并溶于濃度為2 mol/L 的鹽酸溶液4 mL 中,得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的硫酸鐵銨溶液;另外,將正丁醇與濃度為2 mol/L 的鹽酸溶液按體積比V(正丁醇)∶V(鹽酸)=95∶5 混合均勻,即得正丁醇- 鹽酸溶液[12]。

        2.2.2 原花青素測(cè)定

        取10 mL 的試管,在其中分別加入樣液1.0 mL、正丁醇- 鹽酸溶液6.0 mL 和質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的硫酸鐵銨溶液0.2 mL 后,振蕩試管使其中液體充分混合均勻,在水浴100 ℃下反應(yīng)40 min,反應(yīng)結(jié)束后放在冰水中冷卻至常溫,使用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)于波長(zhǎng)547 nm 下檢測(cè)該混合液的吸光度,以此來(lái)有效實(shí)現(xiàn)對(duì)原花青素含量的測(cè)定[12]。

        2.2.3 建立原花青素標(biāo)準(zhǔn)曲線

        稱取50.0 mg 的原花青素標(biāo)準(zhǔn)品放在25 mL 的容量瓶當(dāng)中,使用無(wú)水乙醇將其定容至容量瓶的刻度線,充分搖勻后得到質(zhì)量濃度為2 mg/mL 的原花青素標(biāo)準(zhǔn)品溶液。以4 mL 為基準(zhǔn),配制稀釋溶液使其各組的質(zhì)量濃度分別為0,0.04,0.08,0.12,0.16,0.2 mg/mL,于波長(zhǎng)547 nm 處測(cè)定各質(zhì)量濃度的吸光度,建立吸光度對(duì)原花青素質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線[12],得線性方程為:A=5.304 3C+0.004 86,R2=0.985 9。

        標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖1。

        圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

        2.3 果膠酶和纖維素酶配比的篩選

        分別取10 mg 的果膠酶和纖維素酶溶于10 mL純水。取百香果1 g 加入20 mL 純水,按10 ∶0,9∶1,8∶2,7∶3,6∶4,5∶5,4∶6,3∶7,2∶8,1∶9,0∶10 的配比和1 組不加酶的對(duì)照組共分成12 組,在40 ℃下與酶反應(yīng)30 min,加入乙醇溶液10 mL,升高溫度到70 ℃,提取1 h。比較各組提取率,得出酶的最佳配比。

        2.4 混合酶最佳反應(yīng)條件的確定

        2.4.1 酶解溫度的確定

        取百香果1 g,在果膠酶與纖維素酶配比為7∶3,溶液pH 值為4,乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%,料液比為1∶15(g∶mL),酶解時(shí)間1 h,測(cè)量溫度分別為30,35,40,45,50,55,60 ℃時(shí)對(duì)酶活性的影響。

        2.4.2 酶解pH 值的確定

        取百香果1 g,果膠酶與纖維素酶的配比為7∶3,乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%,料液比為1∶15(g∶mL),酶解溫度為40 ℃,酶解時(shí)間為1 h,酶解pH 值為3.0,3.5,4.0,4.5,5.0,5.5,6.0,分別觀察酶溶解時(shí)的pH 值對(duì)酶活性的影響。

        2.4.3 酶解時(shí)間的確定

        取百香果1 g 時(shí),果膠酶與纖維素酶的配比為7∶3,乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%,料液比為1∶15(g∶mL),酶解溫度為40 ℃,溶液pH 值為4,酶解時(shí)間為0.50,0.75,1.00,1.25,1.50,1.75,2.00 h 時(shí)對(duì)酶活性的影響。

        2.4.4 正交試驗(yàn)

        在酶解溫度、酶解pH 值和酶解時(shí)間3 個(gè)單因素的條件下,以提取率為考查指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。

        正交試驗(yàn)的因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

        表1 正交試驗(yàn)的因素與水平設(shè)計(jì)

        2.5 不同提取條件對(duì)百香果原花青素提取率的影響

        2.5.1 反應(yīng)溫度對(duì)百香果原花青素提取率的影響

        取百香果1 g,以酶的最適條件處理,在乙醇體積分?jǐn)?shù)50%,料液比1∶15(g∶mL),反應(yīng)時(shí)間1 h,酶解溫度分別為30,40,50,60,70,80,90,100 ℃時(shí),研究酶解溫度對(duì)原花青素提取率的影響。

        2.5.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)百香果原花青素提取率的影響

        取百香果1 g,以酶的最適條件處理,在酶解溫度70 ℃,料液比1∶15(g∶mL),酶解時(shí)間1 h 的條件下考查乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為30%,40%,50%,60%,70%,80%對(duì)原花青素提取率的影響。

        2.5.3 料液比對(duì)百香果原花青素提取率的影響

        取百香果1 g,以酶的最適條件處理,在酶解溫度70 ℃,乙醇體積分?jǐn)?shù)50%,酶解時(shí)間1 h,料液比分別為1∶5,1∶10,1∶15,1∶20,1∶25(g∶mL) 時(shí),研究料液比對(duì)原花青素提取率的影響。

        2.5.4 酶解時(shí)間對(duì)百香果原花青素提取率的影響

        取百香果1 g,以酶的最適條件處理,在酶解溫度70 ℃,乙醇體積分?jǐn)?shù)50%,料液比1∶15(g∶mL),酶解時(shí)間分別為0.5,1.0,1.5,2.0,2.5 h時(shí),研究酶解時(shí)間對(duì)原花青素提取率的影響。

        2.6 響應(yīng)面法優(yōu)化百香果原花青素提取工藝

        在單因素的條件下,選定溫度為70 ℃時(shí)進(jìn)行反應(yīng),把乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比和酶解時(shí)間作為變量,用百香果皮中提取的原花青素提取率作為響應(yīng)值,運(yùn)用Minitab 19 軟件,進(jìn)行L9(34)試驗(yàn)。

        L9(34)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

        表2 L9(34)因素與水平設(shè)計(jì)

        2.7 抗氧化性檢測(cè)

        取1.8 mg DPPH 用乙醇溶液50 mL 定容,得DPPH- 乙醇溶液。取4 mL DPPH- 乙醇溶液,分別加入不同濃度的百香果原花青素樣品液,振蕩后,避光靜置30 min,于波長(zhǎng)517 nm 處測(cè)定吸光度,進(jìn)行3 組平行試驗(yàn),計(jì)算百香果原花青素對(duì)DPPH 自由基的清除活性[13]。清除率計(jì)算公式為:

        式中:A0——避光前的吸光度;

        A1——靜置30 min 后的吸光度。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 果膠酶和纖維素酶的最佳配比的確定

        2 種酶的不同配比對(duì)百香果中花青素提取率的影響見(jiàn)表3,2 種酶的不同配比對(duì)百香果中花青素提取率的影響見(jiàn)圖2。

        表3 2 種酶的不同配比對(duì)百香果中花青素提取率的影響

        圖2 2 種酶的不同配比對(duì)百香果中花青素提取率的影響

        由圖2 可知,果膠酶的加入對(duì)百香果中原花青素的提取率有促進(jìn)作用,當(dāng)果膠酶∶纖維素酶達(dá)到7∶3 時(shí),提取率會(huì)達(dá)到最大值。

        3.2 混合酶最佳酶解條件的確定

        3.2.1 酶解溫度的確定

        研究酶解溫度分別為30,35,40,45,50,55,60 ℃時(shí),原花青素的提取率。

        酶解溫度對(duì)提取率的影響見(jiàn)圖3。

        圖3 酶解溫度對(duì)提取率的影響

        由圖3 可知,適當(dāng)提高溫度可以提高酶活性。當(dāng)酶解溫度超過(guò)40 ℃時(shí),酶活性降低。因此,最佳酶解溫度為40 ℃。

        3.2.2 酶解pH 值的確定

        研究酶解pH 值分別為3.0,3.5,4.0,4.5,5.0,5.5,6.0 時(shí),原花青素的提取率。

        pH 值對(duì)提取率的影響見(jiàn)圖4。

        圖4 pH 值對(duì)提取率的影響

        由圖4 可知,該混合酶在pH 值為4 時(shí),提取率達(dá)到0.025%,酶活性最高,隨著pH 值增大,提取率顯著下降,酶活性迅速下降。

        3.2.3 酶解時(shí)間的確定

        研究酶解時(shí)間分別為0.50,0.75,1.00,1.25,1.50,1.75,2.00 h 時(shí),原花青素的提取率。

        酶解時(shí)間對(duì)提取率的影響見(jiàn)圖5。

        由圖5 可知,用雙酶輔助提取時(shí),酶解時(shí)間0.75 h 的提取率最大,隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)原花青素得率逐漸降低。

        3.2.4 正交試驗(yàn)

        正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

        表4 正交試驗(yàn)結(jié)果

        由表4 可知,當(dāng)酶解溫度為40 ℃,酶溶解pH值為4,酶解時(shí)間為0.75 h 時(shí)是酶解的最適條件,與單因素試驗(yàn)結(jié)果一致。

        3.3 不同提取條件對(duì)百香果中原花青素提取率的影響

        3.3.1 酶解溫度對(duì)百香果中原花青素提取率的影響

        酶解溫度對(duì)提取率的影響見(jiàn)圖6。

        圖6 酶解溫度對(duì)提取率的影響

        由圖6 可知,百香果中原花青素的提取率隨著酶解溫度的上升逐漸增長(zhǎng)。酶解溫度對(duì)酶解體系的萃取效果具有雙重效應(yīng)。一方面,溫度升高有利于改善體系傳質(zhì)效能,加大擴(kuò)散系數(shù),利于原花青素向溶劑中擴(kuò)散,提高萃取率;另一方面,隨著提取溫度的升高,短時(shí)間內(nèi)高溫分解原花青素的量低于提取的原花青素的量。為避免乙醇大量揮發(fā),影響料液比和乙醇體積分?jǐn)?shù),酶解溫度定為70 ℃。

        3.3.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)百香果原花青素提取率的影響

        乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)提取率的影響見(jiàn)圖7。

        圖7 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)提取率的影響

        由圖7 可知,當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)過(guò)低或過(guò)高都不利于百香果皮中原花青素的提取,當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到60%時(shí),原花青素的提取率達(dá)到了最佳值0.39%。原花青素作為多酚化合物,容易溶解在水和大多數(shù)的有機(jī)溶劑當(dāng)中,當(dāng)從百香果皮中提取出的原花青素的極性與當(dāng)前系統(tǒng)的極性相像時(shí),更容易被提取。

        3.3.3 料液比對(duì)百香果原花青素提取率的影響

        料液比對(duì)提取率的影響見(jiàn)圖8。

        圖8 料液比對(duì)提取率的影響

        由圖8 可知,從百香果中提取原花青素的速率隨料液比先增加后降低。當(dāng)料液比為1∶10(g∶mL),提取率達(dá)到最佳值0.52%。

        3.3.4 酶解時(shí)間對(duì)百香果原花青素提取率的影響

        酶解時(shí)間對(duì)提取率的影響見(jiàn)圖9。

        圖9 酶解時(shí)間對(duì)提取率的影響

        由圖9 可知,當(dāng)酶解時(shí)間不充足時(shí),存在于百香果皮中的原花青素不能完全擴(kuò)散到乙醇和水的混合溶劑當(dāng)中,使得體系萃取的效果不完全;當(dāng)酶解時(shí)間超過(guò)2.0 h 時(shí),原花青素會(huì)因?yàn)榉纸饬考ぴ?,?duì)產(chǎn)率的提高造成不利影響。當(dāng)酶解時(shí)間為1.5 h 時(shí),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)百香果中原花青素的有效提取。

        3.4 響應(yīng)面法優(yōu)化百香果原花青素的提取工藝

        3.4.1 建立模型

        響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

        表5 響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果

        利用Minitab 19 軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合。

        3.4.2 響應(yīng)面分析與優(yōu)化

        兩因素交互作用對(duì)提取率影響的響應(yīng)面圖和等高線圖見(jiàn)圖10。

        圖10 兩因素交互作用對(duì)提取率影響的響應(yīng)面圖和等高線圖

        利用Minitab19 軟件通過(guò)響應(yīng)面法分析了乙醇體值基本吻合,說(shuō)明該試驗(yàn)基于響應(yīng)面法優(yōu)化得出的提取工藝準(zhǔn)確可信。

        3.5 抗氧化性檢測(cè)

        百香果原花青素對(duì)DPPH 自由基清除率的影響見(jiàn)圖11。

        由圖11 可知,百香果原花青素對(duì)DPPH 自由基具有更高的清除能力,并且隨著原花青素濃度的增加。在試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),百香果原花青素與DPPH 自由積分?jǐn)?shù)、料液比和酶解時(shí)間之間的相互作用,繪制了以百香果中的原花青素為響應(yīng)值的響應(yīng)面3D 曲面圖。依據(jù)圖中各因素的趨勢(shì),可以直觀地反映出該因子對(duì)百香果中的原花青素提取率的影響程度。由圖10(a) (b) (e) (f) 可知,當(dāng)原花青素的提取率隨料液比先增大后減小。由圖10(c) 和10(d) 可知,當(dāng)料液比大于一定的乙醇體積分?jǐn)?shù)時(shí),適當(dāng)延長(zhǎng)提取時(shí)間有利于提高提取率。

        由響應(yīng)面的三維曲面圖可知,響應(yīng)值存在最大值。通過(guò)Minitab19 軟件模擬優(yōu)化,得到百香果原花青素提取最優(yōu)的理論工藝為乙醇體積分?jǐn)?shù)54%,料液比1∶6.8,反應(yīng)時(shí)間1.44 h,該條件下提取率為0.94%。

        3.4.3 響應(yīng)面法的可靠性

        為驗(yàn)證理論模型的可靠性,在經(jīng)過(guò)酶解的最優(yōu)方法處理后,選取乙醇體積分?jǐn)?shù)54%,料液比1∶6.8,酶解溫度70 ℃,酶解時(shí)間1.44 h,做3 次平行試驗(yàn),提取率分別為0.959%,1.125%,1.096%,計(jì)算出3 次試驗(yàn)的平均提取率為1.06%,與模擬出理論基的反應(yīng)十分迅速,滴入原花青素提取液立即褪為透明色。

        4 結(jié)論

        經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),以百香果皮為原材料提取原花青素的最佳工藝為料液比1∶6.8,乙醇體積分?jǐn)?shù)54%,先在果膠酶∶纖維素酶7∶3,pH 值4,40 ℃的條件下酶解0.75 h,再70 ℃提取1.44 h,在這種條件下原花青素的提取率可達(dá)到1.06%。同時(shí),經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)百香果中的原花青素具有較強(qiáng)的抗氧化性。

        圖11 百香果原花青素對(duì)DPPH 自由基清除率的影響

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