微波輔助提取刺玫果果膠工藝研究

鐘方麗,王曉林,薛健飛,王天虹

(吉林化工學院 化學與制藥工程學院,吉林吉林 132022)

微波輔助提取刺玫果果膠工藝研究

鐘方麗,王曉林*,薛健飛,王天虹

(吉林化工學院 化學與制藥工程學院,吉林吉林 132022)

采用微波輔助提取刺玫果果膠。以刺玫果果膠得率為考察指標對微波輔助提取工藝條件進行了優化,確定了鹽酸為萃取劑的果膠最佳提取工藝:料液比1∶40(m/v)、提取液pH1.5、提取溫度80℃、微波功率500W,微波提取時間40min、微波提取3次,在此工藝條件下,刺玫果果膠得率為0.787%。結果表明,微波法可用于刺玫果果膠的輔助提取。

刺玫果,果膠,微波,提取

刺玫果系薔薇科薔薇屬植物山刺玫(RosadavuricaPall.)的成熟果實,廣泛分布于我國的東北、山西等地區,果實中富含皂苷、黃酮、多糖、維生素、氨基酸等多種活性成分[1-2],具有抗輻射、抗衰老、除血栓、降血壓、降血脂等生理作用[3-4]。目前對刺玫果總黃酮、總皂苷、多糖的研究較為廣泛[5-8],但對刺玫果果膠的研究還比較少。果膠是廣泛存在于高等植物根、莖、葉和果實的細胞壁中的一類多糖,是由D-吡喃半乳糖醛酸以1,4苷鏈連接而成的高分子化合物,是人體七大營養素中膳食纖維的主要成分,具有良好的抗腹瀉、抗癌、治療糖尿病和減肥等功效及良好的乳化、穩定、增稠和膠凝作用,在食品、藥品、保健品、化妝品行業有著相當廣泛的用途[9-10]。有資料表明,我國對果膠的需求量很大并呈高速增長趨勢,其研究與開發潛力巨大[11]。果膠的提取方法很多,如沸水提取法,酸解提取法,離子交換樹脂提取法,微生物法,微波輔助萃取法等[12-16]。本文對酸水解微波輔助提取刺玫果果膠的工藝進行了初步研究,以期為刺玫果果膠的進一步開發與利用提供基本依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

刺玫果 采自吉林市龍潭區玉龍山,并經吉林化工學院藥學系薛健飛博士鑒定為薔薇科薔薇屬植物山刺玫(RosadavuricaPall.)的成熟果實;咔唑 天津光復精細化工有限公司;半乳糖醛酸 上海至鑫化工有限公司;鹽酸、硫酸、磷酸、亞硫酸、無水乙醇均為分析純;水為重蒸餾水。

FY-10型微波萃取儀 上海越眾儀器設備有限公司;RE-52AA型旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠;TU-1810型紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;101-1BS型電熱鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司;FA2004N型電子天平 上海精密科學儀器有限公司;W5-100SP型恒溫水浴鍋 上海申生科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預處理 取干燥的刺玫果50g,加入500mL去離子水,加熱至沸騰,煮沸10min,過濾,殘渣用50℃水洗滌3次,用無水乙醇洗滌3次,再用乙醚洗滌,揮發除去乙醚,干燥待用。

1.2.2 刺玫果果膠提取工藝

1.2.2.1 萃取劑的選擇 取預處理后的刺玫果5g,加入20倍水充分混合,設定微波功率500W,分別以鹽酸、硫酸、亞硫酸、磷酸為萃取劑,調pH為2.0,在70℃下保溫10min。過濾并收集濾液,記錄提取液體積,吸取提取液適量于25mL比色管中,按1.2.5節方法測定提取液中果膠含量,計算果膠得率,確定最佳萃取劑。

1.2.2.2 單因素實驗 稱取一定量預處理后的刺玫果,以水為提取溶劑,用鹽酸調節pH,在適宜的料液比、微波功率、溫度、pH等條件下進行微波提取,過濾,合并提取液,測定提取液中果膠含量,以果膠得率為指標,分別考察料液比、提取液pH、功率、溫度、時間、次數對刺玫果果膠得率的影響。

1.2.2.3 正交實驗因素及水平的考察 在單因素實驗的基礎上,以刺玫果果膠得率為考察指標,選擇料液比、提取液pH、提取溫度、微波功率和提取時間作為考察因素進行正交實驗,優化刺玫果果膠的酸水解微波提取工藝。按五因素四水平進行正交實驗設計L16(45),見表1,在此條件下對刺玫果果膠進行酸水解微波提取,按1.2.5節方法測定提取液中的果膠含量,計算刺玫果果膠得率。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

1.2.2.4 正交實驗過程 取預處理后的刺玫果5g,以水為提取溶劑,按正交實驗表1進行實驗,每組實驗的提取次數均為3次。

1.2.2.5 工藝穩定性驗證實驗 取預處理后的刺玫果5g,以水為提取溶劑,鹽酸調pH為1.5,料液比為1∶40,微波溫度80℃,微波功率500W,提取3次,每次40min,過濾,合并濾液,按1.2.5節方法測定提取液中果膠含量,計算果膠得率。

1.2.3 對比實驗

1.2.3.1 回流提取 取預處理后的刺玫果5g,以水為提取溶劑,鹽酸調pH為1.5,料液比為1∶40,回流提取3次,每次40min,過濾,合并濾液,按1.2.5節方法測定提取液中果膠含量,計算果膠提取率。

1.2.3.2 超聲提取 取預處理后的刺玫果5g,以水為提取溶劑,鹽酸調pH為1.5,料液比為1∶40,超聲波功率240W、超聲頻率24kHz,超聲提取3次,每次40min,過濾,合并濾液,按1.2.5節方法測定提取液中果膠含量,計算果膠得率。

1.2.4 果膠沉淀實驗 按最佳提取工藝條件對刺玫果果膠進行酸水解微波提取,過濾,合并提取液,濃縮,加入3倍量95%乙醇[17],靜置沉淀24h,過濾,沉淀放入烘箱內干燥,即得粗果膠產品。稱取干燥的粗果膠適量,蒸餾水溶解并定容至100mL,按1.2.5節方法測定果膠含量。

1.2.5 刺玫果中果膠含量測定 果膠測定采用硫酸咔唑比色法[18]。

1.2.5.1 標準曲線的制備 稱取半乳糖醛酸10mg,溶于二次蒸餾水中并定容至100mL,取半乳糖醛酸原液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0mL,分別注入100mL容量瓶內定容備用。取8支25mL潔凈且干燥好的比色管,各加入6mL濃硫酸,置于冰水浴中,邊冷卻邊分別加入上述半乳糖醛酸溶液2.0mL,充分混合、冷卻。然后沸水浴中加熱20min,冷卻至室溫后,分別加入0.5mL咔唑乙醇溶液,搖勻,室溫下反應30min,以未加半乳糖醛酸的比色管中溶液為對照,在波長530nm處測定吸光度,以濃度為橫坐標,吸光度為縱坐標,繪制標準曲線。

1.2.5.2 樣品含量測定 精密吸取刺玫果提取液適量于25mL比色管中,按“1.2.5.1”項下所述方法進行測定,以相應刺玫果提取液為空白,在530nm波長處測吸光度,計算出果膠得率,計算公式:

果膠得率(%)=(m1/m2)×100

式中:m1為根據標準曲線求得的提取液中果膠質量(g);m2為干刺玫果質量(g)。

2 結果與分析

2.1 標準曲線的制備

半乳糖醛酸的回歸方程為:A=0.1597C-0.0031,r=0. 9998,式中:A為所測溶液的吸光度值;C為溶液中果膠的濃度(mg/mL)。表明半乳糖醛酸在0.04～0.12mg/mL范圍內呈良好的線性關系。

2.2 單因素實驗

2.2.1 萃取劑的選擇 實驗結果見表2。

表2 萃取劑的選擇Table 2 The selection of extraction solvents

由結果可知,鹽酸的得率最高,亞硫酸次之,然后是濃硫酸,最后是磷酸。因此選擇鹽酸作為萃取劑。

2.2.2 料液比對果膠得率的影響 實驗結果見圖1。由圖1可知,果膠得率在料液比小于1∶30時隨著料液比的增大而增加,當料液比為1∶30時達到最高值,然后隨著料液比的增加果膠得率變化不明顯,料液比太小,則提取液粘度較大,不利于刺玫果果膠的溶出,擴散速度慢,難以保證刺玫果中的果膠大量轉移到提取液中,提取不完全,果膠得率較低。當料液比增大時,果膠得率逐漸增高,但料液比增大到一定程度后,果膠得率不再增加,所以選擇液料比1∶30。

圖1 料液比的影響Fig.1 Effect of ratio between materials and solvents on EE

2.2.3 pH對果膠得率的影響 結果見圖2。由圖2可知,當pH>1.5時,隨著pH的減小果膠得率逐漸增大,當pH<1.5時,隨著pH的減小果膠得率開始降低,果膠得率在pH為1.5時最高?？赡芤驗殡S著提取溶劑酸性的增強,存在于刺玫果中的原果膠水解程度加大,水溶性的果膠增加,果膠得率也逐漸提高;但當pH過低時,隨著提取溶劑酸性的進一步增強,會很快引起果膠降解,使果膠得率降低[19-20],所以選擇將提取液pH調為1.5。

圖2 pH的影響Fig.2 Effect of pH value on EE

2.2.4 微波功率對果膠得率的影響 實驗結果見圖3。由圖3可知,果膠得率在微波功率小于500W時隨著微波功率的增加而增加,當微波功率為500W時果膠得率最高,隨后開始隨著微波功率的增加而下降?？赡芤驗槲⒉üβ瘦^低時,原果膠水解不完全,隨著微波功率的增大,有利于原果膠的水解,使刺玫果中不溶性果膠水解成可溶性果膠,但微波功率過高,刺玫果中原果膠雖水解較完全但水解過于強烈,使果膠裂解為多糖分子或脫酯降解,從而降低了果膠得率[21-22]。所以選擇微波功率為500W。

圖3 微波功率的影響Fig.3 Effect of microwave power on EE

2.2.5 溫度對果膠得率的影響 實驗結果見圖4。由圖4可知,果膠得率在提取溫度小于80℃時隨著提取溫度的升高,刺玫果果膠得率逐漸提高,當溫度達到80℃時,得率達到最高值,溫度再提高,得率開始下降,可能因為溫度低果膠水解不完全,溫度過高果膠脫脂降解,得率降低,說明在此條件下,80℃是最佳提取溫度。

圖4 提取溫度的影響Fig.4 Effect of temperature on EE

2.2.6 提取時間對果膠得率的影響 實驗結果見圖5。由圖5可知,果膠得率在提取時間小于40min時隨著提取時間的延長,果膠得率逐漸提高,在提取時間達到40min時,果膠得率達到最高值,再延長微波時間,果膠得率反而下降,可能因為微波作用時間長有利于刺玫果中的果膠質充分轉移到提取液中,果膠得率不斷提高。果膠得率在40min達到峰值,而隨著時間的延長,得率有所下降,可能因為溶液中的果膠在較高溫度條件下被降解,因此選擇最佳微波時間為40min。

圖5 提取時間的影響Fig.5 Effect of extraction time on EE

2.2.7 提取次數對果膠得率的影響 實驗結果見圖6。由圖6可知,隨著提取次數的增加,提取得率迅速下降,由數據可知前3次的果膠提取量占總提取量的90%以上,本著節約原則,因此提取次數定為3次。

圖6 提取次數的影響Fig.6 Effect of extraction times on EE

2.3 正交實驗

正交實驗結果表明:刺玫果果膠的酸水解微波提取各因素的影響大小為:提取時間>料液比>提取溫度>微波功率>提取液pH,其最佳提取工藝條件為A3B1C3D2E2,即水為提取溶劑,料液比為1∶40,鹽酸調pH為1.5,微波功率500W,提取溫度為80℃,微波提取時間為40min,提取次數3次。

表3 正交實驗結果Table 3 Experimental result of orthogonal array design

2.4 工藝穩定性驗證實驗

工藝穩定性驗證實驗結果:刺玫果果膠得率分別為0.793%、0.791%、0.777%,平均為0.787%,結果表明優選的刺玫果果膠酸水解微波提取工藝比較穩定。

2.5 對比實驗

2.5.1 回流提取 回流對比實驗結果:果膠得率為0.420%。

2.5.2 超聲提取 超聲對比實驗結果:果膠得率為0.614%。

2.6 果膠沉淀實驗

果膠沉淀實驗結果為:刺玫果粗果膠產品含量為9.83%。

3 結論

本實驗采用單因素和正交實驗法對酸水解微波提取刺玫果果膠的工藝進行了優化。其最佳工藝條件為:取預處理后的刺玫果適量,以水為提取溶劑,鹽酸調pH為1.5,料液比為1∶40,微波溫度80℃,微波功率500W,提取3次,每次40min,過濾,合并濾液,按1.2.5節方法測定提取液中果膠含量,計算果膠得率。在此工藝條件下,酸水解微波提取刺玫果果膠的得率為0.787%,結果表明酸水解微波輔助提取刺玫果果膠的得率比回流提取和超聲提取高。

[1]俞作仁,王文莉.刺玫果的化學成分及藥理作用研究進展[J].中草藥,2002,33(2):188-190.

[2]黃成鋼,苑春升,魏峰,等.刺玫果化學成分研究[J].中草藥,1991,22(6):285-286.

[3]于玲媛,史鳳英,吳景時.山刺玫果對心臟及保護心肌缺血作用的研究[J].中國林副特產,2005(1):16.

[4]焦淑萍,陳彪,姜虹.山刺玫果實清除羥自由基及抗DNA損傷作用的實驗研究[J].北華大學學報,2002:3(4):307-308.

[5]鐘方麗,陳帥,關曉俠.微波法提取刺玫果總黃酮工藝研究[J].江蘇農業科學,2010(6):449-451.

[6]王曉林.高效液相色譜法測定刺玫果中槲皮素的含量[J].食品工業科技,2011,32(4):370-372.

[7]鐘方麗,王慧竹,王芳.刺玫果多糖的提取工藝研究[J].食品與機械,2011,27(1):43-45.

[8]鐘方麗,王曉林,付麗娟,等.大孔樹脂法純化刺玫果總皂苷工藝研究[J].河南工業大學學報:自然科學版,2014,35(1):76-80.

[9]寧海鳳,童群義.超聲微波協同萃取豆腐柴葉中果膠的研究[J].食品科技,2011,36(3):148-151.

[10]岳賢田.微波輔助提取蘋果皮中果膠的研究[J].食品研究與開發,2011,32(4):101-103.

[11]劉玲,葉博,紀淑娟.西瓜中果膠不同提取工藝的比較研究[J].食品工業科技,2007,28(7):150-153.

[12]郭飛燕,紀明慧,舒火明,等.海南菠蘿蜜果膠的提取工藝研究[J].食品工業科技,2008,29(5):212-214.

[13]唐渝,陳翠娟,劉雁敏,等.柚子皮中果膠提取及脫色工藝[J].食品科學,1998,11(19):29-31.

[14]邸錚,付才力,李娜,等.酶法提取蘋果皮渣果膠的特性研究[J].食品科學,2007,28(4):78-83.

[15]玉錦,張敏艷,徐玨.離子交換法提取橙皮果膠的研究[J].江蘇農業科學,2005,33(2):103-106.

[16]劉崢,王永梅.微波法提取袖皮中的果膠[J].食品研究與開發,2003,24(2):89-91.

[17]劉愛文,陳忻,關肖鋒.從香蕉皮中提取果膠的工藝研究[J].食品研究與開發,2002,23(1):24-26.

[18]趙強,張敏,許靂,等.微波輔助提取胡蘿卜果膠的工藝優化[J].食品工業,2011,34(4):29-31.

[19]Beli R Thakur,Rakesh K Singk,et al. Chemistry and uses of pectin-a review critical reviews[J].Food Science and Nutrition,1997,37(1):47-73.

[20]張學杰,郭科,蘇艷玲.果膠研究新進展[J].中國食品學報,2010,10(1):167-174.

[21]唐霞,劉月英,張子德.正交實驗優化山楂果心果膠微波-鹽酸-鹽析法提取工藝[J].食品科學,2013,34(6):112-115.

[22]陽暉,胡本金.微波輔助法提取胭脂蘿卜果膠的響應面分析[J].食品工業科技,2013,34(20):251-254.

Study on the extraction technology of pectin from fruits ofRosadavuricaPall. assisted with microwave method

ZHONG Fang-li,WANG Xiao-lin*,XUE Jian-fei,WANG Tian-hong

(School of Chemistry and Pharmaceutical Engineering,Jilin Institute of Chemical Technology,Jilin 132022,China)

The extraction technology of pectin from fruits ofRosadavuricaPall. assisted with microwave was studied. Using extraction efficiency(EE)of pectin as examination indicator,the extraction technology of pectin applying chlorhydric acid as extraction solvent was optimized. The optimum ratio between raw material and solvent,the pH of extraction solvent,the extraction temperature,the microwave power,the extraction time and extraction times were 1∶40,1.5,80℃,500W,40min,3times respectively. The average extraction efficiency of pectin was 0.787% under the optimum extraction condition,which indicated that microwave-assisted method can be applied for the extraction of pectin from fruits ofRosadavuricaPall.

fruits ofRosadavuricaPall.;pectin;microwave;extraction

2014-09-09

鐘方麗(1970-)，女，博士，教授，主要從事天然產物化學成分的分離與生物活性研究。

*通訊作者:王曉林(1969-)，男，碩士，副教授，主要從事天然產物有效成分的提取、純化及藥物的研制與開發。

吉林省科技廳計劃項目(20110948)。

TS202.3

B

1002-0306(2015)11-0239-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.11.040