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(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)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(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)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(biāo)對(duì)微波輔助提取工藝條件進(jìn)行了優(yōu)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(shí)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(jié)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(shí),廣泛分布于我國(guó)的東北、山西等地區(qū),果實(shí)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(duì)刺玫果總黃酮、總皂苷、多糖的研究較為廣泛[5-8],但對(duì)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(shí)的細(xì)胞壁中的一類(lèi)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(yíng)養(yǎng)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(wěn)定、增稠和膠凝作用,在食品、藥品、保健品、化妝品行業(yè)有著相當(dāng)廣泛的用途[9-10]。有資料表明,我國(guó)對(duì)果膠的需求量很大并呈高速增長(zhǎng)趨勢(shì),其研究與開(kāi)發(fā)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(shù)脂提取法,微生物法,微波輔助萃取法等[12-16]。本文對(duì)酸水解微波輔助提取刺玫果果膠的工藝進(jìn)行了初步研究,以期為刺玫果果膠的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與利用提供基本依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

刺玫果 采自吉林市龍?zhí)秴^(qū)玉龍山,并經(jīng)吉林化工學(xué)院藥學(xué)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(shí);咔唑 天津光復(fù)精細(xì)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(wú)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(shè)備有限公司;RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠;TU-1810型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;101-1BS型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;FA2004N型電子天平 上海精密科學(xué)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(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)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(guò)濾,殘?jiān)?0℃水洗滌3次,用無(wú)水乙醇洗滌3次,再用乙醚洗滌,揮發(fā)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(yù)處理后的刺玫果5g,加入20倍水充分混合,設(shè)定微波功率500W,分別以鹽酸、硫酸、亞硫酸、磷酸為萃取劑,調(diào)pH為2.0,在70℃下保溫10min。過(guò)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(jié)方法測(cè)定提取液中果膠含量,計(jì)算果膠得率,確定最佳萃取劑。

1.2.2.2 單因素實(shí)驗(yàn) 稱取一定量預(yù)處理后的刺玫果,以水為提取溶劑,用鹽酸調(diào)節(jié)pH,在適宜的料液比、微波功率、溫度、pH等條件下進(jìn)行微波提取,過(guò)濾,合并提取液,測(cè)定提取液中果膠含量,以果膠得率為指標(biāo),分別考察料液比、提取液pH、功率、溫度、時(shí)間、次數(shù)對(duì)刺玫果果膠得率的影響。

1.2.2.3 正交實(shí)驗(yàn)因素及水平的考察 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以刺玫果果膠得率為考察指標(biāo),選擇料液比、提取液pH、提取溫度、微波功率和提取時(shí)間作為考察因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),優(yōu)化刺玫果果膠的酸水解微波提取工藝。按五因素四水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)L16(45),見(jiàn)表1,在此條件下對(duì)刺玫果果膠進(jìn)行酸水解微波提取,按1.2.5節(jié)方法測(cè)定提取液中的果膠含量,計(jì)算刺玫果果膠得率。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

1.2.2.4 正交實(shí)驗(yàn)過(guò)程 取預(yù)處理后的刺玫果5g,以水為提取溶劑,按正交實(shí)驗(yàn)表1進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每組實(shí)驗(yàn)的提取次數(shù)均為3次。

1.2.2.5 工藝穩(wěn)定性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 取預(yù)處理后的刺玫果5g,以水為提取溶劑,鹽酸調(diào)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(guò)濾,合并濾液,按1.2.5節(jié)方法測(cè)定提取液中果膠含量,計(jì)算果膠得率。

1.2.3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 回流提取 取預(yù)處理后的刺玫果5g,以水為提取溶劑,鹽酸調(diào)pH為1.5,料液比為1∶40,回流提取3次,每次40min,過(guò)濾,合并濾液,按1.2.5節(jié)方法測(cè)定提取液中果膠含量,計(jì)算果膠提取率。

1.2.3.2 超聲提取 取預(yù)處理后的刺玫果5g,以水為提取溶劑,鹽酸調(diào)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(guò)濾,合并濾液,按1.2.5節(jié)方法測(cè)定提取液中果膠含量,計(jì)算果膠得率。

1.2.4 果膠沉淀實(shí)驗(yàn) 按最佳提取工藝條件對(duì)刺玫果果膠進(jìn)行酸水解微波提取,過(guò)濾,合并提取液,濃縮,加入3倍量95%乙醇[17],靜置沉淀24h,過(guò)濾,沉淀放入烘箱內(nèi)干燥,即得粗果膠產(chǎn)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(jié)方法測(cè)定果膠含量。

1.2.5 刺玫果中果膠含量測(cè)定 果膠測(cè)定采用硫酸咔唑比色法[18]。

1.2.5.1 標(biāo)準(zhǔn)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?jī)?nèi)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(yīng)30min,以未加半乳糖醛酸的比色管中溶液為對(duì)照,在波長(zhǎng)530nm處測(cè)定吸光度,以濃度為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.5.2 樣品含量測(cè)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(xiàng)下所述方法進(jìn)行測(cè)定,以相應(yīng)刺玫果提取液為空白,在530nm波長(zhǎng)處測(cè)吸光度,計(jì)算出果膠得率,計(jì)算公式:

果膠得率(%)=(m1/m2)×100

式中:m1為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求得的提取液中果膠質(zhì)量(g);m2為干刺玫果質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)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(cè)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(nèi)呈良好的線性關(guān)系。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1 萃取劑的選擇 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

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

由結(jié)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(duì)果膠得率的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知,果膠得率在料液比小于1∶30時(shí)隨著料液比的增大而增加,當(dāng)料液比為1∶30時(shí)達(dá)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(kuò)散速度慢,難以保證刺玫果中的果膠大量轉(zhuǎn)移到提取液中,提取不完全,果膠得率較低。當(dāng)料液比增大時(shí),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(duì)果膠得率的影響 結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知,當(dāng)pH>1.5時(shí),隨著pH的減小果膠得率逐漸增大,當(dāng)pH<1.5時(shí),隨著pH的減小果膠得率開(kāi)始降低,果膠得率在pH為1.5時(shí)最高?？赡芤?yàn)殡S著提取溶劑酸性的增強(qiáng),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(dāng)pH過(guò)低時(shí),隨著提取溶劑酸性的進(jìn)一步增強(qiáng),會(huì)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(diào)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(duì)果膠得率的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知,果膠得率在微波功率小于500W時(shí)隨著微波功率的增加而增加,當(dāng)微波功率為500W時(shí)果膠得率最高,隨后開(kāi)始隨著微波功率的增加而下降?？赡芤?yàn)槲⒉üβ瘦^低時(shí),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(guò)高,刺玫果中原果膠雖水解較完全但水解過(guò)于強(qiáng)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(duì)果膠得率的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知,果膠得率在提取溫度小于80℃時(shí)隨著提取溫度的升高,刺玫果果膠得率逐漸提高,當(dāng)溫度達(dá)到80℃時(shí),得率達(dá)到最高值,溫度再提高,得率開(kāi)始下降,可能因?yàn)闇囟鹊凸z水解不完全,溫度過(guò)高果膠脫脂降解,得率降低,說(shuō)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(shí)間對(duì)果膠得率的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可知,果膠得率在提取時(shí)間小于40min時(shí)隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng),果膠得率逐漸提高,在提取時(shí)間達(dá)到40min時(shí),果膠得率達(dá)到最高值,再延長(zhǎng)微波時(shí)間,果膠得率反而下降,可能因?yàn)槲⒉ㄗ饔脮r(shí)間長(zhǎng)有利于刺玫果中的果膠質(zhì)充分轉(zhuǎn)移到提取液中,果膠得率不斷提高。果膠得率在40min達(dá)到峰值,而隨著時(shí)間的延長(zhǎng),得率有所下降,可能因?yàn)槿芤褐械墓z在較高溫度條件下被降解,因此選擇最佳微波時(shí)間為40min。

圖5 提取時(shí)間的影響Fig.5 Effect of extraction time on EE

2.2.7 提取次數(shù)對(duì)果膠得率的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可知,隨著提取次數(shù)的增加,提取得率迅速下降,由數(shù)據(jù)可知前3次的果膠提取量占總提取量的90%以上,本著節(jié)約原則,因此提取次數(shù)定為3次。

圖6 提取次數(shù)的影響Fig.6 Effect of extraction times on EE

2.3 正交實(shí)驗(yàn)

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)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(diào)pH為1.5,微波功率500W,提取溫度為80℃,微波提取時(shí)間為40min,提取次數(shù)3次。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Experimental result of orthogonal array design

2.4 工藝穩(wěn)定性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

工藝穩(wěn)定性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果:刺玫果果膠得率分別為0.793%、0.791%、0.777%,平均為0.787%,結(jié)果表明優(yōu)選的刺玫果果膠酸水解微波提取工藝比較穩(wěn)定。

2.5 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

2.5.1 回流提取 回流對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果:果膠得率為0.420%。

2.5.2 超聲提取 超聲對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果:果膠得率為0.614%。

2.6 果膠沉淀實(shí)驗(yàn)

果膠沉淀實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:刺玫果粗果膠產(chǎn)品含量為9.83%。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用單因素和正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)酸水解微波提取刺玫果果膠的工藝進(jìn)行了優(yōu)化。其最佳工藝條件為:取預(yù)處理后的刺玫果適量,以水為提取溶劑,鹽酸調(diào)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(guò)濾,合并濾液,按1.2.5節(jié)方法測(cè)定提取液中果膠含量,計(jì)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(jié)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。

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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(chǎn)物化學(xué)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(chǎn)物有效成分的提取、純化及藥物的研制與開(kāi)發(fā)。

吉林省科技廳計(jì)劃項(xiàng)目(20110948)。

TS202.3

B

1002-0306(2015)11-0239-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.11.040