酶法提取甜玉米芯多糖的對比研究

馬永強，張 靜，王 鑫，高 爽

(哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院省高校食品科學與工程重點實驗室，哈爾濱150076)

甜玉米，又稱蔬菜玉米，是歐美等發(fā)達國家的主要蔬菜之一.因其具有豐富的營養(yǎng)、甜、鮮、脆、嫩的特色而深受各階層消費者青睞[1].與普通玉米相比，其營養(yǎng)價值高，含人體必需的氨基酸和蛋白質(zhì)、糖和多種維生素.據(jù)悉，經(jīng)常食用甜玉米能降低膽固醇，防止動脈硬化，預防胃腸癌癥及糖尿病和膽石癥等[2]，具有多種醫(yī)療保健功效，是一種較為理想的營養(yǎng)平衡食品[3－4].

多糖是由多個單糖分子縮合、失水而成，是一類分子機構(gòu)復雜且龐大的糖類物質(zhì).在自然界分布極廣，廣泛存在于動物、植物、微生物中.大部分多糖都具有一定的生物活性，如抗腫瘤作用、調(diào)節(jié)免疫作用、抗病毒作用、抗凝血作用、抗氧化衰老作用、降血糖血脂作用等.抗凝血即可抑制凝血酶作用的內(nèi)源性或服用的物質(zhì).用于防治血管內(nèi)栓塞或血栓形成的疾病，預防中風或其他血栓性疾病.

傳統(tǒng)多糖提取方法包括水提，有機溶劑浸提等，但是提取時間長，成本高、效率低，而酶法提取是近幾年來用于天然植物分離提取的新興的一項生物技術(shù).選用恰當?shù)拿?，可以破壞植物組織，加速有效成分的釋放，從而增加提取率[5].因此，本文先確定果膠酶、纖維素酶和木瓜蛋白酶提取甜玉米芯多糖的最佳條件，再著重研究三種酶添加順序?qū)Χ嗵堑寐实挠绊?，進而提高多糖得率.

1 材料與方法

甜玉米芯 哈爾濱賓縣;纖維素酶(5 000 U/g)、果膠酶(10 000 U/g)、木瓜蛋白酶(100 000 U/g)寧夏和氏壁生物有限公司;重蒸酚天津福德士科技有限公司;98%硫酸、葡萄糖標準品其他試劑均為國產(chǎn)分析純試劑.

2 甜玉米芯多糖的提取及測定方法

2.1 多糖的提取工藝流程

甜玉米芯→粉碎→脫脂→提取→離心→上清液→濃縮→醇沉→洗滌沉淀→60℃真空干燥→甜玉米芯粗多糖

2.2 多糖含量的測定

采用苯酚－硫酸法測定多糖質(zhì)量濃度[6]，以葡萄糖標準品繪制標準曲線.

準確稱取葡萄糖標準品l.0 mg于容量瓶中，定容至100 mL.分別吸取 0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL于試管中，定容至2.0 mL，分別加入6%苯酚溶液1.0 mL 及濃硫酸 5.0 mL，靜置 10 min，搖勻，室溫放置20 min，于490 nm測其吸光值.空白溶液以2.0 mL蒸餾水按以上步驟同樣操作.吸光值為縱坐標，標準葡萄糖質(zhì)量濃度為橫坐標，繪制標準曲線.

其中:C為測量質(zhì)量濃度，mg/mL;N為稀釋倍數(shù);V為提取液體積，mL;M為原料干重，g;0.91為多糖校正系數(shù).

2.3 單一酶的單因素試驗

取5.000 0g處理好的甜玉米芯5份，分別加入不同量的酶(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)和不同體積(50、75、100 、125 、150 mL)、不同pH 值(4、5、6、7、8)的檸檬酸―磷酸氫二鈉緩沖溶液，在不同溫度(40、45、50、55、60 ℃)下酶解一定時間(1.0 、1.5 、2.0 、2.5 、3.0 h).按照 2.2 方法測定多糖含量.以多糖得率為指標，分別研究果膠酶、纖維素酶和木瓜蛋白酶提取甜玉米芯多糖的最佳條件.

2.4 復合酶添加方式對多糖得率的影響

采用復合酶法(纖維素酶、果膠酶和木瓜蛋白酶)提取甜玉米芯中多糖，采用兩種添加方式，同步添加法:是將三種酶同時加入;分步添加法:A→B→C、A→C→B、B→A→C、B→C→A、C→A→B、C→B→A.(注:A為木瓜蛋白酶;B為纖維素酶;C為果膠酶)

3 結(jié)果與分析

3.1 葡萄糖標準曲線的繪制

在216 nm下測得GSH標準曲線，如圖1，吸光度與葡萄糖質(zhì)量濃度之間的回歸方程為:y=0.015 2x－0.021 1，R2=0.994 4，回歸方程線性顯著，該方程的有效線性范圍為0～40 μg/mL.

圖1 葡萄糖標準曲線

3.2 單因素試驗結(jié)果分析

3.2.1 溫度對甜玉米芯多糖提取的影響

溫度對多糖的提取有一定影響，如圖2所示.隨著溫度的上升，三種酶多糖得率都呈上升趨勢，在50℃達到最大值，此時，木瓜蛋白酶法提取多糖得率為30.40%，纖維素酶法提取多糖得率為21.32%，果膠酶法提取多糖得率為26.45%.這應該是因為溫度升高，分子熱運動加強，溶解速度變快.之后，隨著溫度的升高，得率逐漸下降，是因為高溫使糖分解，糖苷鍵被破壞[7].

3.2.2 酶解時間對甜玉米芯多糖提取的影響

由圖3可知，隨著時間的延長，三種酶的多糖得率都先增加，在1.5 h處達到最大值.此時，木瓜蛋白酶法提取多糖得率為28.03%，纖維素酶法提取多糖得率為24.09%，果膠酶法提取多糖得率為21.85%.之后，糖的得率逐漸下降，果膠酶法提取多糖下降速度最快，可能是因為隨著時間的延長，甜玉米芯中的多糖被降解遭到破壞.

圖2 溫度對甜玉米芯多糖得率的影響

圖3 時間對甜玉米芯多糖得率的影響

3.2.3 pH值對甜玉米芯多糖提取的影響

pH值是影響酶活的主要因素之一.如圖4所示，隨著pH值的增加，多糖的得率隨之增加，在最適pH值處達到高峰.木瓜蛋白酶的最適pH值是7，多糖得率為37.31%.纖維素酶的最適pH值是7，多糖得率為28.63%.果膠酶的最適pH值是5，多糖得率為30.40%.過高或過低的pH值都會影響酶活性，極酸或極堿還會引起多糖中的糖苷鍵斷裂，使糖的的結(jié)構(gòu)遭到破壞[8].

圖4 pH值對甜玉米芯多糖得率的影響

3.2.4 酶添加量對甜玉米芯多糖提取的影響

在圖5中，隨著酶添加量的增加，多糖得率先增加然后下降.木瓜蛋白酶的最佳添加量為2%，多糖得率為22.63%.纖維素酶的最佳添加量為1.5%，多糖得率為22.51%.果膠酶的最佳添加量為1%，多糖得率為25.99%.當添加量低于2%時，反應比較劇烈，反應速度取決于酶質(zhì)量濃度，當反應達到飽和時，底物質(zhì)量濃度降低，酶對溶出的多糖也開始起作用，從而導致多糖得率下降[9].

圖5 酶添加量對甜玉米芯多糖得率的影響

3.2.5 料液比對甜玉米芯多糖提取的影響

由圖6可以看出，當料液比是1∶15時多糖的得率最高.當料液比小于1∶10時，隨著料液比的增加，多糖得率也增加，因為適當?shù)奶岣吡弦罕瓤梢源龠M提取過程中提取液的流動翻滾從而促進多糖物質(zhì)在提取液中釋放，提高玉米芯的多糖得率.當料液比大于1∶10時，多糖得率會逐漸下降[10].

圖6 料液比對甜玉米芯多糖得率的影響

3.2.6 單酶提取甜玉米芯多糖試驗結(jié)果

根據(jù)單因素試驗，可以得到三種酶的最佳作用條件.如表1所示，可以看出果膠酶對甜玉米芯多糖的提取效果最好，纖維素酶次之，最后是木瓜蛋白酶.

表1 單酶最佳作用條件

3.3 酶法提取甜玉米芯多糖試驗結(jié)果

由表2可以看出，分步加酶法提取甜玉米芯多糖的效果優(yōu)于同步加酶法.可能是因為分步加酶法是在各自酶的最佳條件下進行酶解反應，使三種酶都充分發(fā)揮自己的酶解作用[11].且先加木瓜蛋白酶，再加果膠酶，最后加纖維素酶酶，多糖的得率最高，為 42.37%.

表2 酶添加方式對甜玉米芯多糖得率的結(jié)果

4 結(jié)語

分別采用單酶法和復合酶法提取甜玉米芯中的多糖，研究了三種酶同步加入和分步加入對甜玉米芯多糖得率的影響.結(jié)果表明，復合酶法提取多糖比單酶法提取多糖得率高的多，而且優(yōu)于傳統(tǒng)水提法[7].另外，分步加酶法中，先加木瓜蛋白酶，然后加果膠酶，最后加纖維素酶，對甜玉米芯中多糖的提取效果最好，得率為42.37%.

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