酶法輔助優(yōu)化平和蜜柚皮總黃酮的提取工藝研究*

謝勇武，譚屬瓊，張鷺文

（福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院，福建 泉州 362332）

蜜柚為蕓香科柑橘屬喬木，原產(chǎn)于中國(guó)福建，富含蛋白質(zhì)、維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。平和蜜柚是琯溪蜜柚的一種，2007年被認(rèn)定為中國(guó)馳名商標(biāo)，2008年被認(rèn)定為中國(guó)名牌農(nóng)產(chǎn)品并被歐盟列為地理標(biāo)志保護(hù)品種。黃酮類物質(zhì)廣泛存在于自然界的植物中，屬植物次生代謝產(chǎn)物，許多水果皮中都含有豐富的黃酮類物質(zhì)[1]。黃酮類物質(zhì)產(chǎn)生的自由基存在于細(xì)胞膜的附近，是自由基猝滅劑和抗氧化劑[2-3]，可以起到抗癌、抗炎鎮(zhèn)痛和防輻射的作用[4-6]。黃酮類化合物來自于天然植物，可用于食品中防止食品酸敗氧化，延長(zhǎng)食品保鮮期[7-9]，而生活中柚子皮除少量用來凈化空氣外大多數(shù)都當(dāng)垃圾丟掉[10-11]。

本研究采用福建平和蜜柚皮為原料提取蜜柚皮總黃酮，研究提取的最佳工藝，提高產(chǎn)品附加值，為蜜柚皮加工提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

以福建平和縣產(chǎn)蜜柚為原材料，選成熟度好、新鮮的柚子，取皮洗凈晾干待用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 蜜柚皮黃酮提取過程

平和蜜柚皮→切成碎片→80 ℃恒溫干燥→粉碎

→過60目標(biāo)準(zhǔn)樣篩→一定料液比加溶劑浸提→添加纖維素酶解→離心→比色計(jì)算提取率

1.2.2 繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線

參照車京梅等[12]的方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：精確稱量在105 ℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品10 mg，置于潔凈的燒杯中，加入體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇使其充分溶解，然后全部轉(zhuǎn)移到50 mL比色管中，定容至刻度，搖勻，即得到濃度為0.200 mg/mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液。

分別移取上述蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL置于7支已編號(hào)的25 mL比色管中，分別加入濃度為5%的NaNO2溶液0.5 mL，搖勻經(jīng)過6 min后，加入濃度為10%的Al(NO3)3溶液0.5 mL，再經(jīng)過6 min后，加入濃度為4%的NaOH溶液5.0 mL，最后用濃度為60%的乙醇溶液定容至比色管的刻度線，搖晃至均勻，再靜置15 min。以0號(hào)管作空白對(duì)照組，在510 nm波長(zhǎng)處測(cè)吸光值，測(cè)3組數(shù)據(jù)后取平均值。以吸光度Y為縱坐標(biāo)，濃度X為橫坐標(biāo)作圖，得出蘆丁濃度對(duì)吸光度的回歸方程為：y=9.745x-0.0033，R2=0.9999，標(biāo)準(zhǔn)曲線如下圖1所示：

圖1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.2.3 柚子皮中黃酮的提取率的計(jì)算

取1.0 mL提取液放置在25 mL的比色管中，加入0.5 mL的NaNO2溶液（濃度5%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)），搖勻經(jīng)過6 min后，加入0.5 mL的Al(NO3)3溶液（濃度10%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)），再經(jīng)過6 min后，加入5.0 mL的NaOH溶液（濃度4%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)），最后用60%（體積分?jǐn)?shù)）的乙醇溶液定容，搖晃至均勻，靜置15 min測(cè)量吸光度。然后根據(jù)1.2.2中標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算提取液中蜜柚皮黃酮濃度，并按照如下公式計(jì)算蜜柚皮黃酮的提取率：

其中：C為黃酮的濃度，mg/mL；V為提取液的體積，mL；W為稱取樣品蜜柚皮粉的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同纖維素酶用量對(duì)蜜柚皮中的黃酮總量提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5份質(zhì)量為1.000 g粉碎篩選后的蜜柚皮粉末，分別加入5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%的纖維素酶，加入蒸餾水進(jìn)行調(diào)節(jié)使料液比為1∶20(g/mL)，接著放入溫度為50 ℃的水浴鍋處理1 h，在高速離心機(jī)（3000 r/min）離心15 min后準(zhǔn)確量取1.0 mL上清液按照1.2.3的描述測(cè)定其提取率。結(jié)果如圖2。

圖2 纖維素酶用量對(duì)柚子皮中黃酮總量提取率的影響

圖2曲線可以看出黃酮提取率先隨纖維素酶用量提高而上升，之后再逐漸降低。在纖維素酶濃度為6.0%的時(shí)，黃酮提取率達(dá)到最高，為0.1722%。纖維素酶濃度在5.5%～6.0%的區(qū)間黃酮提取率是上升的，提取率在此區(qū)間提取率變化較大；纖維素酶用量在7.0%～7.5%這段區(qū)間表現(xiàn)為平滑的一段曲線，提取率變化不大；纖維素酶用量在6.0%～7.0%時(shí)黃酮提取率是下降的，變化較明顯。所以，通過曲線可以得出纖維素酶濃度6%左右時(shí)達(dá)到了蜜柚皮黃酮總量提取率的最大值。

2.1.2 料液比對(duì)柚子皮中黃酮總量提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5份質(zhì)量為1.000g粉碎篩選過后的蜜柚皮粉末，加蒸餾水使料液比分別為1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40(g/mL)，之后加入6%的纖維素酶，放入溫度為50 ℃的水浴鍋，50 ℃加熱處理1 h之后在高速離心機(jī)（3000 r/min）離心15 min后準(zhǔn)確量取上清液1.0 mL按1.2.3的描述測(cè)定其提取率。結(jié)果如圖3。

圖3 不同料液比對(duì)柚子皮中的黃酮總量提取率的影響

由圖3可知，料液比在1∶20至1∶25的時(shí)候該曲線呈上升趨勢(shì)，即蜜柚皮中的總黃酮提取率是逐漸升高，料液比為1:25左右總黃酮提取率達(dá)到最高值，原因可能是由于料液比的增加使料液與蜜柚皮充分反應(yīng)進(jìn)而升到最高；在料液比為1:25之后提取率是下降的，這可能是由于大量的雜質(zhì)進(jìn)入，稀釋后導(dǎo)致提取率降低；在該曲線的1∶30至1∶40之間下降的較為平滑，可能是因?yàn)榇笕萘康娜軇┦谷苜|(zhì)稀釋導(dǎo)致無法發(fā)生反應(yīng)從而浪費(fèi)多余的料液，同時(shí)還相應(yīng)地增加了實(shí)驗(yàn)誤差。綜上所述，料液比選定最佳參數(shù)為1∶25。

2.1.3 不同酶解溫度比對(duì)柚子皮中黃酮總量提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5份質(zhì)量為1.000g粉碎篩選后的蜜柚皮粉末，加入6%的纖維素酶后加蒸餾水使料液比為1∶25，分別在溫度40、45、50、55、60 ℃的水浴鍋加熱處理1 h，在高速離心機(jī)（3000 r/min）離心15 min后準(zhǔn)確量取上清液1.0 mL，按1.2.3的描述測(cè)定其提取率。結(jié)果如圖4。

圖4 溫度比對(duì)柚子皮中的黃酮量提取率的影響

由圖4可以看出提取率隨溫度升高而提高，在55 ℃左右達(dá)到最高值，之后開始降低。曲線說明溫度在55 ℃以下時(shí)溫度提升促進(jìn)酶與蜜柚皮的反應(yīng)，溫度為55 ℃的時(shí)候達(dá)到了反應(yīng)的峰值；當(dāng)溫度從55 ℃升至60 ℃時(shí)，提取率反而降低則可能是溫度過高使酶的分子結(jié)構(gòu)被破壞而失活，導(dǎo)致提取率的逐漸下降。綜上所述，酶解溫度選定最佳參數(shù)為55 ℃。

2.1.4 不同時(shí)間比對(duì)柚子皮中黃酮總量提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5份質(zhì)量為1.000g粉碎篩選過的蜜柚皮粉末，加入6%的纖維素酶后加蒸餾水調(diào)整料液比為1∶25，在溫度為55 ℃的水浴鍋中分別處理30、60、90、120、150 min之后，在高速離心機(jī)（3000 r/min）離心15 min后準(zhǔn)確量取上清液1.0mL，按1.2.3的描述測(cè)定其提取率。結(jié)果如圖5。

圖5 時(shí)間比對(duì)蜜柚皮中的黃酮量提取率的影響

表1 正交試驗(yàn)單因素水平表

由圖5可知酶解時(shí)間在30 min到120 min總黃酮提取率隨時(shí)間增加逐漸上升，120 min時(shí)提取率達(dá)到最高值，為0.4934%。從曲線可以看出，隨著酶與蜜柚皮粉末酶解反應(yīng)的進(jìn)行總黃酮提取率逐漸升高，120 min之后總黃酮提取率降低可能是由于物料流失或者酶解時(shí)間過長(zhǎng)、酶活性減弱等因素造成，需進(jìn)一步研究。

綜上所述，酶解時(shí)間選定最佳參數(shù)為120 min。

2.2 蜜柚皮總黃酮提取率的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)影響蜜柚皮提取率的4個(gè)變量（酶用量、料液比、酶解時(shí)間、酶解溫度）的單因素試驗(yàn)結(jié)果的綜合分析，設(shè)計(jì)L9(34)的正交實(shí)驗(yàn)。各單因素水平見表1，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

據(jù)表2可知正交試驗(yàn)中總黃酮提取率最高的為6號(hào)工藝參數(shù)組合，但最優(yōu)工藝參數(shù)組合是D2B3C3A3，而所列的正交表中并沒有該組，故進(jìn)行該組變量的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后測(cè)得該組工藝參數(shù)組合的黃酮提取率為0.514%，低于正交試驗(yàn)中的6號(hào)工藝參數(shù)組合得出的黃酮提取率。所以通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)得出的最優(yōu)工藝參數(shù)組合為D2B3C1A2，即：6%酶用量、1∶30料液比、90 min酶解時(shí)間、50 ℃的酶解溫度，得出最高黃酮提取率為0.546%。

各因素對(duì)平和蜜柚皮總黃酮提取率影響的主次順序?yàn)椋好附鉁囟龋玖弦罕龋久附鈺r(shí)間＞酶用量。原因是處理的時(shí)間影響柚子皮黃酮提取，而長(zhǎng)時(shí)間的酶解不會(huì)對(duì)黃酮提取有太大的幫助；溫度對(duì)酶解效率會(huì)產(chǎn)生影響，酶解過程存在最適宜的溫度，超過此溫度會(huì)導(dǎo)致酶結(jié)構(gòu)的破壞從而降低提取率，從正交試驗(yàn)結(jié)果分析看出酶解溫度為影響最大的因素。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

3 結(jié)論

本研究將福建平和蜜柚皮為原料切片烘干粉碎過篩后用植物纖維素酶進(jìn)行總黃酮提取，對(duì)提取工藝參數(shù)酶濃度、酶解時(shí)間、酶解溫度、料液比進(jìn)行單因素分析，得出正交實(shí)驗(yàn)各單因素水平值，并在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，最終得到的福建平和蜜柚皮總黃酮的最佳提取工藝條件為：纖維素酶6%，料液比1∶30，酶解溫度50 ℃， 酶解時(shí)間90 min，得到的總黃酮提取率為0.546%。本研究可以為今后蜜柚皮的加工處理提供新的參考，從而提高產(chǎn)品附加值。