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    酶法提取芡實殼多糖的研究

    2018-07-23 01:10:40許開聰梁志成
    食品工程 2018年2期
    關鍵詞:芡實去離子水粉末

    董 基 張 帥 許開聰 梁志成

    (肇慶學院食品與制藥工程學院,廣東肇慶 526061)

    芡實,又名雞頭米,為睡蓮科植物芡的成熟種子。芡實有收斂、滋養(yǎng)、強壯之功效,還具有抗氧化和修復心肌局部缺血等作用。芡實殼是芡實種仁加工過程中產生的主要副產物,約占種仁質量的40%。芡實殼主要被農民作為薪柴或者丟棄,既造成了資源的巨大浪費,又會產生嚴重的環(huán)境問題。目前,國內外對芡實的研究主要集中在營養(yǎng)成分分析、黃酮類物質和淀粉及蛋白的提取等方面,對芡實殼多糖提取方面的研究卻少有報道。芡實殼多糖的利用價值還需進一步開發(fā)利用,如作芡實殼多糖抑菌方面的研究等。本試驗采用酶法提取芡實殼多糖,并通過單因素和正交試驗優(yōu)化了提取工藝。本研究不僅為芡實殼多糖的提取提供數據參考和工藝示范,而且為芡實殼多糖的應用和開發(fā)打下了堅實基礎。

    1 材料與方法

    1.1 原料和試劑

    芡實殼,由本地農戶提供,去掉表面雜質。

    纖維素酶,活力10 000U/g和氏璧生物科技有限公司;鹽酸、碳酸鈉、石油醚、丙酮、濃硫酸、乙醇、苯酚等,均為國產分析純。

    1.2 儀器設備

    數顯恒溫水浴鍋,江蘇省金壇市環(huán)宇科學儀器廠;數顯電熱恒溫干燥箱,上海圣欣儀器有限公司;D Y F-250A高速粉碎機,上海比朗儀器有限公司;pHS-25(數顯)pH計,上海科學儀器有限公司;752紫外可見分光光度計。

    1.3 試驗方法

    1.3.1 工藝流程

    芡實殼→篩選→清洗→烘干→粉碎→干燥至恒重→樣品→索氏提取法去除脂肪→去離子水浸泡→調節(jié)溶液pH值至4.0→纖維素酶水解→水浴浸提→抽濾→多糖濾液→乙醇沉淀→靜置后抽濾→洗滌沉淀物→干燥→芡實殼多糖

    1.3.2 芡實殼多糖提取

    1.3.2.1 樣品處理

    取一定量的芡實殼,除雜后用水清洗,65℃條件下烘干。將烘干后的芡實殼粉碎,過40目篩,將過篩的粉末置于烘箱中于65℃下干燥至恒重。

    1.3.2.2 脫脂

    稱取適量芡實殼粉末樣品放入濾包中,以石油醚(60℃~90℃)作為溶劑,用索氏提取法除去芡實殼粉末中的油脂,將處理好的芡實殼粉末樣品放在陰涼干燥的容器中備用。

    1.3.2.3 調節(jié)溶液pH值

    稱取適量已去除脂肪的芡實殼粉末樣品置于燒杯中,加入一定量去離子水進行攪拌;用膠頭滴管向溶液中加入濃度為0.2mol/L的醋酸鈉緩沖液,定容至50mL,并使用pH計,調節(jié)溶液pH值至4.0。

    1.3.2.4 纖維素酶水解

    加入質量分數3%的纖維素酶于溶液中,55℃恒溫水浴中靜置3 h;酶解完成后,加熱至沸騰,并保持2min滅酶;抽濾取濾液,用分光光度計測定濾液中多糖的吸光度。

    1.3.2.5 多糖聚沉

    在酶解的濾液中加入3倍體積95%的乙醇溶液,在室溫下靜置12 h。芡實殼多糖會以土黃色絮狀物沉淀析出。

    1.3.2.6 干燥

    用抽濾法,將樣品過濾出來,取濾渣,分別用無水乙醇、丙酮、乙醚洗滌3次,洗滌后,收集濾渣靜置于通風櫥通風1 h至有機溶劑完全揮發(fā),然后將樣品于60℃下恒溫干燥2 h,將濾紙上的物質輕刮取出,即得芡實殼多糖。

    1.3.3 芡實殼多糖測定

    采用苯酚-硫酸法測定芡實殼多糖的含量。

    1.3.3.1 繪制葡萄糖標準曲線

    用葡萄糖作標樣(1 mg/mL),依次準確吸取0 mL、0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6 mL、0.7 mL、0.8 mL葡萄糖標準溶液于9支25mL的具塞刻度試管,加去離子水至10mL刻度,各加入5%苯酚1.0mL輕輕搖勻后,緩慢加入濃硫酸5mL,再充分搖勻,靜置30min完全冷卻至室溫,將0號具塞試管作為空白對照,用可見分光光度計測波長490 nm處的吸光度,橫坐標對應葡萄糖質量濃度,縱坐標對應多糖溶液吸光度,得到葡萄糖標準曲線,回歸方程為y=0.75x-0.033 2,R2=0.994 4,葡萄糖標準品濃度的線性范圍為0.107mg/mL ~0.865mg/mL。

    1.3.3.2 芡實殼中的多糖含量

    取粗多糖0.1 g,轉移至10mL容量瓶中,加水至刻度,配得粗多糖溶液。取粗多糖溶液1mL,測定其吸光度。依據標準曲線方程,計算出芡實殼粗多糖的質量濃度,按下式計算多糖提取率:

    式中:X——多糖提取率,%;

    f——回歸方程中的相關系數;

    c——芡實殼多糖的質量濃度,mg/mL;

    V——樣品濃度稀釋體積,mL;

    M——稱取芡實殼粉末樣品的質量,mg。

    1.3.4 芡實殼多糖提取工藝優(yōu)化

    首先通過單因素試驗分別考察酶解溫度、酶解時間、加酶量及溶液pH值對多糖提取率的影響,然后利用四因素三水平L9(34)正交試驗優(yōu)化芡實殼多糖的提取工藝。

    2 結果與分析

    2.1 單因素試驗結果

    2.1.1 酶解溫度對多糖提取率的影響

    分別稱取1.0 g已處理過的芡實殼樣品粉末5份,每份加入適量去離子水浸泡搖勻,分別加入質量分數2.0%的纖維素酶,并定容至50mL,酶解時間為2 h,溶液pH為4.0,考察酶解溫度為45℃、50℃、55℃、60℃、65℃時對芡實殼多糖提取率的影響,結果見下頁圖1。

    從圖1可看出,隨著酶解溫度的升高,芡實殼多糖的提取率增加,當溫度達到55℃時,提取率達最大值,此后多糖提取率呈現下降趨勢。

    2.1.2 酶解時間對多糖提取率的影響

    分別稱取1.0 g已處理過的芡實殼樣品粉末5份,每份加入適量去離子水浸泡搖勻,分別加入質量分數2%的纖維素酶,并定容至50mL,酶解溫度為55℃,溶液pH值為4.0,考察酶解時間為1 h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h對芡實殼多糖提取率的影響,結果見圖2。

    圖1 酶解溫度對芡實殼多糖提取率的影響

    圖2 酶解時間對芡實殼多糖提取率的影響

    從圖2可看出,隨著酶解時間的增加,芡實殼多糖的提取率呈上升趨勢,在達到2.5 h時,多糖提取率基本穩(wěn)定。繼續(xù)增加酶解時間,多糖提取率沒有顯著變化。

    2.1.3 加酶量對多糖提取率的影響

    分別稱取1.0 g已處理過的芡實殼樣品粉末5份,每份加入適量去離子水浸泡搖勻,并定容至50mL,酶解溫度為55℃,酶解時間2.5 h,溶液pH值為4.0,考察纖維素酶加酶量為質量分數1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%時對芡實殼多糖提取率的影響。

    從圖3可看出,隨著加入纖維素酶量的增加,芡實殼多糖的提取率也逐漸增加。加酶量為2.5%時,多糖提取率趨于穩(wěn)定,隨著纖維素酶加入量的繼續(xù)增加,酶解的作用效果并不明顯,多糖提取率甚至有降低趨勢。

    圖3 加酶量對芡實殼多糖提取率的影響

    2.1.4 溶液pH值對多糖提取率的影響

    分別稱取1.0 g已處理過的芡實殼樣品粉末5份,每份加入適量去離子水浸泡搖勻,并定容至50 mL,酶解溫度為55℃,酶解時間為2.5 h,加酶量為2.5%,考察溶液 pH值為3.5、4.0、4.5、5.0、5.5時對多糖提取率的影響。

    圖4 溶液pH值對芡實殼多糖提取率的影響

    從圖4可看出,多糖的提取率隨著溶液pH值的增加呈先增加后減少的趨勢。當溶液pH值達到4.0 h,提取率達到最大值2.41%。當溶液的pH值超過4.0繼續(xù)增加時,多糖提取率反而降低。

    2.2 正交試驗結果

    在單因素試驗結果的基礎上,設計L9(34)正交試驗優(yōu)化芡實殼多糖提取工藝條件。因素水平見表1,試驗設計及結果見表2。

    表1 因素水平表

    表2 試驗設計與結果

    從表2可看出,各因素對多糖提取率的影響次序為A>C>B>D,即酶解溫度對多糖提取率的影響最大,溶液pH對多糖提取率的影響最??;另外,各因素最優(yōu)水平為A2B3C3D1,即酶解溫度為55℃,酶解時間為3 h,加酶量為3.0%,溶液pH為4.0,在此條件下提取芡實殼多糖,測得多糖提取率為2.45%,高于正交試驗所有結果。

    3 結論

    本試驗采用酶法提取芡實殼中的多糖。先用索氏提取法去除芡實殼中的脂肪,再用纖維素酶水解芡實殼中的粗纖維,通過恒溫水浴浸提的方法,使芡實殼中的粗纖維沉淀,從而使多糖物質游離出來,再采用苯酚-硫酸法進行芡實殼多糖含量的測定。通過單因素試驗和正交試驗得到酶法提取芡實殼多糖的最優(yōu)的工藝條件為:纖維素酶添加量3%,酶解溫度55℃,溶液pH值4.0,酶解時間3 h,此工藝條件下芡實殼多糖提取率可達2.45%。

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