秦巴山區(qū)柑橘皮多糖的提取工藝及穩(wěn)定性研究

史 娟，葛紅光，姜 敏

(陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中723000)

秦巴山區(qū)柑橘皮多糖的提取工藝及穩(wěn)定性研究

史 娟，葛紅光，姜 敏

(陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中723000)

以秦巴山區(qū)柑橘皮為原料，采用微波預(yù)處理-熱水浸提法，在不同料液比、微波時間、浸提時間和浸提溫度下探討柑橘皮多糖的提取工藝，并對其多糖在不同pH和常見的一些氧化劑、還原劑、食品添加劑、金屬離子等條件下的穩(wěn)定性進行研究。實驗結(jié)果表明，柑橘皮多糖的最佳提取條件:料液比1∶40(g/mL)、微波時間90s、浸提時間1.5h、浸提溫度80℃，多糖提取率為39.25%;柑橘皮多糖在酸性、還原劑介質(zhì)中穩(wěn)定性較好，在氧化劑、堿性、苯甲酸鈉、檸檬酸和K+、Na+、Ca2+、Al3+等金屬離子溶液中的穩(wěn)定性相對較差。

柑橘皮多糖，微波，提取工藝，穩(wěn)定性

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

柑橘皮 2011年10月下旬收集于陜南秦巴山區(qū)，陰干粉碎，過40目篩，經(jīng)乙醚和乙醇回流脫脂脫色后密封備用;無水乙醚、無水乙醇、三氯甲烷、正丁醇、苯酚、濃硫酸、葡萄糖、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋁、氯化鈣、氯化銅、氯化鐵、檸檬酸、苯甲酸鈉、30% H2O2、亞硫酸鈉、濃鹽酸、氫氧化鈉等 均為國產(chǎn)分析純;自制蒸餾水和超純水。

DGG-9140B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司;FW117粉碎機 天津泰斯特儀器有限公司;AL204-IC型電子分析天平 梅特勒-托利多儀器上海有限公司;TDL-5臺式離心機上海安亭科學(xué)儀器廠;WP700型微波爐 佛山市格蘭仕微波爐電器有限公司;RE-2A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠;721型分光光度計、PHS-3S型pH酸度計 上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 提取工藝流程 柑橘皮→干燥→粉碎→乙醚、乙醇脫脂→烘干→微波預(yù)處理→水浴浸提→離心→減壓濃縮→乙醇沉淀過夜→Sevag法除蛋白→離心、干燥→多糖。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 稱取葡萄糖1.0g于1000mL容量瓶中，蒸餾水定容;分別取該溶液2.0、4.0、8.0、12.0、16.0、20.0、24.0、28.0mL于100mL容量瓶中，蒸餾水定容;各取1.0mL于25mL比色管中，加入1.0mL 2%苯酚和5.0mL濃硫酸;搖勻，沸水浴加熱15min后，冰水浴中冷至室溫，以蒸餾水為空白，在波長490nm處測吸光度值。由吸光度值對濃度進行回歸，求出標(biāo)準(zhǔn)曲線:A=3.4465C+0.0362，R2= 0.9985，其中A為490nm處葡萄糖溶液吸光度、C為葡萄糖溶液濃度，線性關(guān)系良好。

1.2.3 柑橘皮多糖微波預(yù)處理提取及含量測定 稱取1.0g柑橘皮粉末，加入一定體積的水，靜置潤濕30min，在固定微波功率下處理一定時間后，在一定溫度水浴下浸提一定時間，浸提液離心20min，濃縮離心液至原體積1/3，乙醇沉淀過夜，4倍體積的Sevag試劑除蛋白，搖勻后離心即可得多糖樣品。將待測多糖樣品加水溶解并稀釋適當(dāng)倍數(shù)后，進行與標(biāo)準(zhǔn)曲線制作相同的操作，并對照標(biāo)準(zhǔn)曲線求得其多糖含量。

柑橘皮多糖提取率計算公式:提取率(%)=(C ×V)/W×D×10-3×100，式中C(μg/mL)為按標(biāo)準(zhǔn)曲線得出的多糖溶液濃度，V為多糖溶液體積，W為原料質(zhì)量，D為稀釋倍數(shù)。

1.2.4 柑橘皮多糖提取的單因素實驗

1.2.4.1 料液比對柑橘皮多糖提取率的影響 柑橘皮多糖提取過程中，在一定的微波時間60s，浸提溫度100℃，浸提時間2h下，改變料液比1∶8、1∶16、1∶24、1∶32、1∶40(g/mL)，研究料液比對多糖提取率的影響。

1.2.4.2 微波時間對柑橘皮多糖提取率的影響 控制料液比為1∶32，浸提溫度100℃，浸提時間2h的條件下，研究微波時間30、60、90、120、150s時多糖的提取率。

1.2.4.3 浸提時間對柑橘皮多糖提取率的影響 柑橘皮多糖提取中，在料液比1∶32，微波時間90s，浸提溫度100℃，設(shè)置浸提時間0.5、1、1.5、2、2.5h，考察浸提時間對多糖提取率的影響。

1.2.4.4 浸提溫度對柑橘皮多糖提取率的影響 控制料液比1∶32，微波時間90s，浸提時間1h，設(shè)置不同浸提溫度，考察浸提溫度60、70、80、90、100℃對多糖提取率的影響。

1.2.5 柑橘皮多糖提取的正交實驗 在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以料液比、微波時間、浸提時間和浸提溫度為因素，設(shè)計L9(34)實驗確定微波預(yù)處理-熱水浸提的最佳提取工藝。

表1 L9(34)正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.2.6 柑橘皮多糖的穩(wěn)定性實驗

1.2.6.1 氧化還原劑對柑橘皮多糖的影響 取0.02、0.03、0.04、0.05、0.06mol/L的H2O2和Na2S2O3溶液各4mL，分別加入柑橘皮多糖溶液中，避光保存12h，每份吸取1mL，加入1mL 2%苯酚和5mL濃硫酸，冷卻，在490nm處測量多糖溶液的吸光度。

1.2.6.2 pH對柑橘皮多糖的影響 取1mL多糖溶液6份，室溫下用0.1mol/L HCl、NaOH調(diào)節(jié)pH為2、4、6、8、10、12，避光保存12h后，加入苯酚和濃硫酸，冷卻，測量多糖的吸光度。

1.2.6.3 金屬離子對柑橘皮多糖的影響 取0.05mol/L的KCl、NaCl、CaCl2、AlCl3、FeCl3、CuCl2溶液，分別加入柑橘皮多糖溶液中，混合均勻后避光保存12h，加入苯酚和濃硫酸，測量多糖的吸光度。

1.2.6.4 食品添加劑對柑橘皮多糖的影響 取等體積0.05mol/L檸檬酸、VC、苯甲酸鈉溶液，分別加入柑橘皮多糖溶液后避光保存12h后，再加入1mL 2%苯酚和5mL濃硫酸，冷卻，測量多糖溶液的吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 料液比對柑橘皮多糖提取率的影響 如圖1所示，當(dāng)料液比大于1∶32時，增大液體含量，柑橘皮多糖提取率隨之增加;料液比低于1∶32之后，提取率隨液體含量的增加而減小。這是因為溶劑用量少，干原料細(xì)胞組織不能完全被濕潤;而溶劑用量過多，在一定微波加熱量下多出部分溶液的蒸發(fā)消耗了微波能，且使?jié)B透到細(xì)胞內(nèi)的溶液汽化不充分。故1∶32 (g/mL)為柑橘皮多糖最佳提取料液比。

圖1 料液比對多糖提取率的影響Fig.1 Effect of material-liquid ratio on polysaccharide yield

2.1.2 微波輻射時間對柑橘皮多糖提取率的影響在圖2中，微波輻射時間對提取率較敏感，微波輻射時間短，達不到破壞細(xì)胞的作用;微波輻射時間長又容易造成樣品發(fā)生焦化，且過多的輻射能量還易導(dǎo)致多糖結(jié)構(gòu)中的部分乙酰基、硫酯鍵斷裂，改變其有機結(jié)構(gòu)的三維構(gòu)象及生物活性，發(fā)生水解等不利反應(yīng)。本實驗中微波輻射時間為90s時，多糖的提取率達到最大。

圖2 微波時間對多糖提取率的影響Fig.2 Effect of microwave time on polysaccharide yield

2.1.3 浸提時間對柑橘皮多糖提取率的影響 如圖3所示，多糖提取率隨浸提時間的增長呈先增后減的趨勢，1.5h時提取率最大。浸提時間較短，柑橘皮中多糖的溶出無法達到溶解動態(tài)平衡;但浸提時間過長可能導(dǎo)致多糖分解，提取率下降。故最佳的浸提時間為1.5h。

圖3 浸提時間對多糖提取率的影響Fig.3 Effect of extraction time on polysaccharide yield

2.1.4 浸提溫度對柑橘皮多糖提取率的影響 在圖4中，隨著浸提溫度的增加，提取率先增后減。這是因為較低的浸提溫度下，多糖在水中的溶解度較小，浸提不夠充分;而較高的浸提溫度易使多糖分解，降低了提取率。故選擇浸提溫度80℃較適宜。

圖4 浸提溫度對多糖提取率的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on polysaccharide yield

2.2 正交實驗

2.2.1 正交實驗結(jié)果與分析 由表2、表3可知，柑橘皮多糖的微波預(yù)處理-熱水浸提中4個因素的影響次序為:微波時間＞浸提溫度＞料液比＞浸提時間，最佳水平組合為A3B2C2D2，即料液比1∶40，微波時間90s，浸提時間1.5h，浸提溫度80℃。

表2 正交實驗結(jié)果Table 2 Orthogonal test design and results

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

2.2.2 驗證性實驗結(jié)果 為進一步確定秦巴山區(qū)柑橘皮多糖微波預(yù)處理-熱水浸提的最佳工藝條件，在正交實驗基礎(chǔ)上選擇最優(yōu)水平組合:A3B2C2D2，并在此條件下提取柑橘皮多糖，平行三次，多糖提取率平均值為39.25%。

2.3 穩(wěn)定性實驗

2.3.1 氧化還原劑對柑橘皮多糖的影響 圖5為氧化還原劑對柑橘皮多糖穩(wěn)定性的影響。在圖5(a)中，左側(cè)試管加入還原劑，右側(cè)試管加入氧化劑，觀察可知氧化劑對多糖穩(wěn)定性影響較大。目測溶液顏色，加入氧化還原劑后多糖溶液色澤均有變化，特別是加入氧化劑的溶液顏色變深甚至發(fā)黑，說明柑橘皮多糖的抗還原能力強于抗氧化能力。同時，隨著氧化劑濃度升高，多糖穩(wěn)定性越來越差，溶液顏色越變越深，見圖5(b)。

圖5 氧化還原劑對多糖穩(wěn)定性的影響Fig.5 Influence of oxidant and reductant on polysaccharide stability注:(a)氧化還原劑對多糖的影響對比; (b)氧化劑濃度(mol/L)對多糖的影響。

2.3.2 pH對柑橘皮多糖的影響 由圖6可知，酸性條件時，多糖的吸光度基本趨于穩(wěn)定;而在堿性條件下，隨著堿性的增強，多糖的吸光度逐漸增大，這可能與柑橘皮多糖在堿性溶液中更易水解產(chǎn)生較多吸光性較強的產(chǎn)物而導(dǎo)致。相對而言，柑橘皮多糖在酸性溶液中的穩(wěn)定性高于在堿性溶液中的穩(wěn)定性。

圖6 pH對多糖穩(wěn)定性的影響Fig.6 Influence of pH value on polysaccharide stability

2.3.3 金屬離子對柑橘皮多糖的影響 從圖7可以看出，各種金屬離子的加入均使柑橘皮多糖的吸光度有一定程度的上升，說明多糖在此條件下可能與K+、Na+、Ca2+、Al3+、Fe3+、Cu2+離子發(fā)生了某些化學(xué)反應(yīng)，如絡(luò)合反應(yīng)，導(dǎo)致多糖及金屬離子間結(jié)構(gòu)變化，而對多糖的穩(wěn)定性有一定的影響。

圖7 金屬離子對多糖穩(wěn)定性的影響Fig.7 Influence of metal ions on polysaccharide stability

2.3.4 食品添加劑對柑橘皮多糖的影響 在圖8中，VC、檸檬酸和苯甲酸鈉的加入對柑橘皮多糖吸光度的影響都較為嚴(yán)重，說明柑橘皮多糖對這三種食品添加劑的耐受能力較弱。

3 結(jié)論

3.1 采用微波預(yù)處理-熱水浸提新工藝提取柑橘皮多糖，在單因素實驗的基礎(chǔ)上采用正交實驗對提取工藝進行優(yōu)化。研究表明，微波預(yù)處理—熱水浸提提取柑橘皮多糖的最佳工藝條件為:料液比1∶40(g/mL)、微波時間90s、浸提時間1.5h、浸提溫度80℃，在此條件下多糖的提取率為39.25%。

圖8 食品添加劑對多糖穩(wěn)定性的影響Fig.8 Influence of food additives on polysaccharide stability

3.2 穩(wěn)定性實驗研究表明，柑橘皮多糖在酸性條件下較穩(wěn)定，對于含有還原劑的溶液也有較好的耐受能力，但此多糖不宜在堿性條件和氧化劑存在下使用，而且在金屬離子、食品添加劑中穩(wěn)定性也較差。

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Study on the extraction process and stability of polysaccharide in Citrus peel from Qinba mountainous area

SHI Juan，GE Hong-guang，JIANG Min
(School of Chemistry and Environment Science，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，China)

The hot water extraction process of polysaccharide in Citrus peel from Qinba mountainous area assisted by microwave pretreatment was studied.The Citrus peel polysaccharide extraction from the different solid-to-liquid ratio，microwave time，extraction time and extraction temperature，and the stability of polysaccharide in different pH，oxidant，reductant，food additives and some metal ion of conditions were studied.The results showed that the best extraction process condition was:the ratio of solid to extracting liquid 1∶40(g/mL)，microwave time 90s， extraction time 1.5h，extraction temperature 80℃.The polysaccharide extraction yield could reach 39.25%in the optimum conditions.The Citrus peel polysaccharide stability was good in acid and reducer.In oxidizer，alkaline，sodium benzoate，citric acid，K+，Na+，Ca2+，Al3+，the stabilities were poor.

Citrus peel polysaccharide;microwave;extraction technology;stability

TS201.1

B

1002-0306(2012)21-0231-04

秦巴山區(qū)是我國最北緣的柑橘主產(chǎn)區(qū)，優(yōu)良品種栽培基地約有29.5萬余畝，所產(chǎn)柑橘口味濃郁、甜度大，經(jīng)濟效益樂觀。柑橘果皮約占果實重的20%～40%，常常將果皮作為廢棄物處理，浪費資源使其得不到有效利用。因此實現(xiàn)柑橘皮的綜合開發(fā)和利用，提高柑橘皮的使用價值，對秦巴山區(qū)柑橘的廣泛種植和柑橘產(chǎn)品的深加工具有重大意義。據(jù)文獻報道柑橘皮的深加工和應(yīng)用多集中在柑橘皮中精油、果膠以及黃酮等活性成分的研究［1-5］，對于柑橘皮多糖的開發(fā)研究報道較少［6-7］，宋茹等人［6］利用微波法萃取柑橘皮多糖，梁紹蘭等人［7］測試了柑橘多糖的抗氧化性。柑橘皮多糖是一種潛在的天然活性物質(zhì)，目前對柑橘皮多糖的微波預(yù)處理提取-熱水浸提方法以及柑橘皮多糖的穩(wěn)定性研究尚未見報道。微波預(yù)處理因其獨特的作用，可避免長時間高溫提取引起的試樣分解和變質(zhì)，具有選擇性高、快速節(jié)能、節(jié)省溶劑、污染小等優(yōu)點，已被應(yīng)用于植物活性成分的提取中［8-9］。本文采用微波預(yù)處理-熱水浸提方法提取柑橘皮中的多糖，并進行穩(wěn)定性研究，為柑橘皮多糖的開發(fā)利用提供一些科學(xué)的依據(jù)。

2012-04-18

史娟(1978-)，女，講師，研究方向:天然產(chǎn)物化學(xué)和有機合成。

陜西省科學(xué)技術(shù)廳項目(2011K17-03-10);陜西省教育廳2012年科學(xué)研究項目(12JK0633);陜西省科技廳社會發(fā)展科技攻關(guān)項目(2009K11-03)。