新鮮菊苣提取和純化菊粉的工藝

柳溪，王曉蕾

（天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)研究院，天津 300384）

新鮮菊苣提取和純化菊粉的工藝

柳溪，王曉蕾

（天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)研究院，天津 300384）

摘 要：研究比色法測(cè)定菊粉含量的方法，并采用正交設(shè)計(jì)優(yōu)選了從新鮮菊苣根中熱水浸提菊粉的提取工藝條件和脫蛋白以及脫色的最佳條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，菊粉提取的最佳工藝條件為：料液比1∶1，浸泡時(shí)間40 min，加熱浸提溫度為100℃，加熱浸提時(shí)間40 min，菊粉的提取率達(dá)14.74%；脫蛋白時(shí)菊液與活性炭的最佳比例為1∶1. 5；提取液最佳脫色工藝條件為：脫色溫度70℃，脫色時(shí)間50 min，活性碳用量為30 g/L，脫色率為74.36%。

關(guān)鍵詞：菊苣；菊粉；提取；純化

菊苣（Ciehoriumintybus L.）又名歐洲菊苣、咖啡草、咖啡蘿卜，系菊科菊苣屬多年生草本植物，產(chǎn)于歐洲地中海沿岸，廣泛分布于亞洲、歐洲、美洲和大洋洲，在我國(guó)西北、東北、華北等地也有分布[1]。菊苣中含有的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為菊粉，菊粉做為一種貯存性多糖，具備改善腸道內(nèi)的微生物菌群，在腸中生成抗癌有機(jī)酸，調(diào)節(jié)血液中的膽固醇，降低血壓及血糖，增加B類維生素的合成量，減少肝臟毒素，提高人體的免疫性能等功能。菊粉產(chǎn)品為固體形態(tài)，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，在國(guó)外已廣泛地作為功能性食品、保健食品及醫(yī)藥品原料，而菊粉在我國(guó)的應(yīng)用才剛剛開始，所采用的提取原料主要為菊芋，提取效率相對(duì)較低。通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)菊苣多糖的提取工藝進(jìn)行了探討，建立了一套完整有效的菊粉提取工藝，對(duì)菊苣資源的綜合利用和開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)原料和輔料：新鮮菊苣（東北吉林）、水、VC。

實(shí)驗(yàn)試劑：葡萄糖、95%～98%硫酸、硫酸銅、次甲基藍(lán)、酒石酸鉀鈉銅、氫氧化鈉、亞鐵氰化鉀、乙酸鋅、冰醋酸、鹽酸、考馬斯亮藍(lán)、牛血清蛋白。

AUY120島津分析天平：島津制作所；HH數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇金壇市進(jìn)程國(guó)性實(shí)驗(yàn)儀器廠；DS-A組織搗碎機(jī)：天津市歐諾儀器儀表有限公司；WH-2微型漩渦混合儀：上海滬西分析儀器廠有限公司；UV-7504單光束紫外-可見分光光度計(jì)：上海欣茂儀器有限公司；KQ3200E型超聲波清洗儀器：昆山市超聲儀器有限公司；LDS-10低速離心機(jī)：北京醫(yī)用離心機(jī)廠；一聯(lián)電子萬用電爐：北京市光明醫(yī)療儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 提取的工藝流程

新鮮菊苣→去除腐爛長(zhǎng)芽的地方→清洗→切片→加入VC護(hù)色→攪碎→放入水中浸泡、靜置（40℃40 min）→放入水中恒溫加熱（100℃ 40 min）→過濾取得上清液（菊粉提取液）→加入活性炭去除蛋白質(zhì)→加入活性炭恒溫脫色（70℃50 min）→烘干獲取菊粉

1.2.2 測(cè)定方法

1.2.2.1 還原糖濃度的測(cè)定

采用直接滴定法[2]。

1.2.2.2 提取液總糖濃度的測(cè)定

菊粉中總糖測(cè)量采用蒽酮法[2]，吸取稀釋1 400倍后的菊粉溶液2 mL加10 mL蒽酮試劑，立即搖勻，放入沸水浴中準(zhǔn)確加熱10 min，取出，迅速冷卻至室溫，在黑暗處放置10 min，在紫外分光光度儀的620 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值。根據(jù)樣溶液的吸光度值查葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，得出總糖含量。

1.2.2.3 菊粉濃度、提取率和損失率的測(cè)定

根據(jù)文獻(xiàn)[3]的方法計(jì)算菊粉濃度、菊粉提取率及菊粉損失率，計(jì)算公式如下：

菊粉濃度=總糖濃度-還原糖濃度

菊粉提取率%=（提取液總糖質(zhì)量-提取液還原糖質(zhì)量）/原料中菊粉質(zhì)量×100%

原料中菊粉質(zhì)量=原料質(zhì)量×70%

菊粉損失率%=（處理前提取液中菊粉濃度-處理后提取液中菊粉濃度）/處理前提取液中菊粉度×100%

1.2.2.4 蛋白質(zhì)的測(cè)定

吸取預(yù)處理后的菊液1 mL（須做個(gè)重復(fù)），放入試管中，加入5 mL考瑪斯亮藍(lán)G-250蛋白試劑充分混勻，放置2 min后用10 mL光徑比色皿以蒸餾水作空白在595 nm下進(jìn)行比色[4]。

蛋白清除率%=（未除蛋白前菊粉液中蛋白質(zhì)含量-除蛋白后菊粉液中蛋白質(zhì)量）/未除蛋白前菊粉液中蛋白質(zhì)含量×100%

1.2.2.5 色度比較[18]

將未過濾的菊液中加入活性炭脫色過濾后，取濾液于800 nm測(cè)定吸光值，以蒸餾水為空白對(duì)照，用吸光值的大小表示提取液脫色的效果。吸光值越大脫色效果越差，反之則效果越好。

脫色率 %=（原液吸光度-脫色后的吸光度）/原液吸光度×100%

1.2.2.6 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值，計(jì)算數(shù)據(jù)并分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

稱取1.000 0 g葡萄糖，用水定容到1 000 mL。從中吸取 1、2、4、6、8、10 mL 分別移入 100 mL 容量瓶中，用水定容，即得 10、20、40、60、80、100 ppm，繪制葡萄糖系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。吸取系列標(biāo)準(zhǔn)溶液和蒸餾水各2 mL，分別放入7個(gè)具塞比色管中，沿管壁各加入蒽酮試劑10 mL，立即搖勻，放入沸水浴中準(zhǔn)確加熱10 min，取出迅速冷卻至室溫，在暗處放置10 min，用1 mL比色杯，在620 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，由吸光度對(duì)濃度進(jìn)行回歸，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。求得線性回歸方程為：

y=0.006 4 x-0.002 7，R2=0.996 5。式中：x為葡萄糖濃度，（μg/mL）；y為溶液的吸光度。

圖1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Glucose standand curve

2.2 蛋白標(biāo)準(zhǔn)曲線

取6個(gè)比色管中，分別加入已配置好的標(biāo)準(zhǔn)牛血清蛋白溶液 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1 mL，分別加水 1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0 搖勻，分別從六個(gè)比色管準(zhǔn)確吸取0.1 mL，分別放入已編號(hào)的六個(gè)試管中，分別加入5 mL考馬斯亮藍(lán)G-250蛋白試劑，充分混勻。放置2 min后，在UV-7504單光束紫外-可見分光光度計(jì)上，用1 cm比色皿在595 nm處測(cè)定吸光率。由吸光度對(duì)蛋白質(zhì)濃度進(jìn)行回歸，測(cè)得蛋白質(zhì)回歸方程為：y=0.000 7x-0.030 5，R2=0.993 6。x為蛋白質(zhì)含量，（μg/mL）；y為溶液的吸光度。標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2。

2.3 提取中護(hù)色劑VC添加量的實(shí)驗(yàn)

由于菊苣在切分過程中，果肉與空氣接觸，使得果肉極易褐變，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定的影響，所以采用在其搗碎的過程中進(jìn)行護(hù)色處理。雖然護(hù)色的方法和種類繁多且使用廣泛，但考慮到對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，選擇影響相對(duì)較小的護(hù)色劑進(jìn)行處理。

圖2 蛋白標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Protein standand curve

本實(shí)驗(yàn)選擇了VC護(hù)色劑對(duì)菊苣進(jìn)行護(hù)色處理，護(hù)色效果見表1所示。

表1 護(hù)色劑VC添加量的實(shí)驗(yàn)Table 1 Experiments of addition of the color fixatire VC

結(jié)果表明，未經(jīng)護(hù)色處理的菊苣色澤較差且完全成變黑褐色，影響數(shù)據(jù)的處理，以0.6%的添加量進(jìn)行護(hù)色，效果相對(duì)較好。

2.4 菊粉最佳提取工藝的實(shí)驗(yàn)

以菊粉含量為考察指標(biāo)，水浴加熱提取。以料液比、浸泡時(shí)間、加熱浸泡溫度、加熱浸泡時(shí)間四因素作為試驗(yàn)因子，進(jìn)行菊粉最佳工藝正交試驗(yàn)。因素水平及菊粉提取的正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 菊粉最佳工藝正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Optimal orthogonal experimental results of inulin extraction

根據(jù)表2中結(jié)果可以看出，不同因素的不同水平對(duì)菊苣中菊粉提取含量影響很大，從表中極差R值可以看出，D因素（加熱浸提時(shí)間）對(duì)菊粉的提取含量影響最大，它的極差為3.990 6，說明菊粉的含量主要受加熱浸提時(shí)間的調(diào)節(jié)；其次為C因素（加熱浸提溫度），它的極差為3.710 4?？梢姡珼因素即加熱浸提時(shí)間為試驗(yàn)的主導(dǎo)因子，各因素的影響程度依次為：加熱浸提時(shí)間＞加熱浸提溫度＞料液比＞浸泡時(shí)間。并且得到了此試驗(yàn)的最佳組合A3B3C3D3效果最好，即料液比為1∶1，浸泡時(shí)間為40 min，加熱浸提溫度100℃，加熱浸提時(shí)間40 min，菊粉提取率為：14.74%。

2.5 菊粉除蛋白工藝的確定

以蛋白含量為考察指標(biāo)，通過蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線得出活性炭的蛋白清除率見表3。

表3 除蛋白活性炭添加比例Table 3 Propotion of added active carbon for deproteinization

由表3可知，菊粉損失率隨著活性炭用量的升高而增大，蛋白清除率隨著活性炭用量的增大而增加，這主要是利用活性炭的吸附作用將蛋白質(zhì)除去，而活性炭用量增加到1∶1.5以上后，蛋白質(zhì)清除率基本不變，綜合考慮除雜及菊粉損失率，活性炭最佳比例為1∶1.5。

2.6 菊粉脫色工藝的實(shí)驗(yàn)

根據(jù)1.2.2.4的方法，進(jìn)行脫色試驗(yàn)，得出試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 脫色活性炭添加量Table 4 Addition of active carbon for decoloration

由表4可知，菊粉損失率隨著活性炭用量的增加而增大，脫色率也隨著活性炭用量的增大而增加，但當(dāng)活性炭用量增加到30 g/L以上后，脫色率變化不是很大，綜合考慮脫色效果及菊粉損失率，可以獲得菊苣脫色所需活性炭最佳用量為30 g/L。根據(jù)活性炭具有無臭、無毒、脫色效果良好的特點(diǎn)，可以反復(fù)使用，成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)的需要。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用正交實(shí)驗(yàn)，確定了從新鮮菊苣根中進(jìn)行水溶液提取菊粉的最佳工藝參數(shù)，即料液比為1∶1，浸泡時(shí)間為40 min，加熱浸提溫度100℃，加熱浸提時(shí)間40 min，在此條件下菊粉提取率達(dá)到14.74%?；钚蕴砍鞍椎淖罴岩毫媳壤秊?∶1.5，蛋白清除率達(dá)到80.34%。本研究結(jié)果顯示，提取液脫色最佳工藝條件為：脫色溫度為70℃，脫色時(shí)間為50 min，活性炭用量為30 g/L，在此條件下菊粉損失率為1.03%，脫色率為74.36%，脫色效果明顯。本實(shí)驗(yàn)研究了新鮮菊苣提取和純化菊粉的工藝，為今后菊苣資源的開發(fā)利用和菊粉制品工業(yè)的發(fā)展提供參考。

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[1]中國(guó)科學(xué)院中國(guó)植物志編輯委員會(huì).中國(guó)植物志(第八十卷,第一分冊(cè))[M].北京:科學(xué)出版社,1997:6-10

[2]大連輕工業(yè)學(xué)院,華南理工大學(xué),鄭州輕工業(yè)學(xué)院,等.食品分析[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2006:157-162

[3]鄭建仙.功能性低聚糖[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:78-79

[4]張?jiān)瀑F,覃廣泉,劉祥云.生物化學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)[M].天津:天津大學(xué)出版社,2001:38-39

Technology of Extraction and Purification of Inulin from Fresh Chicory Root

LIU Xi，WANG Xiao-lei
（Tianjin Product Quality Inspection Technology Research Institute，Tianjin 300384，China）

Abstract：The method of determination of insulin content using colorimeter wan studied， and the optimal condition of extracting inulin from fresh chicory roots with hot water and removing protein and colour was studied and selected by orthogonal design.The results showed the optimum process conditions of inulin extracting were as follow：solid-liquid ratio was 1∶1，immersion time was 40 min，heating extraction temperature was 100℃and time was 40 min，the extraction rate of inulin from chicory root could achieved 14.74%；the optimum proportion of active carbon and inulin on removing protein was1∶1. 5；the optimal removing colour condition were as follow：temperature was 70℃，time was 50 min，quantity of active carbon was 30 g/L，and decolourizing rate reached 74.36%.

Key words：Chicory；inulin；extraction；purification

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.13.010

柳溪（1984—），女（漢），助理工程師，本科，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工。

2012-10-28