水綿葉綠素、果膠連續(xù)提取的工藝研究

袁 玲,姜益泉

(湖北工程學院生命科學技術(shù)學院， 孝感 432000)

水綿(Spirogyra)是綠藻門接合藻綱水綿科水綿屬植物，藻體由1列圓柱狀細胞連成長絲狀，細胞內(nèi)富含葉綠素、礦物質(zhì)和生物活性物質(zhì)，表面有較多的果膠質(zhì)；廣布于池塘、溝渠、河流、湖泊和稻田[1]。水綿可作為某些魚類的餌料，曬干可作為食物；入藥有清熱解毒的作用，用于丹毒、燙火傷。水綿大量繁殖時，大片生于水底或成團漂浮水面，危害水稻生長或漁業(yè)生產(chǎn)，也造成一些工廠管道的堵塞。

水綿中葉綠素含量高于陸生植物；果膠分布于細胞表面，易于提取。果膠和葉綠素在食品上用作增稠劑、著色劑，對保護皮膚、防止紫外線輻射、治療創(chuàng)口有一定的作用[2-4]。本文研究提取劑、溫度、提取時間、料液比等因素對水綿葉綠素和果膠提取的影響，利用正交實驗優(yōu)化水綿葉綠素和果膠提取的生產(chǎn)工藝，為變廢為寶及生物資源的綜合開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

水綿采于校園三聲亭水池，清水洗去雜質(zhì)，控干水分，105～110℃滅菌15min，分袋包裝待用。

HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，752 N紫外可見分光光度計，微波爐，SENCO R205旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。乙醇、丙酮、石油醚、鹽酸等均為分析純。

1.2 實驗方法

1.2.1 葉綠素提取劑及葉綠素檢測方法

稱取2 g水綿6份，加入10 mL的不同溶劑密封浸泡3 d，確定最佳提取劑。分光光度法測定葉綠素含量[5-6]。

1.2.2 影響葉綠素提取效果主要因素的選擇

對乙醇提取葉綠素的影響因素溫度、時間、液料比進行單因子實驗并設計正交試驗確定葉綠素提取工藝[7]。

1.2.3 果膠提取

酸法提取[8]。將處理過的濾渣洗凈乙醇，加水，用鹽酸調(diào)pH值至1.5～2.5，微波加熱一定時間，趁熱過濾得果膠萃取液。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在55℃～60℃的條件下，將萃取液的果膠濃縮，立即冷卻用95%酒精使果膠沉淀析出，壓榨干燥得果膠粉。正交試驗確定果膠提取的料液比、微波功率、pH值和提取時間。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉綠素提取劑及葉綠素提取液最大吸收波長的確定

6種溶劑提取水綿葉綠素的結(jié)果見表1。95%乙醇提取效果最好，浸提后水綿乳白色；75%乙醇、乙醇丙酮混合液次之，色素在水及石油醚中難溶?？紤]到丙酮毒性及后續(xù)提取，選擇95%乙醇作為浸提劑。

表1 不同溶劑對水綿色素的提取效果

95%乙醇浸提液紫外可見分光光度計掃描結(jié)果見圖1。440nm 和 665nm 波長下葉綠素提取液有吸收峰。由于在浸提過程沒有除雜，而這些雜質(zhì)的最大吸收峰接近440nm，因此實驗中以665nm 的OD值進行提取液吸光值的測定。

圖1 水綿葉綠素可見分光吸收光譜

2.2 不同因素對水綿葉綠素提取的影響

2.2.1 料液比對葉綠素提取的影響 95%乙醇為提取劑考察料液比對葉綠素提取的影響，室溫下暗處浸提1 d，定容至25 mL，稀釋10倍測665nm 的OD值。

表2 料液比對水綿葉綠素提取的影響

由表2可知，適當增加溶劑用量有利于提高提取液的吸光值，當料液比1∶15時，吸光值下降，表明1∶10提取已完全。

2.2.2 提取溫度對葉綠素提取的影響 測定不同溫度下浸提100min提取液的吸光度作為色素提取率的指標(表3)。結(jié)果表明，在溫度低于 60℃時，隨著提取溫度的逐漸升高，色素提取率逐漸升高，但在80℃時提取率降低。由于溫度升高，促進細胞壁的破裂，利于葉綠素從細胞中分離出來；但當溫度高于80℃時，提取率降低，可能與葉綠素高溫下降解有關。

表3 提取溫度對水綿葉綠素提取的影響

2.2.3 水綿葉綠素提取的正交實驗 將料液比、提取溫度、時間3因素按3水平進行正交實驗，正交實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果見表4。

表4 葉綠素提取正交實驗設計及結(jié)果

影響葉綠素提取的因素依次為料液比>時間>溫度，優(yōu)化工藝條件組合為料液比為1∶10，60℃下提取 90min。在此工藝條件下葉綠素粗產(chǎn)品得率可達到2.24%。

2.3 微波助提水綿果膠的正交實驗

微波輻射能穿透介質(zhì)，到達物料的內(nèi)部，使基質(zhì)內(nèi)部溫度迅速上升，增大萃取成分在介質(zhì)中的溶解度，加速目標物向溶劑的擴散[9]。微波法用于天然成分的提取，選擇性高、操作時間短、溶劑耗量小、目標組分獲得率高，并且能極大限度地保留分離組分的天然活性[10]。以橘皮為原料在微波條件下，用水和鹽酸萃取、乙醇沉淀提取果膠，通過電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)微波加熱會破壞原料的組織結(jié)構(gòu)，經(jīng)微波處理后果膠的提取率高，得到的果膠質(zhì)量好、酯化度高、分子量大、凝膠強度大[11]。提取果膠的微波功率、萃取時間、pH值、溶液與濾渣比均對果膠的提取有影響，將這4因素按3水平進行正交實驗，正交實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果見表5。

表5 果膠提取正交實驗設計及結(jié)果

微波萃取影響果膠得率最大的是pH值，其次是微波功率。提取果膠的最佳工藝為微波功率600 W，每次萃取5min，pH值2.0的鹽酸溶液與濾渣比為10∶1。在此條件下，果膠得率達到19.2%。

與傳統(tǒng)提取方法相比，微波輻射能大大加快組織的水解，使果膠的提取時間由傳統(tǒng)方法的90min縮短為5min[12]。避免了大量果膠的分解，同時果膠提取液中果膠的含量有所提高。

3 結(jié)論

正交實驗確定葉綠素提取的最佳工藝條件為乙醇作為提取劑，料液比為1∶10，60℃水浴條件下提取 90min，葉綠素粗產(chǎn)品得率可達到2.24%。果膠提取的最佳工藝為微波功率600 W，每次萃取5 min，pH值2.0的鹽酸溶液與濾渣比為10∶1，果膠得率達到19.2%。

水綿葉綠素、果膠連續(xù)提取工藝設備簡單，免去了果膠生產(chǎn)中脫色工藝，降低了生產(chǎn)成本，簡化了操作工序，回收利用率高，具有開發(fā)利用的價值。

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