超聲波輔助提取臍橙皮多糖研究

黃茜，李建鳳，廖立敏，*

（1.內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，四川內(nèi)江641100；2.“果類(lèi)廢棄物資源化”四川省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川內(nèi)江641100）

超聲波輔助提取臍橙皮多糖研究

黃茜1，2，李建鳳2，廖立敏1，2，*

（1.內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，四川內(nèi)江641100；2.“果類(lèi)廢棄物資源化”四川省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川內(nèi)江641100）

為優(yōu)化超聲波輔助提取臍橙皮粗多糖的工藝，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，考察了液固比、超聲波功率、提取溫度和提取時(shí)間對(duì)提取率的影響。結(jié)果表明，液固比為20∶1（mL/g）、超聲波功率為320 W、提取溫度為70℃、提取時(shí)間為20 min時(shí)，多糖提取率可達(dá)30.2%，試驗(yàn)重現(xiàn)性好，工藝穩(wěn)定可行，對(duì)于開(kāi)發(fā)利用柑橘類(lèi)果皮渣具有一定的參考價(jià)值。

臍橙；多糖；超聲波輔助提取

臍橙營(yíng)養(yǎng)豐富，含有人體所必需的各類(lèi)營(yíng)養(yǎng)成份。臍橙1979年引入中國(guó)，在四川、重慶、福建、湖南、湖北、江西和浙江等?。ㄊ校┯性耘?，四川內(nèi)江有一定的種植面積。四川內(nèi)江一些果汁企業(yè)每年都將大量的榨汁后的臍橙皮渣拋棄于環(huán)境，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。柑橘類(lèi)果皮渣中含有豐富的精油［1］、多糖［2］、果膠［3］，此外還含有苦素［4］、色素［5］、橙皮苷［6-9］等諸多有效成分。植物多糖具有抗氧化和防癌、抗過(guò)敏、降血壓等多種生理功效，可開(kāi)發(fā)成功能食品、藥品、保健品、化妝品等產(chǎn)品。已有采用溶劑浸提法提取牛蒡多糖［10］，超聲波輔助提取川芎多糖［11］、微波輔助提取橘皮粗多糖［12］、酶法提取洋蔥多糖［13］等研究，而對(duì)臍橙皮中多糖類(lèi)物質(zhì)的提取研究甚少。溶劑浸提耗時(shí)長(zhǎng)、產(chǎn)率低；微波輔助提取時(shí)間短，但提取過(guò)程反應(yīng)劇烈，熱不穩(wěn)定物質(zhì)極易在提取過(guò)程中遭到破壞，并且微波的泄露也會(huì)對(duì)操作者造成極大的傷害；超聲波輔助提取具有條件溫和、雜質(zhì)易除和提取率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于植物有效成分的提取。本文對(duì)超聲波輔助提取臍橙皮中的多糖類(lèi)物質(zhì)工藝進(jìn)行了研究，以期得到穩(wěn)定可行的提取工藝，為大量開(kāi)發(fā)利用臍橙皮提供參考。

1材料與方法

1.1材料與試劑

臍橙：購(gòu)于四川省內(nèi)江市卓爾超市，產(chǎn)自四川內(nèi)江；無(wú)水乙醇、石油醚（沸程：60℃～90℃）、苯酚、濃硫酸、無(wú)水葡萄糖等：均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

T6型新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；DFT-100手提式高速粉碎機(jī)：溫嶺市林大機(jī)械有限公司；CP2202S電子分析天枰：賽特利斯（北京）有限公司；80-2離心沉淀器：江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；KQ-400KDB超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；DHG-9070A恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海申賢恒溫設(shè)備廠；HH-6恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠。

1.3方法

1.3.1原料預(yù)處理

市售臍橙，取其果皮在自然條件下晾干（或60℃下烘干），然后采用高速粉碎機(jī)粉碎成粉末，取40目～60目臍橙皮粉末于圓底燒瓶，然后向圓底燒瓶中加入石油醚（體積大于等于固體體積的2倍），80℃下回流2 h，脫去臍橙皮粉末中的脂肪，抽濾，風(fēng)干備用。

1.3.2臍橙皮多糖的提取

取5 g臍橙皮粉于三角瓶中，加入一定體積的去離子水，裝好裝置放入超聲波清洗器內(nèi)，在一定的功率和溫度下提取一定時(shí)間，提取液離心，上清液減壓濃縮至一定體積后加入無(wú)水乙醇至乙醇最終濃度為60%以上，于室溫下醇沉24 h，過(guò)濾，60℃下烘干得臍橙皮粗多糖。

1.3.3臍橙皮多糖的測(cè)定及提取率計(jì)算

采用苯酚-硫酸法［13-14］。精密稱(chēng)取無(wú)水葡萄糖7.4mg，于50 mL容量瓶加蒸餾水溶解稀釋至刻度，搖勻，得0.148 g/L的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液。精密移取0、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，加蒸餾水稀釋至2.0 mL，再加5%苯酚溶液1 mL，迅速加入濃硫酸5 mL，搖勻，靜置20 min冷卻至室溫，以蒸餾水為空白，在波長(zhǎng)為490 nm處測(cè)定吸光度，以葡萄糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以吸光值為縱坐標(biāo)，繪制出一條標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性回歸方程為：Y= 1.005X-0.120 8，R2=0.992 72。準(zhǔn)確稱(chēng)取少量粗多糖，加水溶解后按上述方法顯色測(cè)定吸光度值，以標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算多糖含量。多糖提取率：多糖提取率/%=（多糖質(zhì)量/原料質(zhì)量）×100。

1.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)

主要考察液固比、超聲波功率、提取溫度和提取時(shí)間對(duì)提取率的影響，以液固比30∶1（mL/g）、超聲波功率240 W、提取溫度60℃、提取時(shí)間30 min為基礎(chǔ)，在固定其它試驗(yàn)條件下，改變其中一個(gè)試驗(yàn)因素，按試驗(yàn)方法進(jìn)行單因素試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)初步確定的最佳條件附近進(jìn)一步細(xì)化選點(diǎn)，選取正交表L16（44）安排正交試驗(yàn)，考察因素及水平見(jiàn)表1。

表1　正交試驗(yàn)因素及水平Table 1Orthogonal experimental factors and levels

2結(jié)果與討論

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1液固比對(duì)提取率的影響

其它條件固定，液固比為10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1（mL/g）時(shí)，多糖實(shí)際提取率見(jiàn)圖1。

圖1　液固比對(duì)提取率的影響Fig.1Effect of liquid solid ratio on extraction rate

從圖1可以看出起初提取溶劑體積的增加使得多糖的實(shí)際提取率迅速上升，多糖的實(shí)際提取率達(dá)到最大時(shí)的液固比為20∶1（mL/g）。液固比太小，細(xì)胞內(nèi)外濃度差不大，多糖不易溶出。液固比過(guò)大可能導(dǎo)致其他物質(zhì)也過(guò)多溶出，從而影響多糖的溶出。另外液固比太大，增加了后續(xù)濃縮操作的困難，浪費(fèi)能源。從試驗(yàn)結(jié)果可以基本確定最佳液固比為20∶1（mL/g）左右。

2.1.2超聲波功率對(duì)提取率的影響

其它條件固定，超聲波功率為0、160、240、320、400 W時(shí)，多糖實(shí)際提取率見(jiàn)圖2。

圖2　超聲波功率對(duì)提取率的影響Fig.2Effect of ultrasonic power on extraction rate

超聲波作為提取能量，功率越大物料在單位時(shí)間內(nèi)接受的超聲波輻射量越大，越有利于提取。但是當(dāng)在一定的功率下，多糖已經(jīng)擴(kuò)散達(dá)到平衡，繼續(xù)增大功率，提取率也不會(huì)明顯增大。從圖2可以看出起初超聲波功率的增加使得多糖的實(shí)際提取率迅速上升，當(dāng)超聲波功率達(dá)到240 W時(shí)多糖的實(shí)際提取率接近最大。另外超聲波功率太大，對(duì)周?chē)h(huán)境造成影響，還會(huì)造成能源浪費(fèi)。從試驗(yàn)結(jié)果可以基本確定最佳超聲波功率為240 W左右。

2.1.3提取溫度對(duì)提取率的影響

其它條件固定，提取溫度為40、50、60、70、80℃時(shí)，多糖實(shí)際提取率見(jiàn)圖3。

圖3　提取溫度對(duì)提取率的影響Fig.3Effect of temperature on extraction rate

溫度影響分子運(yùn)動(dòng)速率，浸提溫度低，多糖水化溶出不完全，提取速率慢；溫度高可以加快分子運(yùn)動(dòng)，加速多糖從植物組織內(nèi)部向溶劑中擴(kuò)散，適當(dāng)提高提取溫度對(duì)提取是有利的；但是溫度過(guò)高不利于試驗(yàn)操作，而且還可能會(huì)使多糖降解，影響多糖提取率，增大能耗。從圖3可以看出在低溫區(qū)多糖提取率隨溫度的升高而增大，當(dāng)超過(guò)最大值后繼續(xù)升高溫度多糖提取率降低，從試驗(yàn)結(jié)果可以基本確定最佳提取溫度為70℃左右。

2.1.4提取時(shí)間對(duì)提取率的影響

其它條件固定，提取時(shí)間為10、20、30、40、50 min時(shí)，多糖實(shí)際提取率見(jiàn)圖4。

圖4　提取時(shí)間對(duì)提取率的影響Fig.4Effect of extraction time on extraction rate

多糖由植物組織內(nèi)部擴(kuò)散到溶劑中需要一定的時(shí)間，當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到平衡即使繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間多糖提取率也不會(huì)增大。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，時(shí)間太長(zhǎng)，多糖提取率反而下降，可能是時(shí)間長(zhǎng)植物組織溶脹厲害，影響多糖的溶出；另外，時(shí)間長(zhǎng)也可能導(dǎo)致部分多糖被溶脹的植物組織吸附，從而降低多糖的實(shí)際提取率；從節(jié)約時(shí)間、降低能耗方面講，在保證一定的多糖提取率的情況下，提取時(shí)間應(yīng)該盡可能短。從圖4可以看出提取時(shí)間為20 min時(shí)多糖實(shí)際提取率接近最大，基本確定最佳提取時(shí)間為20 min左右。

2.2正交試驗(yàn)

正交表L16（44）安排試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，極差分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表2　L16（44）正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2Results of L16（44）orthogonal experiments

從表3可以發(fā)現(xiàn)，影響多糖提取率的強(qiáng)弱因素依次為D＞B＞C＞A，最優(yōu)組合為A2B3C3D2和A2B3C3D4。從節(jié)約時(shí)間和能耗方面考慮，最優(yōu)提取條件組合應(yīng)該選擇A2B3C3D2，即液固比（A）為20∶1（mL/g），超聲波功率（B）為320 W，提取溫度（C）為70℃，提取時(shí)間（D）為20 min。為了驗(yàn)證此條件是否正確，重復(fù)試驗(yàn)3次，多糖提取率分別為30.0%、30.5%和30.2%。平均值為30.2%（與表2中提取率最大的第4號(hào)試驗(yàn)提取率30.8%接近），此時(shí)多糖提取率高、質(zhì)量好并且試驗(yàn)重現(xiàn)性好，最優(yōu)條件基本得到驗(yàn)證。

表3　極差分析結(jié)果Table 3The results of range analysis

3結(jié)論

本文采用超聲波輔助對(duì)臍橙皮中的多糖進(jìn)行了提取研究，對(duì)影響多糖提取率的各因素進(jìn)行了討論，得到了超聲波輔助提取臍橙皮多糖的最佳提取工藝參數(shù)，即液固比為20∶1（mL/g），超聲波功率為320 W，提取溫度為70℃，提取時(shí)間為20 min，此時(shí)多糖提取率可達(dá)30.2%，試驗(yàn)重現(xiàn)性好。本研究對(duì)于開(kāi)發(fā)利用臍橙皮中的多糖類(lèi)物質(zhì)具有一定的參考價(jià)值。

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Study on Ultrasound-assisted Extraction of Polysaccharide from Citrus sinensis（L.）Osbeck Peel

HUANG Xi1，2，LI Jian-feng2，LIAO Li-min1，2，*
（1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang 641100，Sichuan，China；2.Key Laboratory of Fruit Waste Treatment and Resource Recycling of Sichuan Provincial College，Neijiang 641100，Sichuan，China）

To optimize the ultrasound-assisted extraction process of polysaccharides from Citrus sinensis（L.）Osbeck peel，single factor tests and orthogonal tests were used to design the test program.The effects of liquidsolid ratio，ultrasonic power，extraction temperature and extraction time on the extraction rate were investigated.The results showed the optimal conditions as follows：liquid-solid ratio was 20∶1（mL/g），ultrasonic power was 320 W，extraction temperature was 70℃，and extraction time was 20 min.With this process，the higher relative yields of polysaccharide reached 30.2%.The experiments with good reproducibility，extraction process was stable and feasible.For the development and utilization of citrus peel residues，this study showed a certain reference value.

Citrussinensis（L.）Osbeck；polysaccharide；ultrasound-assistedextraction

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.19.010

2015-11-10

四川省教育廳青年基金項(xiàng)目（13ZB0003）

黃茜（1991—），女（漢），助教，本科，主要從事天然產(chǎn)物分離分析等研究。

廖立敏（1981—），男（漢），副教授，碩士研究生，主要從事果類(lèi)廢棄物資源化研究工作。