黃秋葵中果膠提取工藝研究

吳建花+尹紅+黃誠

摘要 以黃秋葵為原料，采取酶法提取其果膠，對提取條件進(jìn)行工藝優(yōu)化。分別討論了浸提溫度、加酶量、料液比、浸提時間及pH值對提取黃秋葵果膠得率的影響，在單因素的基礎(chǔ)上，通過正交試驗，確定影響果膠提取率的主次因素。結(jié)果表明，黃秋葵果膠提取的最佳工藝條件為加酶量為7 000 U/g、料液比為1∶20、浸提溫度為40 ℃、浸提時間為35 min，在此條件下，果膠的提取率為14.90%。

關(guān)鍵詞 黃秋葵；果膠酶；果膠；工藝優(yōu)化

中圖分類號 TS20 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）11-0246-03

Research on Extraction Technology of Pectin from Abelmoschus esculentus（Linn.）Moench

WU Jian-hua YIN Hong HUANG Cheng *

（College of Chemistry and Chemical Engineering，Jishou University，Jishou Hunan 416000）

Abstract Using Abelmoschus esculentus（Linn.）Moench seeds as raw material，the method of enzymatic was employed to extract pectin and optimize the experiment conditions.The effect of enzyme dosage，the ratio of materials and water，extraction temperature，time and pH value on extra-ction yield of Abelmoschus esculentus（Linn.）Moench pectin were discussed respectively.With orthogonal test on the basis of single factor experiment，to optimize the technology of extracting pectin from Abelmoschus esculentus（Linn.）Moench used pectinase，and to determine the primary and secondary factors affecting pectin extraction yield.The experimental results showed that the optimal process conditions of Abelmoschus esculentus（Linn.）Moench pectin extraction were as follows：the enzyme dosage was 7 000 U/g，the ratio of materials and water was 1∶20，the extraction temperatu-re was 40 ℃，the time was 35 min.Under this conditions，the yield of pectin reached 14.90%.

Key words Abelmoschus esculentus（Linn.）Moench；pectinase；pectin；optimization of processing

黃秋葵又名秋葵、補腎草、咖啡葵等，屬于錦葵科（Mal-vaceae）秋葵屬 （Abelmoschus Medicus）咖啡黃葵的根、葉、花、種子[1]。原產(chǎn)于非洲，現(xiàn)在熱帶和亞熱帶地區(qū)廣泛栽培。黃秋葵含有蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素、膳食纖維、黃酮及多糖等，黃秋葵在美國、日本分別被稱為“植物偉哥” “綠色人參”[2]，其嫩果、葉、芽、花均可食用[3]。

俄羅斯專家經(jīng)研究后指出，果膠及含果膠的食物能促進(jìn)胃腸道中的鉛、汞、錳及鈹?shù)呐欧?。不論是在接觸鉛之前還是在接觸中，食用果膠均能起到防止鉛中毒的作用[4]。

果膠廣泛存在于高等植物的果實、根、莖、葉中[5-6]，具有良好的乳化、增稠、穩(wěn)定和膠凝作用，以及良好的抗菌、止血、抗腹瀉、抗癌、降血脂、治療糖尿病和減肥等功效。因此，果膠被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域[7-8]。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年消耗果膠超過1 500 t，其中 80%為國外進(jìn)口[9]。因此，研究果膠生產(chǎn)工藝、提高果膠產(chǎn)量、開發(fā)優(yōu)質(zhì)果膠資源已迫在眉睫。

微波萃取法、酸解法、離子交換法和微生物法是目前提取果膠的主要方法[10-14]，存在耗時長、提取率低、能耗高等問題。酶法是將能夠水解果膠的酶類物質(zhì)提取出來以發(fā)揮酶的高效性和專一性，用酶適當(dāng)處理后，由于細(xì)胞壁降解，可提高果膠得率、簡化工藝。本課題采用果膠酶法提取黃秋葵花中的果膠，并在單因素試驗的基礎(chǔ)上，用正交試驗對果膠的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期為生產(chǎn)實踐提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗儀器有FA2004型電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）；HH-S2恒溫水浴鍋（金壇市成輝儀器廠）；GZX-9146 MBE 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；LD4-2A離心機（北京醫(yī)用離心機廠）。

供試材料為黃秋葵干果。試驗藥品為果膠酶、鹽酸、無水乙醇，其中鹽酸、無水乙醇均為分析純，所用水均為蒸餾水。

1.2 試驗方法

1.2.1 試樣制備。將黃秋葵果實去蒂切碎成小塊，于干燥箱內(nèi)低溫烘至恒質(zhì)量；將干燥后的黃秋葵果塊粉碎，待用。

1.2.2 果膠提取及計算。具體包括：①提取。取粉碎過的黃秋葵粉1.000 0 g，按照一定料液比加入含酶提取液，在一定溫度恒溫水浴中提取一定時間，后用紗布過濾，收集濾液[15]。②醇沉。待濾液冷卻后，在不斷攪拌下加入等體積的無水乙醇；析出絮狀沉淀后靜置一定時間；采用離心機進(jìn)行固液分離，轉(zhuǎn)速4 000 r/min，時間5 min，收集沉淀；沉淀用無水乙醇洗滌2～3次，回收乙醇，在50 ℃條件下烘干。③提取率計算。以重量法求出從黃秋葵中提取的果膠質(zhì)量，并計算提取率，公式如下：

提取率（%）=■×100

式中，m為果膠干重；w為黃秋葵樣品質(zhì)量[15]。

1.2.3 單因素試驗。具體包括：①料液比對黃秋葵果膠提取率的影響。在加酶量6 500 U/g、浸提溫度50 ℃、浸提時間30 min和pH值為4的條件下，分別按照料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50進(jìn)行黃秋葵果膠的提取，研究料液比對黃秋葵果膠得率的影響[16-17]。②pH值對黃秋葵果膠提取率的影響。在加酶量6 500 U/g、浸提溫度50 ℃、浸提時間30 min、料液比1∶30（g∶mL）的條件下，分別按照pH值為1、2、3、4、5進(jìn)行黃秋葵果膠的提取，研究浸提pH值對黃秋葵果膠得率的影響。③浸提溫度對黃秋葵果膠提取率的影響。在加酶量6 500 U/g、浸提時間 30 min、pH值為4、料液比1∶30（g∶mL）的條件下，分別按照浸提溫度 30、40、50、60、70 ℃進(jìn)行黃秋葵果膠的提取，研究浸提溫度對黃秋葵果膠得率的影響。④浸提時間對黃秋葵果膠提取率的影響。在加酶量6 500 U/g、浸提溫度50 ℃、pH值為4、料液比1∶30（g∶mL）的條件下，分別按照浸提時間20、25、30、35、40 min進(jìn)行黃秋葵果膠的提取[18-19]，研究浸提時間對黃秋葵果膠得率的影響。⑤加酶量對黃秋葵果膠提取率的影響。在浸提溫度50 ℃、浸提時間30 min、pH值為4、料液比1∶30（g∶mL）的條件下，分別按照加酶量5 500、6 000、6 500、7 000、7 500 U/g進(jìn)行黃秋葵果膠的提取，研究加酶量對黃秋葵果膠得率的影響。

1.2.4 正交試驗。選取4個因素（加酶量、料液比、浸提溫度、浸提時間）進(jìn)行正交試驗[20]。具體如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 料液比對黃秋葵果膠提取率的影響。從圖1可以看出，隨料液比的增大果膠提取率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當(dāng)料液比為1∶30時果膠提取率達(dá)到最大。當(dāng)料液比大于1∶30時果膠提取率逐漸減小。這是因為萃取劑量過少不利于果膠順利轉(zhuǎn)移至液相中[1]；萃取劑量過大，導(dǎo)致果膠濃度小，不利于果膠析出，給后面的操作帶來困難。因此，最佳料液比為1∶30。

2.1.2 pH值對黃秋葵果膠提取率的影響。從圖2可以看出，萃取液pH值為4時果膠提取率最大。當(dāng)pH值大于4時，由于酸解強度較弱，果膠產(chǎn)量下降[1，4]；pH值小于4時，果膠會因水解太強烈而脫脂裂解，產(chǎn)量更低。因此，選取最佳pH值為4。

2.1.3 浸提溫度對黃秋葵果膠提取率的影響。從圖3可以看出，適當(dāng)升高浸提溫度，有助于提高黃秋葵果膠的得率，浸提溫度升高到50 ℃時的果膠得率最大，之后下降。溫度對果膠提取的影響較大，主要有2個原因。一是酶具有最適作用溫度[16]。二是浸提溫度過高，可能會加快水溶性果膠降解為半乳糖醛酸[1]，從而降低果膠得率；浸提溫度低時，原果膠水解不徹底，不利于水溶性果膠的提取[2-3]。因此，浸提最適溫度為50 ℃。

2.1.4 浸提時間對黃秋葵果膠提取率的影響。從圖4可以看出，在一定時間范圍內(nèi)，延長浸提時間有助于增大果膠提取率，在30 min時果膠提取率最大。低于30 min時原果膠尚未完全被酸解成水溶性果膠[2-3]；若浸提時間過長，果膠會被分解，致使果膠提取率降低[1]。因此，浸提最佳時間為30 min。

2.1.5 加酶量對黃秋葵果膠提取率的影響。從圖5可以看出，加果膠酶對果膠產(chǎn)率的提高有積極作用，當(dāng)果膠酶用量為6 500 U/g時，果膠提取產(chǎn)率最高，高于和低于這個活度，果膠的產(chǎn)率均降低。這是因為果膠酶用量過低時，原果膠轉(zhuǎn)化不完全，而用量過高，會產(chǎn)生過度降解問題。因此，果膠酶6 500 U/g為最佳用量。

2.2 最佳工藝條件組合試驗

如表2所示，用極差分析法分析試驗結(jié)果，不考慮各因素之間的相互影響[17]，發(fā)現(xiàn)影響果膠提取率的主要因素主次順序為加酶量（A）>浸提時間（D）>料液比（B）>浸提溫度（C）。各條件的最優(yōu)值分別為加酶量7 000 U/g、料液比1∶20、浸提溫度40 ℃、浸提時間35 min。最優(yōu)組合為4個最優(yōu)水平的組合。

3 結(jié)論與討論

以黃秋葵為原料，用果膠酶提取果膠，探討加酶量、料液比、浸提溫度、浸提時間、pH 值對果膠提取率的影響[1-3]。正交試驗結(jié)果表明，影響果膠得率的因素由主到次依次是加酶量、浸提時間、料液比、浸提溫度。然而關(guān)于pH值對果膠提取率的影響大小未進(jìn)行探討。最佳工藝條件為加酶量為7 000 U/g、料液比為1∶20、浸提溫度為40 ℃、浸提時間為35 min。在此條件下，黃秋葵果膠的得率為14.90%。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 李加興，石春誠，馬浪，等.黃秋葵果膠理化特性的研究[J].食品科學(xué)，2015（17）：104-108.

[2] 黃誠，黃孜雨，尹紅.酸解鹽析法提取黃秋葵中的果膠研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015（11）：294-296.

[3] 李加興，覃敏杰，吳越，等.響應(yīng)面法優(yōu)化黃秋葵果膠微波輔助提取工藝[J].食品科學(xué)，2013（14）：12-16.

[4] 于英杰.黃秋葵的栽培技術(shù)[J].農(nóng)村新技術(shù)，2004（3）：10-11.

[5] 劉娜.黃秋葵的綜合利用及前景[J].中國食物與營養(yǎng)，2007，13（6）：27-29.

[6] 任丹丹，陳谷.黃秋葵多糖的提取，分離及其體外結(jié)合膽酸鹽能力的分析[J].食品科學(xué)，2010（18）：110.

[7] 杜林，黃鴻志，王雅茜.鉛中毒及其防治研究進(jìn)展[J].廣東微量元素科學(xué)，2001，21（6）：16-25.

[8] CAFFALL K H，MOHNEN D.The structure，function，and biosynthesis of plant cell wall pectic polysaccharides[J].Carbohydrate Research，2009， 344：1879-1900.

[9] 周倩，何小維，羅志剛.果膠的制備及其應(yīng)用[J].食品工業(yè)科技，2007，28（9）：240-243.

[10] 張孟琴，劉占朝，張軍.野果果膠提取及發(fā)展前景研究進(jìn)展[J].河南林業(yè)科技，2006，26（1）：19-21.

[11] MUNARIN F，TANZI M C，PETRINI P.Advances in biomedical applic-ations of pectin gels[J].International Journal of Biological Macromolecules，2012，51：681-689.

[12] 田三德，任紅濤.果膠生產(chǎn)技術(shù)工藝現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].食品科技，2003，28（1）：53-55.

[13] 孫元琳，湯堅.果膠類多糖的研究進(jìn)展[J].食品與機械，2004，20（ 6）：60-63.

[14] 趙偉良.鐵鹽沉淀法從柑橘皮中提取果膠[J].化學(xué)世界，1995（ 4）：215-217.

[15] 劉鐘棟.微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1998：154-156.

[16] KRATCHANOYA M，PANCHEV I，PAVLOVA E，et al.Extraction of pec-tion from fruit materials pretreated in an electromagnetic field of super-high frequency[J].Carbohydrate Polymer，1994，25：141-144.

[17] 肖凱軍，陳健，李巧玲，等.高頻電磁場強化浸取果膠的研究[J].食品科學(xué)，2001，22（3）：50-52.

[18] 黃誠，黃孜雨，尹紅.酸解鹽析法提取黃秋葵中的果膠研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015（11）：294-296.

[19] 韓冬梅，廖小軍，李淑燕，等.酶法制取橙皮果膠的研究[J].食品工業(yè)科技，2011，32（2）：183-186.

[20] 郝拉娣，張嫻，劉琳.科技論文中正交試驗結(jié)果分析方法的使用[J].編輯學(xué)報，2007，18（10）：11-25.