馬蘭頭中β-胡蘿卜素酶法提取工藝的研究

李西騰，孟秀梅，趙瑞玉，張佳佳

(江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品學(xué)院，江蘇 淮安 223003)

馬蘭頭(KalimerisindicaL.)又名馬蘭、雞兒腸、田邊菊，是菊科草本植物，以嫩莖葉供食，我國(guó)江、浙一帶以此作為蔬菜食用[1-4]。馬蘭頭營(yíng)養(yǎng)豐富，含有蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、黃酮、維生素、礦物質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)成分[5-9]。具有清熱解毒、利濕、利尿、止血、散結(jié)消腫等功效[10-12]。β-胡蘿卜素屬于類胡蘿卜素，具有強(qiáng)氧化性，天然β-胡蘿卜素具有多種生理功能：高效猝滅單線態(tài)氧、清除自由基、防癌、抗癌、防輻射、抗衰老等。在食品中可以作為食品著色劑、營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑和抗氧化劑使用[13-17]，在調(diào)味品行業(yè)，β-胡蘿卜素主要作為食品著色劑使用，如應(yīng)用于食醋、復(fù)合調(diào)味料及調(diào)味醬等調(diào)味食品中[18-20]。目前已有提取馬蘭頭多糖、黃酮[21-23]、總?cè)芠24]、生物堿[25]等的相關(guān)研究，但對(duì)其β-胡蘿卜素的研究甚少，本實(shí)驗(yàn)以馬蘭頭為原料，利用果膠酶與纖維素酶提取β-胡蘿卜素，通過正交試驗(yàn)對(duì)提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為馬蘭頭β-胡蘿卜素在食品加工中的利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬蘭頭：購(gòu)于洪澤農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。

吐溫-80(分析純) 無錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司；果膠酶 深圳恒生生物科技有限公司；纖維素酶 寧夏和氏璧生物工程有限公司；氫氧化鈉 安徽蕪湖化學(xué)試劑廠。

恒溫水浴鍋 北京科偉永興儀器有限公司；分光光度計(jì) 瑞豐儀表有限公司；恒溫干燥箱 豪城儀器設(shè)備有限公司；粉碎機(jī) 浙江屹立工貿(mào)有限公司；電子天平 上海耀華有限公司；精密酸度計(jì) 杭州奧立龍儀器有限公司；離心機(jī) 湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 馬蘭頭中β-胡蘿卜素提取工藝流程馬蘭頭莖葉清洗→晾干→烘干→粉碎→稱量→加入吐溫-80溶液→用果膠酶、纖維素酶提取β-胡蘿卜素→離心過濾→取上清液測(cè)定β-胡蘿卜素含量。

1.2.2 β-胡蘿卜素的提取與含量測(cè)定

稱取5 g馬蘭頭，加入0.2 mL的吐溫-80溶液，加入適量的果膠酶和纖維素酶，放入水浴鍋，浸提一定時(shí)間后，抽濾，調(diào)節(jié)pH為6.0，濾液在450 nm的吸光度下測(cè)定，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出β-胡蘿卜素的含量[26]。

式中：C為β-胡蘿卜素的濃度；V為提取液的體積；N為稀釋倍數(shù)；M為樣品質(zhì)量。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

分別以果膠酶(0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%)，纖維素酶(0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%)，時(shí)間(1，1.5，2，2.5，3 h)、溫度(30，40，50，60，70 ℃)4個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，研究各因素對(duì)馬蘭頭中β-胡蘿卜素提取量的影響。

1.2.4 正交試驗(yàn)

將果膠酶用量、纖維素酶用量、提取時(shí)間、提取溫度作為試驗(yàn)因素，進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，以β-胡蘿卜素提取量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)從馬蘭頭中提取β-胡蘿卜素的工藝進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 1 Orthogonal test design

2 結(jié)果與分析

2.1 β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)曲線

β-胡蘿卜素的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

圖1 β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of β-carotene

由圖1可知，吸光度與β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度之間的回歸方程式為：y=0.1057x+0.0233，R2=0.9992。

2.2 果膠酶用量對(duì)β-胡蘿卜素提取量的影響

不同的果膠酶用量對(duì)馬蘭頭中β-胡蘿卜素提取量的影響結(jié)果見圖2。

圖2 果膠酶用量對(duì)β-胡蘿卜素提取量的影響Fig.2 Effect of pectinase dosage on β-carotene extraction

由圖2可知，果膠酶用量為0.8%時(shí)提取量最高，果膠酶用量再增加，提取量開始下降，所以，選擇果膠酶用量為0.8%。

2.3 纖維素酶用量對(duì)β-胡蘿卜素提取量的影響

纖維素酶用量對(duì)β-胡蘿卜素提取量的影響結(jié)果見圖3。

圖3 纖維素酶用量對(duì)β-胡蘿卜素提取量的影響Fig.3 Effect of cellulase dosage on β-carotene extraction

由圖3可知，纖維素酶用量達(dá)到0.8%時(shí)，β-胡蘿卜素的提取量最大，纖維素酶用量繼續(xù)增加，β-胡蘿卜素提取量開始下降。故此，確定纖維素酶用量為0.8%。

2.4 提取時(shí)間對(duì)β-胡蘿卜素提取量的影響

不同提取時(shí)間對(duì)馬蘭頭中β-胡蘿卜素提取量的影響結(jié)果見圖4。

圖4 提取時(shí)間對(duì)β-胡蘿卜素提取量的影響Fig.4 Effect of extraction time on β-carotene extraction

由圖4可知，在提取時(shí)間達(dá)到2.5 h時(shí)，β-胡蘿卜素的提取量最高，超過該時(shí)間后提取量開始下降。因此，選擇提取時(shí)間為2.5 h。

2.5 提取溫度對(duì)β-胡蘿卜素提取量的影響

不同提取溫度對(duì)馬蘭頭中β-胡蘿卜素提取量的影響結(jié)果見圖5。

圖5 提取溫度對(duì)β-胡蘿卜素提取量的影響Fig.5 Effect of extraction temperature on β-carotene extraction

由圖5可知，當(dāng)溫度在50 ℃時(shí)，馬蘭頭中β-胡蘿卜素的提取量最大，超過50 ℃，提取量開始下降，可能是因?yàn)樵谳^高溫度條件下，酶的作用減弱，β-胡蘿卜素不穩(wěn)定，易降解。因此，選擇提取溫度為50 ℃。

2.6 β-胡蘿卜素提取工藝的優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行四因素三水平的正交試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Orthogonal test design and results

由表2可知，各因素的影響次序?yàn)镈>C>A>B，即溫度>時(shí)間>果膠酶用量>纖維素酶用量。由表2可知，提取工藝的最優(yōu)組合為A3B1C1D3，即果膠酶用量為1.0%，纖維素酶用量為0.6%，時(shí)間為2.0 h，溫度為60 ℃。

表3 正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果Table 3 Variance analysis of orthogonal test results

注：“*”表示差異顯著(P<0.05)，“**”表示差異極顯著(P<0.01)。

由表3可知，提取溫度對(duì)β-胡蘿卜素提取量的影響極顯著，果膠酶用量和時(shí)間對(duì)β-胡蘿卜素提取量的影響顯著。以正交試驗(yàn)所得到的最佳條件進(jìn)行試驗(yàn)，通過計(jì)算得到β-胡蘿卜素的提取量為2.778 mg/g，高于正交表中的試驗(yàn)結(jié)果，說明采用正交法得到的優(yōu)化結(jié)果可靠。

3 結(jié)論

采用酶法提取馬蘭頭中的β-胡蘿卜素，提取的最佳工藝條件為果膠酶用量1.0%，纖維素酶用量0.6%，時(shí)間2.0 h，溫度60 ℃，在此條件下馬蘭頭中胡蘿卜素提取的效率最高。