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黄秋葵中果胶提取工艺研究

吴建花+尹红+黄诚

摘要 以黄秋葵为原料，采取酶法提取其果胶，对提取条件进行工艺优化。分别讨论了浸提温度、加酶量、料液比、浸提时间及pH值对提取黄秋葵果胶得率的影响，在单因素的基础上，通过正交试验，确定影响果胶提取率的主次因素。结果表明，黄秋葵果胶提取的最佳工艺条件为加酶量为7 000 U/g、料液比为1∶20、浸提温度为40 ℃、浸提时间为35 min，在此条件下，果胶的提取率为14.90%。
关键词 黄秋葵；果胶酶；果胶；工艺优化
TS20 A 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
黄秋葵又名秋葵、补肾草、咖啡葵等，属于锦葵科（Mal-vaceae）秋葵属 （Abelmoschus Medicus）咖啡黄葵的根、叶、花、种子[1]。原产于非洲，现在热带和亚热带地区广泛栽培。黄秋葵含有蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、膳食纤维、黄酮及多糖等，黄秋葵在美国、日本分别被称为“植物伟哥” “绿色人参”[2]，其嫩果、叶、芽、花均可食用[3]。
俄罗斯专家经研究后指出，果胶及含果胶的食物能促进胃肠道中的铅、汞、锰及铍的排放。不论是在接触铅之前还是在接触中，食用果胶均能起到防止铅中毒的作用[4]。
果胶广泛存在于高等植物的果实、根、茎、叶中[5-6]，具有良好的乳化、增稠、稳定和胶凝作用，以及良好的抗菌、止血、抗腹泻、抗癌、降血脂、治疗糖尿病和减肥等功效。因此，果胶被广泛应用于多种领域[7-8]。据不完全统计，我国每年消耗果胶超过1 500 t，其中 80%为国外进口[9]。因此，研究果胶生产工艺、提高果胶产量、开发优质果胶资源已迫在眉睫。
微波萃取法、酸解法、离子交换法和微生物法是目前提取果胶的主要方法[10-14]，存在耗时长、提取率低、能耗高等问题。酶法是将能够水解果胶的酶类物质提取出来以发挥酶的高效性和专一性，用酶适当处理后，由于细胞壁降解，可提高果胶得率、简化工艺。本课题采用果胶酶法提取黄秋葵花中的果胶，并在单因素试验的基础上，用正交试验对果胶的提取工艺进行优化，以期为生产实践提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验仪器有FA2004型电子天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）；HH-S2恒温水浴锅（金坛市成辉仪器厂）；GZX-9146 MBE 电热恒温鼓风干燥箱（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；LD4-2A离心机（北京医用离心机厂）。
供试材料为黄秋葵干果。试验药品为果胶酶、盐酸、无水乙醇，其中盐酸、无水乙醇均为分析纯，所用水均为蒸馏水。
1.2 试验方法
1.2.1 试样制备。将黄秋葵果实去蒂切碎成小块，于干燥箱内低温烘至恒質量；将干燥后的黄秋葵果块粉碎，待用。
1.2.2 果胶提取及计算。具体包括：①提取。取粉碎过的黄秋葵粉1.000 0 g，按照一定料液比加入含酶提取液，在一定温度恒温水浴中提取一定时间，后用纱布过滤，收集滤液[15]。②醇沉。待滤液冷却后，在不断搅拌下加入等体积的无水乙醇；析出絮状沉淀后静置一定时间；采用离心机进行固液分离，转速4 000 r/min，时间5 min，收集沉淀；沉淀用无水乙醇洗涤2～3次，回收乙醇，在50 ℃条件下烘干。③提取率计算。以重量法求出从黄秋葵中提取的果胶质量，并计算提取率，公式如下：
提取率（%）=■×100
式中，m为果胶干重；w为黄秋葵样品质量[15]。
1.2.3 单因素试验。具体包括：①料液比对黄秋葵果胶提取率的影响。在加酶量6 500 U/g、浸提温度50 ℃、浸提时间30 min和pH值为4的条件下，分别按照料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50进行黄秋葵果胶的提取，研究料液比对黄秋葵果胶得率的影响[16-17]。②pH值对黄秋葵果胶提取率的影响。在加酶量6 500 U/g、浸提温度50 ℃、浸提时间30 min、料液比1∶30（g∶mL）的条件下，分别按照pH值为1、2、3、4、5进行黄秋葵果胶的提取，研究浸提pH值对黄秋葵果胶得率的影响。③浸提温度对黄秋葵果胶提取率的影响。在加酶量6 500 U/g、浸提时间 30 min、pH值为4、料液比1∶30（g∶mL）的条件下，分别按照浸提温度 30、40、50、60、70 ℃进行黄秋葵果胶的提取，研究浸提温度对黄秋葵果胶得率的影响。④浸提时间对黄秋葵果胶提取率的影响。在加酶量6 500 U/g、浸提温度50 ℃、pH值为4、料液比1∶30（g∶mL）的条件下，分别按照浸提时间20、25、30、35、40 min进行黄秋葵果胶的提取[18-19]，研究浸提时间对黄秋葵果胶得率的影响。⑤加酶量对黄秋葵果胶提取率的影响。在浸提温度50 ℃、浸提时间30 min、pH值为4、料液比1∶30（g∶mL）的条件下，分别按照加酶量5 500、6 000、6 500、7 000、7 500 U/g进行黄秋葵果胶的提取，研究加酶量对黄秋葵果胶得率的影响。
1.2.4 正交试验。选取4个因素（加酶量、料液比、浸提温度、浸提时间）进行正交试验[20]。具体如表1所示。
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 料液比对黄秋葵果胶提取率的影响。从图1可以看出，随料液比的增大果胶提取率呈现先增加后减小的趋势，当料液比为1∶30时果胶提取率达到最大。当料液比大于1∶30时果胶提取率逐渐减小。这是因为萃取剂量过少不利于果胶顺利转移至液相中[1]；萃取剂量过大，导致果胶浓度小，不利于果胶析出，给后面的操作带来困难。因此，最佳料液比为1∶30。
2.1.2 pH值对黄秋葵果胶提取率的影响。从图2可以看出，萃取液pH值为4时果胶提取率最大。当pH值大于4时，由于酸解强度较弱，果胶产量下降[1，4]；pH值小于4时，果胶会因水解太强烈而脱脂裂解，产量更低。因此，选取最佳pH值为4。
2.1.3 浸提温度对黄秋葵果胶提取率的影响。从图3可以看出，适当升高浸提温度，有助于提高黄秋葵果胶的得率，浸提温度升高到50 ℃时的果胶得率最大，之后下降。温度对果胶提取的影响较大，主要有2个原因。一是酶具有最适作用温度[16]。二是浸提温度过高，可能会加快水溶性果胶降解为半乳糖醛酸[1]，从而降低果胶得率；浸提温度低时，原果胶水解不彻底，不利于水溶性果胶的提取[2-3]。因此，浸提最适温度为50 ℃。
2.1.4 浸提时间对黄秋葵果胶提取率的影响。从图4可以看出，在一定时间范围内，延长浸提时间有助于增大果胶提取率，在30 min时果胶提取率最大。低于30 min时原果胶尚未完全被酸解成水溶性果胶[2-3]；若浸提时间过长，果胶会被分解，致使果胶提取率降低[1]。因此，浸提最佳时间为30 min。
2.1.5 加酶量对黄秋葵果胶提取率的影响。从图5可以看出，加果胶酶对果胶产率的提高有积极作用，当果胶酶用量为6 500 U/g时，果胶提取产率最高，高于和低于这个活度，果胶的产率均降低。这是因为果胶酶用量过低时，原果胶转化不完全，而用量过高，会产生过度降解问题。因此，果胶酶6 500 U/g为最佳用量。
2.2 最佳工艺条件组合试验
如表2所示，用极差分析法分析试验结果，不考虑各因素之间的相互影响[17]，发现影响果胶提取率的主要因素主次顺序为加酶量（A）>浸提时间（D）>料液比（B）>浸提温度（C）。各条件的最优值分别为加酶量7 000 U/g、料液比1∶20、浸提温度40 ℃、浸提时间35 min。最优组合为4个最优水平的组合。
3 結论与讨论
以黄秋葵为原料，用果胶酶提取果胶，探讨加酶量、料液比、浸提温度、浸提时间、pH 值对果胶提取率的影响[1-3]。正交试验结果表明，影响果胶得率的因素由主到次依次是加酶量、浸提时间、料液比、浸提温度。然而关于pH值对果胶提取率的影响大小未进行探讨。最佳工艺条件为加酶量为7 000 U/g、料液比为1∶20、浸提温度为40 ℃、浸提时间为35 min。在此条件下，黄秋葵果胶的得率为14.90%。
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-全文完-