微波輔助提取南瓜多糖工藝的研究

王艷玲，高云碧

（沈陽工業(yè)大學(xué)遼陽校區(qū)石油化工學(xué)院，遼寧遼陽111003）

微波輔助提取南瓜多糖工藝的研究

王艷玲，高云碧

（沈陽工業(yè)大學(xué)遼陽校區(qū)石油化工學(xué)院，遼寧遼陽111003）

傳統(tǒng)提取南瓜多糖的工藝方法有著很多的不足，如多糖收率不高、萃取時間長等。微波輔助萃取工藝被稱為“綠色工藝”，不但最終產(chǎn)品的收率高，還具有縮短時間、節(jié)約資源等特點(diǎn)。基于此，通過改變微波功率、微波萃取時間、樣品溶液的水浴溫度及液固比（蒸餾水與南瓜干粉的體積比）等條件，進(jìn)行微波輔助提取工藝研究。結(jié)果表明，調(diào)整微波功率為600W，固液比為1∶30，微波時間為3m in，水浴溫度50℃，提取出的南瓜多糖平均產(chǎn)率為19.59%，符合其驗(yàn)證試驗(yàn)要求。

南瓜；南瓜多糖；微波萃取

南瓜中的多糖類物質(zhì)是從南瓜中提取，從而獲得的一種雜多糖，可溶于水，主要由D-半乳糖、葡萄糖、L-阿拉伯糖、木糖和D-葡萄糖醛酸等單糖構(gòu)成，是南瓜子中重要的組成成分之一。南瓜中的多糖物質(zhì)具有調(diào)節(jié)人體身體免疫，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)核酸與蛋白質(zhì)的生物合成，嚴(yán)格控制細(xì)胞分裂和分化，調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長與衰老等眾多重要功能。南瓜中的多糖類物質(zhì)不僅可以應(yīng)用于醫(yī)療、保健和功能特性食品等領(lǐng)域，還可以研制成綠色生物醫(yī)藥，具有十分可觀的市場效益和遠(yuǎn)景。

傳統(tǒng)提取南瓜多糖的工藝方法有著很多的不足，如多糖收率不高、萃取時間長等。微波輔助提取法是新興的一種萃取方法，被稱為“綠色工藝”，與已知的萃取方法相比，該方法具有選擇性高、萃取效率高、節(jié)約能源的一系列優(yōu)點(diǎn)[1]。基于此，采用微波輔助提取的方法進(jìn)行工藝研究。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

南瓜，購于當(dāng)?shù)爻?；丙酮、石油醚、纖維素酶、無水乙醇等，均為分析純。

微波爐（廣東美的），水浴鍋，離心機(jī)（上海），粉碎機(jī)，電子分析天平（沈陽），循環(huán)水抽濾泵、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（鞏義）。

1.2多糖提取流程

購買試驗(yàn)所用的南瓜，去皮，切塊，再加入到電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，去除南瓜中所含的水分后，加入研缽中研成固體粉末，過60目篩，裝瓶備用；用分析天平量取一定量的南瓜干粉，加入適量蒸餾水溶解，再注入配置好的纖維素酶溶液（1%）20mL，水浴加熱后，在微波的條件下加熱提取，然后把提取液離心，取上層清液，加入無水乙醇，放入冰箱中，靜置過夜，離心，再用循環(huán)水抽濾泵抽濾，將得到表面含有南瓜多糖的濾紙放入干燥箱中，調(diào)至80℃，待乙醇完全蒸發(fā)后，得到白色粉末狀多糖產(chǎn)品。由定性實(shí)驗(yàn)可知，白色粉末可溶于水，尤其易溶于熱水，不溶于二甲基亞砜、乙醇、乙醚、丙酮；Molish反應(yīng)和蒽酮-硫酸反應(yīng)呈陽性，說明白色粉末中含有多糖。

2　試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1單因素實(shí)驗(yàn)

影響南瓜多糖提取率的因素有很多，現(xiàn)選取4個因素作為考察對象，分別是微波功率、微波時間、水浴溫度和料液比。

2.1.1微波功率對南瓜多糖提取率的影響

由表1可以得出，微波萃取選擇在400～600W時，南瓜多糖的提取率呈明顯上升趨勢。但當(dāng)微波功率提升至600W以上時，隨著微波萃取功率的提高，南瓜多糖的收率顯著下降。這是因?yàn)槲⒉ㄝ腿」β实陀?00W以下，隨著微波萃取功率的提升，提取液接受的輻射能量顯著增高，對于整個提取液體系溫度的提升較快，同時也顯著提升了南瓜細(xì)胞分子細(xì)胞壁的破壁力，加快了提取液中溶質(zhì)與溶劑充分接觸的速率。這對南瓜細(xì)胞中活性組成成分的浸出有很大的好處，從而使南瓜多糖的提取率提高。當(dāng)微波萃取功率提升至600W以上時，提取液隨著微波萃取功率的增加，南瓜多糖收率的急速下降。這是由于微波萃取功率的提高，細(xì)胞中的水溶性物質(zhì)也被轉(zhuǎn)移到萃取液中，降低了南瓜多糖在水中的溶解度。還有一種可能就是，隨著微波萃取功率的提升，改變了細(xì)胞內(nèi)多糖類物質(zhì)的穩(wěn)定性，使南瓜多糖發(fā)生反應(yīng)，變?yōu)閱翁腔蚱渌镔|(zhì)，從而造成多糖提取率下降。綜上所述，證明該試驗(yàn)最佳微波提取功率為600W。

表1　功率對提取率的影響

2.1.2微波萃取時間對南瓜多糖提取的影響

由表2可以得出，提取率隨著萃取時間的逐漸增加，在4min時到達(dá)的最高點(diǎn)。原因有兩方面：一是南瓜細(xì)胞分子接收了微波釋放出的能量，提高了細(xì)胞內(nèi)部的溫度和壓力，使南瓜多糖在乙醇中的萃取速度增大；二是南瓜細(xì)胞分子表面的孔徑的變大，這對南瓜多糖類物質(zhì)從內(nèi)部轉(zhuǎn)移到外部的溶劑中很有利。在萃取時間到達(dá)4min后，隨著萃取時間的繼續(xù)增加，南瓜多糖的收率顯著下降，一種原因是由于萃取時間的增加，降低了提取液內(nèi)一些反應(yīng)的活化能，使細(xì)胞內(nèi)形成了其他反應(yīng)，從而使多糖分子像溶劑中的轉(zhuǎn)移速率顯著降低；另一種原因是由于蛋白質(zhì)在接收了微波所輻射的能量后，蛋白質(zhì)的性質(zhì)改變，吸附在南瓜細(xì)胞的細(xì)胞壁上，導(dǎo)致南瓜多糖活性成分的轉(zhuǎn)移速度減慢，即產(chǎn)品收率降低。綜上所述，證明該試驗(yàn)最佳提取時間為4min。

表2　微波萃取時間對提取率的影響

2.1.3水浴溫度對南瓜多糖提取率的影響

由表3可以得出，當(dāng)水浴溫度低于50℃時，隨著水浴溫度的增加，南瓜多糖提取率顯著升高；當(dāng)水浴溫度達(dá)到50℃后，提取率達(dá)到峰值；然而升高至50℃以后，南瓜多糖提取率迅速下降。這是因?yàn)樵谔崛∫褐屑尤氲睦w維素酶溶液，有著自己最適宜的反應(yīng)活性溫度，適宜的溫度為酶提供了能量，提升了纖維素酶對細(xì)胞壁的破壁能力，促使南瓜多糖從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移到溶劑中，而且適宜的溫度也為整個提取液提供了能量，使提取液中活性組成成分的反應(yīng)速率變快，從而加快了南瓜多糖分子從細(xì)胞內(nèi)部向溶液擴(kuò)散速率，即南瓜多糖提取率顯著上升。但隨溫度升高至50℃以后，纖維素酶顯示出了酶的特性，即部分甚至全部纖維素酶失去反應(yīng)活性。由于反應(yīng)活化能的降低，酶促反應(yīng)的速率受到了影響，同時也減慢了南瓜多糖向細(xì)胞外部擴(kuò)散的速率。綜上所述，證明該試驗(yàn)最佳提取溫度為50℃。

表3　水浴溫度對提取率的影響

2.1.4液固比對南瓜多糖提取率的影響

由表4可以得出，液固比的用量不同，產(chǎn)品收率也有相應(yīng)的差異。當(dāng)液固比小于40∶1時，隨著樣品溶液的液固比增大，南瓜多糖提取率顯著上升。即樣品溶液的液固比越大，南瓜多糖提取率也會相應(yīng)的提升。原因是樣品液溶的體積越多，越可以使南瓜分子與蒸餾水的接觸越充分。即在同樣的時間段內(nèi)，南瓜分子會釋放出更多的水溶性南瓜多糖，使提取率增大。當(dāng)提取液液固比大于40∶1時，南瓜多糖提取率的逐漸下降。這是由于提取液中隨著加入的溶劑體積增多，在同樣溫度、同樣時間的條件下，微波所輻射的提取液大于150mL，即微波的能量未被提取液充分吸收，從而導(dǎo)致南瓜多糖未被充分浸出，即南瓜多糖提取率下降。綜上所述，證明該試驗(yàn)最佳提取液固比為40∶1。

表4　液固比對提取率的影響

2.2微波法提取南瓜多糖多因素正交試驗(yàn)結(jié)果

為了考察試驗(yàn)因素對試驗(yàn)結(jié)果的綜合影響，在前面所做的單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計四因素三水平的正交試驗(yàn)，并對結(jié)果進(jìn)行極差分析，以此確定微波法提取南瓜多糖的最佳提取條件。南瓜多糖正交試驗(yàn)因素與水平見表5，南瓜多糖提取條件正交試驗(yàn)結(jié)果分析見表6。

從正交試驗(yàn)結(jié)果（見表6）可知，R3＞R2＞R1＞R4，既影響南瓜多糖提取率因素的大小順序?yàn)樗囟龋疚⒉ㄝ腿r間＞微波功率＞液固比。通過極差分析表明：液固比對多糖提取效果的影響最小。通過南瓜多糖提取條件正交試驗(yàn)結(jié)果表明：最優(yōu)組合為A2B1C2D1。即微波法提取南瓜多糖的最佳條件為：在其他條件不變的基礎(chǔ)上，選擇微波功率為600W，微波萃取時間為3min，水浴溫度為50℃，液固比為30:1。在此最佳條件下驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見表7。

表5　南瓜多糖正交實(shí)驗(yàn)因素與水平

表6　南瓜多糖提取條件正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表7　驗(yàn)證性試驗(yàn)

3　結(jié)論

試驗(yàn)中，以最佳的試驗(yàn)條件為基礎(chǔ)試驗(yàn)條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，即調(diào)整微波功率為600W，固液比為1：30，微波時間為3min，水浴溫度50℃。最后通過對提取出來的多糖量進(jìn)行產(chǎn)率計算，得出其產(chǎn)率分別達(dá)到20.39%和18.79%，平均值產(chǎn)率19.59%。符合其驗(yàn)證試驗(yàn)要求，因此為可以作為最優(yōu)條件。

[1]王翀,徐雅琴.微波輔助兌取南瓜胡蘆巴堿工藝的優(yōu)化[J].食品工業(yè)科技,2009,31(1):258-263.

Study on Microwave Assisted Extraction Technology of Pumpkin Polysaccharide

Wang Yan-ling,Gao Yun-bi
(College of Petroleum and Chemical Engineering,Liaoyang Campus,Shenyang University of Technology,Liaoning Liaoyang 111003)

The traditional technology of extraction methods of pumpkin polysaccharide has many shortcomings,such as the polysaccharide yield is not high,extraction time is long,etc. Microwave aided extraction process is known as the "green technology",not only the final product yield high,also the time is shortened,resource conservation,etc. Based on this,through changing the microwave power,microwave extraction time,water bath temperature of the sample solution and liquid-solid ratio (volume ratio of distilled water to pumpkin powder),microwave assisted extraction technology was studied. The results showed that the adjustment of the microwave power was 600W,solid-liquid ratio was 1∶30,microwave time was 3min,temperature was 50℃,the average yield of pumpkin polysaccharide extract was 19.59%,which meet the requirements of its validation test.

Pumpkin; Pumpkin polysaccharide; Microwave extraction

TQ28

A

2096-0387（2016）05-0027-03

王艷玲（1978-），女，遼寧海城人，碩士，講師，研究方向：天然產(chǎn)物提取。