水绵叶绿素、果胶连续提取的工艺研究

袁 玲,姜益泉

(湖北工程学院生命科学技术学院， 孝感 432000)

水绵(Spirogyra)是绿藻门接合藻纲水绵科水绵属植物，藻体由1列圆柱状细胞连成长丝状，细胞内富含叶绿素、矿物质和生物活性物质，表面有较多的果胶质；广布于池塘、沟渠、河流、湖泊和稻田[1]。水绵可作为某些鱼类的饵料，晒干可作为食物；入药有清热解毒的作用，用于丹毒、烫火伤。水绵大量繁殖时，大片生于水底或成团漂浮水面，危害水稻生长或渔业生产，也造成一些工厂管道的堵塞。

水绵中叶绿素含量高于陆生植物；果胶分布于细胞表面，易于提取。果胶和叶绿素在食品上用作增稠剂、着色剂，对保护皮肤、防止紫外线辐射、治疗创口有一定的作用[2-4]。本文研究提取剂、温度、提取时间、料液比等因素对水绵叶绿素和果胶提取的影响，利用正交实验优化水绵叶绿素和果胶提取的生产工艺，为变废为宝及生物资源的综合开发利用提供依据。

1 材料和方法

1.1 材料和仪器

水绵采于校园三声亭水池，清水洗去杂质，控干水分，105～110℃灭菌15min，分袋包装待用。

HH-4数显恒温水浴锅，752 N紫外可见分光光度计，微波炉，SENCO R205旋转蒸发仪。乙醇、丙酮、石油醚、盐酸等均为分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 叶绿素提取剂及叶绿素检测方法

称取2 g水绵6份，加入10 mL的不同溶剂密封浸泡3 d，确定最佳提取剂。分光光度法测定叶绿素含量[5-6]。

1.2.2 影响叶绿素提取效果主要因素的选择

对乙醇提取叶绿素的影响因素温度、时间、液料比进行单因子实验并设计正交试验确定叶绿素提取工艺[7]。

1.2.3 果胶提取

酸法提取[8]。将处理过的滤渣洗净乙醇，加水，用盐酸调pH值至1.5～2.5，微波加热一定时间，趁热过滤得果胶萃取液。用旋转蒸发仪在55℃～60℃的条件下，将萃取液的果胶浓缩，立即冷却用95%酒精使果胶沉淀析出，压榨干燥得果胶粉。正交试验确定果胶提取的料液比、微波功率、pH值和提取时间。

2 结果与分析

2.1 叶绿素提取剂及叶绿素提取液最大吸收波长的确定

6种溶剂提取水绵叶绿素的结果见表1。95%乙醇提取效果最好，浸提后水绵乳白色；75%乙醇、乙醇丙酮混合液次之，色素在水及石油醚中难溶。考虑到丙酮毒性及后续提取，选择95%乙醇作为浸提剂。

表1 不同溶剂对水绵色素的提取效果

95%乙醇浸提液紫外可见分光光度计扫描结果见图1。440nm 和 665nm 波长下叶绿素提取液有吸收峰。由于在浸提过程没有除杂，而这些杂质的最大吸收峰接近440nm，因此实验中以665nm 的OD值进行提取液吸光值的测定。

图1 水绵叶绿素可见分光吸收光谱

2.2 不同因素对水绵叶绿素提取的影响

2.2.1 料液比对叶绿素提取的影响 95%乙醇为提取剂考察料液比对叶绿素提取的影响，室温下暗处浸提1 d，定容至25 mL，稀释10倍测665nm 的OD值。

表2 料液比对水绵叶绿素提取的影响

由表2可知，适当增加溶剂用量有利于提高提取液的吸光值，当料液比1∶15时，吸光值下降，表明1∶10提取已完全。

2.2.2 提取温度对叶绿素提取的影响 测定不同温度下浸提100min提取液的吸光度作为色素提取率的指标(表3)。结果表明，在温度低于 60℃时，随着提取温度的逐渐升高，色素提取率逐渐升高，但在80℃时提取率降低。由于温度升高，促进细胞壁的破裂，利于叶绿素从细胞中分离出来；但当温度高于80℃时，提取率降低，可能与叶绿素高温下降解有关。

表3 提取温度对水绵叶绿素提取的影响

2.2.3 水绵叶绿素提取的正交实验 将料液比、提取温度、时间3因素按3水平进行正交实验，正交实验数据及结果见表4。

表4 叶绿素提取正交实验设计及结果

影响叶绿素提取的因素依次为料液比>时间>温度，优化工艺条件组合为料液比为1∶10，60℃下提取 90min。在此工艺条件下叶绿素粗产品得率可达到2.24%。

2.3 微波助提水绵果胶的正交实验

微波辐射能穿透介质，到达物料的内部，使基质内部温度迅速上升，增大萃取成分在介质中的溶解度，加速目标物向溶剂的扩散[9]。微波法用于天然成分的提取，选择性高、操作时间短、溶剂耗量小、目标组分获得率高，并且能极大限度地保留分离组分的天然活性[10]。以橘皮为原料在微波条件下，用水和盐酸萃取、乙醇沉淀提取果胶，通过电子显微镜观察发现微波加热会破坏原料的组织结构，经微波处理后果胶的提取率高，得到的果胶质量好、酯化度高、分子量大、凝胶强度大[11]。提取果胶的微波功率、萃取时间、pH值、溶液与滤渣比均对果胶的提取有影响，将这4因素按3水平进行正交实验，正交实验数据及结果见表5。

表5 果胶提取正交实验设计及结果

微波萃取影响果胶得率最大的是pH值，其次是微波功率。提取果胶的最佳工艺为微波功率600 W，每次萃取5min，pH值2.0的盐酸溶液与滤渣比为10∶1。在此条件下，果胶得率达到19.2%。

与传统提取方法相比，微波辐射能大大加快组织的水解，使果胶的提取时间由传统方法的90min缩短为5min[12]。避免了大量果胶的分解，同时果胶提取液中果胶的含量有所提高。

3 结论

正交实验确定叶绿素提取的最佳工艺条件为乙醇作为提取剂，料液比为1∶10，60℃水浴条件下提取 90min，叶绿素粗产品得率可达到2.24%。果胶提取的最佳工艺为微波功率600 W，每次萃取5 min，pH值2.0的盐酸溶液与滤渣比为10∶1，果胶得率达到19.2%。

水绵叶绿素、果胶连续提取工艺设备简单，免去了果胶生产中脱色工艺，降低了生产成本，简化了操作工序，回收利用率高，具有开发利用的价值。

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