超声波辅助果胶酶提取香蕉皮中果胶研究

孟丽聪，幺 琳，王 岩

（1．唐山学院 环境与化学工程系，河北 唐山063000；2．唐山赛特尔环境技术有限公司，河北 唐山063000）

果胶是从植物材料中制备的一种胶状多聚体，属于天然高分子多糖聚合物，是膳食纤维的主要成分，具有良好的胶凝性和乳化稳定性，在食品、药品、保健品行业有着广泛用途［1－2］。香蕉皮约占全果重的40%，是香蕉深加工过程的主要废弃物，但其果胶含量较高，若能从中提取果胶，是香蕉皮综合利用的有效途径，从而提高其经济价值。

传统的无机酸法提取果胶存在着许多缺点（得率低、能耗高、污染环境等）［3－4］。而超声波具有多级物理效应（机械振动、空化、微射流及微声流等），能促使植物细胞壁破裂，可作为一种提取天然产物的辅助方法。酶法提取天然产物具有条件温和、能耗低、无污染的特点，是针对生物制药所设计的一种新型的植物提取工艺［5－7］。果胶酶是指能够分解果胶质的一类复合酶，广泛存在于各种微生物中，主要分为原果胶酶、解聚酶和果胶酯酶［8－10］。本实验通过超声波对香蕉皮进行处理，再联合果胶酶提取其中的果胶，拟为香蕉皮果胶的绿色提取开辟一种新的方法。

1 实验部分

1．1 试剂与仪器

实验原料：新鲜香蕉（产地：海南）。

实验原料预处理：将鲜香蕉皮经过洗涤，浸没90℃的热水中10 min后剪切成5 mm左右备用。

主要实验试剂：果胶酶（上海蓝季科技发展有限公司），盐酸（唐山市路北区化工厂），浓硫酸（唐山市路北区化工厂），无水乙醇（天津市永大化学试剂有限公司）。

主要实验仪器设备：SHZ－D（Ⅲ）型循环水式真空泵（巩义市予华仪器有限责任公司），HH－Z型数显恒温水浴锅（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司），KQ3200B型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司），TDL－40B型离心机（无锡瑞江离心机）。

1．2 工艺流程

将原料置于烧杯中加入蒸馏水，用稀盐酸调节p H值，在超声波清洗器中进行处理，加入果胶酶，恒温提取，90℃水浴灭酶，趁热抽滤，醇析后离心分离，最后干燥得到产品。其工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

本实验拟改变超声处理温度、时间；酶法中酶提取液料比、温度、时间、酶用量，以考察最佳的工艺参数。

1．3 果胶产率的计算

2 结果与讨论

2．1 最适超声提取温度的确定

图2为超声提取温度对果胶产率的影响，由此可知，50～70℃时随着超声温度的上升，果胶产率增加；70℃以后果胶产率下降。这是因为温度增加，提取系统的能量增加，分子运动加剧，有利于果胶的提取；但温度过高，会加剧果胶水解，质量减少，不利于提取。所以超声提取温度确定为70℃。

图2 超声提取温度对果胶产率的影响

2．2 最适超声提取时间的确定

图3为超声提取时间对果胶产率的影响，由此可知，随着超声时间的增加，果胶产率先渐渐升高，然后在25 min后开始下降。这是因为超声时间的延长，有利于果胶在固－液两相中的充分分配；但是随着时间继续增加，果胶分子中甙键和酯键会被破坏，进而使其分子量降低，胶凝度下降，又不利于提取，所以超声处理时间确定为25 min。

图3 超声提取时间对果胶产率的影响

2．3 最适酶法提取料液比的确定

图4为酶法提取料液比对果胶产率的影响，由此可知，当溶剂量增加时，果胶产率也逐渐增加。这是因为当溶剂量少时，物料粘度较大，扩散速度慢，难以保证原料中的果胶能够大量转移到提取液中，使得提取不完全；但当溶剂量逐渐上升时，果胶产率受影响不大，综合考虑到能耗和乙醇沉淀时果胶浓度低不利于沉淀的产生，所以料液比确定为1∶4。

图4 酶法提取料液比对果胶产率的影响

2．4 最适酶法提取温度的确定

图5为酶法提取温度对果胶产率的影响，由此可知，当酶法提取温度小于50℃时，随着温度升高，果胶产率逐渐增加，并在50℃时果胶产率达到最大；当温度继续升高，果胶产率有降低的趋势。这是因为升高温度能够提高反应体系的活化能进而提高反应速度，但温度太高又会使酶液失活，因此在本实验中选取50℃为酶法提取温度。

图5 酶法提取温度对果胶产率的影响

2．5 最适酶法提取时间的确定

图6为酶法提取时间对果胶产率的影响，由图可知，时间小于30 min时，随着酶法提取时间的延长，果胶产率逐渐增加，但当提取时间超过30 min后，果胶产率有骤然减小趋势。这是因为随着提取时间的延长，果胶分子链会在果胶酶的作用下继续发生降解，最终影响了果胶产率，故将实验中酶法提取时间确定为30 min。

图6 酶法提取时间对果胶产率的影响

2．6 最适酶法提取果胶酶用量的确定

图7为酶法提取果胶酶用量对果胶产率的影响，由此可知，果胶酶用量低于0．08%时，随着果胶酶用量的增加，果胶产率明显增加；之后，果胶产率增加缓慢。这是因为随着酶的浓度的升高，酶与底物的接触量增大，酶解反应速率增大。但当酶的浓度达到过饱和时，过量的酶难以发挥作用，导致果胶产率增加缓慢，所以酶法果胶酶用量确定为0．08%。

图7 酶法提取果胶酶用量对果胶产率的影响

2．7 最佳酶法提取条件的确定

采用正交法确定最佳酶法提取条件，实验因素水平与结果见表1，2。

表1 酶法提取因素水平表

表2 酶法提取正交实验结果及分析

由正交实验结果可知，极差的决定因素为：酶法提取时间＞酶法提取温度＞酶法提取料液比＞酶法提取果胶酶用量。这说明，酶法提取时间和温度是果胶产率的主要影响因素，而酶法提取料液比和果胶酶用量是影响果胶产率的次要因素。

酶法提取香蕉皮中果胶的最佳条件为：提取料液比1∶4，提取时间30 min，提取温度50℃，果胶酶用量0．08%。

2．8 果胶含量的确定

表3 50 g香蕉皮中果胶质量

在最佳超声－酶法提取条件下，平行进行9组实验，结果见表3。实验结果表明，提取方法的重复性较好。

3 结论

采用超声波辅助果胶酶法提取香蕉皮中的果胶，通过单因素实验确定了超声处理的最佳条件为：70℃，25 min。通过单因素实验和正交实验确定了果胶酶法提取的最佳条件为：液料比1∶4，提取温度50℃，提取时间30 min，果胶酶用量0．08%。在最佳提取条件下提取香蕉皮中果胶，所得果胶呈白色，果胶产率为0．615%；相比较采用酸提、醇析法提取香蕉皮中果胶0．39%的得率有很大提高［4］。通过对环境污染较小的果胶酶法和超声波辅助提取法联合使用，使得提取条件温和、能源消耗降低，避免了因高温对果胶类化合物的破坏，为香蕉皮果胶的提取开辟出一条新途径。

［1］ 余映慧，高雪．果胶生产工艺及其理化性质在食品中的应用［J］．现代科技，2009（23）：351－352．

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［8］ 初乐，赵岩，葛邦国，等．果胶酶的研究及应用［J］．果蔬加工，2012（2）：54－46．

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