雪莲果SOD超声萃取工艺研究

刘晓辉，李成仁，王文勇，杨 明，

（1.佛山科学技术学院农产品质量与安全协同创新中心，广东佛山528231；2.广东环境保护工程职业学院生态系，广东佛山528216；）3.佛山市食品安全工程中心，广东佛山528231）

雪莲果SOD超声萃取工艺研究

刘晓辉1，李成仁2，王文勇3，杨 明1，3

（1.佛山科学技术学院农产品质量与安全协同创新中心，广东佛山528231；2.广东环境保护工程职业学院生态系，广东佛山528216；）3.佛山市食品安全工程中心，广东佛山528231）

利用超声波对雪莲果中SOD的提取工艺进行了研究。在单因素试验的基础上，采用正交试验法确立适宜的提取条件，考察料液比、超声处理温度、浸提时间、超声处理功率和超声处理时间对雪莲果中总蛋白提取量及酶活性的影响。结果表明：在超声波频率45kHz时，料液比为1∶1.5，40℃的超声温度，在超声功率为240 W的条件下萃取7 min，可使SOD酶活性达到最大值。

雪莲果；SOD；超声波提取；酶活性

雪莲果（Smallanthus sanchifalius，英文名Yacon），又称亚贡、菊薯、地参果等，为菊科向日葵属双子叶多年草本植物。雪莲果实为地下部分的块根，形状似甘薯，生熟皆可食用［1］。雪莲果因其特殊的功能特性和良好的药用价值以及未被开发的部分越来越受重视［2-3］。超声波萃取（UE）是利用了超声波辐射压强，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速目标成分进入溶剂，促进了提取的进行。且超声波将细胞进行破碎是一个物理机械作用，并无涉及化学反应，提取物质结构不变，生物活性不减［4］。超氧化物歧化酶（SOD）是一种具有特定生物催化功能的蛋白质，由蛋白质和金属离子组成，它广泛存在于自然界的动物、植物以及一些微生物体内［5］。SOD有望作为罐头食品、果汁、酸奶等的抗氧化剂，防止因过氧化酶引起的食品变质及腐败现象，且SOD是人体内固有酶类，安全性较高；还可作为水果、蔬菜等生鲜品的良好保鲜剂［6］。通过超声波提取雪莲果中的SOD酶的研究，旨在研究雪莲果SOD提取新方法，以利于开发雪莲果新产品、新用途。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

雪莲果原料来源为佛山科学技术学院北院水果店。主要仪器有LD4-2离心机（北京医用离心机厂）、722可见分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司）、KQ-300VDB型三频数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）、电子天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）、移液枪、冰箱。

1.2 工艺流程

雪莲果果实→去皮洗净→切分→磨浆→超声波破碎→冰浴→浸提→过滤→第一次离心4 000 r/min→取上清液萃取→第二次离心6 000 r/min→加冷丙酮→第三次离心8 000 r/min→弃去上清液→加缓冲液溶解→第四次离心8 000 r/min→上清液→酶活性测定

1.3 试验方法

5个单因素试验主要研究料液比、浸提时间、超声时间、超声温度、超声功率因素对酶活性的影响，选取超声基本条件为超声频率45 KHz、pH值7.8、料液比为1∶1、浸提时间2 h、超声时间5 min、超声温度40℃、超声波功率180 W。确定单一因素时设定5个变量值，其他参数不变。每个因素包括5个水平。通过单因素研究，初步确定了雪莲果中SOD提取的工艺条件，分别选取料液比、超声波功率、超声处理温度、超声处理时间这4个较明显因素及其对应的3个较优水平，进行正交试验对提取工艺条件作进一步优化。SOD活性的测定采用邻苯三酚自氧化法测定［7］。总蛋白浓度测定在第二次离心液中加入1.2倍体积冷丙酮（4℃），离心得到沉淀，干燥后称量，测得总蛋白量［8］。

2 结果与分析

2.1 邻苯三酚自氧化速率

邻苯三酚的自氧化速率如图1所示，相关系数R2=0.999 4，回归方程Y=0.070 2 x-0.002 6，在0～5 min范围内，邻苯三酚的吸光度值随时间的延长而增加，即邻苯三酚的自氧化速率与时间呈显著正相关。

2.2 超声波法提取雪莲果SOD的单因素试验

2.2.1 料液比对雪莲果SOD提取的影响

由图2可知，随着M（雪莲果）∶V（缓冲液）的增大，SOD活性先上升后下降，总蛋白量则随其增大而增加。这是由于随着缓冲液用量的增加，雪莲果果肉与缓冲液的接触面积增大，SOD及蛋白质容易渗透出来。但由于SOD总量有限，故当M（雪莲果）∶V（缓冲液）达到1∶2后，总蛋白提取两趋于平缓，而SOD酶活性则由于缓冲液体积的增加，导致其浓度下降，故SOD活性反而有所下降；同时随着缓冲液用量的增加，成本增加，能耗增加，所以适宜料液比为1∶2。

图1 邻苯三酚自氧化速率图

图2 料液比对SOD和总蛋的含量提取的影响

2.2.2 浸提时间对雪莲果SOD提取的影响

由图3可见，最佳浸提时间为2 h。随着浸提时间的延长，相应的酶活性及总蛋白量也随着增加。这是因为随着浸提时间的延长，雪莲果细胞中的SOD及蛋白质能更充分地渗透出来。但由于延长浸提时间对SOD活性及总蛋白质量的增加并不明显，浸提时间过长，造成提取周期长，效率低。

2.2.3 超声功率对雪莲果SOD提取的影响

由图4可知，最佳超声功率为240 W。超声功率对SOD提取有较大影响，当超声功率在180～240 W之间时，雪莲果中SOD活性及总蛋白量随着超声功率的增大而增大，在功率为240 W时达到最大值。当超声功率超过240 W时，SOD活性及总蛋白量反而有所下降。这可能是由于SOD主要存在于雪莲果的细胞中，而超声波产生的强烈空化效应，加速了雪莲果细胞破碎，使SOD进入缓冲液中。当超声功率较小时，产生的空化效应较小。而随着超声功率的增大，空化效应也逐渐增大，使雪莲果细胞中的SOD更易被提取出来，故SOD活性及总蛋白量逐渐升高。但当超声功率过大时，产生的超声空化效应大幅度增强，可能在介质中产生瞬间高温，改变了SOD的结构，导致蛋白质变性，最终使其活性及总蛋白量下降。

图3 浸提时间对SOD和总蛋白含量提取的影响

图4 超声功率对SOD和总蛋白含量提取的影响

2.2.4 超声时间对雪莲果SOD提取的影响

由图5可知，最佳超声时间为7 min。随着超声时间的增加，雪莲果中SOD活性及总蛋白量也相应增加，但SOD活性在超声时间超过7 min后呈较快下降的趋势。

2.2.5 超声温度对雪莲果SOD提取的影响

由图6可见，超声温度过高或过低均不利于SOD活性及总蛋白量，SOD超声提取的最适温度为40℃。主要是因为温度过低不利于超声的空化效应，不利于SOD的提取。而温度过高则会导致蛋白质的变性，从而影响到SOD的活性。最终使得SOD活性及总蛋白量的降低。

图5 超声时间对SOD和总蛋白含量提取的影响

图6 超声温度对SOD和总蛋白含量提取的影响

2.3 正交试验结果

由表1的极差分析可看出，料液比、超声温度、超声时间及超声功率对雪莲果中SOD的提取活性均有不同程度的影响，各因素对SOD活性影响的顺序为D＞C＞B＞A，即超声功率＞超声时间＞超声温度＞料液比。综合考虑各因素，最佳处理料液比A2为1∶1.5；超声温度B2为40℃；超声时间C3为7 min；超声功率D2为240 W，即A2B2C3D2。

表1 超声波法正交试验结果

3 结论

料液比、超声温度、超声时间及超声功率是影响雪莲果SOD提取活性的关键因素。由正交试验可知超声波提取雪莲果中SOD最佳工艺条件为：料液比1∶1.5、超声温度40℃、超声时间7 min、超声功率240 W。此结果与单因素试验结果的趋势基本相符。采用超声波萃取雪莲果中的SOD是可行的，超声波破壁可降低处理温度，增加细胞的粉碎度，减少化学药剂的使用，增加SOD的提取率及其生物活性。

［1］谢威,李俊,李红梅.雪莲果化学成分的研究［J］.中药材,2008,31（10）：1510-1512.

［2］吕明生,徐兴权,王淑军.雪莲薯的营养功能和加工利用［J］.淮海工学院学报：自然科学版,2004,13（1）：56-58.

［3］杨少辉,宋英今,王洁华,等.雪莲果体外抗氧化和自由基清除能力［J］.食品科学,2010,31（17）：166-169.

［4］陈鸿鹏,谭晓风.超氧化物歧化酶（SOD）研究综述［J］.经济林研究,2007,25（1）：59-65.

［5］高大响,贾君.大蒜SOD提取及在SOD型酸奶中的应用研究［J］.食品科技,2010,35（1）：220-222.

［6］杨东升.超氧化物歧化酶的研究与应用［J］.化学与生物工程,2004（3）：7-9.

［7］许雅娟,赵艳景,胡虹.邻苯三酚自氧化法测定超氧化物歧化酶活性的研究［J］.西南民族大学学报：自然科学版,2006,32（6）：1207-1209.

［8］许申鸿,杭瑚,李运平.超氧化物歧化酶邻苯三酚测活法的研究及改进［J］.化学通报,2001（8）：516-519.

Study on ultrasonic extraction process for yacon SOD

LIUXiao-hui1,LI Cheng-ren2,WANGWen-yong3,YANGMing1，3
（1.Collaborative Innovation Center of Qualityand Safetyof Agricultural Products,Foshan University,Foshan 528231,China;2.Guangdong Environmental Protection EngineeringVocational College,Foshan 528216,China;3.Center for Food Safety Engineering of Foshan,Foshan 528231,China）

Ultrasonic extraction of SOD from yacon fruit was studied.On the basis of single factor experiment,orthogonal experiment was used to establish the appropriate extraction conditions,and the effects of the ratio of material to liquid,ultrasonic temperature,extraction time,ultrasonic power and ultrasonic treatment time on the total protein extraction and enzyme activity impact.The results showed that SOD activity was maximal when the ultrasonic frequency was 45 kHz,the ratio of material to liquid was 1∶1.5,the ultrasonic temperature was 40℃,and the ultrasonic power was 240 Wfor 7 min.

yacon;SOD;ultrasonic extraction;enzyme activity

TQ461

A

1008-0171（2017）05-0001-04

2016-12-22

佛山市科技计划项目（2014GA000425，2014AG10007）

刘晓辉（1959-），女，辽宁沈阳人，佛山科学技术学院教授、博士。

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