微波辅助酶法从橙皮中提取果胶的实验研究

张雪娇，成昭，苗延青，尤静

(西安医学院 药学院，陕西 西安 710021)

果胶是一种酸性多糖类化合物，广泛存在于柑橘、橙子等水果的果皮或果渣中。果胶的凝胶性、亲水性及乳化稳定性较为突出，使其在食品工业[1-5]和医药行业[6-8]应用较多。日常生活中的果皮和果渣通常都是作为垃圾直接丢弃，若能充分利用这些废弃物提取果胶则具有较大的开发价值。

果胶的提取方法有很多[9-10]，其中微波萃取法具有节能、高效等特点[11]，酶分离法具有提取条件温和、减少降解等优点[12]。两种方法相结合已经在中草药活性成分的提取中有所应用[13-14]。本文将在酶法处理的基础上采用微波萃取技术对橙皮中的果胶进行提取研究。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

纤维素酶,BR；磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、95%乙醇均为分析纯；橙皮；实验用水为蒸馏水。

FW-200高速万能粉碎机；JA2003电子分析天平；DF-101S恒温磁力搅拌器；PB-10酸度计；XH-300A微波超声波组合合成/萃取仪。

1.2 缓冲溶液的配制

1.2.1 磷酸盐缓冲溶液 精密称取一定量的NaH2PO4和Na2HPO4，分别配制成浓度为0.02 mol/L的溶液，配制pH为6～8的缓冲溶液，置于冰箱中冷藏，备用。

1.2.2 醋酸-醋酸钠缓冲溶液 分别配制0.02 mol/L的HAc和NaAc溶液，配制pH为4～6的缓冲溶液，置于冰箱中冷藏，备用。

1.3 实验方法

新鲜的橙皮清洗后，50 ℃烘干至恒重。粉碎，过60目筛，储存在广口瓶后，放入干燥器中，备用。

果胶提取的工艺流程:

2 结果与讨论

2.1 实验条件的确定

2.1.1 pH值对提取率的影响 称取2.00 g橙皮粉末，按料液比1 g∶30 mL加入60 mL缓冲溶液，纤维素酶0.08 g，搅拌均匀后,置于恒温磁力搅拌器上，在50 ℃下，搅拌酶解30 min。将酶解液转移至微波萃取仪中，在微波功率300 W，微波温度50 ℃下，进行微波萃取4 min。将提取液离心，上层清液采用醇沉的方法得到果胶，干燥后称重，计算提取率。缓冲液的pH值对果胶提取率的影响见图1。

图1 pH对提取率的影响Fig.1 Effect of pH on extraction yield

由图1可知，pH=5.5时，提取率最大。这是因为纤维素酶的最适pH值在4.5～6.5之间，pH值过大或过小均能引起纤维素酶的降解，进而影响其酶解活性。选择提取果胶的最佳pH为5.5。

2.1.2 纤维素酶用量对提取率的影响 称取2.00 g橙皮粉末，按料液比1 g∶30 mL加入60 mL pH=5.5的缓冲溶液，再加入一定量的纤维素酶，按2.1.1节下的酶解、微波和醇沉条件提取果胶，计算提取率。纤维素酶用量对果胶提取率的影响见图2。

图2 纤维素酶用量对提取率的影响Fig.2 Effect of cellulase dosage on extraction yield

由图2可知，果胶提取率随着纤维素酶用量的增加呈上升趋势，酶的用量大于0.10 g时，果胶提取率有所下降，但幅度较小。这可能是因为纤维素酶虽然可以有效地促进果胶的提取，但单位质量橙皮中的果胶含量有限，持续增加纤维素酶用量，果胶提取率不再出现上升趋势。因此，选择最佳纤维素酶用量为0.10 g。

2.1.3 微波萃取时间对提取率的影响 称取2.00 g 橙皮粉末，按料液比1 g∶30 mL加入60 mL pH=5.5的缓冲溶液，0.10 g的纤维素酶，按2.1.1节下的方法酶解、微波和醇沉条件提取果胶，计算提取率。微波时间对提取效果的影响见图3。

图3 微波时间对提取率的影响Fig.3 Effect of microwave time on extraction yield

由图3可知，果胶提取率随着萃取时间的延长而逐渐增大，4 min时提取率达到10.45%。之后，随着萃取时间的延长，提取率明显降低。这可能是因为微波时间过长，引起果胶发生分解，在95%乙醇溶液中无法沉淀析出，从而导致果胶提取率下降。故选择最佳微波萃取时间4 min。

2.1.4 微波萃取温度对提取率的影响 微波温度和微波功率不能兼顾，当微波温度达到预定值时，微波功率会变小。微波功率较大时，微波会产生瞬间高温，导致局部过热，可能引起果胶的分解[11,15]。因此，将微波功率设定为300 W时，考察微波温度对萃取效果的影响。称取2.00 g橙皮粉末，按料液比1 g∶30 mL加入60 mL pH为5.5的缓冲溶液，0.10 g 的维素酶，按2.1.1节下的方法酶解、微波和醇沉条件提取果胶，计算提取率。微波萃取温度对果胶提取率的影响见图4。

图4 微波萃取温度对提取率的影响Fig.4 Effect of microwave temperature on extraction yield

由图4可知，超过50 ℃之后，果胶提取率显著增加，60 ℃时达到11.5%。之后随着温度继续升高，果胶的提取率出现下降趋势，这可能是因为温度较低时，纤维素酶的活性难以充分表现出来，并且较低的温度也不利于果胶的析出；而温度太高时会对酶的活性产生破坏作用。故选择最佳微波萃取温度60 ℃。

2.1.5 提取液用量对提取率的影响 称取2.00 g橙皮粉末，按一定的料液比加入pH 5.5的缓冲溶液，0.10 g纤维素酶，按2.1.1节的酶解、微波和醇沉条件对果胶进行提取，计算提取率。料液比对提取率的影响见图5。

图5 提取液用量对提取率的影响Fig.5 Effect of the extracting solution dosage on extraction yield

由图5可知，最佳提取料液比是1 g∶25 mL。料液比低于1 g∶25 mL时，橙皮由于未能充分浸泡，橙皮中的果胶无法被提取完全；当料液比大于1 g∶25 mL时，果胶的提取率随提取液的增加而下降，这可能是因为提取液的增加导致酶浓度太小，进而影响了其与橙皮的作用效率。并且，提取液用量较大时也会导致醇沉所需乙醇用量增加，因此,确定最佳料液比为1 g∶25 mL。

2.2 正交实验优化提取条件

在单因素实验的基础上，采用正交实验对微波萃取的时间、温度及料液比3个因素进行优化，因素水平设置见表1，结果见表2。

表1 因素与水平Table 1 Factors and levels

由表2可知，微波萃取时间(A)、微波萃取温度(B)、料液比(C)对果胶提取率的影响程度强弱顺序为B>C>A。最优提取工艺条件为A1B1C2，即料液比1 g∶25 mL，微波萃取温度50 ℃，微波萃取时间3 min。

表2 正交实验结果Table 2 Orthogonal test results

为检验结果的可靠性，采用上述最优提取条件进行果胶提取，重复3次，提取率分别为11.90%，11.32%，11.25%，相对标准偏差3.11%，说明实验方法稳定、结果可靠，最优实验条件下得到的平均提取率为11.49%。

3 结论

在酶法处理的基础上，采用微波萃取技术提取橙皮中的果胶，微波辅助酶法提取果胶的最佳工艺条件为：料液比1 g∶25 mL，微波萃取时间3 min，萃取温度50 ℃，在最佳工艺条件下，平均果胶提取率达11.49%。