秦巴山区柑橘皮多糖的提取工艺及稳定性研究

史 娟，葛红光，姜 敏

(陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723000)

秦巴山区柑橘皮多糖的提取工艺及稳定性研究

史 娟，葛红光，姜 敏

(陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723000)

以秦巴山区柑橘皮为原料，采用微波预处理-热水浸提法，在不同料液比、微波时间、浸提时间和浸提温度下探讨柑橘皮多糖的提取工艺，并对其多糖在不同pH和常见的一些氧化剂、还原剂、食品添加剂、金属离子等条件下的稳定性进行研究。实验结果表明，柑橘皮多糖的最佳提取条件:料液比1∶40(g/mL)、微波时间90s、浸提时间1.5h、浸提温度80℃，多糖提取率为39.25%;柑橘皮多糖在酸性、还原剂介质中稳定性较好，在氧化剂、碱性、苯甲酸钠、柠檬酸和K+、Na+、Ca2+、Al3+等金属离子溶液中的稳定性相对较差。

柑橘皮多糖，微波，提取工艺，稳定性

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

柑橘皮 2011年10月下旬收集于陕南秦巴山区，阴干粉碎，过40目筛，经乙醚和乙醇回流脱脂脱色后密封备用;无水乙醚、无水乙醇、三氯甲烷、正丁醇、苯酚、浓硫酸、葡萄糖、氯化钠、氯化钾、氯化铝、氯化钙、氯化铜、氯化铁、柠檬酸、苯甲酸钠、30% H2O2、亚硫酸钠、浓盐酸、氢氧化钠等 均为国产分析纯;自制蒸馏水和超纯水。

DGG-9140B型电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司;FW117粉碎机 天津泰斯特仪器有限公司;AL204-IC型电子分析天平 梅特勒-托利多仪器上海有限公司;TDL-5台式离心机上海安亭科学仪器厂;WP700型微波炉 佛山市格兰仕微波炉电器有限公司;RE-2A旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂;721型分光光度计、PHS-3S型pH酸度计 上海精密科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 提取工艺流程 柑橘皮→干燥→粉碎→乙醚、乙醇脱脂→烘干→微波预处理→水浴浸提→离心→减压浓缩→乙醇沉淀过夜→Sevag法除蛋白→离心、干燥→多糖。

1.2.2 标准曲线的绘制 称取葡萄糖1.0g于1000mL容量瓶中，蒸馏水定容;分别取该溶液2.0、4.0、8.0、12.0、16.0、20.0、24.0、28.0mL于100mL容量瓶中，蒸馏水定容;各取1.0mL于25mL比色管中，加入1.0mL 2%苯酚和5.0mL浓硫酸;摇匀，沸水浴加热15min后，冰水浴中冷至室温，以蒸馏水为空白，在波长490nm处测吸光度值。由吸光度值对浓度进行回归，求出标准曲线:A=3.4465C+0.0362，R2= 0.9985，其中A为490nm处葡萄糖溶液吸光度、C为葡萄糖溶液浓度，线性关系良好。

1.2.3 柑橘皮多糖微波预处理提取及含量测定 称取1.0g柑橘皮粉末，加入一定体积的水，静置润湿30min，在固定微波功率下处理一定时间后，在一定温度水浴下浸提一定时间，浸提液离心20min，浓缩离心液至原体积1/3，乙醇沉淀过夜，4倍体积的Sevag试剂除蛋白，摇匀后离心即可得多糖样品。将待测多糖样品加水溶解并稀释适当倍数后，进行与标准曲线制作相同的操作，并对照标准曲线求得其多糖含量。

柑橘皮多糖提取率计算公式:提取率(%)=(C ×V)/W×D×10-3×100，式中C(μg/mL)为按标准曲线得出的多糖溶液浓度，V为多糖溶液体积，W为原料质量，D为稀释倍数。

1.2.4 柑橘皮多糖提取的单因素实验

1.2.4.1 料液比对柑橘皮多糖提取率的影响 柑橘皮多糖提取过程中，在一定的微波时间60s，浸提温度100℃，浸提时间2h下，改变料液比1∶8、1∶16、1∶24、1∶32、1∶40(g/mL)，研究料液比对多糖提取率的影响。

1.2.4.2 微波时间对柑橘皮多糖提取率的影响 控制料液比为1∶32，浸提温度100℃，浸提时间2h的条件下，研究微波时间30、60、90、120、150s时多糖的提取率。

1.2.4.3 浸提时间对柑橘皮多糖提取率的影响 柑橘皮多糖提取中，在料液比1∶32，微波时间90s，浸提温度100℃，设置浸提时间0.5、1、1.5、2、2.5h，考察浸提时间对多糖提取率的影响。

1.2.4.4 浸提温度对柑橘皮多糖提取率的影响 控制料液比1∶32，微波时间90s，浸提时间1h，设置不同浸提温度，考察浸提温度60、70、80、90、100℃对多糖提取率的影响。

1.2.5 柑橘皮多糖提取的正交实验 在单因素实验的基础上，以料液比、微波时间、浸提时间和浸提温度为因素，设计L9(34)实验确定微波预处理-热水浸提的最佳提取工艺。

表1 L9(34)正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.2.6 柑橘皮多糖的稳定性实验

1.2.6.1 氧化还原剂对柑橘皮多糖的影响 取0.02、0.03、0.04、0.05、0.06mol/L的H2O2和Na2S2O3溶液各4mL，分别加入柑橘皮多糖溶液中，避光保存12h，每份吸取1mL，加入1mL 2%苯酚和5mL浓硫酸，冷却，在490nm处测量多糖溶液的吸光度。

1.2.6.2 pH对柑橘皮多糖的影响 取1mL多糖溶液6份，室温下用0.1mol/L HCl、NaOH调节pH为2、4、6、8、10、12，避光保存12h后，加入苯酚和浓硫酸，冷却，测量多糖的吸光度。

1.2.6.3 金属离子对柑橘皮多糖的影响 取0.05mol/L的KCl、NaCl、CaCl2、AlCl3、FeCl3、CuCl2溶液，分别加入柑橘皮多糖溶液中，混合均匀后避光保存12h，加入苯酚和浓硫酸，测量多糖的吸光度。

1.2.6.4 食品添加剂对柑橘皮多糖的影响 取等体积0.05mol/L柠檬酸、VC、苯甲酸钠溶液，分别加入柑橘皮多糖溶液后避光保存12h后，再加入1mL 2%苯酚和5mL浓硫酸，冷却，测量多糖溶液的吸光度。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 料液比对柑橘皮多糖提取率的影响 如图1所示，当料液比大于1∶32时，增大液体含量，柑橘皮多糖提取率随之增加;料液比低于1∶32之后，提取率随液体含量的增加而减小。这是因为溶剂用量少，干原料细胞组织不能完全被湿润;而溶剂用量过多，在一定微波加热量下多出部分溶液的蒸发消耗了微波能，且使渗透到细胞内的溶液汽化不充分。故1∶32 (g/mL)为柑橘皮多糖最佳提取料液比。

图1 料液比对多糖提取率的影响Fig.1 Effect of material-liquid ratio on polysaccharide yield

2.1.2 微波辐射时间对柑橘皮多糖提取率的影响在图2中，微波辐射时间对提取率较敏感，微波辐射时间短，达不到破坏细胞的作用;微波辐射时间长又容易造成样品发生焦化，且过多的辐射能量还易导致多糖结构中的部分乙酰基、硫酯键断裂，改变其有机结构的三维构象及生物活性，发生水解等不利反应。本实验中微波辐射时间为90s时，多糖的提取率达到最大。

图2 微波时间对多糖提取率的影响Fig.2 Effect of microwave time on polysaccharide yield

2.1.3 浸提时间对柑橘皮多糖提取率的影响 如图3所示，多糖提取率随浸提时间的增长呈先增后减的趋势，1.5h时提取率最大。浸提时间较短，柑橘皮中多糖的溶出无法达到溶解动态平衡;但浸提时间过长可能导致多糖分解，提取率下降。故最佳的浸提时间为1.5h。

图3 浸提时间对多糖提取率的影响Fig.3 Effect of extraction time on polysaccharide yield

2.1.4 浸提温度对柑橘皮多糖提取率的影响 在图4中，随着浸提温度的增加，提取率先增后减。这是因为较低的浸提温度下，多糖在水中的溶解度较小，浸提不够充分;而较高的浸提温度易使多糖分解，降低了提取率。故选择浸提温度80℃较适宜。

图4 浸提温度对多糖提取率的影响Fig.4 Effect of extraction temperature on polysaccharide yield

2.2 正交实验

2.2.1 正交实验结果与分析 由表2、表3可知，柑橘皮多糖的微波预处理-热水浸提中4个因素的影响次序为:微波时间＞浸提温度＞料液比＞浸提时间，最佳水平组合为A3B2C2D2，即料液比1∶40，微波时间90s，浸提时间1.5h，浸提温度80℃。

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

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

2.2.2 验证性实验结果 为进一步确定秦巴山区柑橘皮多糖微波预处理-热水浸提的最佳工艺条件，在正交实验基础上选择最优水平组合:A3B2C2D2，并在此条件下提取柑橘皮多糖，平行三次，多糖提取率平均值为39.25%。

2.3 稳定性实验

2.3.1 氧化还原剂对柑橘皮多糖的影响 图5为氧化还原剂对柑橘皮多糖稳定性的影响。在图5(a)中，左侧试管加入还原剂，右侧试管加入氧化剂，观察可知氧化剂对多糖稳定性影响较大。目测溶液颜色，加入氧化还原剂后多糖溶液色泽均有变化，特别是加入氧化剂的溶液颜色变深甚至发黑，说明柑橘皮多糖的抗还原能力强于抗氧化能力。同时，随着氧化剂浓度升高，多糖稳定性越来越差，溶液颜色越变越深，见图5(b)。

图5 氧化还原剂对多糖稳定性的影响Fig.5 Influence of oxidant and reductant on polysaccharide stability注:(a)氧化还原剂对多糖的影响对比; (b)氧化剂浓度(mol/L)对多糖的影响。

2.3.2 pH对柑橘皮多糖的影响 由图6可知，酸性条件时，多糖的吸光度基本趋于稳定;而在碱性条件下，随着碱性的增强，多糖的吸光度逐渐增大，这可能与柑橘皮多糖在碱性溶液中更易水解产生较多吸光性较强的产物而导致。相对而言，柑橘皮多糖在酸性溶液中的稳定性高于在碱性溶液中的稳定性。

图6 pH对多糖稳定性的影响Fig.6 Influence of pH value on polysaccharide stability

2.3.3 金属离子对柑橘皮多糖的影响 从图7可以看出，各种金属离子的加入均使柑橘皮多糖的吸光度有一定程度的上升，说明多糖在此条件下可能与K+、Na+、Ca2+、Al3+、Fe3+、Cu2+离子发生了某些化学反应，如络合反应，导致多糖及金属离子间结构变化，而对多糖的稳定性有一定的影响。

图7 金属离子对多糖稳定性的影响Fig.7 Influence of metal ions on polysaccharide stability

2.3.4 食品添加剂对柑橘皮多糖的影响 在图8中，VC、柠檬酸和苯甲酸钠的加入对柑橘皮多糖吸光度的影响都较为严重，说明柑橘皮多糖对这三种食品添加剂的耐受能力较弱。

3 结论

3.1 采用微波预处理-热水浸提新工艺提取柑橘皮多糖，在单因素实验的基础上采用正交实验对提取工艺进行优化。研究表明，微波预处理—热水浸提提取柑橘皮多糖的最佳工艺条件为:料液比1∶40(g/mL)、微波时间90s、浸提时间1.5h、浸提温度80℃，在此条件下多糖的提取率为39.25%。

图8 食品添加剂对多糖稳定性的影响Fig.8 Influence of food additives on polysaccharide stability

3.2 稳定性实验研究表明，柑橘皮多糖在酸性条件下较稳定，对于含有还原剂的溶液也有较好的耐受能力，但此多糖不宜在碱性条件和氧化剂存在下使用，而且在金属离子、食品添加剂中稳定性也较差。

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Study on the extraction process and stability of polysaccharide in Citrus peel from Qinba mountainous area

SHI Juan，GE Hong-guang，JIANG Min
(School of Chemistry and Environment Science，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，China)

The hot water extraction process of polysaccharide in Citrus peel from Qinba mountainous area assisted by microwave pretreatment was studied.The Citrus peel polysaccharide extraction from the different solid-to-liquid ratio，microwave time，extraction time and extraction temperature，and the stability of polysaccharide in different pH，oxidant，reductant，food additives and some metal ion of conditions were studied.The results showed that the best extraction process condition was:the ratio of solid to extracting liquid 1∶40(g/mL)，microwave time 90s， extraction time 1.5h，extraction temperature 80℃.The polysaccharide extraction yield could reach 39.25%in the optimum conditions.The Citrus peel polysaccharide stability was good in acid and reducer.In oxidizer，alkaline，sodium benzoate，citric acid，K+，Na+，Ca2+，Al3+，the stabilities were poor.

Citrus peel polysaccharide;microwave;extraction technology;stability

TS201.1

B

1002-0306(2012)21-0231-04

秦巴山区是我国最北缘的柑橘主产区，优良品种栽培基地约有29.5万余亩，所产柑橘口味浓郁、甜度大，经济效益乐观。柑橘果皮约占果实重的20%～40%，常常将果皮作为废弃物处理，浪费资源使其得不到有效利用。因此实现柑橘皮的综合开发和利用，提高柑橘皮的使用价值，对秦巴山区柑橘的广泛种植和柑橘产品的深加工具有重大意义。据文献报道柑橘皮的深加工和应用多集中在柑橘皮中精油、果胶以及黄酮等活性成分的研究［1-5］，对于柑橘皮多糖的开发研究报道较少［6-7］，宋茹等人［6］利用微波法萃取柑橘皮多糖，梁绍兰等人［7］测试了柑橘多糖的抗氧化性。柑橘皮多糖是一种潜在的天然活性物质，目前对柑橘皮多糖的微波预处理提取-热水浸提方法以及柑橘皮多糖的稳定性研究尚未见报道。微波预处理因其独特的作用，可避免长时间高温提取引起的试样分解和变质，具有选择性高、快速节能、节省溶剂、污染小等优点，已被应用于植物活性成分的提取中［8-9］。本文采用微波预处理-热水浸提方法提取柑橘皮中的多糖，并进行稳定性研究，为柑橘皮多糖的开发利用提供一些科学的依据。

2012-04-18

史娟(1978-)，女，讲师，研究方向:天然产物化学和有机合成。

陕西省科学技术厅项目(2011K17-03-10);陕西省教育厅2012年科学研究项目(12JK0633);陕西省科技厅社会发展科技攻关项目(2009K11-03)。