微波辅助提取刺玫果果胶工艺研究

钟方丽,王晓林,薛健飞,王天虹

(吉林化工学院 化学与制药工程学院,吉林吉林 132022)

微波辅助提取刺玫果果胶工艺研究

钟方丽,王晓林*,薛健飞,王天虹

(吉林化工学院 化学与制药工程学院,吉林吉林 132022)

采用微波辅助提取刺玫果果胶。以刺玫果果胶得率为考察指标对微波辅助提取工艺条件进行了优化,确定了盐酸为萃取剂的果胶最佳提取工艺:料液比1∶40(m/v)、提取液pH1.5、提取温度80℃、微波功率500W,微波提取时间40min、微波提取3次,在此工艺条件下,刺玫果果胶得率为0.787%。结果表明,微波法可用于刺玫果果胶的辅助提取。

刺玫果,果胶,微波,提取

刺玫果系蔷薇科蔷薇属植物山刺玫(RosadavuricaPall.)的成熟果实,广泛分布于我国的东北、山西等地区,果实中富含皂苷、黄酮、多糖、维生素、氨基酸等多种活性成分[1-2],具有抗辐射、抗衰老、除血栓、降血压、降血脂等生理作用[3-4]。目前对刺玫果总黄酮、总皂苷、多糖的研究较为广泛[5-8],但对刺玫果果胶的研究还比较少。果胶是广泛存在于高等植物根、茎、叶和果实的细胞壁中的一类多糖,是由D-吡喃半乳糖醛酸以1,4苷链连接而成的高分子化合物,是人体七大营养素中膳食纤维的主要成分,具有良好的抗腹泻、抗癌、治疗糖尿病和减肥等功效及良好的乳化、稳定、增稠和胶凝作用,在食品、药品、保健品、化妆品行业有着相当广泛的用途[9-10]。有资料表明,我国对果胶的需求量很大并呈高速增长趋势,其研究与开发潜力巨大[11]。果胶的提取方法很多,如沸水提取法,酸解提取法,离子交换树脂提取法,微生物法,微波辅助萃取法等[12-16]。本文对酸水解微波辅助提取刺玫果果胶的工艺进行了初步研究,以期为刺玫果果胶的进一步开发与利用提供基本依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

刺玫果 采自吉林市龙潭区玉龙山,并经吉林化工学院药学系薛健飞博士鉴定为蔷薇科蔷薇属植物山刺玫(RosadavuricaPall.)的成熟果实;咔唑 天津光复精细化工有限公司;半乳糖醛酸 上海至鑫化工有限公司;盐酸、硫酸、磷酸、亚硫酸、无水乙醇均为分析纯;水为重蒸馏水。

FY-10型微波萃取仪 上海越众仪器设备有限公司;RE-52AA型旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂;TU-1810型紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;101-1BS型电热鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司;FA2004N型电子天平 上海精密科学仪器有限公司;W5-100SP型恒温水浴锅 上海申生科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料预处理 取干燥的刺玫果50g,加入500mL去离子水,加热至沸腾,煮沸10min,过滤,残渣用50℃水洗涤3次,用无水乙醇洗涤3次,再用乙醚洗涤,挥发除去乙醚,干燥待用。

1.2.2 刺玫果果胶提取工艺

1.2.2.1 萃取剂的选择 取预处理后的刺玫果5g,加入20倍水充分混合,设定微波功率500W,分别以盐酸、硫酸、亚硫酸、磷酸为萃取剂,调pH为2.0,在70℃下保温10min。过滤并收集滤液,记录提取液体积,吸取提取液适量于25mL比色管中,按1.2.5节方法测定提取液中果胶含量,计算果胶得率,确定最佳萃取剂。

1.2.2.2 单因素实验 称取一定量预处理后的刺玫果,以水为提取溶剂,用盐酸调节pH,在适宜的料液比、微波功率、温度、pH等条件下进行微波提取,过滤,合并提取液,测定提取液中果胶含量,以果胶得率为指标,分别考察料液比、提取液pH、功率、温度、时间、次数对刺玫果果胶得率的影响。

1.2.2.3 正交实验因素及水平的考察 在单因素实验的基础上,以刺玫果果胶得率为考察指标,选择料液比、提取液pH、提取温度、微波功率和提取时间作为考察因素进行正交实验,优化刺玫果果胶的酸水解微波提取工艺。按五因素四水平进行正交实验设计L16(45),见表1,在此条件下对刺玫果果胶进行酸水解微波提取,按1.2.5节方法测定提取液中的果胶含量,计算刺玫果果胶得率。

表1 正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

1.2.2.4 正交实验过程 取预处理后的刺玫果5g,以水为提取溶剂,按正交实验表1进行实验,每组实验的提取次数均为3次。

1.2.2.5 工艺稳定性验证实验 取预处理后的刺玫果5g,以水为提取溶剂,盐酸调pH为1.5,料液比为1∶40,微波温度80℃,微波功率500W,提取3次,每次40min,过滤,合并滤液,按1.2.5节方法测定提取液中果胶含量,计算果胶得率。

1.2.3 对比实验

1.2.3.1 回流提取 取预处理后的刺玫果5g,以水为提取溶剂,盐酸调pH为1.5,料液比为1∶40,回流提取3次,每次40min,过滤,合并滤液,按1.2.5节方法测定提取液中果胶含量,计算果胶提取率。

1.2.3.2 超声提取 取预处理后的刺玫果5g,以水为提取溶剂,盐酸调pH为1.5,料液比为1∶40,超声波功率240W、超声频率24kHz,超声提取3次,每次40min,过滤,合并滤液,按1.2.5节方法测定提取液中果胶含量,计算果胶得率。

1.2.4 果胶沉淀实验 按最佳提取工艺条件对刺玫果果胶进行酸水解微波提取,过滤,合并提取液,浓缩,加入3倍量95%乙醇[17],静置沉淀24h,过滤,沉淀放入烘箱内干燥,即得粗果胶产品。称取干燥的粗果胶适量,蒸馏水溶解并定容至100mL,按1.2.5节方法测定果胶含量。

1.2.5 刺玫果中果胶含量测定 果胶测定采用硫酸咔唑比色法[18]。

1.2.5.1 标准曲线的制备 称取半乳糖醛酸10mg,溶于二次蒸馏水中并定容至100mL,取半乳糖醛酸原液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0mL,分别注入100mL容量瓶内定容备用。取8支25mL洁净且干燥好的比色管,各加入6mL浓硫酸,置于冰水浴中,边冷却边分别加入上述半乳糖醛酸溶液2.0mL,充分混合、冷却。然后沸水浴中加热20min,冷却至室温后,分别加入0.5mL咔唑乙醇溶液,摇匀,室温下反应30min,以未加半乳糖醛酸的比色管中溶液为对照,在波长530nm处测定吸光度,以浓度为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。

1.2.5.2 样品含量测定 精密吸取刺玫果提取液适量于25mL比色管中,按“1.2.5.1”项下所述方法进行测定,以相应刺玫果提取液为空白,在530nm波长处测吸光度,计算出果胶得率,计算公式:

果胶得率(%)=(m1/m2)×100

式中:m1为根据标准曲线求得的提取液中果胶质量(g);m2为干刺玫果质量(g)。

2 结果与分析

2.1 标准曲线的制备

半乳糖醛酸的回归方程为:A=0.1597C-0.0031,r=0. 9998,式中:A为所测溶液的吸光度值;C为溶液中果胶的浓度(mg/mL)。表明半乳糖醛酸在0.04～0.12mg/mL范围内呈良好的线性关系。

2.2 单因素实验

2.2.1 萃取剂的选择 实验结果见表2。

表2 萃取剂的选择Table 2 The selection of extraction solvents

由结果可知,盐酸的得率最高,亚硫酸次之,然后是浓硫酸,最后是磷酸。因此选择盐酸作为萃取剂。

2.2.2 料液比对果胶得率的影响 实验结果见图1。由图1可知,果胶得率在料液比小于1∶30时随着料液比的增大而增加,当料液比为1∶30时达到最高值,然后随着料液比的增加果胶得率变化不明显,料液比太小,则提取液粘度较大,不利于刺玫果果胶的溶出,扩散速度慢,难以保证刺玫果中的果胶大量转移到提取液中,提取不完全,果胶得率较低。当料液比增大时,果胶得率逐渐增高,但料液比增大到一定程度后,果胶得率不再增加,所以选择液料比1∶30。

图1 料液比的影响Fig.1 Effect of ratio between materials and solvents on EE

2.2.3 pH对果胶得率的影响 结果见图2。由图2可知,当pH>1.5时,随着pH的减小果胶得率逐渐增大,当pH<1.5时,随着pH的减小果胶得率开始降低,果胶得率在pH为1.5时最高。可能因为随着提取溶剂酸性的增强,存在于刺玫果中的原果胶水解程度加大,水溶性的果胶增加,果胶得率也逐渐提高;但当pH过低时,随着提取溶剂酸性的进一步增强,会很快引起果胶降解,使果胶得率降低[19-20],所以选择将提取液pH调为1.5。

图2 pH的影响Fig.2 Effect of pH value on EE

2.2.4 微波功率对果胶得率的影响 实验结果见图3。由图3可知,果胶得率在微波功率小于500W时随着微波功率的增加而增加,当微波功率为500W时果胶得率最高,随后开始随着微波功率的增加而下降。可能因为微波功率较低时,原果胶水解不完全,随着微波功率的增大,有利于原果胶的水解,使刺玫果中不溶性果胶水解成可溶性果胶,但微波功率过高,刺玫果中原果胶虽水解较完全但水解过于强烈,使果胶裂解为多糖分子或脱酯降解,从而降低了果胶得率[21-22]。所以选择微波功率为500W。

图3 微波功率的影响Fig.3 Effect of microwave power on EE

2.2.5 温度对果胶得率的影响 实验结果见图4。由图4可知,果胶得率在提取温度小于80℃时随着提取温度的升高,刺玫果果胶得率逐渐提高,当温度达到80℃时,得率达到最高值,温度再提高,得率开始下降,可能因为温度低果胶水解不完全,温度过高果胶脱脂降解,得率降低,说明在此条件下,80℃是最佳提取温度。

图4 提取温度的影响Fig.4 Effect of temperature on EE

2.2.6 提取时间对果胶得率的影响 实验结果见图5。由图5可知,果胶得率在提取时间小于40min时随着提取时间的延长,果胶得率逐渐提高,在提取时间达到40min时,果胶得率达到最高值,再延长微波时间,果胶得率反而下降,可能因为微波作用时间长有利于刺玫果中的果胶质充分转移到提取液中,果胶得率不断提高。果胶得率在40min达到峰值,而随着时间的延长,得率有所下降,可能因为溶液中的果胶在较高温度条件下被降解,因此选择最佳微波时间为40min。

图5 提取时间的影响Fig.5 Effect of extraction time on EE

2.2.7 提取次数对果胶得率的影响 实验结果见图6。由图6可知,随着提取次数的增加,提取得率迅速下降,由数据可知前3次的果胶提取量占总提取量的90%以上,本着节约原则,因此提取次数定为3次。

图6 提取次数的影响Fig.6 Effect of extraction times on EE

2.3 正交实验

正交实验结果表明:刺玫果果胶的酸水解微波提取各因素的影响大小为:提取时间>料液比>提取温度>微波功率>提取液pH,其最佳提取工艺条件为A3B1C3D2E2,即水为提取溶剂,料液比为1∶40,盐酸调pH为1.5,微波功率500W,提取温度为80℃,微波提取时间为40min,提取次数3次。

表3 正交实验结果Table 3 Experimental result of orthogonal array design

2.4 工艺稳定性验证实验

工艺稳定性验证实验结果:刺玫果果胶得率分别为0.793%、0.791%、0.777%,平均为0.787%,结果表明优选的刺玫果果胶酸水解微波提取工艺比较稳定。

2.5 对比实验

2.5.1 回流提取 回流对比实验结果:果胶得率为0.420%。

2.5.2 超声提取 超声对比实验结果:果胶得率为0.614%。

2.6 果胶沉淀实验

果胶沉淀实验结果为:刺玫果粗果胶产品含量为9.83%。

3 结论

本实验采用单因素和正交实验法对酸水解微波提取刺玫果果胶的工艺进行了优化。其最佳工艺条件为:取预处理后的刺玫果适量,以水为提取溶剂,盐酸调pH为1.5,料液比为1∶40,微波温度80℃,微波功率500W,提取3次,每次40min,过滤,合并滤液,按1.2.5节方法测定提取液中果胶含量,计算果胶得率。在此工艺条件下,酸水解微波提取刺玫果果胶的得率为0.787%,结果表明酸水解微波辅助提取刺玫果果胶的得率比回流提取和超声提取高。

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Study on the extraction technology of pectin from fruits ofRosadavuricaPall. assisted with microwave method

ZHONG Fang-li,WANG Xiao-lin*,XUE Jian-fei,WANG Tian-hong

(School of Chemistry and Pharmaceutical Engineering,Jilin Institute of Chemical Technology,Jilin 132022,China)

The extraction technology of pectin from fruits ofRosadavuricaPall. assisted with microwave was studied. Using extraction efficiency(EE)of pectin as examination indicator,the extraction technology of pectin applying chlorhydric acid as extraction solvent was optimized. The optimum ratio between raw material and solvent,the pH of extraction solvent,the extraction temperature,the microwave power,the extraction time and extraction times were 1∶40,1.5,80℃,500W,40min,3times respectively. The average extraction efficiency of pectin was 0.787% under the optimum extraction condition,which indicated that microwave-assisted method can be applied for the extraction of pectin from fruits ofRosadavuricaPall.

fruits ofRosadavuricaPall.;pectin;microwave;extraction

2014-09-09

钟方丽(1970-)，女，博士，教授，主要从事天然产物化学成分的分离与生物活性研究。

*通讯作者:王晓林(1969-)，男，硕士，副教授，主要从事天然产物有效成分的提取、纯化及药物的研制与开发。

吉林省科技厅计划项目(20110948)。

TS202.3

B

1002-0306(2015)11-0239-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.11.040