超声波辅助酶法提取苦瓜素工艺研究

吴丽萍，朱　妞，李　慧，王东生

（黄山学院 生命与环境科学学院，安徽 黄山245041）

超声波辅助酶法提取苦瓜素工艺研究

吴丽萍，朱妞，李慧，王东生

（黄山学院 生命与环境科学学院，安徽 黄山245041）

采用超声波辅助酶法对苦瓜中苦瓜素的提取工艺进行研究，通过正交试验优化提取工艺。结果显示，苦瓜素的最佳提取工艺条件为料液比1∶10、复合酶用量0.25%，提取时间60min、提取温度55℃、超声波功率200W，在此条件下，苦瓜素提取率为16.82%。超声波辅助酶法应用于苦瓜素的提取，高效环保，可为苦瓜素的工业化提取提供理论参考。

超声波；酶；苦瓜素；提取

苦瓜（momordica charantial），葫芦科苦瓜属，是中国传统的药食两用植物，因其含有罗汉果苷和苦瓜素等成分而呈甘苦味［1］。近些年来，国内外学者对苦瓜的研究已成为热点课题，关于苦瓜的功效成分及保健功能更是进行了大量的研究。结果表明苦瓜富含苦瓜多糖、苦瓜素、苦瓜皂苷、类黄酮化合物、生物碱等多种功效成分，具有降血糖、抗癌、抗病毒、抗生育、增强免疫力等功能特性［2］。目前关于苦瓜多糖、苦瓜皂苷的报道较多，而关于苦瓜素的研究却鲜有报道。苦瓜素是一类Ⅱ型（单链）核糖体失活蛋白，目前已经发现有6种苦瓜素，目前研究较多的为α、β、γ、δ-苦瓜素等，药理试验证明，苦瓜素具有抗肿瘤、抗病毒、降血糖、减肥等功效［3］。关于苦瓜素的提取研究通常采用的方法是碱提醇沉工艺，但碱液提取苦瓜素时会产生较深不良色泽［4］，给产品质量一定影响。因此，本文采用超声波辅助酶法苦瓜素工艺进行优化，在一定程度上提高苦瓜素提取率，对扩大其应用领域及工业化生产具有一定的现实意义及参考价值。

1　材料与方法

1．1材料与仪器

鲜苦瓜：市售；纤维素酶（15000U/g）：上海蓝季科技发展有限公司；果胶酶（20000U/g）：合肥一力生物技术有限公司；三氯乙酸（TCA），氯化钠，冰乙酸，高氯酸，氢氧化钠，酒石酸甲钠，亚硫酸钠，葡萄糖，柠檬酸钠，95%乙醇（以上试剂均为分析纯，国药集团上海试剂公司）。

SY-1000E多用途恒温超声提取器：北京泓祥隆生物技术开发有限公司；SHZ-D循环水式真空泵：浙江临海市精工真空设备厂；722型可见分光光度计：上海精密仪器有限公司；HH-4型恒温水浴锅：上海比郎仪器制造有限公司；DT5-1式台式离心机：北京北利离心机有限公司；FA2004B分析天平：上海天平仪器厂。

1.2试验方法

1.2.1超声波辅助酶法提取苦瓜素工艺

鲜苦瓜洗净，去籽，破碎成浆。取一定量的苦瓜浆置于超声波提取器中，在超声波功率，提取温度，提取时间，料液比为一特定值条件下调节pH为5.0，分别加入一定用量的纤维素酶、果胶酶以及复合酶（纤维素酶：果胶酶=1∶1），进行超声波辅助酶法提取。将提取后的苦瓜浆过滤，上清液于65℃减压浓缩至1/3体积后，加入4倍体积的浓度为85%的乙醇溶液进行沉淀，静置1h。将沉淀物离心、过滤，除去苦瓜素提取液中的多糖杂质，得到苦瓜素粗提液。在苦瓜素粗提液中加入一定量的三氯乙酸，充分震荡30min，静置10min，出现白色沉淀，等到两相界面稳定后过滤，得到苦瓜素提取液，浓缩、干燥后得到苦瓜素晶体。

1.2.2苦瓜素提取单因素试验

称取20g的苦瓜浆，在超声波功率为200W，提取时间为40min，温度为50℃，料液比为1：8，复合酶用量为0.02%为基准条件下，以苦瓜素提取率为考察指标，改变其中一因素水平，保持其它因素水平不变，研究各单因素对苦瓜素提取率的影响。

1.2.3苦瓜素提取工艺参数优化

按照1.2.1中介绍的提取苦瓜素的方法，结合单因素试验的结果，选取对苦瓜素提取率影响较大的料液比、超声波提取功率、提取时间、提取温度这四个因素进行L9（34）正交试验设计，以苦瓜素提取率为考察指标，优化提取工艺参数，正交试验因素水平表如表1所示。

表1　正交试验因素与水平

1.2.4苦瓜素提取率的测定

苦瓜素提取率 （%）=（实际提取苦瓜素晶体的量/苦瓜素含量）×100%

其中苦瓜素含量按照参考文献［5］中介绍的方法进行测定。

1.3数据处理

采用Excel、SPSS13.0数据分析软件分别对单因素试验、正交试验结果进行极差、方差分析。

2　试验结果分析

2.1料液比对苦瓜素提取率的影响

图1　料液比对苦瓜素提取率的影响

如图1所示，当料液比在1∶5-1∶8之间时，随着料液比的增加，苦瓜素的提取率逐渐增加，这是因为在一定范围内，随着料液比的减小，溶质在物料与溶剂中的浓度差越大，目标物就越容易渗透出来［6］。

但当料液比增加到1∶9之后，对苦瓜素的提取率影响不大并略呈下降趋势。这是因为溶质提取率不会随着料液比的减小而持续增大，此时继续增加试剂反而造成溶剂资源的浪费，考虑到要以低沉本、高提取率的原则，因此在实际试验过程中，适宜的料液比是1∶8-1∶10。

2.2超声时间对苦瓜素提取率的影响

图2　超声时间对苦瓜素提取率的影响

如图2所示，苦瓜素提取过程中，当提取时间在20-60min之间时，随着时间的增加，苦瓜素的提取率在逐渐增加；当提取时间大于60min后，苦瓜素的提取率反而逐渐减小。这是因为随着时间的延长，超声波对植物细胞的结构产生了一定的破坏，从而导致提取率下降，故适宜的提取时间范围为40-60min。

2.3超声温度对苦瓜素提取率的影响

如图3所示，当温度在30-60℃之间时，随着温度的升高，苦瓜素的提取率逐渐提高；当温度大于60℃时，苦瓜素提取率呈下降趋势。这是因为超声波在振动过程中产生的热能提高了介质的环境温度，而过高的环境温度会导致苦瓜素变性，从而降低其提取率，故温度设定为50-60℃比较合适。

图3　超声温度对苦瓜素提取率的影响

2.4超声波功率对苦瓜素提取率的影响

如图4所示，超声波功率在50W-200W范围内，随着超声波功率的增加，苦瓜素的提取率逐渐上升，溶剂分子对药材基体的渗透和待提取成分的溶剂化被进一步加速，从而使活性成分的提取量得以显著提高［7］。此后继续提高超声波提取的功率，苦瓜素的提取率开始下降，因此超声波提取功率范围在150W-250W之间比较合适。

2.5酶用量对苦瓜素提取率的影响

由图5可以看出，随着各种酶用量的增加，苦瓜素提取率逐渐增大。这是因为纤维素酶可以将植物组织分解，从而减小传质阻力；果胶酶可将植物细胞壁间相连的果胶物质进行瓦解，使果肉中的苦瓜素成分释放出来，从而提高苦瓜素提取率。然而，单独使用纤维素酶或果胶酶去提取苦瓜素的效果并不理想，苦瓜素的提取率偏低。因此本文将纤维素酶和果胶酶按1∶1的比例制成复合酶制剂提取苦瓜素，结果显示使用复合酶制剂提取苦瓜素的效果明显优于单一酶制剂。随着复合酶制剂用量的增加，苦瓜素提取率亦呈上升趋势，当复合酶用量大于0.25%时，苦瓜素提取率趋于稳定。因此，从经济角度出发，复合酶用量为0.25%比较适宜。

图5　酶用量对苦瓜素提取率的影响

2.6正交试验优化工艺参数

正交试验优化工艺参数见表2，方差分析见表3。

表2　正交试验优结果分析

表3　方差分析表

由表2中的极差分析可以看出超声波辅助提取苦瓜素的最优组合为A3B3C2D2，各因素影响的主次因素为D＞A＞C＞B，即超声波功率＞料液比＞提取温度＞提取时间。从表3中的方差分析可知D因素对苦瓜素提取率影响最为显著，这与极差分析结果相同。但是因为A3B3C2D2在正交试验表中并没有出现，因此在此条件下进行验证试验，得到苦瓜素的提取率为16.82%，优于正交试验表2中苦瓜素最优提取率，因此，超声波辅助酶法提取苦瓜素的最优工艺条件为料液比1∶10、复合酶用量0.25%，提取时间60min、提取温度55℃、超声波功率200W。

3结　论

本文通过正交试验优化得出超声波辅助酶法提取苦瓜素的最优工艺为料液比1：10、提取时间60min、提取温度55℃、复合酶用量0.25%，超声功率200W，在最优条件下苦瓜素的提取率为16.82%。超声波辅助酶法提取苦瓜素操作简便，提取时间短，提取率高，可为工业化生产苦瓜素提供一定的数据参考，关于苦瓜素的分离纯化还需进一步的研究探讨。

［1］LUCAS E A，DUMANCAS G G，SMITH B J，et al.Health benefits of bitter melon（Momordica charantia）［J］.Bioactive Foods in Promoting Health，2010，35：525-529.

［2］王杰，张名位，刘兴华，等.苦瓜的保健功能及其应用研究进展［J］.湖北农学院学报，2004，24（4）：321-324.

［3］TPAUL M F，NG T B，FONG W P，et al.New ribosomeinactivating proteins from seeds and fruits of the bitter gourd Momordica charantia［J］.The international Journal of BiochemistryCell Biology，1999，31：895-901.

［4］徐海洋，李静.碱法提取苦瓜素工艺优化［J］.安徽农业科学，2011，39（22）：13366-13368.

［5］齐文波，徐中平，徐誉泰，等.苦瓜素的分离纯化与抗肿瘤活性的研究［J］.离子交换与吸附，1999，15（1）：59-63.

［6］潘利华，徐学玲，罗建平.水溶性大豆多糖的超声波辅助酶法提取条件及抗氧化活性［J］.食品科学，2012，33（4）：77-81.

［7］程振玉，杨英杰，刘志刚.超声波辅助酶法提取北五味子多糖工艺研究［J］.中国酿造，2014，33（3）：104-108.

责任编辑：胡德明

The Technology of Ultrasonic-assisted Enzyme Extraction of Elaterin

Wu Liping，Zhu Niu，Li Hui，Wang Dongsheng
（School of Life and Environmental Science，Huangshan University，Huangshan 245041，China）

The method of ultrasonic-assisted enzymatic extraction process is used to extract elaterin in M0mordica charantia L.，and the extraction technology is obtained through orthogonal test.The results show that the optimal ultrasonic-assisted enzymatic extraction condition is as follows：material/liquid ratio：1：10，amount of composite enzyme：0.25%，extraction time：50 min，extraction temperature：55℃，ultrasonic power：200W.Under the optimal condition，the extraction rate of elaterin is 16.82%.The method is highly efficient and environmental-friendly，which provides a theoretical basis for polysaccharide extraction of elaterin.

ultrasonic；enzymes；elaterin；extraction

TS209

A

1672-447X（2016）03-0040-004

2015-06-20

安徽省教育厅自然科学研究项目（KJHS2015B12）；黄山学院自然科学研究项目（2015xkj009）

吴丽萍（1982-），吉林长春人，硕士，黄山学院生命与环境科学学院讲师，研究方向为食品新材料制备。