马兰头中β-胡萝卜素酶法提取工艺的研究

李西腾，孟秀梅，赵瑞玉，张佳佳

(江苏食品药品职业技术学院 食品学院，江苏 淮安 223003)

马兰头(KalimerisindicaL.)又名马兰、鸡儿肠、田边菊，是菊科草本植物，以嫩茎叶供食，我国江、浙一带以此作为蔬菜食用[1-4]。马兰头营养丰富，含有蛋白质、碳水化合物、脂肪、黄酮、维生素、矿物质等多种营养成分[5-9]。具有清热解毒、利湿、利尿、止血、散结消肿等功效[10-12]。β-胡萝卜素属于类胡萝卜素，具有强氧化性，天然β-胡萝卜素具有多种生理功能：高效猝灭单线态氧、清除自由基、防癌、抗癌、防辐射、抗衰老等。在食品中可以作为食品着色剂、营养强化剂和抗氧化剂使用[13-17]，在调味品行业，β-胡萝卜素主要作为食品着色剂使用，如应用于食醋、复合调味料及调味酱等调味食品中[18-20]。目前已有提取马兰头多糖、黄酮[21-23]、总三萜[24]、生物碱[25]等的相关研究，但对其β-胡萝卜素的研究甚少，本实验以马兰头为原料，利用果胶酶与纤维素酶提取β-胡萝卜素，通过正交试验对提取工艺参数进行优化，为马兰头β-胡萝卜素在食品加工中的利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马兰头：购于洪泽农贸市场。

吐温-80(分析纯) 无锡市亚泰联合化工有限公司；果胶酶 深圳恒生生物科技有限公司；纤维素酶 宁夏和氏璧生物工程有限公司；氢氧化钠 安徽芜湖化学试剂厂。

恒温水浴锅 北京科伟永兴仪器有限公司；分光光度计 瑞丰仪表有限公司；恒温干燥箱 豪城仪器设备有限公司；粉碎机 浙江屹立工贸有限公司；电子天平 上海耀华有限公司；精密酸度计 杭州奥立龙仪器有限公司；离心机 湖南凯达科学仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 马兰头中β-胡萝卜素提取工艺流程马兰头茎叶清洗→晾干→烘干→粉碎→称量→加入吐温-80溶液→用果胶酶、纤维素酶提取β-胡萝卜素→离心过滤→取上清液测定β-胡萝卜素含量。

1.2.2 β-胡萝卜素的提取与含量测定

称取5 g马兰头，加入0.2 mL的吐温-80溶液，加入适量的果胶酶和纤维素酶，放入水浴锅，浸提一定时间后，抽滤，调节pH为6.0，滤液在450 nm的吸光度下测定，根据标准曲线计算出β-胡萝卜素的含量[26]。

式中：C为β-胡萝卜素的浓度；V为提取液的体积；N为稀释倍数；M为样品质量。

1.2.3 单因素试验

分别以果胶酶(0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%)，纤维素酶(0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%)，时间(1，1.5，2，2.5，3 h)、温度(30，40，50，60，70 ℃)4个因素进行单因素试验，研究各因素对马兰头中β-胡萝卜素提取量的影响。

1.2.4 正交试验

将果胶酶用量、纤维素酶用量、提取时间、提取温度作为试验因素，进行四因素三水平正交试验，以β-胡萝卜素提取量为评价指标，对从马兰头中提取β-胡萝卜素的工艺进行优化，试验设计见表1。

表1 正交试验设计表Table 1 Orthogonal test design

2 结果与分析

2.1 β-胡萝卜素标准曲线

β-胡萝卜素的标准曲线见图1。

图1 β-胡萝卜素标准曲线Fig.1 Standard curve of β-carotene

由图1可知，吸光度与β-胡萝卜素标准溶液的浓度之间的回归方程式为：y=0.1057x+0.0233，R2=0.9992。

2.2 果胶酶用量对β-胡萝卜素提取量的影响

不同的果胶酶用量对马兰头中β-胡萝卜素提取量的影响结果见图2。

图2 果胶酶用量对β-胡萝卜素提取量的影响Fig.2 Effect of pectinase dosage on β-carotene extraction

由图2可知，果胶酶用量为0.8%时提取量最高，果胶酶用量再增加，提取量开始下降，所以，选择果胶酶用量为0.8%。

2.3 纤维素酶用量对β-胡萝卜素提取量的影响

纤维素酶用量对β-胡萝卜素提取量的影响结果见图3。

图3 纤维素酶用量对β-胡萝卜素提取量的影响Fig.3 Effect of cellulase dosage on β-carotene extraction

由图3可知，纤维素酶用量达到0.8%时，β-胡萝卜素的提取量最大，纤维素酶用量继续增加，β-胡萝卜素提取量开始下降。故此，确定纤维素酶用量为0.8%。

2.4 提取时间对β-胡萝卜素提取量的影响

不同提取时间对马兰头中β-胡萝卜素提取量的影响结果见图4。

图4 提取时间对β-胡萝卜素提取量的影响Fig.4 Effect of extraction time on β-carotene extraction

由图4可知，在提取时间达到2.5 h时，β-胡萝卜素的提取量最高，超过该时间后提取量开始下降。因此，选择提取时间为2.5 h。

2.5 提取温度对β-胡萝卜素提取量的影响

不同提取温度对马兰头中β-胡萝卜素提取量的影响结果见图5。

图5 提取温度对β-胡萝卜素提取量的影响Fig.5 Effect of extraction temperature on β-carotene extraction

由图5可知，当温度在50 ℃时，马兰头中β-胡萝卜素的提取量最大，超过50 ℃，提取量开始下降，可能是因为在较高温度条件下，酶的作用减弱，β-胡萝卜素不稳定，易降解。因此，选择提取温度为50 ℃。

2.6 β-胡萝卜素提取工艺的优化

在单因素试验的基础上进行四因素三水平的正交试验，结果见表2。

表2 正交试验设计及结果Table 2 Orthogonal test design and results

由表2可知，各因素的影响次序为D>C>A>B，即温度>时间>果胶酶用量>纤维素酶用量。由表2可知，提取工艺的最优组合为A3B1C1D3，即果胶酶用量为1.0%，纤维素酶用量为0.6%，时间为2.0 h，温度为60 ℃。

表3 正交试验方差分析结果Table 3 Variance analysis of orthogonal test results

注：“*”表示差异显著(P<0.05)，“**”表示差异极显著(P<0.01)。

由表3可知，提取温度对β-胡萝卜素提取量的影响极显著，果胶酶用量和时间对β-胡萝卜素提取量的影响显著。以正交试验所得到的最佳条件进行试验，通过计算得到β-胡萝卜素的提取量为2.778 mg/g，高于正交表中的试验结果，说明采用正交法得到的优化结果可靠。

3 结论

采用酶法提取马兰头中的β-胡萝卜素，提取的最佳工艺条件为果胶酶用量1.0%，纤维素酶用量0.6%，时间2.0 h，温度60 ℃，在此条件下马兰头中胡萝卜素提取的效率最高。