酶解技术在雪莲果菊糖提取中的应用

蔡莉

（江阴职业技术学院环境与材料工程系，江苏江阴214405）

雪莲果又叫亚贡，是一种菊科的多年生草本植物，又称为菊薯，原产自南美洲的安第斯山脉，有很好的保健疗效及药用价值[1-3]。二十世纪80年代，日、欧等国陆续引进，后传入我国。雪莲果肉主要由低聚果糖、葡萄糖、果糖等糖类物质组成，其中还含有人体所需的微量元素和植物菊糖[4]。菊糖是一种天然的功能性多糖，具有改善大肠肠道微环境、调节血糖和血脂、预防肥胖等生理功能。近年来人们对纯天然的保健品热捧，使得植物菊糖以其生理功能独特性以及来源多样化等特点，逐渐成为人们研究与讨论的热点[5]。

酶法提取主要用酶破坏细胞壁结构，具有反应条件温和、选择性高的特点。而酶的专一性可避免对底物外物质的破坏，在提取稳定性差和含量较少的成分时优势更为明显。酶法是绿色高效的植物提取技术，可利用相关酶制剂来提高提取物的极性，从而减少有机溶剂的使用，降低成本[6-7]，因此酶法可用来提取可溶性菊糖类的物质。

鉴于菊糖的功能性，本课题尝试采用酶解法提取雪莲果菊糖，并从酶的种类、酶解用量、酶解温度、酶解时间和酶解pH优化提取工艺。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

实验材料：雪莲果，本地市购；3，5-二硝基水杨酸；浓硫酸；丙三醇；葡萄糖；D-果糖；氢氧化钠；苯酚。

实验仪器：数显恒温水浴锅；多功能粉碎机；紫外可见分光光度计；冷冻离心机；烘箱；微波炉；电子天平。

1.2 实验方法

1.2.1 雪莲果菊糖提取

新鲜雪莲果洗净，放入沸水中5 min 灭菌，冷却，切成薄片，入烘箱70℃烘干，用高速万能粉碎机碎成粉末，过40目筛，制得粗菊粉，称重待用。取2 g菊粉，加适量水，在55℃水中浸泡1 h，升温至90℃，提取0.5 h，冷却至适宜温度，加入适量酶溶液使提取液总体为100 mL，调节酶解液pH 为6，30℃酶解提取2 h，提取液抽滤，滤液稀释20倍后进行测定。同时相同步骤做空白（2 g菊粉，不经酶处理）和酶空白实验（只加酶不加菊粉）。

1.2.2 菊糖含量的测定

总糖含量的测定采用苯酚硫酸法，还原糖含量的测定采用DNS比色法，菊糖含量的计算方法[8]：

菊糖的含量=总糖含量-还原糖含量

菊糖提取率=提取液中菊糖含量/雪莲果的重量×100%

1.2.3 菊糖提取条件的优化

未优化前提取条件：用果胶酶提取雪莲果菊糖，酶用量为10 mg/g，酶解温度30℃，酶解时间为120 min，酶解pH为6。

表1 实验因素及水平

2 结果分析

2.1 酶种类对菊糖得率的影响

图1 不同种类的酶对菊糖得率的影响Fig.1 Effects of different kinds of enzymes on inulin yield

由图1可知，纤维素酶辅助提取雪莲果菊糖得率最大，菊糖含量最高，提取效果最佳；其次是果胶酶、植物蛋白酶、α-淀粉酶，酸性蛋白酶和碱性蛋白酶辅助提取效果最差。因此，选择纤维素酶作为辅助提取雪莲果菊糖的最适酶。

2.2 酶用量对菊糖得率的影响

图2 纤维素酶用量对雪莲果菊糖得率的影响Fig.2 Effect of cellulase dosage on the yield of inulin from yacon

由图2 可以看出，在纤维素酶用量为2～14 mg/g时，随着酶用量的提高，雪莲果菊糖得率也在不断增加，但当酶用量达到14 mg/g后，继续再增加酶的用量时，菊糖得率却不再增加。从提取效果和经济成本两方面考虑，纤维素酶的加入量选择14 mg/g为宜。

2.3 酶解温度对菊糖提取的影响

由图3 可知，随着温度的增加，菊糖的含量呈先增长后下降的趋势。35℃时菊糖提取率最高，在此基础上继续升高温度，菊糖得率开始下降。主要原因是纤维素酶作为一种生物催化剂，温度对酶活的影响较大，当偏离酶的最适催化温度时，菊糖提取效果就大打折扣。

2.4 酶解时间对菊糖提取的影响

图3 酶解温度对雪莲果菊糖得率的影响Fig.3 Effect of enzymatic hydrolysis temperature on the yield of inulin from yacon

图4 酶解时间对雪莲果菊糖得率的影响Fig.4 Effect of enzymatic hydrolysis time on the yield of inulin from yacon

酶解反应作为一种生化反应过程，时间对于反应进程的影响较为明显。由图4 可知，随着提取时间的变长，提取量逐步上升，在时间120 min 的条件下达到最大，此时的菊糖得率也最大。

2.5 酶解p H对菊糖提取的影响

图5 酶解pH对雪莲果菊糖得率的影响Fig.5 Effect of enzymatic hydrolysis of ph on the yield of inulin from yacon

由图5 可知，随着pH 的上升，提取量也逐步提高，当pH=7 时菊糖提取得率达到最高。根据资料显示，纤维素酶作为一种复合酶，适用的pH 一般为中性及略偏碱性的环境，与本实验数据一致。

3 结论

本文研究了酶解法提取雪莲果中的菊糖物质，并对提取过程中的影响因素如酶的种类、酶的用量、酶解温度、酶解时间、酶解pH值等进行研究与工艺优化。最终得到酶解法提取雪莲果菊糖的最佳工艺参数为：酶的种类为纤维素酶，酶用量（纤维素酶）14 mg/g，酶解温度为35℃，酶解时间为120 min，酶解pH 值7.0，该条件下菊糖得率68.85%。