棉籽糖的酶法提取新工艺研究.pdf

2005, Vol. 26, No. 8食品科学工艺技术264 2 张燕萍. 变性淀粉制造与应用 M . 化学工业出版社, 2 0 0 1 . 1 8 4 - 2 7 0 . 3 S o l a r e k D B . M o d i f i e d s t a r c h e s : P r o p e r t i e s a n d u s e s M . B o c a R a t o n , F l o r i d a : C R C P r e s s , 1 9 8 6 . 1 0 4 - 1 0 7 . 4 高嘉安. 淀粉与淀粉制品工艺学 M . 中国农业出版社, 2 0 0 1 . 2 2 6 - 2 3 0 . 5 高福成, 王海鸥. 现代食品工程高新技术 M . 2 0 0 0 , 1 3 0 . 6 郑大中, 刘红英. 微波技术在化工领域中的应用 J . 河南 科技, 1 9 9 2 , ( 9 ) : 1 8 - 1 9 . 7 毕先钧, 谢小光. 微波加热技术在有机合成和材料制备等 方面的应用进展 J . 云南化工, 1 9 9 8 , ( 2 ) : 7 - 9 . 8 张燕萍. 变性淀粉制造与应用 M . 化学工业出版社, 2 0 0 1 , 1 0 5 - 1 0 6 . 9 杨铭铎, 曲敏. 氧化玉米淀粉磷酸酯的研究 J . 中国粮油 学报, 2 0 0 1 , ( 4 ) : 2 5 - 2 6 . 1 0 L e w a n d w i c z G . F o r n a l J . S t a r c h e s t e r s o b t a i n e d b y m i c r o - w a v e r a d i a t i o n - s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n a l i t y J . I n d u s t r i a l C r o p s a n d P r o d u c t s , 2 0 0 0 , ( 1 1 ) : 2 4 9 - 2 5 7 . 1 1 A b r a h a m T E . S t a b i l i z a t i o n o f p a s t e v i s c o s i t y c a s s a v a s t a r c h b y h e a t m i s t u r e t r e a t m e n t J . S t a r c h , 1 9 9 3 , ( 4 5 ) : 1 3 1 . 1 2 S L i m , P A S e i b P r e p a r a t i o n a n d P a s t i n g P r o p e r t i e s o f W h e a t a n d C o r n S t a r c h P h o s p h a t e s J . C e r e a l C h e m i s t r y , 1 9 9 3 , 7 0 ( 2 ) : 1 3 7 - 1 4 4 . 1 3 李光磊, 张军和. 玉米淀粉磷酸单酯的制备及特性研究 J . 粮油与食品机械, 2 0 0 1 , ( 3 ) : 3 1 - 3 3 . 棉籽糖的酶法提取新工艺研究 温辉梁1 , 2，方志杰1，袁美兰2 ( 1 . 南京理工大学化工学院， 江苏 南京 2 1 0 0 9 4 ； 2 . 南昌大学食品科学教育部重点实验室， 江西 南昌 3 3 0 0 4 7 ) 摘 要 ： 本文对棉籽饼粕中棉籽糖的果胶酶法和纤维素酶法提取工艺进行了研究， 实验结果表明 ： 果胶酶和纤维 素酶均可较显著地提高棉籽糖的提取率， 分别是乙醇法提取的1 1 7 % 和1 3 9 % 。 关键词：棉籽糖；果胶酶；纤维素酶；提取 N e w E x t r a c t i o n T e c h n o l o g y S t u d y o f R a f f i n o s e b y E n z y m e M e t h o d W E N H u i - l i a n g ，F A N G Z h i - j i e ，Y U A N M e i - l a n ( 1 . S c h o o l o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g , N a n j i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , N a n j i n g 2 1 0 0 9 4 , C h i n a； 2 . T h e K e y L a b o f F o o d S c i e n c e o f M O E , N a n c h a n g U n i v e r s i t y , N a n c h a n g 3 3 0 0 4 7 , C h i n a ) A b s t r a c t ：T h i s p a p e r s t u d i e d t h e e x t r a c t i o n t e c h n o l o g y o f p e c t a s e a n d c e l l u l a s e m e t h o d o f r a f f i n o s e i n c o t t o n s e e d c a k e . T h e r e s e a r c h r e s u l t s s h o w t h a t p e c t a s e a n d c e l l u l a s e b o t h c a n e n h a n c e t h e e x t r a c t i o n r a t e o f r a f f i n o s e r e m a r k a b l y a n d t h e e x t r a c t i o n r a t e o f p e c t a s e a n d c e l l u l a s e m e t h o d s a r e 1 1 7 % a n d 1 3 9 % o f e t h a n o l m e t h o d , r e s p e c t i v e l y . K e y w o r d s : r a f f i n o s e； p e c t a s e ； c e l l u l a s e； e x t r a c t i o n 中图分类号 ： T S 2 4 4 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 - 6 6 3 0 ( 2 0 0 5 ) 0 8 - 0 2 6 4 - 0 3 收稿日期 ： 2 0 0 5 - 0 6 - 2 7 基金项目： 江西省教育厅重点课题 作者简介：温辉梁( 1 9 6 3 - ) ，教授，在读博士，研究方向为功能食品及添加剂。 植物成分的传统提取法如煎煮、有机溶剂浸出等提 取温度较高、提取率低、能量消耗高；而选用恰当的 酶，可较温和地将植物组织分解，加速有效成分的释 放，从而提高其提取率。郑宝东等 1 采用质量分数为 265工艺技术食品科学2005, Vol. 26, No. 8 2 1 0 - 2的果胶酶在4 5 和p H 4 . 5 的条件下水解竹荪2 h ， 可提高多糖提取率达 2 0 0 % 。陈祥贵等 2 采用浓度为 0 . 1 5 % 的纤维素酶在5 0 、p H 4 . 5 条件下水解金针菇6 h ， 结果表明纤维素酶法对多糖的浸提率是水煮法的2 . 8 倍， 是 浸煮法的1 . 8 倍。但将酶用于棉籽糖的提取还未见报道。 1材料与方法 1 . 1材料与试剂 棉籽饼粕：购自江西省高安市某榨油厂；果胶酶 ( 1 0 U / m g ) ：德国E . M e r c k 公司；纤维素酶( 1 5 0 0 单位/ g ) ： 中国医药( 集团) 上海化学试剂公司。 1 . 2实验设备 F A 1 6 0 4型电子天平( 上海精密科学仪器有限公 司) ；H H . S 1 1 - 2电热恒温水浴锅( 北京长安科学仪器 厂) ；6 5 1 1 型电动搅拌机( 上海标本模型厂) ；L D 5 - 1 0 型 离心机( 北京医用离心机厂) ；R E - 8 5 Z 旋转蒸发仪( 巩义 英峪予华仪器厂) ；7 2 2 S 型分光光度计( 上海精密科学 仪器有限公司) 。 1 . 3实验方法 1 . 3 . 1果胶酶法提取 1 . 3 . 1 . 1果胶酶活力的测定 参考文献 3 。 1 . 3 . 1 . 2果胶酶水解最高酶活条件的确定 各因素水平设定如下：p H 值( 4 . 0 、4 . 2 、4 . 4 ) ，温 度( 3 5 、4 0 、4 5 ) ，以提取液中糖的含量作为确定其最 适水解 p H值和温度的指标。 提取工艺：经烘干粉碎的6 0 目棉籽饼粉5 g 用8 0 % 乙醇( 料液比1 : 9 ) 在7 0 下提取6 0 m i n 抽滤滤渣酶解 ( 一定p H 值浓度为 1 . 0 m g / m l 果胶酶溶液3 0 m l ，在一定温 度下水解 1 0 0 m i n ) 加乙醇至体系中乙醇含量达到8 0 % 升温至 7 0 在搅拌下提取 6 0 m i n 抽滤醋酸铅除蛋 白真空浓缩蒽酮比色法检测 1 . 3 . 1 . 3果胶酶水解条件的单因素试验 影响果胶酶提取棉籽糖得率的主要因素包括酶浓 度、酶解时间、酶用量，各因素的水平设定如下：酶 浓度( 0 . 5 、0 . 8 、1 . 1 、1 . 4 、 1 . 6 、1 . 8 及2 . 0 m g / m l ) ， 酶解时间( 6 0 、8 0 、1 0 0 、1 2 0 及1 4 0 m i n ) ，果胶酶体积 ( 2 0 、2 5 、3 0 、3 5 及 4 0 m l ) 。 1 . 3 . 1 . 4果胶酶法提取的正交试验 在单因素试验的基础上，选定各因素的水平如 下：酶浓度( 1 . 4 、1 . 6 、1 . 8 m g / m l ) 、酶解时间( 1 0 0 、1 2 0 、 1 4 0 m i n ) 、酶用量( 2 0 、2 5 、3 0 m l ) 。 1 . 3 . 2纤维素酶提取法 1 . 3 . 2 . 1纤维素酶活力的测定 参见文献 4 。 1 . 3 . 2 . 2纤维素酶水解最高酶活条件的确定 各因素水平设定如下：温度( 4 0 、4 5 、5 0 、5 5 及6 0 ) ，p H 值( 4 . 0 、4 . 4 、4 . 8 、5 . 2 、5 . 6 及6 . 0 ) ，以 确定纤维素酶水解的最适温度和p H值。 提取工艺如前，但纤维素酶浓度改为1 . 6 m g / m l ，体 积为2 5 m l 。 1 . 3 . 2 . 3纤维素酶法提取的单因素试验 各因素的水平设定如下：纤维素酶浓度( 0 . 3 % 、0 . 5 % 、0 . 8 % 、1 . 0 % 、1 . 3 % 及1 . 5 % ) 、作用时间( 6 0 、8 0 、 1 0 0 、1 2 0 、1 4 0 、1 6 0 及1 8 0 ，单位m i n ) 。 1 . 3 . 2 . 4纤维素酶法提取的正交试验 在单因素试验的基础上，选定各因素的水平如 下：酶用量( 1 . 3 % 、1 . 5 % 、1 . 8 % ) 、酶解时间( 1 2 0 、1 4 0 、 1 6 0 m i n ) 、酶体积( 2 0 、2 5 、3 0 m l ) 。 1 . 3 . 3乙醇提取与酶法提取之间的比较 乙醇提取法提取工艺：经烘干、粉碎的6 0目棉籽 饼粉5 g 用8 0 % 乙醇( 料液比1 : 9 ) 在7 0 下提取6 0 m i n 抽滤滤渣在同等条件下进行第二次提取抽滤醋酸 铅除蛋白真空浓缩蒽酮比色法检测酶法提取工艺如 1 . 3 . 2 . 2 中所述，其中第二次提取时的工艺条件均在前面 所得到的两种酶法二次提取的最佳条件下进行。 2结果与讨论 2 . 1果胶酶法提取 2 . 1 . 1果胶酶的活力 经测定得到果胶酶的活力为 7 . 5 U / m g 即7 5 0 0 U / g 。 2 . 1 . 2果胶酶最高酶活条件的测定结果 经测定，得到果胶酶最适水解 p H 值为4 . 2 ，最适 水解温度为3 5 。 2 . 1 . 3果胶酶提取的单因素试验结果 实验结果表明，各单因素试验的最适条件分别 为：水解时间为1 2 0 m i n ，酶浓度为1 . 6 m g / m l ，酶用量 为 2 5 m l 。 2 . 1 . 4果胶酶法提取的正交试验结果 棉籽糖果胶酶提取法的正交试验结果如表 1所示。 由极差及方差分析得到棉籽糖果胶酶法提取的最佳 条件为：酶浓度1 . 8 m g / m l ，水解时间1 2 0 m i n ，酶用量 3 0 m l 。 2 . 2纤维素酶法提取 2 . 2 . 1纤维素酶的活力 经测定，得到纤维素酶的活力为：1 . 2 U / m g即 1 2 0 0 U / g 。 2 . 2 . 2纤维素酶的最高酶活条件 经测定，得到纤维素酶的最适水解温度为4 5 ，最 适水解p H 值为4 . 0 。 2005, Vol. 26, No. 8食品科学工艺技术266 实验号 A 酶用量B 水解时间C 酶体积提取率合计 ( % )( m i n )( m l )( % )( % ) 11 ( 1 . 3 )1 ( 1 2 0 )3 ( 3 0 )3 . 7 2 , 3 . 8 27 . 5 4 21 ( 1 . 3 )2 ( 1 4 0 )1 ( 2 0 )3 . 7 7 , 3 . 8 57 . 6 2 31 ( 1 . 3 )3 ( 1 6 0 )2 ( 2 5 )4 . 0 6 , 3 . 9 48 . 0 0 42 ( 1 . 5 )1 ( 1 2 0 )2 ( 2 5 )3 . 7 9 , 3 . 7 77 . 5 6 52 ( 1 . 5 )2 ( 1 4 0 )3 ( 3 0 )3 . 9 9 , 4 . 0 98 . 0 8 62 ( 1 . 5 )3 ( 1 6 0 )1 ( 2 0 )3 . 9 7 , 4 . 1 18 . 0 8 73 ( 1 . 8 )1 ( 1 2 0 )1 ( 2 0 )3 . 8 4 , 3 . 9 07 . 7 4 83 ( 1 . 8 )2 ( 1 4 0 )2 ( 2 5 )4 . 0 9 , 4 . 1 78 . 2 6 93 ( 1 . 8 )3 ( 1 6 0 )3 ( 3 0 )4 . 1 5 , 4 . 2 78 . 4 2 K12 3 . 1 62 2 . 8 42 3 . 4 4 K22 3 . 7 22 3 . 92 3 . 8 2 K32 4 . 4 22 4 . 52 4 . 0 4 k13 . 8 63 . 8 13 . 9 1 k23 . 9 53 . 9 93 . 9 7 k34 . 0 74 . 0 84 . 0 1 R0 . 2 10 . 2 70 . 1 0 因素主次B A C 表1 正交试验数据及极差分析 Table 1 Orthogonal experimental data and range analysis of pectase method 2 . 2 . 3纤维素酶法提取的单因素试验 实验结果表明，各单因素试验的最佳条件分别 为：酶用量为 1 . 5 % 、水解时间为 1 4 0 m i n 。 2 . 2 . 4纤维素酶提取法正交试验结果 由极差及方差分析得到纤维素酶法提取的最佳工艺 条件为：酶用量为 1 . 8 % ，水解时间为1 6 0 m i n ，酶液体 积为 2 0 m l 。 2 . 3乙醇提取与酶法提取的比较结果 见表3 。 表2 正交试验数据及极差分析 Table 2 Orthogonal experimental data and range analysis of cellulase method 实验号 A 酶用量B 水解时间C 酶体积提取率合计 ( % )( m i n )( m l )( % )( % ) 11 ( 1 . 3 )1 ( 1 2 0 )3 ( 3 0 )3 . 7 2 , 3 . 8 27 . 5 4 21 ( 1 . 3 )2 ( 1 4 0 )1 ( 2 0 )3 . 7 7 , 3 . 8 57 . 6 2 31 ( 1 . 3 )3 ( 1 6 0 )2 ( 2 5 )4 . 0 6 , 3 . 9 48 . 0 0 42 ( 1 . 5 )1 ( 1 2 0 )2 ( 2 5 )3 . 7 9 , 3 . 7 77 . 5 6 52 ( 1 . 5 )2 ( 1 4 0 )3 ( 3 0 )3 . 9 9 , 4 . 0 98 . 0 8 62 ( 1 . 5 )3 ( 1 6 0 )1 ( 2 0 )3 . 9 7 , 4 . 1 18 . 0 8 73 ( 1 . 8 )1 ( 1 2 0 )1 ( 2 0 )3 . 8 4 , 3 . 9 07 . 7 4 83 ( 1 . 8 )2 ( 1 4 0 )2 ( 2 5 )4 . 0 9 , 4 . 1 78 . 2 6 93 ( 1 . 8 )3 ( 1 6 0 )3