毕业论文-菠萝蛋白酶提取荸荠果胶的研究.doc

内江师范学院化学化工学院 毕毕 业业 论论 文文 论文题目: 菠萝蛋白酶提取荸荠果胶的研究 学生班级: 2010 级 1 班 专业: 化 学 学生姓名: 学号: 20100441109 指导教师:职称: 教授 论文提交日期: 2014 年 5 月 10 日 论文答辩日期: 2014 年 5 月 20 日 论文评阅人: 答辩小组长: 2014 年 5 月制 内江师范学院毕业论文（设计） 1 目 录 中英文摘要.2 1 前言3 2 实验材料.3 2.1 材料和试剂3 2.2 仪器4 3 实验方法.4 3.1 原料的处理4 3.2 荸荠果胶的提取4 3.3 荸荠果胶中总半乳糖醛酸含量的测定4 4 结果与讨论5 4.1 单因素对荸荠果胶提取的影响5 4.1.1 反应时间对提取的影响.5 4.1.2 酶用量对提取的影响.5 4.1.3 温度对提取的影响 .5 4.1.4 料液比对提取的影响.6 4.1.5 PH 值对提取的影响6 4.2 优化与验证7 4.3 产品检测8 5 结论8 参考文献10 声明.11 致谢.12 内江师范学院毕业论文（设计） 2 菠萝蛋白酶提取荸荠果胶的研究 （内江师范学院 化学化工学院，四川 内江 641112） 摘 要：以荸荠皮为原料研究菠萝蛋白酶法提取荸荠果胶的最佳工艺条件。通过 荸荠皮果胶提取率为指标，研究提取温度、料液比、酶用量和 pH 值对果胶提取率的影 响。通过单因素实验和正交实验确定提取工艺，结果表明: 菠萝蛋白酶法提取荸荠皮果 胶的最佳工艺为温度 55 、料液比 1：18、加酶量 6mL 和 pH 值 8,在此条件下荸荠皮 中果胶提取率为 23.9%。 关键词: 菠萝蛋白酶;荸荠皮;果胶;提取率 Research of Bromelain Extract Water Chestnut pectin JIKE Mu-ga (College of Chemistry and Chemical Engineering, Neijiang Normal University, Neijiang, Sichuan 641199, China) Abstract: The optimal process conditions for the extraction of water chestnut peel water chestnuts pectin materials research bromelin method. Rate as the index by Eleocharis tuberose peel pectin extraction, extraction temperature, ratio of material to liquid, enzyme dosage and effect of pH value on the pectin extraction rate. Through single factor experiment and orthogonal experiment to determine the extraction process, the result shows that: the optimum extraction technology of pectin from Eleocharis tuberose peel bromelin method for temperature 55 , solid-liquid ratio was 1:18, the amount of enzyme 6mL and pH value of 8, under the condition of water chestnut peel pectin extraction rate was 23.9%. Key words: Bromelain; Eleocharis tuberose peel; pectin; extrctiontion rate 菠萝蛋白酶提取荸荠果胶的研究 内江师范学院毕业论文（设计） 3 吉克木呷 （内江师范学院 化学化工学院，四川 内江 641112） 1 前言 果胶是一种广泛存在于高等植物细胞壁中无毒、无刺激性，颜色为白色至黄褐色粉末 的多糖类植物胶,并在水果和蔬菜中多以不溶于水的原果胶存在, 可在适度酸的作用下, 形成可溶性果胶并稳定存在, 但在强酸强碱下都易解聚1。果胶在我们日常生活中应用很 广泛，主要具有以下四点用途：（1）在食品工业上，果胶主要利用其凝胶性生产胶冻、果 酱和软糖。 （2）在医药方面可用作止血剂和代血浆，也可用来治疗腹泻和重金属中毒等。 （3）用作乳化稳定剂和增稠剂以及黏结剂，我国规定可用于各类食品，按使用需求适量 生产。 （4）多用于化妆水、酸性牙粉等,由于它在碱性介质中不够稳定,因此不能用于碱性 化妆品。 荸荠原产印度，中国主要分布于广西、江苏和安徽等低洼地区,荸荠球茎约含碳水化合 物21%，蛋白质1.5%。荸荠在我们日常生活中一般具有以下五点用途：（1）可生食或熟食， 也能用于加工罐藏以及用作提取淀粉的原料。 （2）在医药方面有止渴、消食、解热功能。 （3）由于荸荠中含的磷是根茎类蔬菜中较高的，所以能促进人体生长发育和维持生理功能 的需要。 （4）荸荠果皮中含有较丰富的果胶，虽然果胶是不能提供能量的，但对人体正常 的生理代谢起着重要作用。 （5）多吃荸荠的人牙齿骨骼发育一般都很好，同时荸荠也可以 促进人体内的糖、脂肪、蛋白质三大物质代谢的转化和调节人体内酸碱度平衡，因此儿童 也可以大量食用荸荠。而据不完全统计，我国每年约消耗1500多吨果胶，其中80%均为国 外进口；因此对果胶生产工业进行研究生产出优质果胶，满足市场需求尤为重要2。目前 果胶的提取方法有以下几种：酶提取乙醇沉淀法、离子交换法、酸提取盐沉法以及微生物 法、离子交换法、膜分离技术、微波提取法、化学铁盐法，但酶法和膜分离法成本较高3。 超声波用于天然产物的辅助提取4。而提取果胶最成熟的方法是酶法，目前报道从荸荠中 提取果胶方法却只有酸法。本实验研究菠萝蛋白酶法对荸荠果胶进行提取，考察反应时间、 酶用量、温度、料液比、pH值对果胶提取的影响 。 2 实验材料 2.1 材料和试剂 新鲜荸荠皮（购于四川内江市临江小区菜市场） ；YY10508-25g菠萝蛋白酶（上海源 叶生物科技有限公司） 、无水乙醇（99.7%） 、一水合柠檬酸（成都金山化学试剂有限公 司） 、柠檬酸三钠（成都市新都区木兰镇工业开发区） 、盐酸（0.5mol/L） 、氢氧化钠 （0.1mol/L） 、活性炭、标准邻苯二甲酸氢钾缓冲溶液。 缓冲溶液的配制：称取21.014g柠檬酸配成1000mL溶液，称取29.014g柠檬酸三钠配 内江师范学院毕业论文（设计） 4 成1000mL溶液，按比例混合（柠檬酸三钠溶液与柠檬酸溶液混合）调节pH后，用pH计 精确调节pH值。 菠萝蛋白酶溶液的配制：精确称取0.02g活力值500U/mg的菠萝蛋白酶，配成 100mL溶液，现配现用。 2.2 仪器 DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（郑州长城科技工贸有限公司） ；TD5-1台式低 速离心机（四川蜀科仪器有限公司） ；pHS-3E精密pH计（上海仪电科学仪器股份有限公 司） ；BT-323S电子天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司） ；电热鼓风干燥箱（上海一 恒科学仪器有限公司） ；SHZ-C型循环水式多用真空泵（巩义市英峪仪器厂） ；600克摇 摆式高速万能粉碎机（温岭市林大机械有限公司） ；HH-S2数显恒温水浴锅（金坛市医 疗仪器厂） 。 3 实验方法 3.1 原料的处理 洗净新鲜的荸荠皮，将荸荠皮在沸水中煮5min左右，并用煮沸过的沸水冲洗数次以 除去部分可溶性的糖，沥干水分，在5560下烘24小时。用粉碎机粉碎35min，并 用100目筛进行过筛。将制好的荸荠皮粉密封存放在干燥器中备用。 3.2 荸荠果胶的提取 准确称取3g已制备好的荸荠皮粉于250mL烧杯中，加入一定体积已调节好pH值的缓 冲（柠檬酸/林檬酸三钠）溶液，再向烧杯中加入一定体积浓度为0.02%g/L、活力值 500U/mg的菠萝蛋白酶溶液，用保鲜膜盖住烧杯并将烧杯置于水浴锅中（控制一定温 度）不断搅拌，反应一定时间后，立即将烧杯内的溶液一并转移到95的数显恒温水浴 锅中灭酶5min，趁热离心取上层清液，将滤渣用煮沸的水冲洗23次并合并滤液（若滤 液有颜色可加少量活性炭进行吸附再过滤，滤液不纯将其过滤为清液） 。向滤液中加入 99.7%的无水乙醇溶液（加入乙醇的量为滤液体积一倍多为好）并不断搅拌，过一会就 明显可以观察到加入无水乙醇后析出白色絮状物，放置1小时后用布氏漏斗过滤，用75%的 乙醇溶液洗涤沉淀23次，产品置于4550的干燥箱中干燥、称重、计算提取率，平 行实验35次。 3.3 荸荠果胶中总半乳糖醛酸含量的测定 参考GB 25533-2010食品添加剂果胶中方法进行荸荠果胶中总半乳糖醛酸含量的 测定18。 荸荠果胶提取率：粗提率=（粗果胶质量/荸荠皮粉的质量）*100% 荸荠果胶的纯度计算：总半乳糖醛酸百分含量 X（%）=（V1+V2）*19.41*100%/m2 内江师范学院毕业论文（设计） 5 4 结果与讨论 4.1 单因素对荸荠果胶提取的影响 4.1.1 反应时间对提取的影响 控制提取温度为55，缓冲溶液的pH为6，料液比为1:22，用0.02%g/L的菠萝蛋白 酶6mL；分别控制提取时间为1h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h，测定荸荠果胶的提取率。结 果表明（如图1所示）：随着反应时间的增长, 果胶的提取率逐渐增高, 在提取时间为 1.5h 时最好, 但继续随着提取时间的延长, 果胶提取率反而降低，并且在 2.0h2.5h 时果胶提取率趋于平缓，这可能是提取出的果胶随着提取时间增长被分解了, 从提取效 率上来讲：大量浪费时间却产量不佳，所以说明浸提时间以 1.5h 为最佳, 浸提时间过 长或过短都会影响荸荠果胶提取率。 图1 反应时间对提取的影响 图2 加酶量对提取的影响 Fig. 1 Effect of reaction time on Extraction Fig. 2 Effect of enzyme concentration on the extraction 4.1.2 酶用量对提取的影响 控制提取温度为55，缓冲溶液的pH为6，料液比为1:22，提取时间为1.5h，分别用 0.02%g/L的菠萝蛋白酶为2mL、4mL、6mL、8mL、10mL反应，测定荸荠果胶的提取率。 结果表明（如图2所示）：当加入酶量低于 6mL 时, 果胶提取率随加入菠萝蛋白酶用 量的增加而逐渐上升；当加酶量超过 6mL 时, 随加入菠萝蛋白酶的量越多果胶提取率 反而降低。故加酶量以6mL为佳。 4.1.3 温度对提取的影响 控制提取时间为1.5h，缓冲溶液的pH为6，料液比为1:22，用0.02%g/L的菠萝蛋白酶 6mL；分别控制提取温度为40、45、50、55、60、65，测定荸荠果胶的提 取率。结果表明（如图3所示）：当温度低于 55 时, 果胶提取率随浸提温度的升高 而逐渐增高； 当温度超过 55 时, 随浸提温度的升高果胶提取率反而逐渐降低。这 可能是由于菠萝蛋白酶有其反应的最适温度。温度过低, 达不到最大活性, 温度过高导 内江师范学院毕业论文（设计） 6 致菠萝蛋白酶酶变性失活, 使果胶提取率下降, 影响果胶产量1, 故浸提温度以 55 为佳，浸提温度过高或过低都会影响荸荠果胶提取率。 图3 温度对提取的影响 图4 料液比对提取的影响 Fig. 3 Effect of temperature on Extraction Fig. 4 Effect of ratio of material to liquid on Extraction 4.1.4 料液比对提取的影响 控制提取温度为55，缓冲溶液的pH为6，提取时间为1.5h，用0.02%g/L的菠萝蛋 白酶体积为6mL，分别控制料液比为1:12、1:18、1:22、1:25、1:30，测定荸荠果胶的提 取率。结果表明（如图4所示）：在料液比不同的条件下, 果胶的提取率也不相同。料 液比由 1:12 增加到 1:22 时, 果胶的提取率升高较慢；继续再增加料液比，提取率升 高幅度较大，直到料液比大于 1:25 时,果胶的提取率随料液比的增加而降低。故料液 比为 1:25 时最佳。 4.1.5 pH值对提取的影响 控制提取温度为55，提取时间为1.5h，料液比为1:25，用6mL浓度为0.02%g/L的菠 萝蛋白酶，分别用pH为3、4、5、6、7、8的缓冲溶液调节pH，测定不同酸度下荸荠果 胶的提取率。结果表明（如图5所示）：在不同的pH值条件下, 果胶的提取率也不相同。 在pH值小于 6 时, 果胶的提取率随pH值的升高而逐渐升高； 在pH值大于 6 时, 果胶 的提取率随pH值的升高反而降低。所以菠萝蛋白酶液酸度pH值为 6 较为合适。 内江师范学院毕业论文（设计） 7 图5 pH值对提取的影响 Fig. 5 Effect of pH value on Extraction 4.2 优化与验证 根据单因素实验的结果，分别对提取温度、提取所需的酶体积量、pH值、提取所需 的料液比等因素对果胶提取率最大的3个组进行Lg(34)正交试验来优化提取荸荠皮中果胶 的最佳工艺参数。并对正交实验进行设计和实验结果分析（如下表所示） 。 表1 正交实验设计 水平 温度（） /A 料液比/B酶用量 （mL）/C pH 值/D 1 50 1:18 4 6 2 55 1:22 6 7 3 60 1:25 8 8 内江师范学院毕业论文（设计） 8 表2 正交实验结果 方差分析结果表明，第8组果胶提取率最高。结合极差分析可知B因素（料液比）的 极差最大，D因素（pH值）的极差次之，因此料液比和pH值为试验果胶提取率的重要因 素，适当增加浸提液的料液比和pH值，对荸荠皮果胶提取率影响较大。从节约能源和减 少污染的角度综合考虑，A2B1C2D3为试验条件的最佳组合，即在浸提温度在55、浸 提料液比为1:18、0.02%的菠萝蛋白酶用量为6mL、浸提pH为8的条件下可得到果胶的最 大产量（即A2B1C2D3条件下提取工艺最佳） 。在此优化的工艺条件下，其果胶的提取率 达23.9% 。 4.3 产品检测 经测定总半乳糖醛酸百分含量 X（%）=52.02%，不符合国家 GB 25533-2010食 品添加剂 果胶中纯度（65%）和美国药典 USP 32-NF27 中果胶纯度（74%）要求， 纯度有待进一步提高。 5 结论 荸荠皮中含有比较丰富的果胶，利用荸荠皮提取果胶，既解决了荸荠带来的环境污 染问题，又为食品、医药品以及化妆品工业增加了新的果胶物质来源。本实验通过单因 水平温度（） /A 料液比/B酶用量 （ml）/C pH 值/D产量 /（g） 提取率 /（%） 1 50 1:18 4 6 0.669 22.3 2 55 1:22 6 7 0.624 20.8 3 60 1:25 8 8 0.530 17.7 4 50 1:25 4 7 0.606 20.2 5 55 1:18 6 8 0.671 22.4 6 60 1:22 8 6 0.677 22.6 7 50 1:22 4 8 0.559 18.6 8 55 1:25 6 6 0.686 22.7 9 60 1:18 8 7 0.547 17.2 K1 20.267 20.967 20.400 19.733 K2 21.767 20.667 22.633 19.567 K3 19.833 20.200 19.500 22.533 R 1.934 3.133 0.767 2.966 优水平 A2 B1 C2 D3 0.707 23.9 主次顺序 CDAB 优组合 A2B1C2D3 内江师范学院毕业论文（设计） 9 素试验和正交试验分析得到菠萝蛋白酶提取荸荠皮果胶的最佳组合为：浸提温度在55、 浸提料液比为1:18、0.02%的菠萝蛋白酶用量为6mL、浸提pH为8，果胶提取率可达到 23.9%，明显高于正交试验中的各组试验结果，纯度达52.02%。该方法的提取纯度有待 提高，望广大读者在此基础上继续研究。 内江师范学院毕业论文（设计） 10 参考文献 1 戴余军, 丁文, 石会军. 纤维素酶提取柑桔皮果胶工艺条件的研究J. 河北农业大学学报, 2011, 34(2):7175. 2 张娜, 陈锦屏, 严静, 李仁杰. 柿皮果胶纤维素酶法提取工艺J. 食品科学工艺技术, 2011, 32(12) :161163. 3 詹歌, 周兴虎, 屠康, 等. 荸荠皮果胶的酸法提取工艺J. 食品与物技术学报, 2010, 29(6):859864. 4 余先纯, 李湘苏, 韩大良 等. 超声波联合果胶酸酶提取柚皮果胶的工艺研究J. 食品工业科技, 2013, 34(01):164167. 5 赵莎莎, 姚晓丽, 吴旻丹, 等. 酶法提取猕猴桃皮和渣中果胶的工艺研究J.安徽农业科学, 2011, 39(12):70977100. 6 马红恩, 邓天发, 白先放, 等. 酶法提取柚子皮果胶的研究J.食品与药品, 2013, 15(1):3033 7 高 雪, 蔡伟玉, 吴礼文, 等. 酶法脱酯从柚皮中制取低甲氧基果胶的工艺研究J.北方园艺, 2011, (09) :191193. 8 韩冬梅, 廖小军, 李淑燕, 胡小松. 酶法制取橙皮果胶的研究J.食品工业科技, 2011, 32(02):183 186. 9 Chocw , Leedy, Kimcw. 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