纤维素酶提取柑桔皮果胶工艺条件的研究.pdf

第 3 4卷第 2期 2 0 1 1年 3月 河 北 农 业 大 学 学 报 J OURNAL OF A GRI CUL TURAL UN I VE RS I TY OF HE B E I Vo 1 3 4 No 2 M a r 2 0 1 1 文 章编 号 1 0 0 0 1 5 7 3 2 0 1 1 0 2 0 0 7 1 0 4 纤维素酶提取柑桔皮果胶工艺条件 的研究 戴余军 丁 文 石会军 1 孝感学 院 生命科学技术学院 湖北孝感 4 3 2 0 0 0 2 暨南大学生命 科学技术学院 广东广州 5 1 0 6 3 2 3 孝感 高级 中学 湖北 孝感4 3 2 0 0 0 摘要 为了探索提取果胶的最佳试 验条件 以柑桔 皮为试验 原料 采用 纤维素酶 法提取 果胶 结果表 明 在 纤维 素酶溶液浓度为 0 5 浸提时间为 4 5 mi n 浸提 温度 为 4 5 浸提 p H值 为 5 6的条件下 果胶 的得率最大 果 胶 提 取 率 达 到 3 6 5 6 关键词 柑桔皮 纤维素酶 果胶 中 图分 类 号 S 1 1 文 献 标 志 码 A Re s e a r c h o n t h e pr o c e s s o f e x t r a c t i o n p e c t i n f r o m o r a n g e p e e l u s i n g t h e c e l l u l a s e D A I Y u j u n DIN G We n S H I H u i j u n 1 Co l l e g e o f Li f e S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Xi a o g a n Un i v e r s i t y Xi a o g a n 4 3 2 0 0 0 C h i n a 2 C o l l e g e o f L i f e S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y J i n a n Un i v e r s i t y Gu a n g z h o u 5 1 0 6 3 2 C h i n a 3 Xi a og a n Se nior M i dd l e Sc ho ol Xi a og a n 4 32 0 00 Ch i n a Ab s t r a c t The r e s e a r c h a i m s t o i nv e s t i g a t e t he b e s t c o nd i t i on s f or e x t r a c t i n g p e c t i n f r om o r a ng e p e e 1 Ta ki ng o r a ng e pe e l a s ma t e r i a l pe c t i n wa s e x t r a c t e d f r o m i t us i n g t he c e l l ul a s e Re s ul t s s ho w t ha t t he ma x i m u m e x t r a c t i ng r a t e of p e c t i n c o ul d b e o bt a i ne d u nd e r t he f o l l owi ng c o n di t i on s t he c on c e nt r a t i o n o f c e l l ul o s e s o l ut i on i S 0 5 t h e s t i r r i ng t i me i S 4 5 m i nut e s t he t e m p e r a t ur e i s 4 5 pH v a l ue i s 5 6 The e xt r a c t i n g r a t e o f p e c t i n i s 3 6 5 6 Ke y wo r d s o r a ng e p e e l c e l l u l a s e p e c t i n 果 胶是 1 种 广泛存 在 于高 等植物 细胞 壁 中的多 糖类植 物 胶 其 基 本 结 构 是 以 a 一 1 4甙键 连 结 的 聚 半乳 糖醛 酸 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 果胶是 人 体 7大营 养素 中膳食 纤维 的 主要成 分 不 易 消 化 吸收 对人体 无 毒无害 不仅 没有 粗纤 维刺 激 胃肠 的弊端 同时还有降低血胆固醇 吸附肠中毒素 吸水润肠通 便 以及 抗 腹泻 抗 癌 等作 用 的 作 用 因此 果胶 被 广 泛应 用于 食 品工 业 常利 用果 胶来制 作果酱 果 冻和 糖果 在 汁液类 食 品 中用 作 增 稠 剂 乳 化剂 还被 制 成低糖 低 热值 的疗 效 品应 用 于 医药 领域 除此 之 外 还在 化妆工 业 中应用 广泛 3 柑桔 为芸香 科 柑桔属 原 产于我 国 其 产量 居于 水果 之首 而柑 桔皮 约 占柑 桔果 重 的 2 O 其 中果 胶含量 约 为 3 O 目前 柑 桔 皮 除 少 量 药 用 外 大 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 2 0 基金项 目 湖北省重点学科建设专项 鄂 学位E 2 o l o 1 号 0 9 0 3 资助 作者简 介 戴余军 1 9 7 2 一 女 湖北省天门人 硕 士 讲师 从 事生物化学及天然产物提取的教学与研究 E ma i l d y j 5 9 2 5 s i n a c o rn 河 北 农 业 大 学 学 报 第 3 4卷 部分作为垃圾 被丢弃 不仅造 成 了资 源的浪 费 还造 成 了环境 的污染 从 柑桔皮 中提取 的果 胶不仅 是对 柑桔 皮的 废物 利用 可解决废 物处理 问题 还 可提 高柑桔 生产加 工 的经济 效 益 是 柑 桔综 合 利用 的很 好途径 有 关果胶提 取方法 主要有酸 浸提法 醇沉淀法 离子交换法 微生 物发酵 萃取法 等 果胶 的最高 提取得率 可达 3 O 干皮 而关 于 纤 维素 酶 提取 柑桔 皮果胶 的方 法还 未见 报 道 为此 笔 者通 过 单 因素试 验和正 交试 验 对 纤 维素 酶 提取 果 胶 的工 艺 条件进 行分析 旨在 找到 纤 维素 酶 提取 柑桔 皮 果 胶 的最佳 试验条件 为综合 利用柑桔 皮提供 依据 l 材科 与方 法 1 1 材料 1 1 1 试验 材料选 择 孝感 市售 的皮厚 桔 黄 色 泽艳 丽 的柑桔 1 1 2 试 剂 纤 维 素酶 分子 量为 5 2 0 0 0 酶活 l 5 0 0 U 上海丽珠东风生 物技术 有限公 司生产 9 5 乙醇 蒸馏水 酒 石酸 所 有试剂 均为分析 纯 1 1 3 主要 仪 器 电热数显 恒温水 浴锅 由天南海 北实 业公 司生产 精 密 p H 酸度 计 由上海精 密科 学 仪器有 限公 司生产 中草药粉碎 机 由天 津市泰新 特 仪器有 限公 司生产 电子天平 由 日本 岛津 制作所 生 产 8 0 0型离 心沉 淀 器 由上 海 手 术 器 械 厂 生产 恒 温干燥箱 由中华 人 民共 和 国上 海市 实 验仪 器 总厂 生 产 S HZ I l l 型 循环 水 真 空 泵 由上 海 亚 荣生 化 仪 器 厂生产 1 2 方法 1 2 1 原料 处理 剔 除腐 烂变质 发霉 的柑 桔皮 并 将 其切成 小块 放置 于 恒温 干 燥箱 中 为 防止 果胶 被 果胶酶 降解 将 其 在 1 0 5 灭 活 1 5 mi n 再 降温 至 6 0 干燥 4 h左右 1 2 2提取 步骤 粉 碎 将 干燥 后 的柑 桔皮 放人 植 物粉 碎机 中 粉碎 1 mi n 过 3 0目筛 称量 在 电子 天平 上精 确 称取 粉碎 后 的柑 桔 皮 5 0 0 0 g 用纤维素酶处理 加入 固液 比 w v 在 1 4 1 1 0 p H 值在 4 6 6 0之 间 浓度 在 0 1 O 7 之 间的纤维 素酶溶液 并放入 电热恒 温水 浴锅 内 加 热到 4 0 5 0 在搅拌 条件下保 持 1 5 6 0 rai n 对 纤维素 灭活 将 溶 液加 热 至 9 O 左 右 确 保纤维 素酶 已无 活性 过滤 用 2层 纱 布过 率 收 集滤 液 将 滤 渣重 复过 滤 2 次 合并滤 液 即为果胶 浸提液 沉淀 离心后 使 温度 降至 3 5 4 0 在搅 拌 下加人 5 的酒石酸 乙醇 由 1 0 0 mI 9 5 的乙醇和 5 g的酒石 酸配 制而 成 直至 果胶 成海 绵状 完全 沉 淀出来 静 置 1 h 提纯 滤纸 过滤后 用 9 5 的乙醇 洗涤 放 于 6 5 7 5 烘箱 中干燥 即可得 到纯度较 好的果胶 称重 用 电子 天平称量 所得 到的果胶 的质 量 并计算果 胶得 率 1 2 3 果胶得率计算公式柑桔皮果胶得率 一 提取所得 果胶 的质量 g 干柑 桔皮质 量 g l O O 1 2 4数据分 析方 法 单 因 素试 验结 果 的统 计 工 作在 E x c e l 2 0 0 3上 进 行 正 交 试 验 的数 据 分 析 在 D P S软件 上完成 2 结果与分析 2 1 纤维素酶 溶液浓 度对果胶 得率 的影响 取 5 0 0 0 g粉 碎后 的柑 桔皮 分 别加 入 浓 度 为 0 1 0 3 0 5 0 7 p H 值 为 5 6的纤维 素 酶溶 液 于 5 O 下加 热搅拌 4 5 rai n 最后用 9 5 的 酒精洗 涤 研 究纤维 素 酶溶 液 浓度 对 果胶 得 率 的影 响 结果 见表 1 表 1 纤维素溶液浓度对果胶得率的影响 Ta b l e 1 Ef f e c t s of c e l l u l a s e o n p e c t i n y i e l d 由表 l可知 在 其他条 件相 同的情况 下 不 同的 纤维 素酶 溶 液 浓 度 对果 胶 得 率 的影 响不 同 开 始 时 果胶 的得 率随着 纤 维素 酶 溶 液浓 度 的增 加 而上 升 在 0 3 时达 到最高 随后 下 降 这 说 明纤 维素 酶溶液浓 度 以 0 3 为 最 佳 浓 度 过 低 或 过 高均 会 影 响果胶 的产量 2 2浸提 温度对 果胶得 率的影 响 称取 5 0 0 0 g的柑 桔皮粉末 加入 4 0 mL p H一 5 6 浓度 为 0 3 的纤 维素 酶溶 液 改变 浸提 温度 使其 分 别 为 4 O 4 5 5 O 5 5 浸 提 4 5 mi n 并 用 9 5 酒 精进行 洗涤 研 究浸 提 温 度对 果 胶得 率 的影 响 结果 见表 2 第 2期 戴 余军 等 纤 维 素酶提 取柑 桔皮果 胶 工艺 条件 的研究 7 3 表 2浸 提 温 度 对 果 胶 得 率 的 影 响 Ta b l e 2 Ef f e c t s o f t e m p e r at u r e o n p e c t i n e xt r a c t i ng r at e 从表 2中可 以看 出 不 同浸 提 温度 对 果 胶 得 率 有 不 同的影 响 当温度 低于 5 0 时 果 胶得 率 随温 度 的升 高而 逐渐 增高 而 当温度 超 过 5 O 时 随浸 提 温度 的升 高果胶 得率 反而 降低 由于纤维 素酶 有 其 反应 的最适 温度 温 度过 低 达 不到 最大 活性 温 度过高导致纤维素酶变性失活 使果胶得率下降 影 响果胶 产量 故浸提 温度 以不 高 于 5 0 为佳 2 3 p H值 对果胶 得 率的影 响 称 取 5 0 0 0 g的柑桔 皮 粉 末 加 入 4 O mL纤 维 素 酶溶 液 改变 纤 维 素 酶溶 液 的 p H 值 使 其 分 别 为 4 6 4 8 5 0 5 2 5 4 5 6 5 8 6 0 在 5 O 下 水 浴 加 热 4 5 rai n 过 滤 后 用 9 5 的 酒 精 洗 涤 由表 3可知 在不 同 的 p H 值 条件下 果 胶 的得 率 也 不 相 同 在 p H5 6时 果 胶 的 得 率 随 p H 值 的 升 高而趋 于平 衡 所 以纤维 素酶 液酸度 以 5 6 较 为 合适 表 3 p H值 对 果胶 得 率 的 影 响 Ta bl e 3 Ef f e c t s o f p H v a l ue O i l pe c t i n e x t r a c t i ng r a t e 2 4浸 提 时间对 果胶得 率 的影 响 称取 5 0 0 0 g的 柑 桔 皮 粉 末 加 入 4 O mL p H 为 5 6 浓 度 为 0 3 的纤 维 素酶 溶 液 分 别 在 不 同 的浸 提时 间 1 5 3 O 4 5 6 0 rai n下 进 行 试 验 分 析 果 胶 得率 结果 见表 4 由表 4可知 其 他 条件 相 同的 情况下 浸 提 的 时 间 不 同果 胶 产 率 也 不 同 在 4 5 rai n以 内 果胶 提取 率随着 时 间的 延 长而上 升 但 在 4 5 rai n以后 提取 率反 而 下 降 这说 明浸提 时 间 以 4 5 rai n为最 佳 浸 提时 间 过长 或 过短 都 会影 响果胶 产量 表 4浸 提 时 间 对 果胶 得 率 的 影 响 Ta b l e 4 Ef f e c t s o f t i m e O il p e c t i n e xt r a c t i ng r a t e 2 5 固液 比对果 胶得 率的 影响 取 5 0 0 0 g粉碎 后 的 柑桔 皮 分 别 加 入 2 O 3 O 4 O 5 0 mL的 p H 5 6的浓度 为 0 3 的纤维素 酶溶 液 于 5 0 下加热搅拌 4 5 mi n 最后用 9 5 的酒 精洗 涤 研究 固液 比对果胶 得率 的影 响 结果 见表 5 表 5固液 比对 果 胶 得 率 的 影 响 Ta bl e 5 Ef f e c ts of s o l i d l i qu i d r a t i o Oil pe c t i n y i e l d 从 表 5中 可 得 固 液 比 为 1 8时 提 取 率 达 到 1 7 3 0 比固液 比为 1 4时 的产 率提 高 了 6 2 1 因此 固液 比为 1 8是 最 佳 比例 但 此组 整 体 产 率均 不 高 2 6正 交试 验设 计及 结果 分析 2 6 1 正 交试验 设计 结 合 以上 单 因素试 验 结果 可 知 不 同 的提取 条件对 果胶 产率 的影 响程度 不 同 其 中纤 维 素 酶 浓 度 浸 提 p H 浸 提 时 间 浸 提 温度 对果 胶产 率 的影 响 较 大 因 此选 用 纤 维 素 酶浓 度 浸 提 P H 浸 提 时 间 浸 提 温 度 这 4个 因素 设 计 L 9 3 4 正交 试验 表 正交试 验 因素水平 表见 表 6 7 4 河 北 农 业 大 学 学 报 第 3 4卷 2 6 2正 交试 验 结果 及 分析 正交 试验 结 果见 表 7 由极差 R可知 R 最 大 其 次分 别是 R c R 而 R 最小 极 差越 大 反映 该 因素 水 平变 动 时 提取 率 变化越 大 影 响果胶 得 率 的各 因素 由主 到次 排列 顺 序为 A C B D 因 此得 出 在 选 定 的 4个 因 素 中 纤维 素酶溶液 浓度为 最大影 响因素 其 次是浸提 温度 和浸 提时间 最小是浸 提 p H 值 表 7 正 交 试 验 结 果及 极 差 分 析 Ta b l e 7 Re s u l t s o f o r t ho g o n al t e s t 实验号 A B C D Nu mb e r 果胶得率 Ex t r a c t i n g r a t e of p e c t i n 差 异 显 著性 d一 0 0 5 a一 0 0 1 2 2 8 8 l 7 7 0 2 2 41 l 8 6 9 22 8O 27 61 23 57 2 4 86 2 6 79 方差 分析结果 表 明 第 6组 果胶 得 率极 显 著地 高于第 1 2 3 4 5 7组 而与 第 8 9组 之 间 的差异 不显 著 结 合极差 分 析 浸 提 时 间和 p H 值 为试 验 果胶 得率 的次要 因素 适 当缩 短 浸提 时 间和 增加 浸 提液 的 p H 值 对橘皮果 胶得率 影响较 小 从 节 约能 源和减 少污 染 的角度 综 合 考 虑 A 3 B 2 C I D 2为试 验 条件 的最佳组 合 即在 纤维 素 酶溶液 浓 度为 0 5 浸提 时间为 4 5 rai n 浸 提温度 在 4 5 浸提 p H 为 5 6的条件 下可得 到果胶 的最 大产 量 在 此 优化 的 工艺条 件下 其果 胶 的提取率达 3 6 5 6 3 结论 柑桔 皮 中含 有 丰富 的果 胶 利用柑 桔 皮提 取果 胶 既解决 了柑 桔 皮带 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 纤维素 酶法提 取果 胶 具 有极 大 的 发展 潜 力 它 既有 微生物法 的优点 提取 的果胶 分子量 大 胶凝度 高 质 量稳定 而且低 消耗 低 污染 产 品质量稳 定 又 避免 了酸浸提法 的缺 点 防止 果胶提取 时被 降解 生 产周期 短 效率 高 笔者通过单 因素试 验和 正交试 验分 析得到 纤维 素酶提取柑 桔皮果 胶的最佳组合为 纤维 素酶溶液浓 度 为 0 5 浸提时间为4 5 rai n 浸提温度在 4 5 浸 提 p H 为 5 6 果 胶提 取 率可 达 到 3 6 5 6 明显 高 于正交试 验 中的各 组试验 结果 下转 第 8 5页 rJ c A肥 肥 b c b c b a b a 7 8 6 6 6 9 4 8 9 1 9 9 二1 2 8 5 4 2 1 I 7 6 6 2 2 Z 5 8 8 2 6 3 0 0 0 c 乱 4 6 l 1 9 0 2 0 2 0 2 0 氍 玛 9 0 2 O 3 7 0 0 0 叩 三 船 1 2 3 4 5 6 7 8 9 蜀 R Q 第 2期 周 邦社 等 植 被 和坡 向对土 壤温度 与 土壤热 通量 变化 的影 响 8 5 8 9 r 1 0 3 1 1 1 2 林土壤呼吸速率 的影 响 J 应用 生 态学 报 2 0 0 5 1 6 9 1 581 1 5 85 张淼 不 同土壤温 度 水分 条件下 土壤表 面热通 量变 化规律试验 研 究 J 水 利 与建 筑 工程 学报 2 0 0 6 4 1 3 7 39 辛继红 高红 贝 邵明安 土壤温度对土壤水分 入渗 的 影响r J 水土保持学报 2 0 0 9 2 3 3 2 1 7 2 2 0 王玉娟 陈永 忠 王湘南 等 稻草覆 盖对 油茶幼林 林 地土壤温度及新 梢的影 响 J 经 济林 研究 2 0 0 9 2 7 2 4 9 52 杨凯 冯永忠 李永 平 等 黄 土高原 坡耕地 不 同耕 作 措施对土壤温度 和水分 的作用 效应 J 干旱 区农 业 研 究 2 0 0 9 2 7 4 1 9 0 1 9 5 王 晓 郭维栋 钟 中 等 中 国东部土壤温度 湿度变化 的长期趋势及其 与气候 背景 的联 系E J 地球科 学进 展 2 0 0 9 2 4 2 1 8 1 1 9 1 一 1 3 1 4 r 1 5 r 1 6 3 r 1 7 雷 志 栋 杨 诗 秀 谢森 传 土 壤 水 动 力 学 M 北 京 清 华 大 学 出版 社 1 9 8 8 6 8 康 绍 忠 刘 晓 明 熊 运 彰 土 壤 植 物 大 气 连 续 体 水 分 传输理 论 及 其 应 用 M 北 京 水 利 水 电 出版 社 1 99 4 An n e v e x h o e f B a r t J J M v a n d e n Hu r k e t a 1 Th e r real s o i l p r o pe r t i e s f or v i ne y ar d EFEDA I a nd s a v a n n a HA P E X S h a l e s i t e s J Ag r i c u l t u r e a n d F o r es t M e t e or o l o gy 1 9 96 8 7 1 1 8 翁笃鸣 高庆先 何风翩 中国土壤热通量的气候计算 及 其分 布特征 J 气象科学 1 9 9 4 1 4 2 9 1 9 8 莫兴国 李宏轩 刘 苏峡 等 用土壤温度估 算表层土 壤导温率 与热 通量