超声波辅助提取脐橙皮多糖研究

黄茜，李建凤，廖立敏，*

（1.内江师范学院化学化工学院，四川内江641100；2.“果类废弃物资源化”四川省高等学校重点实验室，四川内江641100）

超声波辅助提取脐橙皮多糖研究

黄茜1，2，李建凤2，廖立敏1，2，*

（1.内江师范学院化学化工学院，四川内江641100；2.“果类废弃物资源化”四川省高等学校重点实验室，四川内江641100）

为优化超声波辅助提取脐橙皮粗多糖的工艺，采用单因素试验和正交试验设计试验方案，考察了液固比、超声波功率、提取温度和提取时间对提取率的影响。结果表明，液固比为20∶1（mL/g）、超声波功率为320 W、提取温度为70℃、提取时间为20 min时，多糖提取率可达30.2%，试验重现性好，工艺稳定可行，对于开发利用柑橘类果皮渣具有一定的参考价值。

脐橙；多糖；超声波辅助提取

脐橙营养丰富，含有人体所必需的各类营养成份。脐橙1979年引入中国，在四川、重庆、福建、湖南、湖北、江西和浙江等省（市）有栽培，四川内江有一定的种植面积。四川内江一些果汁企业每年都将大量的榨汁后的脐橙皮渣抛弃于环境，造成资源浪费和环境污染。柑橘类果皮渣中含有丰富的精油［1］、多糖［2］、果胶［3］，此外还含有苦素［4］、色素［5］、橙皮苷［6-9］等诸多有效成分。植物多糖具有抗氧化和防癌、抗过敏、降血压等多种生理功效，可开发成功能食品、药品、保健品、化妆品等产品。已有采用溶剂浸提法提取牛蒡多糖［10］，超声波辅助提取川芎多糖［11］、微波辅助提取橘皮粗多糖［12］、酶法提取洋葱多糖［13］等研究，而对脐橙皮中多糖类物质的提取研究甚少。溶剂浸提耗时长、产率低；微波辅助提取时间短，但提取过程反应剧烈，热不稳定物质极易在提取过程中遭到破坏，并且微波的泄露也会对操作者造成极大的伤害；超声波辅助提取具有条件温和、杂质易除和提取率高等优点，广泛应用于植物有效成分的提取。本文对超声波辅助提取脐橙皮中的多糖类物质工艺进行了研究，以期得到稳定可行的提取工艺，为大量开发利用脐橙皮提供参考。

1材料与方法

1.1材料与试剂

脐橙：购于四川省内江市卓尔超市，产自四川内江；无水乙醇、石油醚（沸程：60℃～90℃）、苯酚、浓硫酸、无水葡萄糖等：均为分析纯。

1.2仪器与设备

T6型新世纪紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；DFT-100手提式高速粉碎机：温岭市林大机械有限公司；CP2202S电子分析天枰：赛特利斯（北京）有限公司；80-2离心沉淀器：江苏省金坛市医疗仪器厂；KQ-400KDB超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；DHG-9070A恒温鼓风干燥箱：上海申贤恒温设备厂；HH-6恒温水浴锅：江苏省金坛市环宇科学仪器厂。

1.3方法

1.3.1原料预处理

市售脐橙，取其果皮在自然条件下晾干（或60℃下烘干），然后采用高速粉碎机粉碎成粉末，取40目～60目脐橙皮粉末于圆底烧瓶，然后向圆底烧瓶中加入石油醚（体积大于等于固体体积的2倍），80℃下回流2 h，脱去脐橙皮粉末中的脂肪，抽滤，风干备用。

1.3.2脐橙皮多糖的提取

取5 g脐橙皮粉于三角瓶中，加入一定体积的去离子水，装好装置放入超声波清洗器内，在一定的功率和温度下提取一定时间，提取液离心，上清液减压浓缩至一定体积后加入无水乙醇至乙醇最终浓度为60%以上，于室温下醇沉24 h，过滤，60℃下烘干得脐橙皮粗多糖。

1.3.3脐橙皮多糖的测定及提取率计算

采用苯酚-硫酸法［13-14］。精密称取无水葡萄糖7.4mg，于50 mL容量瓶加蒸馏水溶解稀释至刻度，摇匀，得0.148 g/L的葡萄糖标准溶液。精密移取0、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，加蒸馏水稀释至2.0 mL，再加5%苯酚溶液1 mL，迅速加入浓硫酸5 mL，摇匀，静置20 min冷却至室温，以蒸馏水为空白，在波长为490 nm处测定吸光度，以葡萄糖质量浓度为横坐标，以吸光值为纵坐标，绘制出一条标准曲线，线性回归方程为：Y= 1.005X-0.120 8，R2=0.992 72。准确称取少量粗多糖，加水溶解后按上述方法显色测定吸光度值，以标准曲线方程计算多糖含量。多糖提取率：多糖提取率/%=（多糖质量/原料质量）×100。

1.4试验设计

主要考察液固比、超声波功率、提取温度和提取时间对提取率的影响，以液固比30∶1（mL/g）、超声波功率240 W、提取温度60℃、提取时间30 min为基础，在固定其它试验条件下，改变其中一个试验因素，按试验方法进行单因素试验。在单因素试验初步确定的最佳条件附近进一步细化选点，选取正交表L16（44）安排正交试验，考察因素及水平见表1。

表1　正交试验因素及水平Table 1Orthogonal experimental factors and levels

2结果与讨论

2.1单因素试验

2.1.1液固比对提取率的影响

其它条件固定，液固比为10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1（mL/g）时，多糖实际提取率见图1。

图1　液固比对提取率的影响Fig.1Effect of liquid solid ratio on extraction rate

从图1可以看出起初提取溶剂体积的增加使得多糖的实际提取率迅速上升，多糖的实际提取率达到最大时的液固比为20∶1（mL/g）。液固比太小，细胞内外浓度差不大，多糖不易溶出。液固比过大可能导致其他物质也过多溶出，从而影响多糖的溶出。另外液固比太大，增加了后续浓缩操作的困难，浪费能源。从试验结果可以基本确定最佳液固比为20∶1（mL/g）左右。

2.1.2超声波功率对提取率的影响

其它条件固定，超声波功率为0、160、240、320、400 W时，多糖实际提取率见图2。

图2　超声波功率对提取率的影响Fig.2Effect of ultrasonic power on extraction rate

超声波作为提取能量，功率越大物料在单位时间内接受的超声波辐射量越大，越有利于提取。但是当在一定的功率下，多糖已经扩散达到平衡，继续增大功率，提取率也不会明显增大。从图2可以看出起初超声波功率的增加使得多糖的实际提取率迅速上升，当超声波功率达到240 W时多糖的实际提取率接近最大。另外超声波功率太大，对周围环境造成影响，还会造成能源浪费。从试验结果可以基本确定最佳超声波功率为240 W左右。

2.1.3提取温度对提取率的影响

其它条件固定，提取温度为40、50、60、70、80℃时，多糖实际提取率见图3。

图3　提取温度对提取率的影响Fig.3Effect of temperature on extraction rate

温度影响分子运动速率，浸提温度低，多糖水化溶出不完全，提取速率慢；温度高可以加快分子运动，加速多糖从植物组织内部向溶剂中扩散，适当提高提取温度对提取是有利的；但是温度过高不利于试验操作，而且还可能会使多糖降解，影响多糖提取率，增大能耗。从图3可以看出在低温区多糖提取率随温度的升高而增大，当超过最大值后继续升高温度多糖提取率降低，从试验结果可以基本确定最佳提取温度为70℃左右。

2.1.4提取时间对提取率的影响

其它条件固定，提取时间为10、20、30、40、50 min时，多糖实际提取率见图4。

图4　提取时间对提取率的影响Fig.4Effect of extraction time on extraction rate

多糖由植物组织内部扩散到溶剂中需要一定的时间，当扩散达到平衡即使继续延长时间多糖提取率也不会增大。从试验结果可以看出，时间太长，多糖提取率反而下降，可能是时间长植物组织溶胀厉害，影响多糖的溶出；另外，时间长也可能导致部分多糖被溶胀的植物组织吸附，从而降低多糖的实际提取率；从节约时间、降低能耗方面讲，在保证一定的多糖提取率的情况下，提取时间应该尽可能短。从图4可以看出提取时间为20 min时多糖实际提取率接近最大，基本确定最佳提取时间为20 min左右。

2.2正交试验

正交表L16（44）安排试验，试验结果见表2，极差分析结果见表3。

表2　L16（44）正交试验结果Table 2Results of L16（44）orthogonal experiments

从表3可以发现，影响多糖提取率的强弱因素依次为D＞B＞C＞A，最优组合为A2B3C3D2和A2B3C3D4。从节约时间和能耗方面考虑，最优提取条件组合应该选择A2B3C3D2，即液固比（A）为20∶1（mL/g），超声波功率（B）为320 W，提取温度（C）为70℃，提取时间（D）为20 min。为了验证此条件是否正确，重复试验3次，多糖提取率分别为30.0%、30.5%和30.2%。平均值为30.2%（与表2中提取率最大的第4号试验提取率30.8%接近），此时多糖提取率高、质量好并且试验重现性好，最优条件基本得到验证。

表3　极差分析结果Table 3The results of range analysis

3结论

本文采用超声波辅助对脐橙皮中的多糖进行了提取研究，对影响多糖提取率的各因素进行了讨论，得到了超声波辅助提取脐橙皮多糖的最佳提取工艺参数，即液固比为20∶1（mL/g），超声波功率为320 W，提取温度为70℃，提取时间为20 min，此时多糖提取率可达30.2%，试验重现性好。本研究对于开发利用脐橙皮中的多糖类物质具有一定的参考价值。

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Study on Ultrasound-assisted Extraction of Polysaccharide from Citrus sinensis（L.）Osbeck Peel

HUANG Xi1，2，LI Jian-feng2，LIAO Li-min1，2，*
（1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang 641100，Sichuan，China；2.Key Laboratory of Fruit Waste Treatment and Resource Recycling of Sichuan Provincial College，Neijiang 641100，Sichuan，China）

To optimize the ultrasound-assisted extraction process of polysaccharides from Citrus sinensis（L.）Osbeck peel，single factor tests and orthogonal tests were used to design the test program.The effects of liquidsolid ratio，ultrasonic power，extraction temperature and extraction time on the extraction rate were investigated.The results showed the optimal conditions as follows：liquid-solid ratio was 20∶1（mL/g），ultrasonic power was 320 W，extraction temperature was 70℃，and extraction time was 20 min.With this process，the higher relative yields of polysaccharide reached 30.2%.The experiments with good reproducibility，extraction process was stable and feasible.For the development and utilization of citrus peel residues，this study showed a certain reference value.

Citrussinensis（L.）Osbeck；polysaccharide；ultrasound-assistedextraction

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.19.010

2015-11-10

四川省教育厅青年基金项目（13ZB0003）

黄茜（1991—），女（汉），助教，本科，主要从事天然产物分离分析等研究。

廖立敏（1981—），男（汉），副教授，硕士研究生，主要从事果类废弃物资源化研究工作。