菠蘿蛋白酶提取荸薺果膠的研究畢業(yè)論文

1、內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 論文題目: 菠蘿蛋白酶提取荸薺果膠的研究 目 錄 中英文摘要.2 1 前言.3 2 實(shí)驗(yàn)材料.3 2.1 材料和試劑 .3 2.2 儀器 .4 3 實(shí)驗(yàn)方法.4 3.1 原料的處理 .4 3.2 荸薺果膠的提取 .4 3.3 荸薺果膠中總半乳糖醛酸含量的測定 .4 4 結(jié)果與討論.5 4.1 單因素對(duì)荸薺果膠提取的影響 .5 4.1.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)提取的影響 .5 4.1.2 酶用量對(duì)提取的影響 .5 4.1.3 溫度對(duì)提取的影響 .5 4.1.4 料液比對(duì)提取的影響 .6 4.1.5 PH 值對(duì)提取的影響.6 4.2 優(yōu)化與驗(yàn)證 .7 4.3

2、 產(chǎn)品檢測 .8 5 結(jié)論.8 參考文獻(xiàn).10 聲明.11 致謝.12 菠蘿蛋白酶提取荸薺果膠的研究 摘 要：以荸薺皮為原料研究菠蘿蛋白酶法提取荸薺果膠的最佳工藝條件。通過 荸薺皮果膠提取率為指標(biāo)，研究提取溫度、料液比、酶用量和 pH 值對(duì)果膠提取率的影 響。通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)確定提取工藝，結(jié)果表明: 菠蘿蛋白酶法提取荸薺皮果 膠的最佳工藝為溫度 55 、料液比 1：18、加酶量 6mL 和 pH 值 8,在此條件下荸薺皮 中果膠提取率為 23.9%。 關(guān)鍵詞: 菠蘿蛋白酶;荸薺皮;果膠;提取率 Research of Bromelain Extract Water Chestnut p

3、ectin Abstract: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

4、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

5、, the amount of enzyme 6mL and pH value of 8, under the condition of water chestnut peel pectin extraction rate was 23.9%. KeyKey words:words: Bromelain; Eleocharis tuberose peel; pectin; extrctiontion rate 菠蘿蛋白酶提取荸薺果膠的研究 1 前言 果膠是一種廣泛存在于高等植物細(xì)胞壁中無毒、無刺激性，顏色為白色至黃褐色粉末 的多糖類植物膠,并在水果和蔬菜中多以不溶于水的原果膠存在, 可在適度酸

6、的作用下, 形成可溶性果膠并穩(wěn)定存在, 但在強(qiáng)酸強(qiáng)堿下都易解聚1。果膠在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用很 廣泛，主要具有以下四點(diǎn)用途：（1）在食品工業(yè)上，果膠主要利用其凝膠性生產(chǎn)膠凍、果 醬和軟糖。 （2）在醫(yī)藥方面可用作止血?jiǎng)┖痛獫{，也可用來治療腹瀉和重金屬中毒等。 （3）用作乳化穩(wěn)定劑和增稠劑以及黏結(jié)劑，我國規(guī)定可用于各類食品，按使用需求適量 生產(chǎn)。 （4）多用于化妝水、酸性牙粉等,由于它在堿性介質(zhì)中不夠穩(wěn)定,因此不能用于堿性 化妝品。 荸薺原產(chǎn)印度，中國主要分布于廣西、江蘇和安徽等低洼地區(qū),荸薺球莖約含碳水化合 物21%，蛋白質(zhì)1.5%。荸薺在我們?nèi)粘Ｉ钪幸话憔哂幸韵挛妩c(diǎn)用途：（1）可生食或熟食

7、， 也能用于加工罐藏以及用作提取淀粉的原料。 （2）在醫(yī)藥方面有止渴、消食、解熱功能。 （3）由于荸薺中含的磷是根莖類蔬菜中較高的，所以能促進(jìn)人體生長發(fā)育和維持生理功能 的需要。 （4）荸薺果皮中含有較豐富的果膠，雖然果膠是不能提供能量的，但對(duì)人體正常 的生理代謝起著重要作用。 （5）多吃荸薺的人牙齒骨骼發(fā)育一般都很好，同時(shí)荸薺也可以 促進(jìn)人體內(nèi)的糖、脂肪、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)代謝的轉(zhuǎn)化和調(diào)節(jié)人體內(nèi)酸堿度平衡，因此兒童 也可以大量食用荸薺。而據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年約消耗1500多噸果膠，其中80%均為國外 進(jìn)口；因此對(duì)果膠生產(chǎn)工業(yè)進(jìn)行研究生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)果膠，滿足市場需求尤為重要2。目前果 膠的提取方法有

8、以下幾種：酶提取乙醇沉淀法、離子交換法、酸提取鹽沉法以及微生物法、 離子交換法、膜分離技術(shù)、微波提取法、化學(xué)鐵鹽法，但酶法和膜分離法成本較高3。超 聲波用于天然產(chǎn)物的輔助提取4。而提取果膠最成熟的方法是酶法，目前報(bào)道從荸薺中提 取果膠方法卻只有酸法。本實(shí)驗(yàn)研究菠蘿蛋白酶法對(duì)荸薺果膠進(jìn)行提取，考察反應(yīng)時(shí)間、 酶用量、溫度、料液比、pH值對(duì)果膠提取的影響 。 2 實(shí)驗(yàn)材料 2.1 材料和試劑 新鮮荸薺皮（購于四川內(nèi)江市臨江小區(qū)菜市場） ；YY10508-25g菠蘿蛋白酶（上海源 葉生物科技有限公司） 、無水乙醇（99.7%） 、一水合檸檬酸（成都金山化學(xué)試劑有限公 司） 、檸檬酸三鈉（成都市新都區(qū)

9、木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開發(fā)區(qū)） 、鹽酸（0.5mol/L） 、氫氧化鈉 （0.1mol/L） 、活性炭、標(biāo)準(zhǔn)鄰苯二甲酸氫鉀緩沖溶液。 緩沖溶液的配制：稱取21.014g檸檬酸配成1000mL溶液，稱取29.014g檸檬酸三鈉配 成1000mL溶液，按比例混合（檸檬酸三鈉溶液與檸檬酸溶液混合）調(diào)節(jié)pH后，用pH計(jì)精 確調(diào)節(jié)pH值。 菠蘿蛋白酶溶液的配制：精確稱取0.02g活力值500U/mg的菠蘿蛋白酶，配成 100mL溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用。 2.2 儀器 DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鄭州長城科技工貿(mào)有限公司） ；TD5-1臺(tái)式低 速離心機(jī)（四川蜀科儀器有限公司） ；pHS-3E精密pH計(jì)（上海儀電科

10、學(xué)儀器股份有限公 司） ；BT-323S電子天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司） ；電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海一 恒科學(xué)儀器有限公司） ；SHZ-C型循環(huán)水式多用真空泵（鞏義市英峪儀器廠） ；600克搖擺 式高速萬能粉碎機(jī)（溫嶺市林大機(jī)械有限公司） ；HH-S2數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市醫(yī)療儀 器廠） 。 3 實(shí)驗(yàn)方法 3.1 原料的處理 洗凈新鮮的荸薺皮，將荸薺皮在沸水中煮5min左右，并用煮沸過的沸水沖洗數(shù)次以 除去部分可溶性的糖，瀝干水分，在5560下烘24小時(shí)。用粉碎機(jī)粉碎35min，并 用100目篩進(jìn)行過篩。將制好的荸薺皮粉密封存放在干燥器中備用。 3.2 荸薺果膠的提取 準(zhǔn)確稱取3g已制備好

11、的荸薺皮粉于250mL燒杯中，加入一定體積已調(diào)節(jié)好pH值的緩 沖（檸檬酸/林檬酸三鈉）溶液，再向燒杯中加入一定體積濃度為0.02%g/L、活力值 500U/mg的菠蘿蛋白酶溶液，用保鮮膜蓋住燒杯并將燒杯置于水浴鍋中（控制一定溫 度）不斷攪拌，反應(yīng)一定時(shí)間后，立即將燒杯內(nèi)的溶液一并轉(zhuǎn)移到95的數(shù)顯恒溫水浴 鍋中滅酶5min，趁熱離心取上層清液，將濾渣用煮沸的水沖洗23次并合并濾液（若濾 液有顏色可加少量活性炭進(jìn)行吸附再過濾，濾液不純將其過濾為清液） 。向?yàn)V液中加入 99.7%的無水乙醇溶液（加入乙醇的量為濾液體積一倍多為好）并不斷攪拌，過一會(huì)就 明顯可以觀察到加入無水乙醇后析出白色絮狀物，放置1

12、小時(shí)后用布氏漏斗過濾，用75% 的乙醇溶液洗滌沉淀23次，產(chǎn)品置于4550的干燥箱中干燥、稱重、計(jì)算提取率， 平行實(shí)驗(yàn)35次。 3.3 荸薺果膠中總半乳糖醛酸含量的測定 參考GB 25533-2010食品添加劑果膠中方法進(jìn)行荸薺果膠中總半乳糖醛酸含量的 測定18。 荸薺果膠提取率：粗提率=（粗果膠質(zhì)量/荸薺皮粉的質(zhì)量）*100% 荸薺果膠的純度計(jì)算：總半乳糖醛酸百分含量 X（%）=（V1+V2）*19.41*100%/m2 4 結(jié)果與討論 4.1 單因素對(duì)荸薺果膠提取的影響 4.1.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)提取的影響 控制提取溫度為55，緩沖溶液的pH為6，料液比為1:22，用0.02%g/L的菠蘿蛋白

13、 酶6mL；分別控制提取時(shí)間為1h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h，測定荸薺果膠的提取率。 結(jié)果表明（如圖1所示）：隨著反應(yīng)時(shí)間的增長, 果膠的提取率逐漸增高, 在提取時(shí)間 為 1.5h 時(shí)最好, 但繼續(xù)隨著提取時(shí)間的延長, 果膠提取率反而降低，并且在 2.0h2.5h 時(shí)果膠提取率趨于平緩，這可能是提取出的果膠隨著提取時(shí)間增長被分解 了, 從提取效率上來講：大量浪費(fèi)時(shí)間卻產(chǎn)量不佳，所以說明浸提時(shí)間以 1.5h 為最佳, 浸提時(shí)間過長或過短都會(huì)影響荸薺果膠提取率。 圖1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)提取的影響 圖2 加酶量對(duì)提取的影響 Fig. 1 Effect of reaction time on

14、Extraction Fig. 2 Effect of enzyme concentration on the extraction 4.1.2 酶用量對(duì)提取的影響 控制提取溫度為55，緩沖溶液的pH為6，料液比為1:22，提取時(shí)間為1.5h，分別 用0.02%g/L的菠蘿蛋白酶為2mL、4mL、6mL、8mL、10mL反應(yīng)，測定荸薺果膠的提取率。 結(jié)果表明（如圖2所示）：當(dāng)加入酶量低于 6mL 時(shí), 果膠提取率隨加入菠蘿蛋白酶用量 的增加而逐漸上升；當(dāng)加酶量超過 6mL 時(shí), 隨加入菠蘿蛋白酶的量越多果膠提取率反 而降低。故加酶量以6mL為佳。 4.1.3 溫度對(duì)提取的影響 控制提取時(shí)間為1

15、.5h，緩沖溶液的pH為6，料液比為1:22，用0.02%g/L的菠蘿蛋白 酶6mL；分別控制提取溫度為40、45、50、55、60、65，測定荸薺果膠的 提取率。結(jié)果表明（如圖3所示）：當(dāng)溫度低于 55 時(shí), 果膠提取率隨浸提溫度的升 高而逐漸增高； 當(dāng)溫度超過 55 時(shí), 隨浸提溫度的升高果膠提取率反而逐漸降低。 這可能是由于菠蘿蛋白酶有其反應(yīng)的最適溫度。溫度過低, 達(dá)不到最大活性, 溫度過高 導(dǎo)致菠蘿蛋白酶酶變性失活, 使果膠提取率下降, 影響果膠產(chǎn)量1, 故浸提溫度以 55 為佳，浸提溫度過高或過低都會(huì)影響荸薺果膠提取率。 圖3 溫度對(duì)提取的影響 圖4 料液比對(duì)提取的影響 Fig. 3

16、 Effect of temperature on Extraction Fig. 4 Effect of ratio of material to liquid on Extraction 4.1.4 料液比對(duì)提取的影響 控制提取溫度為55，緩沖溶液的pH為6，提取時(shí)間為1.5h，用0.02%g/L的菠蘿蛋 白酶體積為6mL，分別控制料液比為1:12、1:18、1:22、1:25、1:30，測定荸薺果膠的 提取率。結(jié)果表明（如圖4所示）：在料液比不同的條件下, 果膠的提取率也不相同。 料液比由 1:12 增加到 1:22 時(shí), 果膠的提取率升高較慢；繼續(xù)再增加料液比，提取率 升高幅度較大，直

17、到料液比大于 1:25 時(shí),果膠的提取率隨料液比的增加而降低。故料 液比為 1:25 時(shí)最佳。 4.1.5 pH值對(duì)提取的影響 控制提取溫度為55，提取時(shí)間為1.5h，料液比為1:25，用6mL濃度為0.02%g/L的 菠蘿蛋白酶，分別用pH為3、4、5、6、7、8的緩沖溶液調(diào)節(jié)pH，測定不同酸度下荸薺果 膠的提取率。結(jié)果表明（如圖5所示）：在不同的pH值條件下, 果膠的提取率也不相同。 在pH值小于 6 時(shí), 果膠的提取率隨pH值的升高而逐漸升高； 在pH值大于 6 時(shí), 果膠 的提取率隨pH值的升高反而降低。所以菠蘿蛋白酶液酸度pH值為 6 較為合適。 圖5 pH值對(duì)提取的影響 Fig.

18、5 Effect of pH value on Extraction 4.2 優(yōu)化與驗(yàn)證 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，分別對(duì)提取溫度、提取所需的酶體積量、pH值、提取所需 的料液比等因素對(duì)果膠提取率最大的3個(gè)組進(jìn)行Lg(34)正交試驗(yàn)來優(yōu)化提取荸薺皮中果 膠的最佳工藝參數(shù)。并對(duì)正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（如下表所示） 。 表1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 水平 溫度（） /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 水平溫度（） /A 料液比/B酶用量 （ml）/C pH 值/D產(chǎn)量 /（g） 提取率

19、 /（%） 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 方差分析結(jié)果表明，第8組果膠提取率最高。結(jié)合極差分析可知B因素（料液比）的 極差最大，D因素（pH值）的極差次之，因此料液比和pH值為試驗(yàn)果膠提取率的重要因 素，適當(dāng)增加浸提液的料液比和pH值，對(duì)荸薺皮果膠提取率影響較大。從節(jié)約能源和減 少污染的角度綜合考慮，A2B1C2D3為試驗(yàn)條件的

20、最佳組合，即在浸提溫度在55、浸提 料液比為1:18、0.02%的菠蘿蛋白酶用量為6mL、浸提pH為8的條件下可得到果膠的最大 產(chǎn)量（即A2B1C2D3條件下提取工藝最佳） 。在此優(yōu)化的工藝條件下，其果膠的提取率達(dá) 23.9% 。 4.3 產(chǎn)品檢測 經(jīng)測定總半乳糖醛酸百分含量 X（%）=52.02%，不符合國家 GB 25533-2010食品 添加劑 果膠中純度（65%）和美國藥典 USP 32-NF27 中果膠純度（74%）要求， 純度有待進(jìn)一步提高。 5 結(jié)論 荸薺皮中含有比較豐富的果膠，利用荸薺皮提取果膠，既解決了荸薺帶來的環(huán)境污 染問題，又為食品、醫(yī)藥品以及化妝品工業(yè)增加了新的果膠物質(zhì)

21、來源。本實(shí)驗(yàn)通過單因 素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)分析得到菠蘿蛋白酶提取荸薺皮果膠的最佳組合為：浸提溫度在55、 浸提料液比為1:18、0.02%的菠蘿蛋白酶用量為6mL、浸提pH為8，果膠提取率可達(dá)到 23.9%，明顯高于正交試驗(yàn)中的各組試驗(yàn)結(jié)果，純度達(dá)52.02%。該方法的提取純度有待 提高，望廣大讀者在此基礎(chǔ)上繼續(xù)研究。 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 1

22、9.833 20.200 19.500 22.533 R 1.934 3.133 0.767 2.966 優(yōu)水平 A2 B1 C2 D3 0.707 23.9 主次順序 CDAB 優(yōu)組合 A2B1C2D3 參考文獻(xiàn) 1 戴余軍, 丁文, 石會(huì)軍. 纖維素酶提取柑桔皮果膠工藝條件的研究J. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 34(2):7175. 2 張娜, 陳錦屏, 嚴(yán)靜, 李仁杰. 柿皮果膠纖維素酶法提取工藝J. 食品科學(xué)工藝技術(shù), 2011, 32(12) :161163. 3 詹歌, 周興虎, 屠康, 等. 荸薺皮果膠的酸法提取工藝J. 食品與物技術(shù)學(xué)報(bào), 2010, 29(6): 859

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