甜菊糖苷提取新方法
2024-09-08
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第36卷第1期 南昌大学学报(理科版) Vo1.36 No.1 2012年2月 Journa1 of Nanchang University(Natura1 Science) Feb.2O12 文章编号:1006—0464(2012)01—0069—04 甜菊糖苷提取新方法 丰 雪,付娟娟,温辉梁 (南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047) 摘要:以甜叶菊为基本原料,对甜叶菊中的甜菊糖苷的提取工艺条件进行优化,以提高甜菊糖苷的提取率,同时 确定纤维素酶对甜菊糖苷提取率的影响。依据单因素和正交试验得出了获得最高甜菊糖苷提取率的条件是:料液 比1:10,纤维素酶质量浓度0.2 ,提取温度50℃,提取时间90 min,溶液pH为5,该条件下的提取率为13.98 , 比优化前高出了1.94 。 关键词:甜菊糖苷;纤维素酶;提取;工艺;正交试验 中图分类号:TS245.9 文献标志码:A New method of stevioside extraction FENG Xue,FU Juan—juan,WEN Hui—liang (State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China) Abstract:With Stevia as the basic raw material,we optimized the stevioside extraction conditions,for the purpose of enhancing the extraction yield of stevioside,and at the same time,to determine the effect of cel— lulase on the extraction yield of stevioside.Based on a single factor and orthogonal test。the conditions a— bout maximum extraction rate of stevia were obtained,where the solid—liquid ratio and the cellulase enzyme concentration were 1:10 and 0.2 9/6 respectively,at the temperature 50。C and under pH=5 for 90 mins. The extraction rate of stevioside under the optimal conditions was 13.98 9/6,which was 1.94 higher than before. Key words:stevioside;cellulose;extraction;teehnology;orthogonal test 甜菊糖苷是从菊科草本植物甜叶菊中精提的新 素酶对甜菊糖苷提取率的影响。 型甜味剂。它是一种无热量的食品甜味剂[1-33,兼 1 实验部分 有降低血压、促进代谢、治疗胃酸过多等作用[4-73。 1.1仪器与试剂 纤维素酶具有极高的活性和高度专一性,可在 TU~1900紫外可见分光光度计(上海精密科学 常温、常压和温和的酸碱条件下,高效地进行催化反 仪器有限公司);SHZ~III型循环水真空泵(郑州杜甫 应【8 。。。目前,提取甜菊糖苷的主要方法有热水浸 仪器厂);DHG-9140型电热恒温鼓风干燥箱(上海 提法_1 ,超声提取法口 ,超临界萃取法_1。 等。甜菊 一恒科技有限公司)。 叶在高温蒸煮过程和超声中会产生多种类型的杂 甜叶菊(江西赣县的甜叶菊干叶);甜菊糖苷纯 质,如蛋白质、果胶、鞣质等,会影响甜菊糖苷的析 品(江西赣州菊隆高科技实业有限公司,纯度 出,并给分离带来困难;超临界萃取可以得到纯度较 97 );纤维素酶(酶活力u/g ̄>15 000.0),氧化钙, 高的甜菊糖苷,但要求实验条件较高且产率较低。 硫酸铝钾,浓硫酸,乙酸,蒽酮等(上海国药集团)试 纤维素酶可以破坏细胞壁结构,从而可以使叶片中 验中所用试剂均为分析纯。 的甜菊糖苷在较低的温度下溶于溶剂中口 。本 1.2实验方法 工作拟采用单因素和正交2种试验方法来研究纤维 1.2.1 甜菊叶的预处理 将甜菊叶粉碎过80目 收稿日期:2011一O7—2O。 作者简介:丰雪(1987一),女,硕士生。*通信作者:温辉梁(1963一),男,教授。E-mail:hlwen@sohu.tom。 南昌大学学报(理科版) 筛,取30 g干燥至恒重的粉末于烧杯中,加入一定 量水、适量纤维素酶,置于一定温度的水浴锅中水浴 加热一定时间,过滤,残渣加水和纤维素酶再提取1 次,合并滤液。滤液加入一定量的氧化钙和硫酸铝 钾除杂,得粗提液。 1.2.2 甜菊糖苷提取的工艺优化 选取料液比、纤 维素酶添加量、提取时间、提取温度、提取液pH值 5个因素,在单因素实验基础上,采用L。(4。)正交实 验[1 优化甜菊糖苷的提取工艺。 1.2.3标准曲线的制作准确称取5O℃真空干燥 至恒重的甜菊糖苷纯品0.1 g于平底烧瓶中,加入 30 mI 水溶解,加入质量浓度10 的硫酸20 mI , 混匀,100℃水浴1.5 h,冷却后过滤于100 mL的容 量瓶中,将平底烧瓶和滤纸洗3~4次,定容摇匀倒 入小烧杯中。从里面取l,2,3,4,5,6 mL溶液于 100 mL容量瓶中定容。利用蒽酮一硫酸比色法l_1 在606 rllTl处测定吸收波长,以吸光值和溶液浓度 分别为纵坐标和横坐标绘制标准曲线,得回归方程。 2结果与讨论 2.1甜菊糖苷标准曲线及其回归方程 按照线性关系考察方法操作1次,得到甜菊糖 苷标准曲线图1,以吸光度值X对甜菊糖苷浓度Y 做回归计算,回归方程如下: Y一0.004 5X一0.000 6 该方程线性关系良好(R。一0.999 5),表明甜菊 糖苷在1.0×10 g・mI ~6.0×10 g・mL 范围内与吸光度呈良好的线性关系,可应用此方程 计算待测溶液中甜菊糖苷的含量。 o o 0 。 o 0 {ppm 图l甜菊糖苷标准曲线 2.2甜菊糖苷提取工艺单因素试验 2.2.1提取中料液比对甜菊糖苷提取工艺的影响 在提取过程中添加纤维素酶0.06 g,调节pH为 4.5,温度控制在45℃,分别添加不同料液比的水提 取90 min,测得各条件下的提取率如图2: 婚 料液比 图2料液 对甜菊糖苷提取率的影响 从图2可以看出,提取过程中的料液比对甜菊 糖苷的提取率有较大影响。从作图的结果中可以发 现随着料液比的增加,提取率也增加。在料液比从 1:4到1:10倍的过程中,提取率增长趋势明显, 但在料液比达到1:1O后,再增加料液比,甜菊糖苷 的提取率增长趋势明显下降。这是由于当料液比达 到1:10后,甜菊糖苷基本全部浸出,再增加料液比 只会增加实验过程中的能耗,而不会大幅度的提高 甜菊糖苷的提取率。综合各种因素,在实验过程中 料液比在1:1O左右为最佳选择。 2.2.2提取温度对甜菊糖苷提取工艺的影响 在 提取过程中加300 mL水,添加纤维素酶O.06 g,调 节pH为4.5,分别在不同的温度下提取90 min,最 后测各组甜菊糖的提取率,数据见图3: 』/ 图3提取温度对甜菊糖苷提取率的影响 从图3可以看出,随着温度的升高,提取率也在 升高,但当温度超过50℃时,提取率逐渐下降,这是 由纤维素酶的性质决定的。纤维素酶是一种蛋白 质,在5O℃以上时,随着温度的升高,蛋白质开始变 性,酶活随之下降,提取率降低,但在温度较低时,浸 出速度降低,降低了甜菊糖苷的提取率。因此,纤维 素酶提取甜菊糖苷的最佳温度为50℃。 2.2.3纤维素酶用量对甜菊糖苷提取工艺的影响 在提取过程中,加300 mL水,调节pH为4.5,温 度控制在45℃,每次提取90 rain,考察添加不同量 的纤维素酶对提取率的影响,结果见图4: 从图4可以看出,随着酶用量的增加,提取率的 也随之上升,但当酶用量达到0.2 时,提取率没有 第1期 丰雪等:甜菊糖苷提取新方法 斛 磷 酶的质量浓度/ 图4 纤维素酶用量对甜菊糖苷提取率的影响 很大程度的上升,说明当酶用量达到0.2 时,甜叶 菊中的纤维素已接近完全分解,酶用量的增加对甜 菊糖苷的提取率影响不明显,可以确定纤维素酶的 用量控制在0.2 附近最佳。 2.2.4 提取液pH对甜菊糖苷提取工艺的影响 在提取过程中加300 mL水,添加纤维素酶0.06 g, 温度控制在45℃,每次提取90 min,添加不同量的 稀盐酸和碳酸氢钠调节溶液的pH,考察不同pH对 甜菊糖苷提取率的影响,结果见图5: 1j}L 盛 pH值 图5提取液pH对甜菊糖苷提取率的影响 从图5可以看出,提取液pH对甜菊糖苷的提 取率影响较大,pH从3到5的过程中,提取率不断 增加,pH大于5时,提取率又逐渐降低,这是因为 每种酶都有它的最适pH值,在最适pH值下纤维 素酶可以发挥出它的最大活力,最大限度的作用于 甜菊叶细胞壁中的纤维素,破坏细胞壁,使甜菊糖苷 更容易进入到提取液中。故,在提取过程中的最佳 pH在5左右。 2.2.5提取时间对甜菊糖苷提取工艺的影响 在 提取过程中加300 mL水,添加纤维素酶0.06 g,调 节pH为4.5,温度控制在45℃,考察不同提取时间 对提取率的影响,结果见图6: 从图6可以看出,随着提取时问的增加提取率 逐渐增加,到90 min时,提取率增长趋势降低。这 是因为随着提取时间的增加,纤维素酶的作用时间 越长,对甜菊叶中的纤维素水解的越完全,当提取时 间到达90 min时,甜菊糖苷已基本溶出,继续增加 提取时间,提取率增长变缓,还会增加能耗。综合各 种因素,提取时问在90 min左右为最佳。 14.5 14.O 篓l3.5 13.O 12.5 5O 80 l10 t|h 图6提取时间对甜菊糖苷提取率的影响 2.3正交试验 从单因素试验结果中进行比对,可以发现料液 比对其它各因素影响结果较小,因此我们确定在提 取过程中添加1O倍于甜菊叶质量的水。利用剩下 的酶的用量、时间、温度、pH 4个因素作四因素三水 平的正交试验,各因素水平见表1,正交试验结果见 表2。 表1 正交试验因素水平表 水平 丽 - 1 o.15 70 40 4.5 2 o.20 90 45 5.o 3 o.25 11o 50 5.5 从表2中可以看出,各因素对甜菊糖苷提取率 的影响次序为酶的质量浓度>提取温度>提取时间 >pH。最优方案为A。B C。D ,酶的质量浓度为 0.2 ,提取时间90 min,提取温度50℃,溶液pH 为5,料液比为1:10,提取率为13.98 。 表2正交试验结果与分析 试验号 因素 提取率/ A B C D 1 I 1 12.877 l3.120 l3.12O 13.293 l3.713 13.570 13.547 13.577 13.65o 13.550 13.573 13.37o o.836 o.450 O.453 o.284 2.4验证试验 用上述最佳条件重复试验3次,3次得甜菊糖 苷的提取率分别为13.96 ,13.97 ,13.99 ,由 此数据可知优化后的条件,提取率较高,重复性较 1 2・ 72 ・ 南昌大学学报(理科版) 2012年 好。 [5] 于喜水,孙玉华.甜菊苷类的研究与开发[J].黑龙江医 药,2003,16(1):41—42. 3 结论 通过单因素试验与正交试验,我们得出了甜菊 [6]赵瑜藏,张运申.甜菊的化学成分及开发利用研究[J], 安阳师范学院学报,2000,24(2):40—42. 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