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复合酶法提取零余子多糖工艺的优化



全 文 :J.SHANXI AGRIC.UNIV.(Natural Science Edition)
学报(自然科学版)2013,33(2) 003000
收稿日期:2012-12-07   修回日期:2012-01-06
作者简介:贾丽艳(1979-),女(汉),山西汾阳人,讲师,在读博士,研究方向:食品生物技术。
基金项目:山西农业大学青年基金项目(412556)
复合酶法提取零余子多糖工艺的优化
贾丽艳,任盛财
(山西农业大学 食品科学与工程学院,山西 太谷030801)
摘 要:利用复合酶法对零余子多糖的提取工艺进行研究,为零余子的开发利用提供技术依据。在单因素的基础上,
通过二次正交分析法优化提取工艺条件,最终确定复合酶提取工艺的最佳参数为纤维素酶添加量2%,果胶酶添加量
为1.5%,酸性蛋白酶添加量2%,提取温度40℃,pH 5.5,酶解时间3h。在此条件下,零余子多糖得率为15.80%。
关键词:零余子;多糖;复合酶
中图分类号:O636.1  文献标识码:A  文章编号:1671-8151(2013)02-0130-06
Optimization of Combined Enzymatic Extraction on Bulbil Polysaccharide
Jia Liyan,Ren Shengcai
(College of Food Technology and Engineering,Shanxi Agricultural University,Taigu Shanxi 030801,China)
Abstract:In order to provide the basic data for the developing and utilization of the bulbil,the extraction process of pol-
ysaccharide from bulbil was studied using combined enzymes.The forecasting model was set up with the orthogonal ex-
perimental method on the basis of single-factor experiments.The optimum extraction parameters were as folows:2%
celuose enzyme plus 1.5%pectinase and 2%acid protease at reaction temperature 40℃and pH 5.5for 3h.With the
optimal conditions,the extraction rate of polysaccharide was 15.80%.
Key words:Bulbil;Polysaccharide;Combined enzyme
  零余子(Bulbil)系多年生草本植物的珠芽,它
和山药同属于薯蓣科薯蓣属(Dioscoreaopposite
Thunb)的不同器官,俗称“山药豆”,主产于在山
西、河南、河北、江苏、山东等地[1]。零余子味甘温、
无毒、主补虚、强腰脚、食之不饥,功能比山药还要
强,可提高人体免疫功能和抗病能力,极具药理研
究价值[2]。
目前,对山药功能性成分的提取及生物学活性
的研究较多[3],但对零余子的研究却较少,起步较
晚,且主要集中于组织培养、贮藏、栽培、形成机理
及形态结构等方面的研究[4],营养物质及功能成分
提取的研究较少。薛建平等[5]对山药和零余子营
养成分进行了比较研究,发现零余子中脂肪、总氨
基酸以及必需氨基酸的含量高于山药。盛玮等[2]
对零余子的营养成分进行了分析和评价,发现零余
子的主要成分为碳水化合物和蛋白质,多糖含量
高。鉴于此,研究零余子的多糖的提取工艺及生物
学功能具有重要意义。
目前提取多糖的方法较多,主要有溶剂萃取
法、酸碱提法、超声波辅助提取法、微波辅助提取
法、酶法等,但是用于零余子多糖类化合物提取的
方法研究却较少,利用复合酶法提取零余子多糖未
见文献报道。本文利用纤维素酶、果胶酶、酸性蛋
白酶辅助提取零余子多糖,研究其提取工艺,以期
确定出条件温和,操作简易,提取得率高的新工艺。
1 材料与仪器
1.1 材料
  零余子(山西汾阳产),纤维素酶(3000U·
g-1)、果胶酶(100万 U·g-1)、酸性蛋白酶(3000
U·g-1),湖州米纯生物技术有限公司;葡萄糖、苯
酚、硫酸、乙醇等试剂均为分析纯。
DOI:10.13842/j.cnki.issn1671-8151.2013.02.004
1.2 仪器与设备
BS210S电子天平,北京塞多利斯天平有限公
司;ZFD-A5090电热鼓风干燥箱,山海智城分析
仪器制造有限公司;HHS电热恒温水浴锅,上海博
迅实业有限公司医疗设备厂;TDL-4台式离心
机,上海安亨科学仪器厂;722E可见分光光度仪,
上海光谱仪器有限公司;FZ102粉碎机,北京世纪
森朗试验仪器有限公司;pH 仪,梅特勒-托利多
仪器(上海)有限公司。
2 方法
2.1 酶法提取工艺
  将新鲜零余子洗净,65℃烘干,粉碎,过100目
筛,制得零余子粉。取20g零余子粉,按一定质量
体积比加入蒸馏水,调节pH值,加入适量的酶粉,
置于恒温水浴锅中,水浴一定时间后,沸水浴灭酶
10min,过滤样品,取滤液测定多糖含量。
2.2 零余子多糖得率的测定
采用苯酚-硫酸法[6]测定多糖得率。
2.3 标准曲线的绘制
采用二倍稀释法[7]构建葡萄糖标准曲线。以
葡萄糖对照品溶液浓度为横坐标(C),吸光值为纵
坐标(A),绘制标准曲线。
2.4 零余子多糖得率的测定
零余子多糖含量的计算:X=Y-0.00247.379
式中,Y 为吸光值;X 为相当于葡萄糖标准溶
液的质量浓度/g·L-1;
提取率的计算:y=X×V×am×1000
式中,y为零余子中多糖的提取率/%;X 为葡
萄糖标准溶液的质量浓度/g·L-1;V 为提取的体
积/mL;a为提取液测定时的稀释倍数;m 为零余
子的质量/g。
2.5 单因素试验
采用复合酶法提取零余子中多糖类物质。通
过单因素试验方法测定不同种酶的添加量、反应温
度,反应时间等因素对零余子多糖得率的影响。单
因素试验设计:(1)在55℃、pH 7、浸提2h的条件
下进行纤维素酶添加量单因素试验,酶添加量为
0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%。(2)在55℃、
pH 7、酶用量1.5%的条件下进行纤维素酶浸提时
间的单因素试验,提取时间为1.5、2、2.5、3h。
(3)在浸提时间2h、pH 7、酶用量1.5%的条件下
进行纤维素酶浸提温度的单因素试验,提取温度为
40、45、50、55、60℃。(4)在温度50℃、pH 4、提取
时间2h的条件下进行果胶酶添加量单因素试验,
酶添加量为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%。(5)在
50℃、pH 4、酶用量1.5%的条件下进行果胶酶浸
提时间单因素试验,提取时间为1.5、2、2.5、3h。
(6)在浸提时间2h、pH 4、酶用量1.5%的条件下
进行果胶酶浸提温度单因素试验,浸提温度为30、
40、50、60℃。(7)在45℃、pH 3.5、提取时间2h
的条件下进行酸性蛋白酶浸提时间单因素试验,提
取时间为1%、1.5%、2%、2.5%。(8)在45℃、pH
3.5、酶用量2%的条件下进行酸性蛋白酶浸提时
间单因素试验,提取时间为1.5、2、2.5、3h。(9)
在提取时间2h、pH 3.5、酶用量2%的条件下进行
酸性蛋白酶浸提温度单因素试验,提取温度为35、
40、45、50℃。以多糖得率为检测指标。
2.6 最优提取条件的确定
在单因素试验的基础上进行酶用量正交试验
设计,正交试验因素水平见表1。
在单因素试验和酶用量正交试验的基础上进行
提取工艺的正交试验设计,正交试验因素水平见表2。
表1 酶用量正交试验因素水平表
Table 1 Enzyme factors of orthogonal test on polysaccharide extraction from bulbil
水平
Levels
因素
Factors
A纤维素酶用量
The adding amount
of celuose enzyme/%
B果胶酶
The adding amount
of celuose enzyme/%
C酸性蛋白酶用量
The adding amount
of acid protease/%
D空白对照
Control
1  2  1  1.5  1
2  2.5  1.5  2  2
3  3  2  2.5  3
  注:提取的工艺条件pH 4.5,温度45℃,提取时间2.5h。
Note:The extracted condition on polysaccharide from bulbil:pH 4.5,45℃,2.5h
13133(2) 贾丽艳等:复合酶法提取零余子多糖工艺的优化
表2 零余子多糖提取工艺正交试验因素水平表
Table 2 The factors of orthogonal test on polysaccharide extraction from bulbil
水平
Levels
A温度
Enzyme content/℃
B时间
Reaction time/h
C pH值
pH
1  40  2  3.5
2  45  2.5  4.5
3  50  3.0  5.5
3 结果与分析
3.1 葡萄糖标准曲线的确定
  葡萄糖标准曲线见图1。根据测定结果,用最
小二乘法进行线性回归,得标准回归曲线方程:
Y =47.379 X+0.002 R2 =0.9911
  表明葡萄糖含量与其吸光值成正比。因此,将
样品测得的吸光值与标准曲线对照,可得到样品中
多糖的浓度,进一步得到多糖的得率。
图1 葡萄糖标准曲线
Fig.1 Standard curve of glucose
3.2 单因素试验
3.2.1 酶添加量对零余子多糖得率的影响
酶添加量对零余子多糖得率的影响见图2。
随着酶添加量的增大,多糖得率逐渐增大。纤维素
酶、果胶酶和酸性蛋白酶添加量分别为2.5%、
1%、2%时,多糖得率达到最大,分别为12%、8%
和5.6%。
图2 酶添加量对酶提取多糖得率的影响
Fig.2 Influence of enzyme content on polysaccharide extraction from bulbil using enzyme
231 山 西 农 业 大 学 学 报(自然科学版) 2013
3.2.2 浸提时间对酶提取零余子多糖得率的影响
浸提时间对酶提取多糖得率的影响结果见图
3。随着提取时间的延长,多糖得率逐渐提高。当
纤维素酶、果胶酶和酸性蛋白酶提取时间分别为
2.5h、2h、2.5h时,多糖得率达到最大,分别为
7.5%、11%、7.5%。
图3 浸提时间对酶提取多糖得率的影响
Fig.3 Influence of reaction time on polysaccharide extraction from bulbil using enzyme
3.2.3 浸提温度对零余子多糖提取得率的影响
浸提温度对多糖得率的影响结果见图4。随
着温度的升高,酶活性先增大,零余子多糖得率提
高。提取温度升高至45℃、40℃、45℃时,各种酶
活性分别达到最大,多糖得率也达到最大;浸提温
度高于最适温度时,酶活性逐渐降低,多糖得率也
随之下降。
图4 浸提温度对酶提取多糖得率的影响
Fig.4 Influence of reaction temperature on polysaccharide extraction from bulbil using enzyme
3.3 复合酶法提取零余子多糖工艺的优化
3.3.1 酶用量正交试验结果与分析
由表3可见,酶对零余子多糖提取得率影响因
素大小为:酸性蛋白酶>果胶酶>纤维素酶。复合
酶最佳配比组合为A1B2C2,即纤维素酶2%、果胶
酶1.5%、酸性蛋白酶2%,此时零余子多糖得率达
到15.60%。
3.3.2 提取工艺正交试验结果与分析
由表4可见,零余子多糖得率的影响因素大小
为提取温度>提取时间>pH;最佳工艺组合
A1B3C3;最佳工艺:提取温度40℃,提取时间3.0
h,pH 5.5,此时零余子多糖得率达到15.80%。
33133(2) 贾丽艳等:复合酶法提取零余子多糖工艺的优化
表3 零余子复合酶法提取多糖酶用量正交试验
Table 3 The results of orthogonal experiment on recombined enzymes factors
序号
Numbers
纤维素酶用量/%
Adding amount of
celuose enzyme
果胶酶用量/%
Adding amount
of pectinase
酸性蛋白酶用量/%
Adding amount
of acid protease
空白对照
Control
多糖得率/%
The extraction rate
of polysaccharide
1  1  1  1  1  13.16
2  1  2  2  2  15.60
3  1  3  3  3  13.14
4  2  1  2  3  15.02
5  2  2  3  1  12.63
6  2  3  1  2  12.97
7  3  1  3  2  14.20
8  3  2  1  3  13.06
9  3  3  2  1  12.82
k1 14.4  14.07  13.06  12.87
k2 13.54  14.20  14.91  14.69
k3 13.36  12.98  13.26  13.74
K1 43.2  42.2  39.19  38.61
K2 40.62  42.59  44.74  44.07
K3 40.08  38.93  39.79  41.22
R  3.12  3.66  5.55  5.46
表4 零余子酶法提取多糖的工艺正交试验
Table 4 The results of orthogonal experiment on polysaccharide extraction from bulbil
序号
Numbers
提取温度/℃
Reaction
temperature
提取时间/h
Reaction
temperature
pH
空白对照
Control
多糖得率/%
The extraction rate
of polysaccharide
1  1  1  1  1  13.63
2  1  2  2  2  11.64
3  1  3  3  3  15.80
4  2  1  2  3  14.30
5  2  2  3  1  9.10
6  2  3  1  2  11.94
7  3  1  3  2  9.27
8  3  2  1  3  8.15
9  3  3  2  1  10.27
k1 11.78  12.4  11.24  11.00
k2 9.23  9.63  13.07  10.95
k3 13.69  12.67  11.39  12.75
K1 35.34  37.2  33.72  33.00
K2 41.07  38.01  34.17  38.25
K3 27.69  28.89  36.21  29.85
R  13.38  9.12  2.49  5.40
3.4 验证试验
按以上试验得到的最佳提取条件提取零余子
多糖,做3个重复,测得零余子多糖的平均得率为
15.72%。验证结果与正交试验结果一致,表明提
取工艺稳定可行。
4 讨论
本研究应用纤维素酶、果胶酶、酸性蛋白酶消
化零余子,以此改变细胞的通透性和促进非水溶性
多糖的溶解,从而使得零余子多糖的得率提高到
15.72%;但是研究中也发现零余子中的淀粉使得
提取液粘稠度加大,影响了有效成分的扩散,因
此,在以后的试验中应加入糖化能力强的α-淀
粉酶的使用,以加大对淀粉的水解和水溶性多糖
的提取。
431 山 西 农 业 大 学 学 报(自然科学版) 2013
5 结论
酶对零余子多糖提取得率影响因素大小为:酸
性蛋白酶>果胶酶>纤维素酶。其他因素对零余
子多糖得率的影响大小为:提取温度>提取时间>
pH。复合酶法提取零余子多糖最佳条件为:纤维
素酶添加量为2%、果胶酶添加量1.5%、酸性蛋白
酶添加量2%,提取时间40℃,pH 5.5,提取时间
为3h。在此条件下,多糖提取率最高,得率为
15.80%。
参 考 文 献
[1]高国栋,赵冰.中国山药产业现状浅谈[J].作物研究,2007(3):179-182.
[2]盛玮,薛建平,谢笔钧.怀山药零余子化学成分及其营养评价[J].食品科技,2009,34(4):76-79.
[3]袁书林.山药的化学成分和生物活性作用研究进展[J].食品研究与开发,2008,29(3):176-179.
[4]龙雯虹,郭华春.薯蓣零余子的研究进展[J].云南农业大学学报,2006,21(4):486-489.
[5]薛建平,祝红蕾,尧俊英.铁棍山药及其零余子营养成分的比较研究[J].食品工业科技,2008,29(8):267-269.
[6]李静静,缪娟,张磊,等.怀山药多糖分析方法及生物活性的研究进展[J].安徽农业科学,2010,38(35):20008-20009,20039.
[7]秦恩华.零余子多糖的分离纯化及抗氧化研究[J].现代食品科技,2008,24(11):1101-1103.
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参 考 文 献
[1]Donegan K K,Schaler D L,Stone J K,et al.Microbial populations,fungal species diversity and plant pathogene levels in field plots of
potato plants expressing the Bacillus thuringiensis Var.tenebrionis endotoxin[J].Transgenic research,1996,5:25-35.
[2]Palm C J,Schaler D L,Donegan k k,et al.Persistence in soil of transgenic plants produced Bacillus thuringiensis Var.kurstakiδ-en-
dotoxin[J].Canadian jorunal of microbiology,1996,42(12):1258-1262.
[3]Sims S R,Ream J E.Soil inactivation of the insecticidal protein within transgenic cotton tissue:Laboratory microcosms and field studies
[J].Journal of agricultural and food chemistry,1997,45:1502-1505.
[4]张美俊,杨武德.转Bt基因棉粉碎叶、蕾样Bt蛋白降解[J].核农学报,2011,25(1):14-19.
[5]Donegan K K,Palm C J,Fieland V J,et al.Changes in levels,species,and DNA fingerprints of soil microrganisms associated with cot-
ton expressing the Bacillus thuringiensis var.Kurstaki endotoxin[J].Applied soil ecology,1995,2:121-124.
[6]吴伟祥,叶庆富,闵航.不同生长期转Bt基因水稻秸秆还田对淹水土壤酶活性的影响[J].生态学报,2003,23(11):353-2358.
[7]颜世磊,赵蕾,孙红炜,等.大田环境下转Bt基因玉米对土壤酶活性的影响[J].生态学报,2011,31(15):4244-4250.
[8]Saxena D,Stotzky G.Bacilus thuringiensis(Bt)toxin released from root exudates and biomass of Bt corn has no apparent effect on
earth worms,nematodes,protozoa,bacteria,and fungi in soil[J].Soil biology and biochemistry,2001,33:1225-1230.
[9]Stotzky G.Persistence and biological activity in soil of insecticidal proteins from Bacillus thuringiensis and of bacterial DNA bound on
clays and humic acids[J].Journal of environmental quality,2000,29(3):691-705.
[10]许光辉,郑洪元.土壤微生物分析方法手册[M].北京:农业出版社,1986:102-135.
[11]李晶,刘玉荣,贺纪正,等.土壤微生物对环境胁迫的响应机制[J].环境科学学报,2013,33(4):959-967.
[12]张玲,叶正钱,李廷强.铅锌矿区污染土壤微生物活性研究[J].水土保持学报,2006,20(3):136-140.
[13]Donegan K K,Seidler R J,Fieland V J,et al.Decomposition of geneticaly engineered tobacco under field conditions:persistence of the
proteinase inhibitor I product and effects on soil microbial respiration and protozoa menatode and microarthropod populations[J].Jour-
nal of applied ecology,1997,34:767-777.
53133(2) 贾丽艳等:复合酶法提取零余子多糖工艺的优化