酶解技術在雪蓮果菊糖提取中的應用

蔡莉

（江陰職業技術學院環境與材料工程系，江蘇江陰214405）

雪蓮果又叫亞貢，是一種菊科的多年生草本植物，又稱為菊薯，原產自南美洲的安第斯山脈，有很好的保健療效及藥用價值[1-3]。二十世紀80年代，日、歐等國陸續引進，后傳入我國。雪蓮果肉主要由低聚果糖、葡萄糖、果糖等糖類物質組成，其中還含有人體所需的微量元素和植物菊糖[4]。菊糖是一種天然的功能性多糖，具有改善大腸腸道微環境、調節血糖和血脂、預防肥胖等生理功能。近年來人們對純天然的保健品熱捧，使得植物菊糖以其生理功能獨特性以及來源多樣化等特點，逐漸成為人們研究與討論的熱點[5]。

酶法提取主要用酶破壞細胞壁結構，具有反應條件溫和、選擇性高的特點。而酶的專一性可避免對底物外物質的破壞，在提取穩定性差和含量較少的成分時優勢更為明顯。酶法是綠色高效的植物提取技術，可利用相關酶制劑來提高提取物的極性，從而減少有機溶劑的使用，降低成本[6-7]，因此酶法可用來提取可溶性菊糖類的物質。

鑒于菊糖的功能性，本課題嘗試采用酶解法提取雪蓮果菊糖，并從酶的種類、酶解用量、酶解溫度、酶解時間和酶解pH優化提取工藝。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

實驗材料：雪蓮果，本地市購；3，5-二硝基水楊酸；濃硫酸；丙三醇；葡萄糖；D-果糖；氫氧化鈉；苯酚。

實驗儀器：數顯恒溫水浴鍋；多功能粉碎機；紫外可見分光光度計；冷凍離心機；烘箱；微波爐；電子天平。

1.2 實驗方法

1.2.1 雪蓮果菊糖提取

新鮮雪蓮果洗凈，放入沸水中5 min 滅菌，冷卻，切成薄片，入烘箱70℃烘干，用高速萬能粉碎機碎成粉末，過40目篩，制得粗菊粉，稱重待用。取2 g菊粉，加適量水，在55℃水中浸泡1 h，升溫至90℃，提取0.5 h，冷卻至適宜溫度，加入適量酶溶液使提取液總體為100 mL，調節酶解液pH 為6，30℃酶解提取2 h，提取液抽濾，濾液稀釋20倍后進行測定。同時相同步驟做空白（2 g菊粉，不經酶處理）和酶空白實驗（只加酶不加菊粉）。

1.2.2 菊糖含量的測定

總糖含量的測定采用苯酚硫酸法，還原糖含量的測定采用DNS比色法，菊糖含量的計算方法[8]：

菊糖的含量=總糖含量-還原糖含量

菊糖提取率=提取液中菊糖含量/雪蓮果的重量×100%

1.2.3 菊糖提取條件的優化

未優化前提取條件：用果膠酶提取雪蓮果菊糖，酶用量為10 mg/g，酶解溫度30℃，酶解時間為120 min，酶解pH為6。

表1 實驗因素及水平

2 結果分析

2.1 酶種類對菊糖得率的影響

圖1 不同種類的酶對菊糖得率的影響Fig.1 Effects of different kinds of enzymes on inulin yield

由圖1可知，纖維素酶輔助提取雪蓮果菊糖得率最大，菊糖含量最高，提取效果最佳；其次是果膠酶、植物蛋白酶、α-淀粉酶，酸性蛋白酶和堿性蛋白酶輔助提取效果最差。因此，選擇纖維素酶作為輔助提取雪蓮果菊糖的最適酶。

2.2 酶用量對菊糖得率的影響

圖2 纖維素酶用量對雪蓮果菊糖得率的影響Fig.2 Effect of cellulase dosage on the yield of inulin from yacon

由圖2 可以看出，在纖維素酶用量為2～14 mg/g時，隨著酶用量的提高，雪蓮果菊糖得率也在不斷增加，但當酶用量達到14 mg/g后，繼續再增加酶的用量時，菊糖得率卻不再增加。從提取效果和經濟成本兩方面考慮，纖維素酶的加入量選擇14 mg/g為宜。

2.3 酶解溫度對菊糖提取的影響

由圖3 可知，隨著溫度的增加，菊糖的含量呈先增長后下降的趨勢。35℃時菊糖提取率最高，在此基礎上繼續升高溫度，菊糖得率開始下降。主要原因是纖維素酶作為一種生物催化劑，溫度對酶活的影響較大，當偏離酶的最適催化溫度時，菊糖提取效果就大打折扣。

2.4 酶解時間對菊糖提取的影響

圖3 酶解溫度對雪蓮果菊糖得率的影響Fig.3 Effect of enzymatic hydrolysis temperature on the yield of inulin from yacon

圖4 酶解時間對雪蓮果菊糖得率的影響Fig.4 Effect of enzymatic hydrolysis time on the yield of inulin from yacon

酶解反應作為一種生化反應過程，時間對于反應進程的影響較為明顯。由圖4 可知，隨著提取時間的變長，提取量逐步上升，在時間120 min 的條件下達到最大，此時的菊糖得率也最大。

2.5 酶解p H對菊糖提取的影響

圖5 酶解pH對雪蓮果菊糖得率的影響Fig.5 Effect of enzymatic hydrolysis of ph on the yield of inulin from yacon

由圖5 可知，隨著pH 的上升，提取量也逐步提高，當pH=7 時菊糖提取得率達到最高。根據資料顯示，纖維素酶作為一種復合酶，適用的pH 一般為中性及略偏堿性的環境，與本實驗數據一致。

3 結論

本文研究了酶解法提取雪蓮果中的菊糖物質，并對提取過程中的影響因素如酶的種類、酶的用量、酶解溫度、酶解時間、酶解pH值等進行研究與工藝優化。最終得到酶解法提取雪蓮果菊糖的最佳工藝參數為：酶的種類為纖維素酶，酶用量（纖維素酶）14 mg/g，酶解溫度為35℃，酶解時間為120 min，酶解pH 值7.0，該條件下菊糖得率68.85%。