超声波辅助碱性果胶酶提取条斑紫菜多糖的工艺研究

马波，蒋红菊，宋加妹，孙丽丽

（1.连云港师范高等专科学校生命科学系，江苏连云港222006；2.江苏科伦多食品配料有限公司，江苏连云港222006；3.南京理工大学连云港研究院，江苏连云港222006）



超声波辅助碱性果胶酶提取条斑紫菜多糖的工艺研究

马波1，蒋红菊2，宋加妹3，孙丽丽1

（1.连云港师范高等专科学校生命科学系，江苏连云港222006；2.江苏科伦多食品配料有限公司，江苏连云港222006；3.南京理工大学连云港研究院，江苏连云港222006）

摘要：通过单因素试验和正交试验对超声波辅助碱性果胶酶提取条斑紫菜中多糖的工艺进行了优化，确定了最佳工艺条件为：酶的最适温度45℃、酶加量0.4%、pH为10.0、酶解时间为80 min；对多糖酶解液超声处理，优化条件为料液比1∶10，超声温度70℃，超声时间80 min，功率800 W。在此条件下，多糖的得率为13.8%。

关键词：条斑紫菜；多糖；碱性果胶酶；超声

条斑紫菜（Porphyra yezoensis）属于红藻门红毛菜科，它营养丰富，蛋白和多糖的含量较高［1］，具有较高的食疗药用价值。研究证明，从紫菜中提取的多糖主要由岩藻糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖和木糖等组成［2］，具有多种生物学活性及药用价值，如降血脂、抗血栓、降血糖抗炎、抗疲劳、增强免疫、抑制肿瘤生长等作用。

紫菜多糖的提取有热水浸提法、酶法、超声等［1-2］。超声波能利用其空化效应破坏细胞壁，提高物质有效成分溶出的次数和速度［3］，提高活性物质的提取率。酶反应具有高效性和专一性、条件温和，能耗低，能选择性的切断糖苷键，克服化学降解法存在的问题，常用的酶有蛋白酶、纤维素酶和果胶酶［4-5］。果胶酶是指能分解果胶质的酶的总称，按发挥作用的最适pH值，可将果胶酶分为酸性果胶酶和碱性果胶酶。酸性果胶酶应用比较早，但随着对碱性果胶酶研究的深入，发现了其不可估量的潜在应用价值［6］。朱晓君等用酶法、超声法研究了紫菜中多糖的提取，取得了较好效果［1-2］，但采用超声波辅助碱性果胶酶的方法提取紫菜多糖的研究报道较少。研究将超声波与碱性果胶酶相结合提取条斑紫菜中多糖，并对其工艺条件进行优化，提高紫菜使用价值和应用范围，拓展碱性果胶酶应用和发展提供参考。

1　实验部分

1.1材料与试剂

紫菜购于江苏连云港，烘干粉碎过80目筛，保存备用。

碱性果胶酶，相对分子质量均为65 kDa左右，由本实验室保存的高产果胶酶菌株多粘类芽孢杆菌20 185发酵并经分离纯化制得（310.52 U/mL）［6］。葡萄糖、浓硫酸、苯酚、无水乙醇等均为分析试剂。

1.2仪器与设备

岛津UV2550分光光度计；HN-1000CS超声波细胞粉碎机；恒温水浴锅；离心机；多功能粉碎机；磁力搅拌器。

1.3方法

1.3.1紫菜多糖的提取工艺

紫菜→干燥粉碎→加果胶酶酶解→超声波提取→离心→上清液→减压浓缩→三氯乙酸→离心→上清液→减压浓缩→醇沉→离心→干燥→成品。

1.3.2紫菜多糖含量的测定

采用苯酚-硫酸法测定总糖［7］多糖得率/%=样品中的多糖含量（g）/紫菜样品的质量g×100%。

1.3.3酶解处理条件的优化

分别以果胶酶用量、酶解时间、pH、温度为单因素，考察其对紫菜多糖的提取效果。在单因素的基础上，以多糖得率（%）为评价指标，进行四因素三水平正交试验，确定酶解的优化条件。正交试验因素及水平设计见表1。

表1　果胶酶处理正交试验的因素与水平

1.3.4超声处理条件的优化

在最佳酶解条件下的紫菜多糖酶解液为基础，以超声温度、料液比、超声功率和超声时间四因素三水平正交试验，以多糖得率（%）为评价指标，确定超声处理的优化条件。超声处理正交试验的因素及水平见表2。

表2　超声处理正交试验的因素与水平

2　结果与讨论

2.1酶解条件的确定

2.1.1果胶酶用量对多糖的得率的影响。

从图1可知酶加量在0-0.4%之间时紫菜多糖得率随酶添加量的增加逐渐升高，而当果胶酶的浓度超过0.4%以后，多糖的得率呈下降的趋势。在酶浓度较小时，在随着酶浓度上升，酶与底物接触的机会增大，紫菜多糖得率上升；但随着酶浓度的继续增大，酶不仅将底物转化为目标产物多糖，果胶酶中含有少量其他的酶会将底物转化为非目标产物，从而导致多糖的得率下降。

2.1.2温度对多糖提取率的影响

酶催化反应对温度的依赖性表现有一个最优值。一方面，酶反应速率在一定的温度范围内随温度上升而加快；另一方面，反应速率又会因为温度过高导致酶失活而下降。由图2可见，碱性果胶酶作用的最适温度为45℃。

图1　酶加量对多糖提取率的影响

图2　温度对多糖提取率的影响

2.1.3pH对多糖的得率的影响

在果胶酶分子中含有大量酸性和碱性基团，pH变化时，这些基团就会处于不同的离子化状态。有一些特定的具有催化活性的离子基团与酶的专一性和酶分子活力中心构象紧密相关，最终影响酶与底物的亲和力以及活性中心的催化能力［6］。由图3可见，碱性果胶酶的最适pH为10.0。

2.1.4提取时间对多糖的得率的影响

多糖提取得率与提取时间的关系如图4。由图可知，在20-60 min内，随着提取时间的延长，多糖的得率逐渐增大，继续延长时间多糖得率呈现下降的趋势。这可能是酶处理时间延长，会导致多糖结构的改变。

图3　pH对多糖提取率的影响

图4　提取时间对多糖提取率的影响

2.1.5酶解处理正交试验。

根据正交试验设计原理，结合单因素试验的结果，选用温度、酶加量、pH、酶解时间这四个因素进行三水平的正交试验。由表3极差分析可看出，酶用量对多糖得率影响最大，其次为酶解温度、pH、酶解时间，最优化组合为A3B2C2D2。在此条件下进行碱性果胶酶辅助提取多糖的实验，所得多糖的得率为7.9%，证明分析的结论是正确的。

2.2超声辅助碱性果胶酶提取紫菜多糖的工艺条件优化

以多糖得率为指标，对影响超声效果的四个因素进行考察，结果见表4。由R值可见重要性依次为超声功率、超声温度、超声时间、料液比，最优的组合为A2B1C3D2。在上述最优的条件下进行的超声辅助碱性果胶酶提取紫菜多糖验证试验，所得的多糖得率为11.46%。

表3　酶解处理正交试验结果与分析

表4　超声处理正交试验结果与分析

3　结论

通过单因素和正交试验，确定了超声波复合酶法提取紫菜多糖的最佳工艺条件为：在pH为10的条件下，添加碱性果胶酶用量0.4%，45℃下酶解时间80 min后，再以1：10的料液比在超声功率800W，70℃超声时间80 min，此时多糖得率达到11.46%。本研究选用超声辅助碱性果胶酶法提取紫菜多糖，有效结合了酶法提取与超声波提取两种方法，使得紫菜中多糖的提取率更高，该工艺简单可行，对紫菜深加工有重要意义。

参考文献：

［1］朱晓君，安辛欣，顾丽，等.超声辅助同时提取条斑紫菜多糖及藻胆蛋白工艺的优化［J］.食品科学，2008，29（5）∶241-244.

［2］韩莎莎，黄臻颖，沈照鹏，等.酶法降解坛紫菜多糖及其产物分析［J］.食品科学，2015，36（21）∶145-149.

［3］卢美娟，邵京，张红星，等.超声波复合酶法提取芡实多糖的工艺研究［J］.安徽农业科学，2015，43（34）∶161 -163，201.

［4］YIN X L，YOU Q H，JIANG Z H. Optimization of enzyme assisted extraction of polysaccharides from Tricholoma matsutake by response surface methodology［J］. Carbohydrate Polymers，2011，86（3）：358-1364.

［5］OURDIA B，NAVARRO D，MARJOLAINE R，et al. Fungal enzymes as a powerful tool to release simple phenoliccompounds fromm olive oil by-producs［J］. Process Bioehemistry，2005，40：1855-1862.

［6］蒋红菊.多粘类芽孢杆菌液态发酵产碱性果胶酶的研究［D］.南京：南京理工大学，2012.

［7］张惟杰.糖复合物生化研究技术［M］.杭州：浙江大学出版社，1994：10-12.

【责任编辑：邓军文dengjunwen69@126.com】

Study on extraction of polysaccharides from Porphyra yezoensis by ultrasonic-assisted alkaline pectinase methods

MA Bo1，JIANG Hong-ju2，SONG Jia-mei3，SUN Li-li1
（1. Department of Life Sciences，Lianyungang Teacher’s College，Lianyungang 222006，Jiang Su，China；2. Jiangsu Kolod Food Ingredients Company，Lianyungang，222006，Jiang Su，China；3. Lianyungang Research Institute，Nanjing University of Science and Technology Lianyungang，222006，Jiang Su，China）

Abstract∶On the basis of the single factor test and orthogonal experiment results，the polysaccharide as evaluated index，the optimum extraction parameters of polysaccharides from Porphyra yezoensis by ultrasonic assisted alkaline pectinase methods were confirmed. The parameters were as follows∶hydrolysis temperature of 45℃，alkaline pectinase 0.4%，pH 10.0，hydrolysis duration of 80min. The ultrasonic extraction was carried out after the enzymatic hydrolysis and the optimum extraction conditions were as follows∶material liquid ratio of 1∶10，ultrasonic temperature of 70℃，ultrasonic time of 80min，and ultrasonic power of 800W，the extraction of rate of polysaccharides was 13.8%.

Key words∶porphyra haitanensis；polysaccharides；alkaline pectinase；ultrasonic

中图分类号：TS201

文献标志码：A

文章编号：1008-0171（2016）03-0047-04

收稿日期：2016-03-09

作者简介：马波（1975-），男，江苏灌云人，连云港师范高等专科学校讲师。