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蒸汽爆破預(yù)處理輔助提取蘆筍老莖多糖工藝研究

2020-01-14 12:51:10王崇隊(duì)張明楊立風(fēng)范祺張博華孟曉峰馬超
中國果菜 2019年12期
關(guān)鍵詞:蘆筍蒸汽多糖

王崇隊(duì),張明,楊立風(fēng),范祺,張博華,孟曉峰,馬超

(中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院,山東濟(jì)南 250014)

蘆筍(Asparagus officinalisL.)又名石刁柏,為百合科天門冬屬的草本植物,含有大量的膳食纖維、蛋白質(zhì)和多種氨基酸、維生素和微量元素等營養(yǎng)成分及多糖、皂苷、黃酮等藥用成分,具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值[1]。藥理學(xué)研究表明蘆筍提取物對高脂血癥[2]、糖尿病[3]、癌癥[4]等均有一定療效。我國蘆筍種植面積約1.5萬hm2,年產(chǎn)量約180萬t,占世界總量的60%。蘆筍老莖是指蘆筍速凍罐頭加工后的剩下的部分,約占鮮樣的40%。目前,蘆筍老莖多被當(dāng)作廢棄物料丟棄,這樣既浪費(fèi)資源,又對環(huán)境造成污染[5-6]。

多糖是蘆筍的重要活性成分,多糖提取目前已引起人們極大的關(guān)注。蒸汽爆破(簡稱汽爆)處理是指在高壓密閉環(huán)境中,用過熱蒸汽將物料加熱到一定溫度,在一定壓力下保持?jǐn)?shù)秒或數(shù)分鐘后瞬間泄壓,隨著壓力驟降、水分汽化,物料產(chǎn)生爆破效應(yīng)的一種物理處理方法[7]。蘆筍在高溫高壓下細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂和分解,細(xì)胞器內(nèi)物質(zhì)降解和轉(zhuǎn)化,大分子聚合物被瞬時(shí)壓力爆破為小分子,使糖類物質(zhì)溶出,得率提高[8]。本文以蘆筍老莖為原料,采用蒸汽爆破預(yù)處理,超聲輔助提取的方法提取多糖,優(yōu)化工藝,以期為蘆筍老莖的綜合利用及蘆筍產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

蘆筍老莖,山東恒寶食品集團(tuán)有限公司提供。

1.1.2 儀器與設(shè)備

QBS-80型蒸汽爆破設(shè)備,鶴壁政道啟寶實(shí)業(yè)有限公司提供;SHA-B雙功能水浴恒溫振蕩器,江蘇杰瑞爾電器有限公司提供;ME104電子天平,梅特勒-托利多儀器有限公司提供;T050002電子天平,天津天馬衡基儀器有限公司提供;KQ-250B型超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司提供;LXJ-11B低速大容量多管離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠提供;UV1000單光束紫外/可見分光光度計(jì),上海天美科學(xué)儀器有限公司提供;pHS-3C型pH計(jì),上海儀電科學(xué)儀器有限公司提供。

1.2 蘆筍老莖提取的工藝流程

蘆筍老莖→預(yù)處理→蒸汽爆破→加60 ℃水→調(diào)pH→60 ℃超聲提取→90 ℃水浴振蕩提取→離心→蘆筍老莖提取液。

1.3 蒸汽爆破單因素試驗(yàn)

1.3.1 蒸汽爆破壓力對多糖得率的影響

分別采取壓力0.5、1.0、1.5、2.0 MPa對100 g鮮料進(jìn)行蒸汽爆破試驗(yàn),爆破時(shí)間為90 s,收集汽爆樣品,加60℃水至500 g,調(diào)pH至5,超聲功率400 W、60 ℃提取20 min[9],90 ℃水浴振蕩提取2 h[10]。過濾后,濾液以5 000 r/min離心10 min,上清液作為供試液,測定多糖得率。

1.3.2 蒸汽爆破時(shí)間對多糖得率的影響

蒸汽爆破時(shí)間分別采取30、90、150、210、270 s,壓力1.5 MPa,對100 g鮮料進(jìn)行蒸汽爆破試驗(yàn)。收集汽爆樣品,加60 ℃水至500 g,調(diào)pH至5,超聲功率400 W、60 ℃提取20 min[9],90 ℃水浴振蕩提取2 h[10]。過濾后,濾液以5 000 r/min離心10 min,上清液作為供試液,測定多糖得率。

1.3.3 物料粒徑大小對多糖得率的影響

分別用0.4、0.8、1.2、1.6 cm的蘆筍塊莖各100 g鮮料,壓力1.5 MPa,時(shí)間90 s進(jìn)行蒸汽爆破試驗(yàn)。收集汽爆樣品,加60 ℃水至500 g,調(diào)pH至5,超聲功率400 W、60 ℃提取20 min[9],90 ℃水浴振蕩提取2 h[10]。過濾后,濾液以5 000 r/min離心10 min,上清液作為供試液,測定多糖得率。

1.4 正交優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇蒸汽爆破壓力、蒸汽爆破時(shí)間、物料粒徑大小三個(gè)因素,進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn),試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Orthogonal experimental design

1.5 測量指標(biāo)與方法

多糖含量按照NY/T 1676-2008《食用菌中粗多糖含量的測定》方法進(jìn)行測定。多糖提取率計(jì)算公式見式(1)。

水分含量采用直接干燥法,按照GB/T 5009.3-2016《食品中水分的測定》的方法。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Microcal Origin 8.0軟件作圖,SPSS進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 蒸汽爆破壓力對多糖得率的影響

圖1顯示了蒸汽爆破壓力對多糖得率的影響。由圖可以看出,在一定范圍內(nèi),隨著蒸汽爆破壓力的增加,多糖得率呈先升后降趨勢。蒸汽爆破壓力在1.5 MPa時(shí),多糖得率達(dá)最大值,隨后壓力增大,多糖得率減少。這可能是因?yàn)榧?xì)胞結(jié)構(gòu)在高溫高壓條件下纖維素聚合度下降,半纖維素部分降解,木素軟化,細(xì)胞橫向連接強(qiáng)度下降,當(dāng)驟然減壓時(shí),蘆筍空隙中的蒸汽急劇膨脹產(chǎn)生的“爆破”效果剝離木質(zhì)素,并將蘆筍老莖細(xì)胞組織撕裂為細(xì)小纖維,有利于提取[8]。而壓力高時(shí)則易出現(xiàn)碳化現(xiàn)象,因此得率降低??紤]到繼續(xù)增加汽爆壓力會(huì)對蘆筍組分變化產(chǎn)生不利影響,本試驗(yàn)選擇汽爆壓力為1.0 MPa。

圖1 蒸汽爆破壓力對多糖得率的影響Fig.1 Effect of explosion pressure on polysaccharide yield

2.1.2 蒸汽爆破時(shí)間對多糖得率的影響

圖2 蒸汽爆破時(shí)間對多糖得率的影響Fig.2 Effect of steam explosion time on polysaccharide yield

蒸汽爆破時(shí)間對多糖得率的影響如圖2所示。由圖可知,隨著汽爆時(shí)間的增加,多糖得率不斷提高;汽爆時(shí)間為210 s時(shí),多糖得率達(dá)最大值,隨后時(shí)間增加,得率逐漸減小。這可能是因?yàn)檎羝七^程中,隨著時(shí)間的延長水蒸氣滲透到物料中越多,突然減壓時(shí)水蒸氣的膨脹力充分作用于物料中,使膳食纖維發(fā)生一定程度的機(jī)械斷裂[11]。但蒸汽爆破時(shí)間不是越長越好,隨著蒸汽爆破時(shí)間的延長,物料中的大分子碳水化合物會(huì)降解生成甲酸、乙酸等酸類、糠醛、芳香類化合物、脂肪酸類化合物和呋喃化合物等[12],所以多糖得率降低。本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)趨勢與賀永慧等[12]報(bào)道的蒸汽爆破提高小麥麩皮中水溶性戊聚糖含量的變化趨勢相似。因此,汽爆時(shí)間選擇210 s。

2.1.3 物料粒徑大小對多糖得率的影響

圖3 物料粒徑對多糖得率的影響Fig.3 Effect of material size on polysaccharide yield

由圖3可以看出,隨著物料粒徑大小的增加,多糖得率先升高后降低。這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)所用物料倉呈圓柱形,物料直徑約為6 cm,物料粒徑過小,物料之間貼合度比較緊密,不適應(yīng)蒸汽的溶脹,從而減弱蒸汽的作用[13];物料粒徑過大時(shí),可能會(huì)造成蒸汽爆破不徹底,使糖類物質(zhì)溶出不徹底,多糖得率低。物料粒徑為0.8 cm時(shí),剛好使水蒸氣的膨脹力作用于物料當(dāng)中。所以物料粒徑為0.8 cm時(shí),多糖得率最高,為9.27%。

2.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),結(jié)果見表2(下頁)。根據(jù)表2的結(jié)果,可知,試驗(yàn)因素對多糖得率影響的主次順序?yàn)锽>C>A,即蒸汽爆破時(shí)間>物料粒徑大?。菊羝茐毫?。由k值大小可知,優(yōu)化組合為A3B3C3,即蒸汽爆破壓力1.2 MPa,蒸汽爆破時(shí)間230 s,物料粒徑大小1.2cm,在此條件下,蘆筍老莖多糖的提取得率為10.63%。

表2 蒸汽爆破正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal test results of steam explosion

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