超声波提取荸荠皮抑菌物质的工艺研究.doc

超声波提取荸荠皮抑菌物质的工艺研究Study on extraction of antimicrobial substance from eleocharis tuberose peel with ultrasonic张全军 王泽南 王翠 蒋云舟ZHANG Quan-jun WANG Ze-nan WANG Cui JIANG Yun-zhou（合肥工业大学生物与食品工程学院，安徽 合肥 230009）(School of Biotechnology and Food Engineering, Hefei University of Technology, Hefei,Anhui 230009,China)摘要：对超声波法提取荸荠皮中抑菌物质的工艺进行研究，讨论各单因素对抑菌效果的影响。经正交试验得到的工艺参数为：60目物料、乙醇浓度65%、料液比1:10、超声波提取时间50 min、提取次数1次。此条件下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为13.3 mm和14.3 mm。关键词：超声波提取；抑菌物质；荸荠皮；抑菌圈直径 Abstract:The use of ultrasonic-assisted process was investigated for extraction of antimicrobial substance from Eleocharis tuberose peel. The effects of single factors on experimental results were discussed. on the basis of orthogonal test, it was shown that the optimal technological parameters were: material 60 mesh, ethanol 65%, 1:10 for ratio of material to liquid, 30min for ultrasonic time,extraction for one time. the inhibition zone for Escherichia coli and Staphlococcus aureus reached 13.3 mm and 14.3 mm.Keywords: Ultrasonic extraction；Antimicrobial substance；Eleocharis tuberose peel；Inhibition zone基金项目：安徽省教育厅自然科学重点科研项目（项目编号：2006kj062A）作者简介：张全军（1982-），男，合肥工业大学生物与食品工程学院在读研究生。E-mail: 通讯作者：王泽南 收稿日期：2007-08-11荸荠，又名马蹄，在我国南方大部分地区都有栽培。荸荠富含人体需要的多种营养成分，肉脆嫩多汁，是人们喜爱的果、蔬兼用食品。荸荠还有很好的医疗保健效果，据中药大辞典记载：荸荠性味甘、微寒、无毒 ,有温中益气 ，清热开胃 ，消食化痰之功效1。现代文献表明：荸荠果肉及其皮中含有不耐热的抑菌物质，一般统称为荸荠英。荸荠英中含有一定量的酚类、生物碱、有机酸、皂甙及游离黄酮类等成分，其中有一种确定的功能成分为24-乙基-7-胆甾醇2。荸荠英对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、产气杆菌及绿脓杆菌均有抑制作用 3 。荸荠皮是荸荠加工过程中的废弃物，如果能将这些废弃物加以利用，生产出天然抑菌防腐剂，对增加荸荠附加值将具有积极的意义。已有文献报道采用常规的热回流浸提方法从荸荠皮中提取抑菌物质4，而超声波提取方法在荸荠皮中的应用未见报道。超声波法作为一种新兴的应用技术，近年来已被广泛地用于天然植物有效成分的提取上。它是利用超声波在液体中发生强烈的空穴作用使细胞破碎，增加其中有效成分的溶出速度和数量，从而提高有效成分的浸提率和缩短浸提时间5，6。本试验对超声波提取荸荠皮抑菌物质的工艺条件进行研究。1 材料与方法1.1 材料与仪器荸荠皮：来自于合肥市菜场；大肠杆菌、金黄色葡萄球菌，由合肥工业大学生物与食品工程学院提供；牛肉膏蛋白胨培养基：牛肉膏3 g，蛋白胨10 g，NaCl5 g，琼脂1520 g，水1 000 mL，pH7.07.2；乙醇、乙酸乙酯、乙醚、丙酮、生理盐水（0.9%NaCl）；KS-150型超声波清洗机、旋转蒸发仪、真空干燥箱、细菌培养箱、超净工作台、手提式灭菌锅、显微镜、数显恒温水浴锅、数显游标卡尺。1.2 试验方法1.2.1 荸荠皮提取物抑菌能力的测定（1） 菌悬液的制备 取活化后的菌种若干，用适量无菌生理盐水洗入烧杯中，用血球计数法制成含菌量为107108 CFU/mL的菌悬液。（2） 待测材料灭菌 将试验用器皿用报纸包好，置高压灭菌锅内121 湿热灭菌20 min。（3） 滤纸片法测定抑菌圈直径7 把滤纸片用打孔器打成直径6 mm的滤纸片，然后灭菌，把灭菌好的滤纸片浸入样品液中4 h，用移液器吸取0.2 mL菌悬液涂平板。将浸泡过的滤纸片取出贴于含菌平板上，每皿3片，以无菌蒸馏水做对照，每菌重复3次，于38 培养1618 h，用数显游标卡尺测定抑菌圈直径，取平均值。1.2.2 提取工艺流程 荸荠皮50 烘干粉碎50 水浴下65%乙醇浸泡30 min超声波提取50 水浴下再次浸泡30 min真空抽滤旋转蒸发真空干燥溶解干物质样品提取液超声波提取前后需分别采用一次浸泡工序8，预试验表明：提取前对粉碎原料用50 水浴下65%乙醇浸泡30 min，目的是软化原料组织内细胞壁，使超声波发生时更有利于细胞破碎及活性成分的溶出；提取后对粗提液用50 水浴浸泡30 min，是使细胞内的活性成分更充分的溶出，增加提取效率。1.2.3 荸荠皮提取工艺的试验方案 采用超声波提取方法，选用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为供试菌考察提取物的抑菌效果。以不同提取剂、粒度、提取剂浓度、料液比、提取时间、提取次数为因素，先进行单因素试验，再在单因素试验的基础上进行正交试验，得到最佳工艺条件。试验的评价指标选择衡量抑菌效果的抑菌圈直径，由于供试菌为2种常见的致病性菌，正交试验时选取能表示总效果的平均抑菌圈直径作为评价指标9，10。2 结果与分析2.1 提取剂对荸荠皮提取物抑菌效果的影响0246810121495%乙醇乙酸乙酯乙醚丙酮水提取剂抑菌圈直径/mm大肠杆菌金黄色葡萄球菌图1 不同提取剂对抑菌效果的影响由图1可看出，不同提取剂的提取物对供试菌的抑制程度有明显不同。95%乙醇的抑制作用最好，乙酸乙酯、水的次之，乙醚的抑制作用最差。确定乙醇为最佳提取剂，不带入正交试验。2.2 粒度对荸荠皮提取物抑菌效果的影响 图2 粒度对提取物抑菌效果的影响由图2可看出，随着原料粒度的增大，提取物抑菌能力呈现先强后弱的趋势。粒度在60目时，大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为13.9 mm和 13.7 mm。原料粉碎后比表面积增大，有利于原料颗粒接触提取剂，受到浸润，溶质扩散速度加快，提高浸出速度和有效成分的收率。但原料粒度过小，细胞组织大量破裂，会使得非有效成分和一些树脂、粘液类成分大量溶出，增加了杂质量和浸出液的分离浓缩难度11。确定60目为最佳粒度，不带入正交试验。2.3 乙醇浓度对荸荠皮提取物抑菌效果的影响图3 乙醇浓度对提取物抑菌效果的影响由图3可看出，荸荠皮提取物的抑菌能力随乙醇浓度的增大呈现先强后弱的趋势。当浓度达到65%时，提取物的抑菌能力达到最强，大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为11.7 mm和14.9 mm。因此，选取65%左右的乙醇为最佳浓度。2.4 料液比对荸荠皮提取物抑菌效果的影响图4 料液比对提取物抑菌效果的影响由图4可看出，荸荠皮提取物的抑菌能力随料液比的增加呈上升又缓慢下滑的趋势。料液比在1：51：15时，抑菌圈直径急剧上升，大肠杆菌由12.8 mm上升到15.1 mm,金黄色葡萄球菌由13.3 mm上升到14.7 mm；大于1：15后呈缓慢上升或者下降的趋势。随料液比的增加有效成分浸出加快，但当原料中被浸出物含量降低到一定程度后，大量杂质成分会溶出，影响了抑菌效果。选取1：15左右为最佳料液比。2.5 提取时间对荸荠皮提取物抑菌效果的影响图5 提取时间对提取物抑菌效果的影响由图5可看出，荸荠皮抑菌物质的抑菌效果随超声提取时间的延长呈先升后平的趋势。开始时由于原料和溶剂之间的浓度差比较大，扩散速度快、浸出速度也很快；随着时间的延长，浓度差缩小，浸出速度逐渐降低，最终达到扩散平衡状态，浸出也就停止。选取45 min左右为最佳提取时间。2.6 提取次数对荸荠皮提取物抑菌效果的影响图6 提取次数对提取物抑菌效果的影响由图6可看出，荸荠皮提取物的抑菌效果随提取次数的增加呈下降趋势。这种趋势说明一次浸提后抑菌有效成分已基本提取完毕，多次浸提会增加杂质量，影响有效成分的浸出。确定提取次数为1次，固定不带入正交试验。2.7 正交试验结果与分析由以上单因素试验结果可知，提取剂、粒度、提取次数都已确定，选择乙醇浓度、料液比、提取时间3个因素进行L9(34)正交试验，试验设计及结果见表1。表1 L9(34)正交试验设计及结果序号抑菌圈直径/mmA 乙醇浓度/%B 料液比/(g:mL) C 提取时间/minD空列E.coliS.a平均11 1 1 112.512.612.6212 2 211.712.512.1313 3 311.812.912.442 12313.314.313.85223112.212.412.36231211.712.712.273 13212.913.413.28321310.613.211.99332111.914.213.1M1M2M3K1K2K3R37.138.338.212.412.812.70.439.636.436.31.136.739.037.912.213.012.60.838.037.538.112.712.512.70.2由表1极差分析可知，各因素对荸荠皮提取物抑菌效果的影响程度依次为B（料液比）C（超声波时间）A（乙醇浓度）。直观分析与极差分析都得到同样的最优水平组合为第4组B1 C2A2，即乙醇浓度65%、料液比1：10、提取时间45 min。最佳提取条件下提取物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为13.6 mm和14.8 mm。3 结论本试验通过单因素试验和正交试验，对超声波提取荸荠皮抑菌物质的提取工艺进行了研究，结果表明影响荸荠皮提取物抑菌效果的主次顺序为：料液比乙醇浓度超声波时间；最佳提取条件为：60目物料，65%乙醇，料液比1：10、提取时间45min，提取次数1次。最佳提取条件下提取物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为13.6mm和14.8mm。参考文献1 蔡健.荸荠的营养保健和加工利用J.中国食物与营养，2005（2）：40.2 刘欣，赵力超.荸荠产粉废浆中功能组分及其功能效果的初步研究J.食品科学，2006，27（2）：251255.3 王薇.荸荠的保健功能及加工利用J.食品与药品，2005,7（4A）：4547.4 曾莹，向心柱.荸荠皮中抗菌物质的提取条件研究J.食品工业，2004(3)：3031.5 屈平，胡传荣.超声波辅助提取苦荆茶中多酚类物质的研究J.食品与机械，2007，23（2）：1517.6 胡爱军，郑捷.食品工业中的超声提取技术J.食品与机械，2004，20（4）：5760.