CN113797585A

CN113797585A - 一种基于蒸汽爆破辅助番木瓜皮提取物的制备方法

Info

Publication number: CN113797585A
Application number: CN202111096558.0A
Authority: CN
Inventors: 王志国; 张伟敏; 魏静
Original assignee: Hainan University
Current assignee: Hainan University
Priority date: 2021-09-16
Filing date: 2021-09-16
Publication date: 2021-12-17

Abstract

本发明公开了一种基于蒸汽爆破辅助番木瓜皮提取物的制备方法，步骤为，将番木瓜皮片段在碱液中浸泡，然后在2‑5Mpa压力下蒸汽爆破0.5‑4min，再经溶剂提取获得番木瓜皮提取物，所述制备方法将番木瓜皮中纤维转化成大量的单糖，提取物中富含高含量的单糖及还原性物质，提高了利用率，为番木瓜皮作为经济材料的再利用提供了方向。

Description

一种基于蒸汽爆破辅助番木瓜皮提取物的制备方法

技术领域

本发明属于番木瓜皮提取技术领域，具体涉及一种基于蒸汽爆破辅助番木瓜皮提取物的制备方法。

背景技术

番木瓜(Carica papaya Linn.)属于番木瓜属番木瓜科，原产于地处热带和亚热带的美洲和非洲，现在已经传播至全世界，在中国海南、广西等地区已开始种植。据统计，全球番木瓜年产量超过1000万吨，已成为第四大热带、亚热带畅销水果。‘Eksotika’品种番木瓜是海南的主栽品种，果实大而长，深受消费者的喜爱，除了因为果肉具有甘甜的口感外，还因为它独特的香气、高维生素含量以及含有大量生物活性化合物，比如酚类物质和β-胡萝卜素等。因此番木瓜除可当做水果食用外，还具有极高的药用性质，包括促进伤口愈合、健脾消食助消化、防治低血糖、抗氧化和美容护肤养颜的功效。除此之外，其还具有防治高血压和抗肿瘤功效。然而，作为番木瓜加工产业中的副产物的番木瓜皮(约20％的果实重量)，工厂往往将其作为废弃物处理掉。番木瓜皮除含有糖类，矿物质和蛋白质等物质外，还拥有大量的膳食纤维，因而具有高度可生物降解性。因此，若番木瓜皮得不到妥善处理，极易造成腐烂变质的现象，不仅造成巨大的资源浪费，还会引起环境污染。目前，番木瓜皮的主要商业用途在于生产动物饲料或肥料，此外，一些研究表明可以将这种废弃物作为果胶、可溶性膳食纤维、蛋白酶和其他高附加值化合物的来源。

常用的预处理方法主要有化学法、物理法以及联合法，化学法主要包括酸法、碱法等，化学法预处理效率高，但化学废液易造成环境污染，对设备的要求较高。物理法包括微波和超声波处理等，具有污染小、操作简单等优点，缺点是能耗大，成本高；联合法是两种或者几种方法的有机结合，具有两者的优点，但一般工序复杂，成本较高。

蒸汽爆破法(SE)预处理是一项绿色、高效、节能的新型预处理手段，该技术是将样品暴露于高温高压蒸汽中，短时间内使蒸汽进入样品的组织和细胞。爆炸时大部分蒸汽和样品中的水迅速膨胀并脱离结构，相比而言成本低廉，且从工业化的角度可实现节能降耗。

应用于产业化的提取方式通常需要考虑营养成分如糖分，为了经济性，还有必要考虑活性成分，如还原性物质，其对于提取物的保健功能以及对于风味的保持起着重要作用。但目前还没有基于蒸汽爆破法制备番木瓜皮提取物，在保证热稳定性和抗氧化活性前提下，实现糖分高收率提取的报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于蒸汽爆破辅助番木瓜皮提取物的制备方法，以解决上述现有技术描述的诸多问题之一。

为实现上述目的，本发明的方案如下：

一种基于蒸汽爆破辅助番木瓜皮提取物的制备方法，步骤为，将番木瓜皮片段在碱液中浸泡，然后在2-5Mpa压力下蒸汽爆破，并保压0.5-4min，喷出浆液再经溶剂提取获得番木瓜皮提取物。

根据本发明的实施例，所述蒸汽爆破的压力为3.5MPa。

根据本发明的实施例，所述碱液浓度为5-10wt％，优选为6wt％。

根据本发明的实施例，所述保压时间为1-3min；优选地，所述保压时间为1min。

根据本发明的实施例，所述溶剂为乙酸乙酯。进一步地，所述溶剂与浆液的比例为(50-200)ml：1g。优选地，所述溶剂与浆液的比例为80ml：1g。

相比现有技术，本发明的有益效果为：

本发明提供的番木瓜皮提取物制备方法，番木瓜皮经碱液浸泡后在高压蒸气爆破下发生水解。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

一种基于蒸汽爆破辅助番木瓜皮提取物的制备方法，将番木瓜皮经清洗、粉碎、烘干后，经浓度为5-10wt％的碱液浸泡1-5h，然后在2-5Mpa压力下蒸汽爆破，并保压0.5-4min，喷出浆液再经溶剂提取获得番木瓜皮提取物，所述提取物中富含多糖及还原性物质，克服了现有技术中单独采用化学法或者物理法提取率低、效率低、成本高等缺陷；并且提取所得多糖的含量明显大于番木瓜皮本身的含量，提高了材料的利用率，推动了番木瓜皮作为经济材料提取活性成分的工业应用。

本发明中，所述碱液为常见的无机碱液，为纤维素的降解或剥皮提供催化作用；所述蒸汽爆破的压力优选3.5MPa，所述保压时间优选1-3min；更优选3min。优选地，所述溶剂为乙酸乙酯，溶剂与浆液的比例为(50-200)ml：1g，优选为80ml：1g。上述条件下，提取物经酸洗、纯化、干燥后得到成品。

本发明上述制备方法获得提取物中单糖总含量可达到110mg/g，并且富含还原性活性成分，可以显著保持提取物的风味。

本发明的原理为，蒸汽爆破过程中，高压蒸汽进入纤维原料中，并渗入纤维内部的孔隙，在高温蒸汽和碱的作用下，纤维素发生剥皮作用和水解反应，产生的单糖等低分子溶出，纤维聚合度下降。另外，在高压蒸汽释放的瞬间，已经渗入纤维内部的蒸汽分子会形成气流从孔隙中高速释放，会带纤维发生机械断裂，破坏了无定型区域和部分结晶区域，促使纤维结构的断裂；此外上述过程中结构的破坏增加了小分子类还原性物质的释放。

本发明中采用的番木瓜皮为Eksotika种，收集于海南大学水果园；其他试剂均为市售。

本发明中采用的实验设备如下：液相色谱仪(LC-20A,岛津shimadzu，日本)；电热鼓风干燥箱(DHG，上海一恒科学仪器有限公司，上海)；粉碎机(永康科徕尔有限公司，浙江)；汽爆试验台(QS80)。

蒸汽爆破条件对于单糖提取的影响探究如下：

1.蒸汽爆破时间对提取物的影响

1.1对单糖含量的影响

将烘干粉碎的10g番木瓜皮经浓度为6wt％的碱液浸泡3h，然后用QS80汽爆试验台进行蒸汽爆破预处理，汽爆压强为3.5MPa，维压时间分别为1min、3min，处理好的样品收集烘干后，置于4℃冰箱中冷藏备用。

称取适量样品进行HPLC检测，条件：流动相A：100mM磷酸钠缓冲液(pH＝6.7)；流动相B：乙腈；检测波长:250nm；柱温30℃；流速1mL/min；进样量5μL；梯度洗脱过程如下：

表1：单糖组成及含量测定洗脱梯度表

采用上述检测方法，对上述条件下蒸汽爆破1min、3min番木瓜皮各类单糖含量进行检测，结果如表2所示。

表2：

从表2中很明显地发现，单糖总量相对于番木瓜皮本身含量明显增加，并且在压力保持3min时最佳，此外，单糖中葡萄糖的含量明显相对于自身初始值增大，说明在经碱液浸泡后经蒸汽爆破破坏了本身纤维素的结构并发生了降解。

1.2对还原性物质的影响

上述不同的蒸汽爆破时间下的提取物，分别测定DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力、还原能力以及总抗氧化能力(ORAC)。结果如表3所示。

表3：

从表3中不难发现，其他条件相同的情况下，蒸汽爆破3min后的PPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力、还原能力以及总抗氧化能力(ORAC)分别较未处理以及处理1min后的番木瓜皮明显增强，可能的原因为如前文所述，压力增大后对于结构的破坏，促进小分子类还原性物质的释放有关。

2.蒸汽爆破的维持压力对提取物的影响

2.1对单糖含量的影响

将烘干粉碎的10g番木瓜皮经浓度为6wt％的碱液浸泡3h，然后用QS80汽爆试验台进行蒸汽爆破预处理，汽爆压强分别为1.0MPa、3MPa和4MPa，维压时间为3min，处理好的样品收集烘干后，置于4℃冰箱中冷藏备用。

采用前述检测方法不同的维持压力下，蒸汽爆破对于提取物中单糖含量的影响，结果如表3所示。

表4：

表3中不难发现，在相同时间下，不同的压力对于单糖提取影响较大，上述压力下单糖的含量虽有增大趋势，但是相对于表2中3.5MPa下略有降低，可能的原因在于，在不同压力下，蒸汽的也温度不同，当压力为1-4MPa时，蒸汽压力达到175-250℃，在一定的温度下，纤维素的降解或水解作用增强，当超过最佳温度时，降解或水解作用减弱，由此可见3.5MPa压力条件下蒸汽温度是最佳的选择。

2.2对还原性物质的影响

上述不同的蒸汽爆破压力下的提取物，分别测定DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力、还原能力以及总抗氧化能力(ORAC)。结果如表5所示。

表5：

表5结合表3，发现3.5MPa下相对于其他压力下提取物的的IC₅₀指数更好，其他条件相同的情况下，蒸汽爆破压力的PPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力、还原能力以及总抗氧化能力(ORAC)区别明显，压力的增大对于IC₅₀指数而言呈现先增大后减弱的趋势，与表4中的数据呈现的趋势基本保持一致，再次验证了蒸汽压力下其温度对于提取过程的协同影响。

以下通过其他实施例和对比例用于阐述和验证本发明其他手段在提取中的影响。

实施例1

将烘干粉碎的番木瓜皮在5wt％的氢氧化钠溶液中浸泡5h，经汽爆试验台进行蒸汽爆破预处理，汽爆压强为3.5MPa，维压3min，处理好的样品按照50ml：1g乙酸乙酯提取，再经酸化置换、干燥得到提取物粉末。

实施例2

将烘干粉碎的番木瓜皮在8wt％的氢氧化钠中浸泡2h，经汽爆试验台进行蒸汽爆破预处理，汽爆压强为3.5MPa，维压3min，处理好的样品按照70ml：1g乙酸乙酯提取，再经酸化置换、干燥得到提取物粉末。

实施例3

将烘干粉碎的番木瓜皮在10wt％的氢氧化钠中浸泡1h，经汽爆试验台进行蒸汽爆破预处理，汽爆压强为3.5MPa，维压3min，处理好的样品按照100ml：1g乙酸乙酯提取，再经酸化置换、干燥得到提取物粉末。

实施例4

将烘干粉碎的番木瓜皮在6wt％的氢氧化钠中浸泡3h，经汽爆试验台进行蒸汽爆破预处理，汽爆压强为3.5MPa，维压3min，处理好的样品按照80ml：1g乙酸乙酯提取，再经酸化置换、干燥得到提取物粉末。

对比例1

将烘干粉碎的番木瓜皮经汽爆试验台进行蒸汽爆破预处理，汽爆压强为3.5MPa，维压3min，处理好的样品按照80ml：1g乙酸乙酯提取，再经干燥得到提取物粉末。

对比例2

将烘干粉碎的番木瓜皮在3wt％的氢氧化钠中浸泡3h，经汽爆试验台进行蒸汽爆破预处理，汽爆压强为3.5MPa，维压3min，处理好的样品按照80ml：1g乙酸乙酯提取，再经酸化置换、干燥得到提取物粉末。

对比例3

将烘干粉碎的番木瓜皮在15wt％的氢氧化钠中浸泡3h，经汽爆试验台进行蒸汽爆破预处理，汽爆压强为3.5MPa，维压3min，处理好的样品按照80ml：1g乙酸乙酯提取，再经酸化置换、干燥得到提取物粉末。

对比例4

将烘干粉碎的番木瓜皮在6wt％的氢氧化钠中浸泡3h，经汽爆试验台进行蒸汽爆破预处理，汽爆压强为3.5MPa，维压3min，处理好的样品按照30ml：1g乙酸乙酯提取，再经酸化置换、干燥得到提取物粉末。

对比例5

将烘干粉碎的番木瓜皮在6wt％的氢氧化钠中浸泡3h，经汽爆试验台进行蒸汽爆破预处理，汽爆压强为3.5MPa，维压3min，处理好的样品按照120ml：1g乙酸乙酯提取，再经酸化置换、干燥得到提取物粉末。

分别对上述实施例1-4级对比文了1-5所得提取物粉末进行检测，获得单糖含量及DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力、还原能力以及总抗氧化能力(ORAC)。结果如表6所示。

表6：

从表6中不难发现，本发明实施例1-4制备方法条件下提取获得的单糖含量和还原活性成分均比较理想，比较接近检测理论值。而对比例1中未采取氢氧化钠碱液浸泡，仅仅在蒸汽爆破作用下不会发生对纤维素的水解或剥皮作用，或者剥皮作用效果很微弱，仅产生物理作用，释放单糖及还原性成分。对比例2及对比例3分别在低浓度和高浓度碱液条件下，提取率均相对实施例4降低，纤维素的降解需要选择适当的碱液浓度，但浓度过高可能会产生副作用。对比例4-5相对于实施例4反应了提取液的比例的影响，溶剂量的增大可以提升提取产率，显然当提取液达到适当比例后对于提取产率几乎无影响。

上述参照具体实施方式对番木瓜皮提取物的制备方法进行了详细的描述，但实施实例的描述是说明性而并非限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明技术的实质和范围下的变化和优化，应属本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于蒸汽爆破辅助番木瓜皮提取物的制备方法，其特征在于，番木瓜皮片段在碱液中浸泡1-5h，然后在2-5Mpa压力下蒸汽爆破，并保压1-4min，喷出浆液再经溶剂提取获得番木瓜皮提取物。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压力为3.5MPa。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱液浓度为5-10wt％。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碱液浓度为6wt％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保压时间为1-3min。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述保压时间为3min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为乙酸乙酯。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂与浆液的比例为(50-200)ml：1g。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂与浆液的比例为80ml：1g。