微波輔助堿液提取仙草多糖

蔣文明，李愛軍，汪 輝，何麗敏

微波輔助堿液提取仙草多糖

蔣文明，李愛軍，汪 輝，何麗敏

(暨南大學(xué)理工學(xué)院食品科學(xué)系，廣東 廣州 510632)

研究微波輔助堿液提取仙草多糖的工藝條件?？紤]沸水浴時(shí)間、堿液濃度、料液比和微波處理時(shí)間4個(gè)因素對(duì)仙草粗多糖提取率的影響，通過單因素試驗(yàn)選擇各因素較理想的4個(gè)水平，再通過正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù)。結(jié)果表明：堿液濃度是提高仙草多糖提取率的最顯著因素，其次是料液比，微波處理時(shí)間和沸水浴時(shí)間對(duì)提取率的影響相對(duì)較小。在微波功率400W條件下，堿液濃度0.125mol/L、微波時(shí)間90s、料液比1:35(mg/mL)、水浸提1h時(shí)仙草粗多糖提取率最高，達(dá)到43.84%。

仙草多糖；微波輔助提取；堿液浸提

仙草(Mesona Blumes)又名仙人草、涼粉草、仙人凍、薪草，為唇形科仙草屬一年生草本植物，是一種重要的藥食兩用植物資源。分布于江西、浙江、福建、廣東、廣西、云南和臺(tái)灣等地，印度、印度尼西亞和馬來西亞等地也有分布。

據(jù)記載，仙草性味澀、甘、寒，具清暑解渴、涼血之功效，可治療中暑、高血壓、肌肉及關(guān)節(jié)疼痛，而且仙草多糖液和淀粉混合具有特殊的凝膠特性[1]，堿液浸提的天然仙草多糖類物質(zhì)含有一些功能性成分，并且具有很深的顏色和特殊的口感[2-4]，所以仙草多傳統(tǒng)用于制作涼茶和果凍一類甜點(diǎn)[5]。另外仙草在醫(yī)藥上還有很多用途：Yeh等[6]研究表明，仙草可以阻止高血壓的進(jìn)一步惡化并且能夠增強(qiáng)體內(nèi)總的抗氧化能力；仙草的水浸提液能輕微抑制H2O2對(duì)DNA損傷，紫外光所造成的DNA損傷也隨仙草液濃度的增加而降低[7]；仙草對(duì)患有糖尿病大鼠的肝臟具有保護(hù)作用[8-9]，并且有效抑制人類肝癌細(xì)胞生長(zhǎng)[10]與肝纖維化[11]；另外仙草多糖在醫(yī)藥的其他方面都有廣泛應(yīng)用[12]。

國(guó)外有關(guān)仙草多糖提取的未見研究報(bào)道，國(guó)內(nèi)相應(yīng)的報(bào)道也比較少。劉富來等[13]采用高溫高壓堿液法提取仙草中的多糖，在最佳工藝條件下，仙草葉、根、莖中粗多糖提取率分別為40.56%、32.01%、31.88%；尹懷霞等[14]采用纖維素酶提取仙草多糖，最高提取率為10.96%；陳錦鵬等[15]使用水做溶劑加大料液比與提取次數(shù)使得仙草粗多糖提取率達(dá)到18.93%，但還未見有關(guān)微波提取仙草多糖的報(bào)道。本研究采用微波與堿液結(jié)合的方法提取仙草多糖，旨在為仙草多糖提取提供最佳的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

仙草干制品由廣州增城市供銷社提供。

濃硫酸、95%乙醇、無水碳酸鈉、無水乙醇均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

RE-52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海嘉鵬科技有限公司；NN-S313WF微波爐 日本Panasonic公司；FD-1冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康儀器有限公司；DHG-9145A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科技有限公司；Spectrumlab53紫外分光光度計(jì) 上海棱光技術(shù)有限公司；超低溫冰箱美國(guó)Kendro公司；KDC-1044低速離心機(jī) 科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司；9FZ-158型粉碎機(jī) 溫嶺市澤國(guó)大眾電器廠；電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

將仙草干制品用自來水快速清洗后，再用蒸餾水清洗至沒有泥沙，瀝干水后剪切成1～3cm左右的小段自然曬干或烘箱烘干，再粉碎成仙草粉末。精確稱取5.00g仙草粉末，加入不同料液比、不同濃度Na2CO3溶液，在400W微波功率條件下處理一段時(shí)間，然后在沸水浴中浸提，紗布過濾并合并兩次浸提液，3500r/min離心10min得到上清液，再真空抽濾除去雜質(zhì)。將濾液旋轉(zhuǎn)濃縮至10mL左右，加3倍體積的95%乙醇沉淀多糖物質(zhì)，再3500r/min離心10min得沉淀后使用無水乙醇進(jìn)行洗滌，將沉淀放入干燥箱干燥得到多糖成品。

1.3.2 多糖測(cè)定

多糖含量測(cè)定：采用苯酚-硫酸法，2mL樣品多糖溶液加2.5mL苯酚溶液，再加5mL濃硫酸，振蕩后沸水浴5min。在481nm(經(jīng)全波長(zhǎng)掃描在此波長(zhǎng)處具有最大吸光度)可見光波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：以葡萄糖作為標(biāo)準(zhǔn)品，于481nm波長(zhǎng)處測(cè)吸光度，以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

堿液濃度設(shè)0.025、0.050、0.075、0.100、0.125mol/L 5個(gè)水平；微波功率在400W時(shí)，處理時(shí)間設(shè)定10、30、50、70、90s 5個(gè)水平；料液比(mg/mL)設(shè)定1:15、1:20、1:25、1:30、1:35(mg/mL)5個(gè)水平；水浴時(shí)間設(shè)定0.5、1、1.5、2、2.5h 5個(gè)水平進(jìn)行單因素試驗(yàn)，每個(gè)水平測(cè)定3個(gè)平行樣。

1.3.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選出4個(gè)較為合適的試驗(yàn)水平進(jìn)行L16(44)正交試驗(yàn)(表1)，確定仙草多糖提取的最佳工藝參數(shù)，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果。

表1 微波輔助堿液提取仙草多糖正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Table 1 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing the extraction conditions of polysaccharides

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線與多糖純度

以多糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，其回歸方程y=0.0039x-0.0229，R2= 0.9994，葡萄糖質(zhì)量濃度在40～240μg/mL范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好。經(jīng)計(jì)算在最佳提取條件下多糖純度為35.43%。

2.2 水浴時(shí)間對(duì)仙草粗多糖提取率的影響

圖1 水浴時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響Fig.1 Effect of water-bath boiling time on extraction rate of polysaccharides

在100℃條件下，堿液濃度0.075mol/L、微波時(shí)間50s、料液比1:20時(shí)，水浴時(shí)間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5h，仙草粗多糖的平均提取率分別為15.72%、19.06%、19.32%、19.60%、19.40%。由圖1可見0.5～1h粗多糖提取率顯著提高，但是在1～2.5h之間，隨時(shí)間延長(zhǎng)粗多糖提取率變化較小，可能是由于多糖提取已基本完全。因此最佳水浴時(shí)間為1h。

2.3 堿液濃度對(duì)仙草多糖提取率的影響

在水浴時(shí)間1h、料液比1:20、微波時(shí)間50s時(shí)考察堿液濃度在0.025、0.050、0.075、0.100、0.125mol/L時(shí)對(duì)仙草粗多糖提取率的影響，仙草粗多糖提取率分別為12.34%、15.34%、19.06%、23.26%、35.40%。由圖2可見，在0.025～0.100mol/L階段基本呈線性增長(zhǎng)，在0.100mol/L時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，提取率開始大幅度提高，可能由于在較高堿液濃度時(shí)致使纖維素類多糖之間的化學(xué)鍵斷裂，使得纖維素等不溶性多糖變?yōu)榭扇苄远嗵?，同時(shí)非多糖類雜質(zhì)增多。堿液濃度過高會(huì)出現(xiàn)比較濃的堿液氣味以及其他不良風(fēng)味。

圖2 堿液濃度對(duì)多糖提取率的影響Fig.2 Effect of alkaline concentration on extraction rate of polysaccharides

2.4 微波處理時(shí)間對(duì)仙草多糖提取率的影響

微波功率400W時(shí)，在水浴時(shí)間1h、堿液濃度0.075mol/L、料液比1:20條件下微波處理時(shí)間分別為10、30、50、70、90s，仙草粗多糖的提取率分別為17.56%、18.46%、19.06%、21.46%、21.76%。由圖3可見提取率隨微波時(shí)間的增加而提高，10～50s內(nèi)多糖的提取率增加比較緩慢，從50s開始對(duì)多糖提起有顯著的促進(jìn)作用，但較長(zhǎng)時(shí)間的微波處理致使溶液沸騰容易溢出。

圖3 微波時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響Fig.3 Effect of microwave treatment time on extraction rate of polysaccharides

2.5 料液比對(duì)仙草粗多糖提取率的影響

在微波時(shí)間50s、堿液濃度0.075mol/L、水浴時(shí)間1h時(shí)考察1:15、1:20、1:25、1:30、1:35(mg/mL)5個(gè)不同料液比對(duì)仙草粗多糖提取率的影響，仙草提取率分別為17.26%、19.06%、25.34%、26.74%、27.66%。由圖4可見，仙草粗多糖提取率隨堿液加入量增加而提高，在1:20料液比時(shí)顯著增加，而在料液比1:25之后提取率變化趨于平緩，可能是由于在堿液加入量達(dá)到一定水平時(shí)，再增加堿液用量很難再破壞仙草多糖與纖維素類多糖之間的交聯(lián)。堿液使用過量會(huì)增加溶液濃縮時(shí)間，所以最佳料液比為1:25。

圖4 液料比對(duì)多糖提取率的影響Fig.4 Effect of material/liquid ratio on extraction rate of polysaccharides

2.6 工藝條件優(yōu)化

2.6.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

表2 仙草多糖提取的正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Arrangement and experimental results of orthogonal array design for optimizing extraction conditions of polysaccharides

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上選擇四因素四水平做正交試驗(yàn)，結(jié)果見表2。由表2得出，極差大小順序?yàn)锽＞D＞A＞C，可以看出堿液濃度是影響仙草粗多糖提取率的最主要因素，其次為料液比，浸提時(shí)間和微波處理時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響相對(duì)較小，由正交試驗(yàn)結(jié)果得到最佳工藝組合為A1B4C4D4，即水浴時(shí)間1h、堿液濃度0.125mol/L、微波處理時(shí)間90s、料液比1:35。

2.6.2 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

由表3方差分析可見，堿液濃度與料液比對(duì)仙草粗多糖提取率的影響極顯著，而水浴時(shí)間和微波處理時(shí)間對(duì)仙草粗多糖提取率的影響不顯著。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal array design experimental results

2.6.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)正交試驗(yàn)的k值分析得到最佳的試驗(yàn)組合為A4B4C3D4，經(jīng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)測(cè)得提取率為(44.72±0.78)%，與表觀最佳試驗(yàn)結(jié)果A1B4C4D4相比有一定增加，但相差較小，另外考慮到較長(zhǎng)的水浴時(shí)間會(huì)增加生產(chǎn)成本，所以選擇A1B4C4D4組合為最佳工藝條件。

3 結(jié) 論

通過單因素試驗(yàn)和L16(44)正交試驗(yàn)研究堿液濃度、微波時(shí)間、料液比以及水浴時(shí)間對(duì)仙草粗多糖提取率的影響，結(jié)果表明：堿液濃度是影響仙草粗多糖提取率的最主要因素，其次是料液比，而微波時(shí)間和沸水浴時(shí)間對(duì)粗多糖提取率的影響相對(duì)較小，在仙草多糖提取過程中微波起到輔助性提高仙草粗多糖提取率的作用。最佳工藝條件為堿液濃度0.125mol/L、料液比1:35、微波處理時(shí)間90s、水浴浸提時(shí)間1h，在此條件下，仙草粗多糖提取率43.84%，多糖純度35.43%。

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Microwave-assisted Alkali Extraction of Mesona Blumes Polysaccharides

JIANG Wen-ming，LI Ai-jun，WANG Hui，HE Li-min
(Department of Food Science, College of Science and Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China)

The microwave-assisted alkali extraction of polysaccharides from Mesona Blumes was optimized in this paper. To do this, the effects of four factors including water-bath boiling time, alkaline concentration, material/liquid ratio and microwave treatment time on the extraction rate of polysaccharides were explored by single-factor and orthogonal design methods. Results indicated that alkaline concentration was the most critical factor affecting the extraction rate of polysaccharides, followed by material/liquid ratio. Microwave treatment time and water-bath boiling time exhibited less effect on the extraction rate of polysaccharides. The optimal extraction conditions were microwave treatment time of 90 s, extraction power of 400 W, waterbath boiling time of 1 h, alkaline concentration of 0.125 mol/L, and material/liquid ratio of 1:35. Under these optimal conditions, the extraction rate of polysaccharides from Mesona Blumes was up to 43.84%.

Mesona Blumes polysaccharides；microwave-assisted extraction；alkali extraction

TS201.1

A

1002-6630(2011)04-0011-04

2010-04-05

廣東高校科技成果產(chǎn)業(yè)化重大項(xiàng)目(cgzhzd0709)

蔣文明(1983—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品深加工與利用。E-mail：0620041029@163.com