張麗紅等

摘 要 以紫蘇葉多糖提取液為原料，脫色率和多糖損失率為指標，采用樹脂脫色技術，通過正交試驗法確定紫蘇葉多糖的最佳脫色工藝條件。結果表明，紫蘇葉多糖的最佳樹脂脫色工藝條件為：樹脂用量5.0%，pH6.0，溫度70 ℃，時間60 min，紫蘇葉多糖提取液脫色率達95.30%，多糖損失率為15.50%。脫色效果較為理想。

關鍵詞 紫蘇葉；多糖；脫色工藝；樹脂；正交試驗設計

中圖分類號 TS201.4 文獻標識碼 A

Abstract An orthogonal experiment design method was used to optimize the decoloration conditions by using resin decoloration technology. The results showed that the optimum decoloration condition of perilla leaf polysaccharid were obtained when resin dosage was 5.0%， pH6.0， decolorization temperature was 70 ℃ and decolorization time was 60 min， the decolorizing rate reached 95.30% and the loss of polysaccharide was 15.50%. The decoloration effects of perilla leaf polysaccharide were well.

Key words Perilla leaf； Polysaccharide； Decoloring technique； Resin； Orthogonal design

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.07.034

紫蘇[Perilla frutescens（L.）Britt.]，古名荏，又名白蘇、赤蘇、紅蘇、野蘇等，屬雙子葉植物綱、唇形科、紫蘇屬的1年生草本植物，被劃入中國衛(wèi)生部首次頒布的藥食兩用的60種中藥之一[1-3]?，F(xiàn)代藥理學研究結果表明，紫蘇已經(jīng)分離鑒定出百余種化學成分[4]，歸結為揮發(fā)油類[5]、脂肪酸類[6]、黃酮類[7]、 酚酸類[8]、 甾醇類[7]、 維生素類[9]、 苷類[10]、 色素類[11]和萜類化合物[12]等， 具有解熱鎮(zhèn)靜[13]、 抗炎[14]、 抗過敏[15]、 止血[16]、 降血糖[16]、 降血脂[17]、 抑菌[18]、 止嘔[17]、 抗微生物[19]、 抗氧化[20]、 促進記憶[21]等多方面的生物活性。紫蘇葉多糖中還含有大量的花色素苷，其中包括9種花色素苷及順式異構體，含量最高的是丙二?；咸K寧和紫蘇寧[22-24]，導致紫蘇葉多糖提取液為紅紫色或黑紫色，對其純度及應用帶來影響。到目前為止，未見有關紫蘇葉多糖脫色的研究性報道。因此，本文以紫蘇葉多糖提取液為原料，以紫蘇葉多糖提取液的脫色率和多糖損失率為指標，在單因素的基礎上，采用正交試驗優(yōu)化樹脂對紫蘇葉多糖提取液的最佳脫色工藝條件。該研究成果為紫蘇葉多糖的進一步研究提供理想的脫色工藝，對拓展紫蘇深加工途徑具有重要的理論和實踐價值。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料 紫蘇，采摘自泉州南安市野生紫蘇。

1.1.2 試劑 葡萄糖標準品、檸檬酸緩沖液、苯酚、濃硫酸等均為分析純。

1.1.3 主要儀器設備 UV-2802S紫外可見分光光度計：龍尼柯上海儀器有限公司；JSP-100型高速多功能粉碎機：浙江省永康市金德機械制造廠；HH-8型數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城工貿有限公司；TDL-40B型臺式離心機：上海安亭科學儀器廠；電子精密天平：上海梅特勒-托利多儀器有限公司；旋轉蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；PHS-3C型pH計：上海精密科學儀器有限公司；EG823LC-NA型微波爐：佛山市順德區(qū)美的微波電器制造有限公司。

1.2 方法

1.2.1 紫蘇葉多糖脫色工藝流程 紫蘇葉→清洗、瀝干→干燥→粉碎、過篩→提取→紫蘇葉多糖提取液→樹脂脫色→紫蘇葉多糖脫色液。

1.2.2 紫蘇葉多糖損失率測定 以葡萄糖標準樣為基準，采用苯酚-硫酸法[25]測定紫蘇葉多糖含量。所得標準曲線為Y=0.002 2X+0.023（Y表示吸光度OD490 nm值；X表示葡萄糖溶液濃度，μg/mL），R2=0.999 3，表明在0～40 μg/mL范圍內葡萄糖溶液濃度與吸光度呈良好的線性關系。

參照葡萄糖標準曲線繪制的測定方法測定紫蘇葉多糖提取液脫色前后多糖含量，并按下列公式計算紫蘇多糖損失率。

紫蘇葉多糖損失率=×100%

式中，M0表示脫色前紫蘇葉多糖質量，單位：g；M1表示脫色后紫蘇葉多糖質量，單位：g。

1.2.3 紫蘇葉多糖脫色率測定 將紫蘇葉多糖提取液在紫外-可見分光光度計上進行全波長掃描，設置參數(shù)如下，掃描速度：中速，掃描間隔：1.0 nm，掃描范圍：190.0～1 100.0 nm，掃描時間：100 s，根據(jù)掃描結果可知，選擇330 nm作為檢測波長測定紫蘇葉多糖提取液的脫色率。

將經(jīng)微波輔助提取獲得的紫蘇葉多糖提取液經(jīng)活性炭脫色后，在330 nm波長下檢測其脫色前后的吸光度值A330，并根據(jù)以下公式計算紫蘇葉多糖提取液的脫色率：

紫蘇葉多糖脫色率=×100%

式中，A0表示脫色前紫蘇葉多糖提取液的吸光度；A1表示脫色后紫蘇葉多糖脫色液的吸光度。

1.2.4 紫蘇葉多糖提取液樹脂脫色工藝的單因素實驗

（1）樹脂類型對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響。紫蘇葉多糖提取液（pH6.7）分別添加5.0%的樹脂LSA-900b、樹脂SxD-1、樹脂JT-001、樹脂LX-900，80 ℃恒溫條件下脫色60 min后，以紫蘇葉多糖提取液脫色率和多糖損失率為測定指標，研究不同樹脂類型對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響。

（2）樹脂用量對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響。紫蘇葉多糖提取液（pH6.7）分別添加2.5%、5.0%、7.5%、10.0%、12.5%、15.0%的樹脂LSA-900b，80 ℃恒溫條件下脫色60 min后，以紫蘇葉多糖提取液脫色率和多糖損失率為測定指標，研究不同樹脂用量對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響。

（3）脫色時間對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響。紫蘇葉多糖提取液（pH6.7）添加5.0%的樹脂LSA-900b，80 ℃恒溫條件下分別脫色30、40、50、60、70、80 min后，以紫蘇葉多糖提取液脫色率和多糖損失率為測定指標，研究不同脫色時間對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響。

（4）脫色溫度對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響。紫蘇葉多糖提取液（pH6.7）添加5.0%的樹脂LSA-900b，分別在50、60、70、80、90、100 ℃恒溫條件下脫色60 min后，以紫蘇葉多糖提取液脫色率和多糖損失率為測定指標，研究不同脫色溫度對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響。

（5）脫色pH對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響。紫蘇葉多糖提取液分別調整pH5.5、pH6.0、pH6.5、pH7.0、pH7.5、pH8.0后添加5.0%的樹脂LSA-900b，80℃恒溫條件下脫色60min，以紫蘇葉多糖提取液脫色率和多糖損失率為測定指標，研究不同脫色pH對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響。

1.2.5 正交試驗優(yōu)化樹脂脫色工藝 在單因素實驗的基礎上，以紫蘇葉多糖提取液脫色率和紫蘇葉多糖損失率作為指標，選取L9（34）正交表對樹脂用量、脫色時間、脫色溫度和pH進行優(yōu)化試驗，確定紫蘇葉多糖提取液的樹脂脫色最優(yōu)工藝條件，根據(jù)單因素實驗結果，設計正交因素水平編碼見表1。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用DPS2.0數(shù)據(jù)處理軟件對正交實驗結果進行極差分析和方差分析。

2 結果與分析

2.1 樹脂類型對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響

從圖1可見，不同類型的樹脂對紫蘇葉提取液的脫色率和所造成的多糖損失率不同。其中，樹脂LSA-9000b的脫色率最高，為96.40%，但造成了20.10%的多糖損失；樹脂LX-900造成的多糖損失最低，僅為2.60%，但其脫色率僅為55.10%；而樹脂SxD-1和樹脂JT-001的數(shù)據(jù)顯示，脫色率均較低且造成較高的多糖損失。綜合脫色率和多糖損失率2個指標，本實驗采用樹脂LSA-900b作為紫蘇葉多糖提取液脫色劑。

2.2 樹脂用量對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響

隨著樹脂用量的增加，樹脂對紫蘇葉多糖提取液的脫色率和多糖損失率均呈上升趨勢（圖2）。當樹脂用量達到5.0%時，脫色率達到79.60%、多糖損失率為10.20%；繼續(xù)增加樹脂用量其脫色率有所增加，同時多糖損失率明顯增加。綜合考慮，樹脂用量宜選擇5.0%左右。

2.3 樹脂脫色時間對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響

由圖3可知，隨著脫色時間的延長，紫蘇葉多糖提取液脫色率緩慢增加。多糖損失率在30～60 min內變化不大，而60 min后，多糖損失率迅速增長。因此，選擇脫色時間為60 min，此時紫蘇葉多糖提取液脫色率為77.70%、多糖損失率為17.70%。

2.4 樹脂脫色溫度對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響

從圖4可見，當脫色溫度低于80 ℃時，紫蘇葉多糖提取液脫色率增加明顯，從68.60%增加至78.50%，而紫蘇葉多糖損失率亦有所增加，從13.30%增加至20.00%；當脫色溫度高于80 ℃時，紫蘇葉多糖提取液脫色率并未繼續(xù)明顯上升，但糖損失率迅速增加，當脫色溫度為100 ℃時，紫蘇葉多糖損失率達到了79.40%，這可能是高溫作用導致紫蘇葉多糖被破壞。因此，脫色溫度宜選擇在80 ℃左右。

2.5 不同pH對紫蘇葉多糖提取液脫色效果的影響

由圖5可知，隨著pH的增加，紫蘇葉多糖提取液脫色率逐漸下降，從pH5.5時的88.20%下降至pH8.0的77.60%。隨著pH的增加，紫蘇葉多糖損失率呈先下降后上升的趨勢，當pH6.5時，紫蘇葉多糖損失率最低為16.40%，此時紫蘇葉多糖提取液脫色率為84.80%。綜合脫色效果，樹脂脫色宜選擇pH6.5左右。

2.6 紫蘇葉多糖提取液的樹脂脫色工藝優(yōu)化

根據(jù)表2正交實驗結果，對于樹脂對紫蘇葉多糖的脫色而言，脫色率越高越好，而多糖損失率越低越好。通過對k值的比較可知，選擇A2、B2、C3、D1為樹脂對紫蘇葉多糖脫色率的最優(yōu)工藝條件，經(jīng)測定紫蘇葉多糖脫色率為97.40%；選擇A1、B2、C1、D2為樹脂對紫蘇葉多糖損失的最優(yōu)工藝條件，經(jīng)測定紫蘇多糖損失率為7.60%。

從直觀分析發(fā)現(xiàn)，單獨分析紫蘇葉多糖的脫色率和多糖損失率的最優(yōu)工藝條件并不一致。因此，必須根據(jù)因素的影響主次，綜合考慮，才能確定最佳工藝條件。樹脂對紫蘇葉多糖的脫色率而言，比較各列的極差結果R值，可以發(fā)現(xiàn)RA﹥RB﹥RD﹥RC，即在實驗所設定的因素中，樹脂用量對紫蘇葉多糖脫色率的影響最大，其次是脫色時間和pH，最后是脫色溫度。樹脂脫色對紫蘇葉多糖造成的損失而言，比較各列的極差結果R值，可以發(fā)現(xiàn)RA﹥RC﹥RB﹥RD，即在實驗所設定的因素中，樹脂用量對紫蘇葉多糖損失率的影響最大，其次是脫色溫度和脫色時間，最后是pH。對于因素A，即樹脂用量，其對脫色率和多糖損失率均排在第一位，此時應取A2或者A1，當取A2時，取A2、B2、C1、D2條件下測定紫蘇葉多糖損失率為15.80%，增加了8.20%；當取A1時，取A1、B2、C3、D1條件下測定紫蘇葉多糖脫色率為67.10%，減少了30.30%。因此，因素A應該取A2。對于因素B，即脫色時間的最優(yōu)水平相同，故取B2。對于因素C，即脫色溫度，其對脫色率的影響排最后一位而對多糖損失率影響排第二位，故取C1。對于因素D，即pH，其對多糖損失的影響排在最后一位，而對脫色率的影響排第三位，故取D1。

綜上所述，樹脂脫色的最佳工藝條件應為樹脂用量5.0%、脫色時間60 min、脫色溫度70 ℃、pH6.0，在此條件下實際測定所得紫蘇葉多糖提取液的脫色率為95.30%，紫蘇葉多糖損失率為15.50%。

為判斷上述4個因素對紫蘇葉多糖脫色率的影響程度，根據(jù)極差分析結果可知，脫色溫度對紫蘇葉多糖提取液脫色率的影響最小，故將因素C當作空白項，應用DPS2.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對正交實驗結果進行方差分析，利用F值和P值來檢驗各因素對試驗指標的影響程度，分析結果見表3。由表3可知，根據(jù)F值和P值的大小，在所選取的4個因素中對紫蘇葉多糖提取液脫色率的影響主次順序為：A﹥B﹥D﹥C，即樹脂用量>脫色時間>pH>脫色溫度，這與表2中極差分析的結果相一致。進一步統(tǒng)計分析和顯著性檢驗結果表明，因素A、B影響極顯著，因素D影響顯著，因素C作為空白項。

為判斷上述4個因素對紫蘇葉多糖損失率的影響程度，根據(jù)極差分析結果可知，pH對紫蘇葉多糖損失率的影響最小，故將該因素D當作空白項，應用DPS2.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對正交試驗結果進行方差分析，利用F值和P值來檢驗各因素對試驗指標的影響程度，分析結果見表4。由表4可以看出，4個因素中對紫蘇葉多糖損失率的影響主次順序為樹脂用量>脫色時間>脫色溫度>pH，與表2中極差分析的結果相一致。進一步統(tǒng)計分析和顯著性檢驗結果表明，因素A的影響極顯著，因素C的影響顯著，因素B的影響不顯著，因素D作為空白項。

3 討論與結論

紫蘇葉經(jīng)微波輔助提取后獲得紫蘇葉粗多糖溶液，其中存在著較多的色素，這不僅影響紫蘇葉多糖的色澤，而且影響其純度，從而影響其生物活性，也阻礙了對紫蘇葉多糖的組成及結構與其生物活性關系的理論研究，不利于紫蘇葉多糖成分的進一步分離鑒定和產(chǎn)品開發(fā)。因此，必須對紫蘇葉多糖進行脫色。目前，脫色方法較多，樹脂脫色具有選擇性強、條件溫和、易操作等優(yōu)點成為較常采用的方法之一。

本研究在單因素基礎上，以紫蘇葉多糖的脫色率和多糖損失率為指標，通過正交實驗優(yōu)化樹脂用量、脫色時間、脫色溫度和pH對紫蘇葉多糖的樹脂脫色工藝。其中，樹脂用量對紫蘇葉多糖的脫色率和多糖損失率的影響均為極顯著水平；脫色時間對紫蘇葉多糖的脫色率的影響極顯著而對多糖損失率影響不顯著；脫色溫度對紫蘇葉多糖的脫色率的影響不顯著而對多糖損失率影響顯著；pH對紫蘇葉多糖的脫色率的影響顯著而對多糖損失率無顯著影響。紫蘇葉多糖提取液的最佳樹脂脫色工藝條件為：樹脂用量5.0%，pH6.0，溫度80 ℃，時間60 min，紫蘇葉多糖提取液脫色率達96.10%，多糖損失率為15.60%。

脫色過程造成多糖不同程度的損失是無法避免。廖春燕[26]等采用樹脂對車前草多糖進行脫色處理，結果表明，脫色率為79.78%，多糖損失率為10.24%。藍閩波[27]等采用樹脂對厚樸多糖進行脫色處理，結果表明，厚樸多糖的脫色率達到79.26%，多糖損失率達32.24%。張華林[28]等采用樹脂對巴戟天多糖進行脫色處理，結果表明，巴戟天多糖的脫色率為89.87%，多糖損失率18.92%。采用樹脂對紫蘇葉多糖進行脫色處理同樣會造成紫蘇葉多糖的損失，為了達到最佳脫色效果，在多糖損失率可接受的范圍內，盡量提高脫色率有利于達到更好的脫色效果。從正交實驗分析結果可知，在所得樹脂脫色的最佳工藝條件下，紫蘇葉多糖脫色率高達96.10%，而多糖損失僅為15.50%。所得實驗結果在取得較高脫色率前提下多糖損失率并未明顯高于其它實驗結果，因此，實驗結果可接受。

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