超声波辅助提取香瓜多糖工艺的优化.pdf

安徽农业科学 J o u r n a l o f A n h u i A g r i S c i 2 0 1 1 ， 3 9 ( 1 0 ) ： 6 0 6 0 6 0 6 2 责任编辑乔利利责任校对马君叶 超 声波 辅助提 取香瓜 多糖 工艺 的优化 刘 霞， 中 湘忠 ( 娄 底 卫 生 学 校 化 学 室 ， 湖 南 娄 底 4 1 7 0 0 0 ) 摘要 目的优化超声波辅助提取香瓜 多糖的工艺。 方法以香瓜为原料， 通过超声波破碎细胞和水浸提法对香瓜 多糖进行 了提 取 ， 并在单因素试验的基础上通过正交试验对香瓜多糖提取的7 - 艺条件进行了优化。 结果各因素对香瓜多糖浸出率影响的大小顺 序为浸提温度 总浸提时间水抖比 超声波处理时间。超声渡辅助提取香瓜多糖的最佳工艺条件为超声波处理时间4 5 ra i n 、 浸提温 度7 0、 总浸提时间3 h 及水料比2 5 ： l l1 在该工艺条件下， 提取香瓜 多糖的含量为3 7 8 结论 该研究为香瓜 中多糖的开发和利用 提供 了参考。 关键 词香瓜 ； 多糖 ； 超 声波 ； 提取 中图分类 号S 3 7 文献标识码A 文章编号0 5 1 76 6 1 1 ( 2 0 1 1 ) 1 0一 O 6 O 6 O一 0 3 Opt i mi z a t i o n f o r Ul t r a s o n i c - a s s i s t e d Ex t r a c t i o n Te c h n o l o g y o f P o l y s a c c ha r i de f r o m Ca nt a l o u p e L I U X i a e t a l ( De p a r t me n t o f C h e mi s t r y ，L o u d i He a l t h S c h o o l ，L o u d i ， Hu n a n 4 1 7 0 0 0) Ab s t r a c t O b j e c t i v e rI 1 l e a i m w a s t o o p t i m i z e t h e u l t r a s o n i c a s s i s t e d e x t r a c t i o n t e c h n o l o g y o f p o l y s a c c h a r i d e f r o m c a n t alo u p e Me t h o d P o 1 y s a e c h a r i d e Wa S e x t r a c t e d f r o m c a n t a l o u p e b y u 1 t r aso n i e b r o k e n c e l l s a n d wa t e r f o r mu l a ti o n me t h o d F m t h e r mo r e e x t rac t i o n c o n d i t i o n s o f p o l y s a e c h a r i d e f r o m c a n t a l o u p e w e r e o p t i m i z e d b y o r t h o g o n a l e x p e r i m e n t al d e s i g n b a s e d o n s i n g l e f a c t o r e x p e r i m e n t R e s u h E f f e c t s o f f a c t o r s o n t h e l e a c h i n g r a t e o f p o l y s a c e ha r i d e wa s i n o r d e r o f e x t r a c t i o n t e mp e r a t u r e t o t a l e x t r a c t i o n t i me t h e r a t i o o f w a t e r t o ma t e r i al u l t r a s o n i c p r o c e s s i n g t i me |n1 e o p t i mu m e x t r a c t i o n c o n d i t i o n s o f p o l y s a c c h a r i d e f r o m c a n t a l o u p e we r e a s f o l l o ws ：t h e u l t r a s o n i c p r o c e s s i n g t i me wa s 4 5 mi n：t h e e x t r a c t i o n t e mp e r a t u r e wa s 7 0 ；t h e t o t a l e x t r a c t i o n t i me wa s 3 h：a n d t h e t h e r a t i o o f wa t e r t o ma t e r i a l wa s 2 5： 1 Un d e r t h e e x t r a c t i o n c o n d i t i o n s ，t h e l e a c h i n g r a t e o f p o l y s a c e h a r i d e f r o m c a n t a l o u p e w a s 3 7 8 1 C o n c l u s i o n l T h e r e s e a r c h p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r t h e e x p l o i t a t i o n a n d u t i 1 i z a t i o n o f p o l y s a c c h a r i d e i n c a n t alo u p e Ke Y wo r d s Can t a l o u p e；P o l y s a c c h a r i d e；Ul t r a s o n i c wa v e；Ex t r a c t i o n 香瓜 ( C a n t a l o u p e ) 为葫芦科 1年蔓生草本植物。我国各 地普遍栽培， 果肉生食， 止渴清燥 ， 可消除口臭， 但瓜蒂有毒， 生食过量即会中毒。香瓜中含有多糖、 苹果酸、 葡萄糖、 氨基 酸、 甜菜茄、 维生素 c等多种营养成分， 对感染性高烧、 肠痈、 急性黄疸型传染性肝炎、 鼻炎、 暑热烦渴等均有很好的疗效。 多糖是由多个相同的单糖基以糖苷键相连而成的高聚 物。它具有多种生物活性， 能够提高机体免疫系统的功 能， 是理想的免疫增强剂， 还能促进白介素、 干扰素、 肿瘤坏 死等细胞 因子 的产 生 ， 而 对 正常 细胞 无 毒副 作用 。在 抗肿 瘤、 抗病毒、 抗衰老等药物研究中， 多糖药物的研制已成为当 今世界新药的发展方向之一， 从而使多糖生物资源的开发和 利用成为了研究热点 。多糖类化合物的提取方法主要 有溶剂提取法、 酸提法、 碱提法、 醇解法 、 超滤法、 超声波强 化法和微波法。王 自军等首次运用微波技术从白芥子中提 取出多糖， 发现反应速度大大加快， 收率提高 。随后， 运用 微波技术提取半枝莲 、 金樱子 、 知母 等植物的多糖具 有高效性也相继被证实。目前， 测定多糖含量的方法主要有 蒽酮 一硫酸法和苯酚 一 硫酸法等。基于此， 笔者以香瓜为原 料， 通过超声波破碎细胞和水浸提法对香瓜多糖进行 了提 取， 并优化了浸提过程的工艺条件， 旨在为香瓜中多糖 的开 发和利用提供参考。 1 材料与方法 1 1 材料香瓜 ， 购于娄底沃尔玛超市。 1 2主要试剂 与仪器石油 醚 、 无水 乙醇 、 浓硫酸 、 蒽酮 、 葡 萄糖、 氯仿、 三氯甲烷、 甲醇、 苯 酚和正 丁醇， 均为分析纯。 U V - 2 5 0 1 P C紫外 一可见分光光度计 ， 日本岛津公司生产； F r I R 3 6 0红外光谱仪 ， 美 国尼高力公 司生产； H H 一 2电热恒温水 作者简介刘霞( 1 9 6 5一) ， 女 ， 湖南邵东人 ， 高级讲师 ， 从事分析化学研 究 ， E m a i l ： l i u x i a 0 2 0 3 g 1 2 6 C O n l 。 收稿 日期2 0 1 0 1 l - 2 9 浴锅， 上海浦东物理光学仪器厂生产； K U D O S型超声波清洗 器， 上海科导超声仪器有限公司生产； R E 5 2 - 0 5旋转蒸发仪， 上海亚荣生化仪器厂生产； S H Z D循环水式真空泵， 河南巩 义市英峪豫华仪器厂生产； 电热鼓风干燥箱、 高速万能粉碎 机 、 D Z - 2 B C型真空干燥箱， 均由天津市泰斯特仪器有限公司 生产 ； A E 一 2 4 0电子分析天平， 梅特勒公司生产。 1 3 方法 1 3 1 香瓜多糖的提取。香瓜实体经 5 0烘干粉碎后 ， 用 石油醚脱脂 2 4 h ， 干燥后再用 8 0 乙醇回流。精确称取一定 量香瓜粉加一定量蒸馏水 ， 用频率为 5 9 k H z的超声波处理， 水浴浸提多糖。 1 3 2 葡萄糖标准曲线的绘制。采用蒽酮 一硫酸法。称取 0 2 5 g 葡萄糖粉末 ， 加入适量水溶解并定容至 2 5 0 m l ， 即得 1 L的葡萄糖溶液。分别用移液管准确移取 1 、 2 , 4 、 6 、 8 、 l O m l 葡萄糖溶液( 1 g L ) 并定容至 1 0 0 m l ， 即得浓度为 l 0 、 2 0 、 4 0 、 6 0 、 8 0 、 1 0 0 m #L的葡萄糖标准溶液。分别取浓度为0 ( 蒸 馏水， 空白对照) 、 1 0 、 2 0 、 4 O 、 6 o 、 8 0 、 1 0 0 m g L的葡萄糖标准 溶液各 1 0 ml 于比色管中， 加入 5 0 m l 0 2 的蒽酮 一硫酸 溶液( 将 0 2 g蒽酮溶解于 1 0 0 m l 浓硫酸中制得) ， 煮沸后在 室温下冷却 2 0 m i n ， 于 6 2 0 n l l l 波长下测得 吸光度依次为 0 0 7 8 、 0 1 0 5 、 0 1 5 5 、 0 2 7 4 、 0 3 8 2 、 0 5 1 3和0 5 8 6 。以葡萄糖 浓度( C) 为横坐标、 以吸光度( A) 为纵坐标绘制标准曲线 ， 得 回归方程A=0 0 6 1 0 5+ 0 0 0 5 3 7 3 C ， r = 0 9 9 7 5 ， 表明葡萄糖 浓度在01 0 0 m g L范围内与吸光度之间的线性关系良好。 1 3 3 香瓜样 品中多糖含量的测定。取 3份香瓜粉末， 质 量为 l g ， 在最佳优化条件下( 超声波处理时间 4 5 m i n 、 浸提 温度 7 0 、 总浸提时间 3 h及水料比 2 5 ： 1 ) ， 用 U V - 2 5 0 1 P C 紫外 一 可见分光光度计在 6 2 0 n m波长下平行测定样品中的 吸光度： A=a b e ( 为吸光度 ； 0：1 4 8 8 ， 为吸光系数 ； b= 2 c m， 为 比色皿的厚 度 ； c 为 多糖 质量 浓度 ， g L ) ， 计 算多 糖 的 3 9卷 6期 刘 霞等超声波辅助提取香瓜 多糖工艺的优化 舍量 。 2结果与分析 2 1 单 因素对香 瓜粗 多糖提 取率 的影响超声波处 理和水 浸提 是多 糖提 取 的关 键步 骤 ， 因此选 择 浸提 过程 中 的温度 、 超声波处理 时间 、 总浸 提 时间 和液 料 比为 4个单 因素 ， 研究 其对香瓜多糖提取率的影响。 2 1 1 超声波时间。称取5份香瓜粉末， 每份 l g ， 按液料比 为2 0 ： 1 加入 2 0 m1 蒸馏水 ， 使用超声波破碎细胞 3 O 、 3 5 、 4 O 、 4 5 、 5 0 rai n ， 置于 7 0 水 浴 中保 温 浸提 多 糖 ， 总 浸 提 时 间为 1 2 0 mi n 。浸提后抽 滤得 溶 液并 定 容至 5 0 0 n d ， 取 1 0 m l 溶 液 ， 用蒽酮 一 硫 酸 法测定 吸光度 。 由图 l 可 见 ， 采 用超 声 波 处理 4 5 m i n时香瓜多糖提取率最大 ， 而其他处理时间下多糖 提取率均显著下降。超过4 5 mi n后多糖提取率有所下降， 可 能是 由于随处理时 间的延 长 ， 超 声波机械 剪切作 用 导致部 分 多糖 降解 所致 。因此 ， 采用超声 波处理 多糖 浸提液 的时 问以 4 5 ra i n为宜 ， 超声波处理时问 U l t r a s o n i c t r e a t m e n t t h n e m i n 图1 超声波处理时间对香瓜多糖提取率的影响 F i g 1 Effe c t o f u l t r a s o ni c time o n t h e e x t r a c t i o n r a ti o o f c a n t a- l o u p e p o l y s a c c ha r i d e 2 1 2 浸提温度。称取 5份香瓜粉末 ， 每份 1 g ， 按体积比为 2 0 ： 1 加 入 2 O m l 蒸 馏水 ， 超声 波处理时 间 4 5 m i n ， 浸提温度 分 别为5 O 、 6 0 、 7 O 、 8 0和 9 O q C， 总浸提时间为 1 2 0 m i n ， 浸提液处 理同“ 2 1 1 ” 。由图 2可见， 浸提温度对多糖提取率影响较 为显著。随浸提温度 的增加 ， 多糖溶解度增大， 有利 于多糖 的溶 出 ； 当浸提温 度达 6 4 时 ， 多 糖提 取率 最 大 ； 其后 再增 加浸提温度 ， 部分多糖会水解为单糖或低聚糖 ， 导致多糖提 取率下降。因此 ， 香瓜多糖浸提过程 中浸提温度 以 6 4 为宜 浸提温度 E x t r a c t i n g t e f a Nr a t u r e 图2 浸提温度对香瓜多糖提取率的影响 Fi g 2 Effec t o f e x t r a c t i n gt e mp e r a t ur e o n t h e e x t r a c t i o n r a t i o o f c a nt a l o u p e p o l y s a c c h a r i de 2 1 3 总浸提时间。称取 5份香瓜粉末， 每份 l g ， 按液料 比为 2 0 ： 1 加 入 2 0 m l 蒸馏 水 ， 超 声波 处 理 4 5 ra i n后 置于 6 4 水 浴 中保 温浸 提 多糖 ， 总浸 提 时间 分别 为 2 0 、 2 5 、 3 0 、 3 。 5 和 4 0 h ， 浸 提液处理 同“ 2 1 1 ” 。 由图 3可见 ， 总浸提 时 间对多糖提取率的影响较为显著。当提取时间为 2 5 h时， 多糖提取率最大 ， 而其他处理时间下多糖提取率均显著下 降。为缩短工时、 节省能源 ， 总提取时间应以2 5 h为宜。 浸提时间 E x t r a c t i n g t i n e h 图 3 总浸提 时间对香瓜多糖提取率的影响 F i g 3 Ef f e c t o f t o tal e x t r a c t i n g t i me o n t h e e x t ra c t i o n r a t i o o f c a n tal o u p e po l y s a c c h ar i d e 2 1 4 水 料 比。称 取 5份 香瓜 粉末 ， 每份 1 g ， 按 水料 比为 2 5 ： 1 、 3 0 ： 1 、 3 5 ： l 、 4 0 ： 1 、 4 5 ： 1 依 次加 入 2 5 、 3 0 、 3 5 、 4 O 、 4 5 m l 蒸 馏水 ， 超声波处 理 4 5 m i n后 置 于 6 4 水浴 中浸提 1 5 0 ra i n 浸提 液处 理 同“ 2 1 1 ” 。 由图 4可见 ， 水料 比对香 瓜多 糖提 取率的影响较为显著。随水料比的增加 ， 多糖提取率随之增 加， 但达到 3 0 ： 1 时最大。一般说来 ， 料液比越高提取率也越 高， 但是料液 比增加给后来的蒸发工序增加困难， 且成本增 加。在保证效果的同时， 应尽量减少水的用量和降低蒸发浓 缩负荷 ， 因此水料比应控制在 3 0 ： 1 为宜。 水料 比 R a t i o o f w a t e r t o m a t e r i a l f m ug 图 4 水料 比对香瓜 多糖提取率的影响 Fi g 4 E ffe c t o fra t i o o fwa t e rt oma t e r i a l o n t h e e x t r a c t i o n ra t i o o f c a nt a l o u p e p o l y s a c c h a r i d e 2 2 正交试验法对香瓜多糖提取工艺的优化在单因素试 验 的基础上 ， 选择浸 提温度 、 总浸提 时问 、 超声波 时间和水料 比4个因素进行 k( 3 ) 正交试验( 表 1 ) ， 以优化浸提的工艺 条件 。由表 2可知 ， 超 声波辅助提 取香瓜 多糖 的最佳工 艺条 件为超声 波处理时 间 4 5 rai n 、 浸 提 温度 7 O 、 总浸提 时间 3 h及水料比2 5 ： 1 。在该工艺条件下， 香瓜粗多糖的提取率最 大( 3 7 8 ) 。 2 3 其他 工艺条件 2 3 1 乙醇沉淀多糖的条件。在浸提液的浓缩液 中加入 4 。 。 量J ( 】 。 0 2 2 1 1 1 王 王 王 u 【I 暑J ( D 0 4 3 2 12 Z Z 2 2 窖暑 J ( 】 D 0 兽 j 0 墨 6 O 6 2 安徽农业科学 2 0 l 1 年 倍体积的 9 5 乙醇沉淀多糖 ， 以除去低聚糖和部分色素， 离 心分离后干燥得固体2 5 5 6 2 g 。取少量固体与 K B r 混合研 磨压片， 用红外光谱仪测其光谱( 图5 ) 。 裘 1 正交试验的因素与水平 Ta b l e 1 F a c t o r s a n d l e v e l s o f o r t h o l o n a l t e s t 表 2 正交试验设计及结果 Ta b l e 2 Or t h o g o n a l t e s t d e s i g n a n d r e s u l t s 滋 擞W a v e m咄 r c n r 图 5未 去 蛋 白多糖 的 红外 光谱 F i g 5 I n f r a r e d s p e c t r u m o f p r o t e o g l y c a n 2 3 2 S e v a g法除蛋白。称取 1 8 7 2 7 g粗多糖粉末， 溶于 1 0 0 m l 水中， 加入 1 O T n l 氯仿和 2 m l 正丁醇去蛋白， 去蛋白 操作 1 2次， 分液 ， 将上层液体按 1 ： 5 的体积用 9 5 乙醇沉淀 多糖， 离心干燥后得多糖固体 0 7 3 4 0 g 。取少量多糖固体与 K B r 混合研磨压片， 用红外光谱仪测其光谱( 图6 ) 。 言 囊 _曩 暑 笃 波数 W a v e n u tn b e r o 11- 1 图 6 去蛋 白多糖的红外光谱 F i g 6 I n f r a r e d s p e c t r u m o f d e p r o t e i n i z a t i o n p o l y s a c c h a r o s e 比较未去蛋 白多糖 的红外 光谱 和去蛋 白多糖 的红 外光 谱 ， 发现在 6 2 5 3 2 e m 处的峰明显不同， 说明多糖中的大部 分蛋 白质已除出。 3 结论 蒽