全 文 ：260　
吴　靖 ,黄恵华＊
(华南理工大学轻工与食品学院 ,广东广州 510641)
摘　要:采用超声波强化碱液提取分离了菠萝皮中戊聚糖成分 ,通过 DEAE-Cellulose(OH-)柱层析进行纯化 ,初步分
析了菠萝皮戊聚糖的理化性质 。结果表明:菠萝皮戊聚糖超声波提取的最佳条件为:超声功率 160W,超声时间 90min,
NaOH浓度 2%,碱提温度 25℃,凝胶柱层析得到两种纯化戊聚糖 。凝胶渗透色谱 GPC分析表明 ,菠萝皮戊聚糖-2是
两种物质的混合物 ,重均分子量分别是 166889Da和 11837Da;紫外分析表明 ,菠萝皮戊聚糖-2不含蛋白质和核酸类物
质;红外分析表明 ,其具有典型的多糖吸收图谱 。
关键词:超声波 ,戊聚糖 ,提取 ,柱层析
Studyonultrasound-assistedextraction
andpropertiesofpentosansinpineapplepeel
WUJing, HUANGHui-hua＊
(ColegeofLightIndustryandFoodScience, SouthChinaUniversityofTechnology, Guangzhou510641, China)
Abstract:Thepentosansinpineapplepeelwereobtainedbyalkaliextractionassistedwithultrasonictechnology
andpurifiedthroughDEAE-Celulose(OH-)column.Theoptimalconditionsofpineapplepentosansultrasonic
extractionwere:ultrasonicpower160W, ultrasonictime 90min, concentrationofNaOH 2%, alkaliextracting
temperatureof25℃.Twofractionsofpineapplepentosanspowdersbyfreeze-dryingwereobtained.Pineapple
pentosans-2 wasfoundcontainedtwocompoundswiththemolecularweightof166889and11837 respectivelyby
gelpermeationchromatography.Pineapplepentosans-2wasalsofoundnotcomposedofproteinandnucleicacid
byUVanalysisandshowedatypicalpolysaccharideFT-IRspectrumprofile.
Keywords:ultrasonicwave;pentosans;extraction;columnchromatography
中图分类号:TS201.1　　　　文献标识码:A　　　　文 章 编 号:1002-0306(2010)04-0260-04
收稿日期:2009-06-24　＊通讯联系人
作者简介:吴靖(1985-), 男 , 硕士研究生 , 研究方向:农产品加工与
贮藏。
基金项目:粤港关键领域重点突破项目(2007498612)。
　　菠萝(Ananascomosus)是一种著名的热带水果 ,在
我国南方各省中广泛种植。 2004年全国种植总面积
和总产量分别达到 6.32万 hm2和 126.46万 t。研究表
明 [1-2] ,菠萝皮渣量占全果重量的 50%～ 60%,几乎都被
弃之不用 ,这部分若加以综合利用 ,不仅可以保护环
境 ,而且能提高资源的利用效率。戊聚糖是一种非均
一性的植物细胞壁多糖 ,由 β-D-吡喃木糖残基经 β-
1, 4糖苷键连接而成的木聚糖为主链 , α-L-呋喃阿拉
伯糖为侧链连接而成。研究表明:戊聚糖是膳食纤维
的重要组成部分 ,可以降血糖和血脂 ,具有减肥 、通便
等生理功能 ,可以作为一种功能因子应用于保健食
品 [3-4] 。目前 ,对于戊聚糖的研究多集中在小麦等谷物
上 ,而对菠萝皮等水果果皮中戊聚糖的研究则很少报
道。本文拟利用 NaOH液为提取剂 ,超声强化菠萝皮
中戊聚糖的提取 ,并对其理化性质进行初步研究 ,以期
为菠萝皮戊聚糖的生理功能的后续研究奠定基础。
1　材料与方法
1.1　材料与仪器
菠萝　市售;DEAE-Celulose(OH-)、D-木糖 、
95%乙醇 、D-葡萄糖 、氢氧化钠 、间苯三酚　国产分
析纯;KBr　国产光谱纯 。
三频槽式超声反应器　广州市新栋力超声电子
设备有限公司;752紫外光栅分光光度计　上海精密
科学有限公司;DBS-100电脑全自动部分收集器 、
BT-100恒流泵 　上海沪西分析仪器有限公司;
DELTA1-24LSC冷冻干燥机 　德国 Christ公司;
NEXUS670FTIR红外光谱仪　Thermo科学仪器部;
凝胶渗透色谱(GPC)系统　Waters1525 BinaryHPLC
Pump、 Waters717 plusAutosampler、 Waters2414
RefractiveIndexDetector, Waters公司;数据处理系
统　Breeze(V3.3)GPC工作站 。
1.2　实验方法
1.2.1　菠萝皮戊聚糖提取及纯化工艺 [ 5] 　应用 Van
DOI :10.13386/j.issn1002-0306.2010.04.063
261　
Soest中性洗涤剂处理菠萝皮制得粗纤维 ,可除去皮
中大部分蛋白质 、脂肪和可溶性多糖 [ 6] 。利用戊聚糖
在碱液中的溶解性可将其与其他的六碳糖组成的聚
糖成分分离 。具体工艺如下:
新鲜菠萝皮※破碎 、烘干※粉碎、过 80目筛得菠萝皮渣※
VanSoest中性洗涤剂处理 [ 4]※粗纤维※加入 NaOH液 , 超声
波预处理※NaOH液搅拌提取※滤液※冰醋酸调节 pH至 7※
离心※滤液用 3倍体积 95%乙醇处理 ,过夜※抽滤 ,洗涤 ,烘干
得粗戊聚糖※DEAE-Celulose(OH-)柱层析※苯酚硫酸法检
测 ,合并单一峰※真空浓缩 、冻干※菠萝皮戊聚糖纯品
1.2.2　菠萝皮戊聚糖纯度的测定
1.2.2.1　木糖标准曲线的绘制 　Douglas法 [ 7-8 ] 。利
用抽提试剂在高温下水解戊聚糖产生戊糖(木糖 ,阿
拉伯糖),与间苯三酚显色后比色法测定戊糖含量 ,
再换算成戊聚糖 。
准确称取 2.000g间苯三酚 ,溶于 110mL冰醋酸
中 ,依次加入 10mL无水乙醇 、2mL浓 HCl和 1mL质
量分数为 1.75%葡萄糖液 ,混合搅拌均匀配制成显
色剂。准确称取 1.000g木糖(105℃烘干至恒重)于
500nL容量瓶中 ,分别取 0.5、 1、1.5、3、4、 6mL木糖
液 ,定容于 25mL容量瓶中 。依次量取 2mL木糖液 ,
加入 10mL显色剂 ,沸水浴 25min,测 552nm下吸光
度值 ,得到木糖标准曲线回归方程:A=0.0009C+
0.1336 , R2 =0.9923。
1.2.2.2　菠萝皮戊聚糖含量的测定　菠萝皮戊聚糖
含量测定方法为:称取 50mg左右菠萝粗戊聚糖 ,溶
于蒸馏水中定容至 100mL, Douglas法显色后测定
A552 ,戊聚糖纯度计算公式如下:0.88VxW ×100%
式中:0.88—戊聚糖聚合系数 [7 ] ;V—菠萝皮粗戊
聚糖溶液体积 (mL);x=(A552 -0.1336)/0.0009;
W—菠萝皮粗戊聚糖质量(mg)。
1.2.3　菠萝皮中戊聚糖的超声波提取的正交实验　
在菠萝皮戊聚糖超声波提取单因素实验的基础上 ,
选取四个因素设计 L9 (34 )正交实验 ,如表 1所示 。
提取具体方法如下:准确称取 1.000g菠萝皮粗纤维 ,
以一定浓度的 NaOH溶液为提取溶剂 , 固液比为
1∶25(w/v),超声波频率为 24kHz,采用不同的超声波
功率 、超声时间进行预处理 。超声处理完毕后再在
一定温度下进行磁力搅拌提取 1h。测定最终所得的
粗戊聚糖产物的纯度 。
表 1　菠萝皮戊聚糖超声波提取 L9(34)正交实验设计表
水平
因素
A超声功率
(W)
B超声时间
(min)
C碱液浓度
(%)
D碱液提取
温度(℃)
1 100 30 2 25
2 160 60 5 40
3 200 90 10 60
1.2.4　菠萝皮戊聚糖 DEAE-Celulose(OH-)柱层析
　称取菠萝皮粗戊聚糖糖样品 250mg, 加热溶于
10mL蒸馏水中 ,加入 DEAE-Celulose离子交换柱 ,
然后依次用蒸馏水 、0.15mol/LNaCl水溶液各 250mL
进行洗脱。流速为 1mL/min, 每管收集 10mL, 苯
酚-硫酸法跟踪检测 ,绘制洗脱曲线 ,合并各吸收峰
的洗脱液 ,蒸馏水透析 36h,减压浓缩 ,冷冻干燥 ,得
到菠萝半纤维素的柱层析分离物 。
1.2.5　菠萝皮戊聚糖的理化分析
1.2.5.1　菠萝皮戊聚糖的定性检测分析　对菠萝皮戊
聚糖-1, 2进行色 、味 、状态 、吸湿性等性质感官比较研
究 ,并分别进行碘-碘化钾反应实验 、双缩脲反应实验
和斐林实验 ,定性检测是否含有淀粉 、蛋白质以及
单糖。
1.2.5.2　菠萝皮戊聚糖-2的紫外分析　称取适量所
得的菠萝皮戊聚糖-2溶解于水中 ,在 200～ 400nm下
进行紫外扫描 ,绘制紫外吸光曲线 。
1.2.5.3　菠萝皮戊聚糖-2的 GPC凝胶色谱分析　称
取 4mg菠萝皮戊聚糖-2溶解于 2mL的 0.02mol/L
KH2 PO4 中 , GPC色 谱 条 件 色 谱 柱 为 TSK
G-5000PWxL+TSKG-3000PWXL(日本 TSK公司),
流动相为 0.02mol/L的 KH2PO4 ,流速为 0.6mL/min,
柱温 35℃,检测器为 2414型示差折光检测器。
葡聚糖标准曲线方程:LogMolWt=6.15e+001
-1.01e+001V+6.07e-001V2 -1.25e-002V3 (其中 V
表示洗脱体积), R2 =0.9993,具有良好的线性关系。
1.2.5.4　菠萝皮戊聚糖-2的红外分析　称取 1～ 2mg
菠萝皮半纤维素多糖-2,加入 100mgKBr充分研磨 ,
压片 ,用傅立叶红外光谱仪于 4000～ 500cm-1波长范
围内扫描 。
2　结果与讨论
2.1　菠萝皮戊聚糖超声波提取正交实验结果
在菠萝皮戊聚糖超声波辅助提取单因素实验的
基础上 ,对影响其提取的四种因素选择合适的水平
进行 L9(34 )正交实验对提取条件的优化 ,以戊聚糖
纯度为指标对结果进行极差分析。结果如表 2所
示。影响超声波辅助提取戊聚糖的四个因素中 ,影
响程度依次是:碱提温度 >碱液浓度 >超声功率 >
超声时间 ,最佳提取组合是:A2B3C1D1 ,即:超声功率
160W,超声时间 90min, 碱液浓度 2%, 碱提温度
25℃。验证实验表明:在最佳条件下 ,菠萝皮戊聚糖
的纯度 72.3%,粗戊聚糖提取率为 45.3%。
表 2　菠萝皮戊聚糖 L9(34)正交实验和方差分析结果
实验号 A B C D 戊聚糖纯度(%)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
2
2
2
3
3
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
2
3
1
3
1
2
1
2
3
3
1
2
2
3
1
67.9
43.4
31.8
40.1
59.8
62.0
37.9
43.7
68.3K
1K2K3k1k2k3R
143.1
161.9
149.9
47.7
53.9
50.0
6.2
145.9
146.9
162.1
48.6
49.0
54.0
5.4
173.6
151.8
129.5
57.9
50.6
43.2
14.7
196
143.3
115.6
65.3
47.7
38.5
26.8
2.2　菠萝皮戊聚糖柱层析分析结果
262　
图 1是菠萝皮戊聚糖的 DEAE-Celulose(OH-)
柱层析结果 。结果表明:菠萝皮戊聚糖经过 DEAE-
celulose(OH-)柱层析后 ,得到两个个洗脱峰 ,其中
菠萝皮戊聚糖 -1为蒸馏水洗脱组分 ,洗脱体积为
70mL,菠萝皮戊聚糖-2组分是 NaCl的洗脱产物 ,洗
脱体积为 160mL,洗脱体积比为 1∶2.3。
图 1　菠萝皮戊聚糖 DEAE-Cellulose(OH-)柱层析色谱图
2.3　菠萝皮戊聚糖理化分析
2.3.1　菠萝皮戊聚糖-2定性检测分析　经定性检测
分析表明:菠萝皮半纤维素多糖-1为无臭微黄色粉
状固体 ,具有较强的吸湿性 ,水溶性较好;菠萝戊聚
糖-2为无臭 、白色粉状固体 ,吸湿性较弱 、水溶性很
好;碘-碘化钾实验 、双缩脲实验和斐林实验均表明
其不含淀粉 、蛋白质和单糖组分。但戊聚糖纯度分
析表明菠萝戊聚糖-1含量仅为 3.3%,而菠萝皮戊聚
糖-2的含量达到 78.6%,故对菠萝皮戊聚糖-2做进
一步理化分析。
2.3.2　菠萝皮戊聚糖-2紫外分析结果　将菠萝皮戊
聚糖-2在 200～ 400nm下进行紫外光谱分析 ,结果如
图 2。在 260nm和 280nm没有明显的吸收峰 ,说明
这些半纤维素多糖成分不含游离或者结合的蛋白质
和核酸类物质。
图 2　菠萝皮戊聚糖-2紫外分析扫描图
2.3.3　菠萝皮戊聚糖-2凝胶渗透色谱(GPC)分析结
果　对菠萝皮戊聚糖-2进行凝胶渗透色谱分析 ,结
果如图 3和表 3所示。结果表明:菠萝皮戊聚糖-2
由两种戊聚糖成分组成 ,保留时间分别为 23.48min
和 29.11min。两种戊聚糖的数均分子量 Mn分别为
79783Da和 7647Da,峰值分子量 Mp分别为 93468Da
和 9042Da, 重均分子量 Mw分别为 166889Da和
11837Da。说明菠萝戊聚糖成分比较复杂 , Mn为
7647Da是种小分子量的戊聚糖 ,可进一步利用柱层
析进行分离分级 。
表 3　菠萝皮戊聚糖-2凝胶渗透色谱结果
GPC
峰名称
保留时间
(min)
Mn
(Da)
Mw
(Da)
Mp
(Da)
Mw
/Mn
峰 1 23.48 79783 166889 93468 2.09
峰 2 29.11 7647 11837 9042 1.55
图 3　菠萝皮戊聚糖-2凝胶渗透色谱图
2.3.4　菠萝皮戊聚糖-2红外分析结果　将菠萝戊聚
糖-2组分作红外光谱分析 , 结果如图 4所示:
3411.1cm-1宽峰吸收是 -OH的的伸缩振动引起的 ,
2926.9cm-1处是饱和 C-H伸缩振动峰 , 1612.9cm-1和
1416.9cm-1中强峰吸收是-COO-的伸缩振动 ,这些吸
收区域是多糖的典型红外吸收区域 。 1043.4cm-1处
强峰是 C-O的伸缩振动。这些说明分子中有一级 、
二级醇和缩醛的存在。综合分析可知 ,分子中有糖
苷键 ,且有多羟基和糖醛酸结构 ,初步定性是一种多
糖成分。
图 4　菠萝皮戊聚糖-2红外分析图
3　结论
3.1　超声波辅助提取戊聚糖的最佳工艺条件为:超
声功率 160W,超声时间 90min,碱液浓度 2%,碱提
温度 25℃, 在此条件下 , 菠萝皮戊聚糖的纯度为
72.3%,粗戊聚糖提取率为 45.3%。
3.2　菠萝皮戊聚糖经过 DEAE-Celulose(OH-)柱
层析后得到两个个洗脱峰 ,其中菠萝皮戊聚糖-1为
蒸馏水洗脱组分 , 洗脱体积为 70mL,菠萝皮戊聚
糖-2组分是 NaCl的洗脱产物 , 洗脱体积分别为
160mL,洗脱体积比为 1∶2.3。
3.3　菠萝皮戊聚糖 -2经过冷冻干燥后 ,是一种白
色 、无臭 、水溶性很好的粉状固体 ,其戊聚糖纯度达
到 78.6%,紫外分析表明其不含蛋白质和核酸类物
质 ,红外分析表明其具有典型的多糖光谱。
3.4　凝胶渗透色谱(GPC)分析菠萝皮戊聚糖-2是由
两种戊聚糖成分组成 ,保留时间分别为 23.48min和
29.11min。两种戊聚糖的数均分子量 Mn分别为
79783Da和 7647Da,峰值分子量 Mp分别为 93468Da和
9042Da,重均分子量 Mw分别为 166889Da和 11837Da。
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　　　 (下转第 265页)
265　
拟和后得到回归方程:
DPPH自由基清除率 (%)=0.956667 +0.0125X1
+0.01125X2 -0.00125X3 -0.010833X1X1 -0.0175X1 X2
- 0.0075X1X3 - 0.018333X2X2 + 0.005X2X3 -
0.008333X3X3 ,对回归方程各项进行方差分析 ,见表 4。
表 4　回归方程各项的方差分析
方差来源 自由度 平方和 均方 F值 Pr>F 显著性
一次项 3 0.002275 0.3709 6.41 0.0364 ＊
二次项 3 0.001717 0.2799 4.84 0.0612
交互项 3 0.001550 0.2527 4.37 0.0732
总回归 9 0.005542 0.9035 5.20 0.0420 ＊
失拟项 3 0.000525 0.000175 5.25 0.1642
注:＊显著(P<0.05)。
从表 4方差分析可以得出 , DPPH清除率方程的
一次项显著 ,二次项不显著 、各因素之间交互作用的
影响不显著 ,失拟项不显著 ,说明各个具体实验因素
对响应值的影响是一次线性关系 。各个因素之间的
交互作用很小 ,因素相互之间在实验中基本上也没
有什么影响 。另外 ,总回归项显著 ,证明回归方程拟
合程度较好 ,具有可信性和准确性。
2.8　响应曲面分析
作响应曲面图 ,分析加酶量(X1)、水料比(X2)、
反应时间(X3)分别对沙棘粕酶解液抗氧化性的影响
情况。
由响应曲面图可以得出 ,沙棘粕酶解液抗氧化
性的最优值为 96.56%,其所对应的反应条件是:水
料比为 8.96∶1、加酶量为 5.23%、反应时间为 1.57h。
在实验设置的条件范围内 ,可依据以上最优条件对
沙棘粕酶解实验进行优化 。
图 5　以抗氧化性为响应值得到的响应面图
3　结论
本实验以沙棘粕为原料 ,用酶法水解沙棘粕中
抗氧化活性物质 ,并以 DPPH自由基清除率为响应
　　　　　
值 ,做响应面。在选择单因素的过程中 , 发现
Neutrase酶要优于其他 4种蛋白酶;由 SAS响应曲面
图得出 ,影响抗氧化性的因素中 ,酶解的效果:水料
比 >加酶量 >反应时间 ,与前面的结论相一致。沙
棘粕酶解液抗氧化性的最优值为 96.56%,其所对应
的反应条件是:水料比为 8.96∶1、加酶量为 5.23%、反
应时间为 1.57h。
本实验对酶法水解优化沙棘粕的抗氧化性的工
艺进行了初步的研究 ,但对沙棘粕酶解后产物的成
分及含量 、具有抗氧化作用的成分及含量的测定等
还需进一步深入 、系统的研究 。
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(上接第 262页)
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