全 文 ：第 3 3卷第2期
2 0 1 6 年 2 月
精 细 化 工
FINE CHEMICALS
Vol ． 3 3，No ． 2
Feb． 2 0 1 6
中药现代化技术
收稿日期:2015 － 10 － 22;定用日期:2015 － 12 － 31;DOI:10． 13550 / j． jxhg． 2016． 02． 005
基金项目:烟草行业卷烟功能材料重点实验室(湖南中烟工业有限责任公司)开放基金资助课题(2014180014)
作者简介:吕浩铭(1988 －) ，男，硕士生。联系人:尹双凤，博士，教授，博士生导师，电话:0731 － 88821171，E － mail:sf_yin@ hnu． edu． cn。
超声辅助提取雪梨多糖及其在卷烟中的应用
吕浩铭1，黎艳玲2，杨华武2，尹双凤1*
(1．湖南大学 化学化工学院，湖南 长沙 410082;2．湖南中烟工业有限责任公司，湖南 长沙 410019)
摘要:以新鲜雪梨为原料，用超声辅助法提取雪梨多糖，考察超声功率、温度、料液比、时间对多糖收率的影响。在
单因素实验基础上，采用正交实验对多糖提取工艺进行优化，并将雪梨多糖应用在卷烟中。正交实验结果表明，最
优提取工艺条件为料液比 1∶4 (g /mL) ，温度 50 ℃，时间 50 min，超声功率 160 W，在该条件下，多糖收率为 3. 18%。
多糖加料评吸结果表明，雪梨多糖具有掩盖杂气、柔和细腻烟气、降低刺激性、提升烟香、生津感好等效果。
关键词:多糖;提取;卷烟;中药现代化技术
中图分类号:O629． 12 文献标识码:A 文章编号:1003 － 5214(2016)02 － 0142 － 05
Sonication-assisted Extraction of Polysaccharide from Pyrus
Nivalis and Its Application in Cigarette
L Hao-ming1，LI Yan-ling2，YANG Hua-wu2，YIN Shuang-feng1*
(1． College of Chemistry and Chemical Engineering，Hunan University，Changsha 410082，Hunan，China;2． China
Tobacco Hunan Industrial Co． Ltd．，Changsha 410019，Hunan，China)
Abstract:With fresh pyrus nivalis as raw materials，the effects of ultrasonic power，temperature，solid-
liquid ratio，and time on the extraction efficiency of polysaccharose using sonication-assisted extraction
method were studied． On the basis of single factor experiment，the orthogonal experiments were designed
to optimize the extraction process． Moreover，polysaccharide was applied to cigarettes． The results of
orthogonal experiments showed that:the optimal conditions were solid-liquid ratio 1 ∶ 4(g /mL) ，
temperature 50 ℃，time 50 min，ultrasonic power 160 W． Under this condition，the extraction yield of
polysaccharide was 3. 18% ． The results of experiment with polysaccharide as cigarettes flavor indicated
that polysaccharide extracted from pyrus nivalis can cover the offensive taste，soften smoke gas，reduce
the stimulus，enrich the flavor of smoke，produce saliva and slake thirst．
Key words:polysaccharide;extraction;cigarette;modernization technology of traditional Chinese
medicines
Foundation item:Supported by the Opening Fund of Cigarette Functional Material Key laboratory of
China Tobacco (China Tobacco Hunan Industrial Co． Ltd．) (2014180014)
雪梨是一种常见的水果，具有润肺清燥、止咳化
痰、生津解渴、养血生肌等多种功效。因此，食用雪
梨对急性气管炎患者出现的咽喉干、痒、痛、痰稠均
有良好的缓解作用［1］。雪梨富含多种酯类、氨基酸
及多糖等物质，多糖是构成生命的四大基本物质之
一，具有抗炎、抗菌、抗氧化等生物活性［2 － 4］，从雪梨
中高效提取多糖成分是实现其应用的前提和关键。
植物多糖分子中含有多个羟基，具有良好的保湿保
润作用［5 － 6］。目前，已有植物多糖及其衍生物作为
增香保润剂应用于烟草的研究报道［7 － 10］。
碱液法、热水法和酶水解法是提取多糖常用的
方法。然而，碱液法容易造成多糖结构的破
坏［11 － 13］。热水法费时、耗能高、多糖收率低［14 － 16］。
酶水解法条件苛刻、酶易失活、且酶价格较高［17 － 19］。
为了解决上述提取方法存在的问题，需要将更有效
的方法应用于多糖的提取。超声波辅助提取是一种
利用外力强化提取的新技术，具有低温、快速、高效、
环保等优势［20 － 22］。目前将超声波技术应用于提取雪
梨多糖的研究鲜见报道，本文采用溶剂浸提结合超声
波提取的方法，通过对影响雪梨多糖收率因素的考
察，确定最佳提取工艺，以期为雪梨多糖的进一步开
发利用提供参考。另一方面，将所得雪梨多糖应用到
卷烟中，通过感官质量评价验证其应用效果。
1 实验部分
1． 1 试剂与仪器
雪梨去核打浆，冷冻保存;浓硫酸、氯仿、三氯乙
酸、正丁醇、氯化钠、丙酮、乙醚、乙醇(体积分数
95%)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、葡萄糖、木
瓜蛋白酶、考马斯亮蓝 G － 250 等试剂均为 AR，国
药集团化学试剂有限公司;树脂 IRA － 96CI，成都麦
卡希化工有限公司;牛血清白蛋白(BSA) ，美国
Sigma公司;烟丝样品，湖南中烟工业有限责任公
司。
电子天平，奥豪斯仪器有限公司;SHZ-D(Ⅲ)循
环水式真空泵、JB － 3 型磁力搅拌器，巩义市英峪予
华仪器厂;TDL － 5A 型离心机，上海安亭科学仪器
厂;ZFQ － 85A 旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂;
Cary 100 UV-Vis 型紫外分光光度计，安捷伦科技有
限公司;KQ －200VDE超声仪，昆山市超声仪器厂。
1． 2 方法
1． 2． 1 雪梨多糖的提取
将新鲜雪梨削皮去核，果肉打浆，取雪梨原浆于
圆底烧瓶中，加入 3 倍体积的 95%乙醇回流脱脂
2 h，重复 2 次得到脱脂雪梨。将脱脂雪梨烘干后，
于 60 ℃超声辅助水提2 h，离心得上清液，残渣重复
操作一次;合并上清液，60 ℃下旋转蒸发上清液至
原体积的 1 /3，得多糖浓缩液，加入 5%(质量分数)
十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) ，室温静置过夜，用
0. 4 mol /L NaCl解离，取上清液加入适量树脂(IRA
－96CI)除去色素，再加入 3 倍上清液体积的 95%
乙醇，在 4 ℃下过夜沉淀。沉淀分别用乙醚、丙酮各
洗涤 3 次，冷冻干燥得到雪梨粗多糖，按照下式计算
雪梨粗多糖收率。
粗多糖收率 /% = (C × V × D)W × 100
式中:C为多糖含量，g /L;V为提取液体积，mL;D为
样品溶液稀释倍数;W为样品质量，mg。
1． 2． 2 多糖含量的测定
采用苯酚-硫酸法［23］测定。称取干燥的葡萄糖
10 mg于 100 mL容量瓶中，加水稀释至刻度配制成
标准溶液。分别取葡萄糖标准溶液 0、0. 2、0. 4、
0. 8、1. 2、1. 6、1. 8 mL，加水稀释至 2. 0 mL，再加入
6%(质量分数)苯酚 1. 0 mL 及浓硫酸 5. 0 mL，摇
匀，静置 20 min。以同样处理的蒸馏水为空白，在
490 nm测吸光度，并绘制标准曲线，得回归方程 A
= 7. 8998C － 0. 0063，R2 = 0. 9991。按上述苯酚-硫
酸法测定雪梨多糖样品的吸光度，用此回归方程计
算多糖的含量。
1． 2． 3 雪梨粗多糖的除蛋白
取 4份粗多糖浓缩液，每份 40 mL。第 1 份作对
照样，其余 3 份分别按照 Sevage 法［24］、三氯乙酸
法［25］、木瓜蛋白酶-Sevage法［26］进行脱蛋白。通过比
较 3种方法的脱蛋白率 r，优选多糖的脱蛋白方法。
用考马斯亮蓝法测得多糖浓缩液中蛋白质含量和脱
蛋白液 1，2，3中蛋白质含量，并计算脱蛋白率 r。
脱蛋白率 r /% = 多糖浓缩液中蛋白质含量 － 脱蛋白液中蛋白质含量
多糖浓缩液中蛋白质含量
× 100
1． 2． 4 蛋白质含量测定
采用考马斯亮蓝法［27］测定。配制 100 mL蛋白
质(牛血清蛋白)标准溶液。分别取蛋白标准溶液
0、0. 1、0. 2、0. 4、0. 6、0. 8 mL 加入试管，分别加入
0. 15 mol /L NaCl至 1 mL，向各试管中加入 4 mL 考
马斯亮蓝 G － 250 溶液，混合均匀后，在 30 ℃下水
浴加热 5 min，以蒸馏水为空白，在 595 nm 测吸光
度，并绘制标准曲线，得回归方程 A = 0. 0332C，R2 =
0. 9967。蛋白质含量可通过考马斯亮蓝法测其吸光
度，再用此回归方程计算。
1． 2． 5 单因素及 L9(3
4)正交实验
对脱脂后的雪梨，考察了超声功率、温度、料液
比、时间 4 个因素对雪梨多糖收率的影响。在单因
素实验基础上，采用 L9(3
4)正交实验对雪梨多糖提
取工艺进行优化。
1． 2． 6 多糖在卷烟中的应用
将适量脱蛋白雪梨多糖和未脱蛋白雪梨多糖加
入烟丝中，进行感官质量评价。以湖南中烟工业有
限责任公司提供的烟叶组样品作为实验材料，烟叶
组在温度(22 ± 1)℃和相对湿度 60% ± 2%下平衡
好之后，切制成烟丝 7 份，每份 100 g。按其质量的
0. 01%、0. 05%、0. 1% 分别称取脱蛋白雪梨多糖和
未脱蛋白雪梨多糖，用 5 mL 蒸馏水溶解多糖后，再
用喉头喷管均匀地喷在烟丝上(加料) ，以等量的蒸
馏水均匀地喷在烟丝上作为对照(不加料)。加料
和不加料烟丝样品置于温度(22 ± 1)℃和相对湿度
·341·第 2 期 吕浩铭，等:超声辅助提取雪梨多糖及其在卷烟中的应用
60% ±2%的恒温恒湿箱中平衡 48 h，然后用卷烟机
分别将加料和不加料的烟丝卷成烟支，再在
(22 ± 1)℃和相对湿度 60% ± 2%下平衡 48 h。作
为对照的实验卷烟记为 A1，添加未脱蛋白雪梨多糖
的实验卷烟记为 A2，添加脱蛋白雪梨多糖的实验卷
烟记为 A3，由湖南中烟工业有限责任公司评吸专家
小组进行评吸。
2 结果与讨论
2． 1 3 种脱蛋白方法效果比较
用考马斯亮蓝法测得对照样和脱蛋白液 1，2，3
中蛋白质含量，其中对照样中蛋白质含量为
0. 368 g /L，脱蛋白液 1，2，3 中蛋白质含量见表 1，3
种方法脱蛋白效果的比较见图 1。
表 1 脱蛋白液 1，2，3 的蛋白质含量
Table 1 Protein content of solution 1，2 and 3
样品 蛋白质含量 /(g /L)
脱蛋白液 1(Sevage法) 0． 202
脱蛋白液 2(三氯乙酸法) 0． 141
脱蛋白液 3(木瓜蛋白酶-Sevage法) 0． 324
图 1 3 种方法脱蛋白效果的比较
Fig． 1 Comparison of the protein clearance rate of three
methods
从图 1 可知，三氯乙酸法脱蛋白效果最好，脱蛋
白率达到 60%以上。Sevage 法脱蛋白效果次之，脱
蛋白率为 45. 1%。而木瓜蛋白酶-Sevage 法脱蛋白
效果最差，脱蛋白率仅为 11. 9%。这可能是因为加
入木瓜蛋白酶降解多糖中的蛋白，有一定的效果，但
酶本身就是蛋白，添加量过大反而会使蛋白质含量
增大，不能达到脱除蛋白的目的。
2． 2 单因素实验
2． 2． 1 提取时间对多糖收率的影响
分别称取 100 g雪梨样品，在其他因素(料液比
1∶4，温度 40 ℃，超声波功率 200 W)固定条件下，考
察不同提取时间对多糖收率的影响，见图 2。
图 2 提取时间对多糖收率的影响
Fig． 2 Effect of time on the extraction yield of polysaccharide
由图 2 可知，随着提取时间的增加，多糖收率逐
渐增加。说明在一定的温度、超声波功率下，延长超
声波辐射时间可以增加细胞的破坏程度，多糖较易
被提取出来。当提取时间大于 50 min 后，随着提取
时间的增加，多糖收率逐渐趋于稳定。说明此时提
取液与细胞内多糖浓度基本平衡。但是，提取时间
过长，原料中会有杂质成分溶解出来，影响多糖收
率，同时多糖化合物也会被热解，使得多糖收率稍有
下降。综合考虑成本和效率，提取时间控制在 50 ～
60 min为宜。
2． 2． 2 料液比对多糖收率的影响
分别称取 100 g 雪梨样品，在其他因素(温度
40 ℃，超声波功率 200 W，提取时间 60 min)固定条
件下，考察不同料液比对多糖收率的影响，见图 3。
图 3 料液比对多糖收率的影响
Fig． 3 Effect of solid-liquid ratio on the extraction yield of
polysaccharide
由图 3 可知，料液比较大时，溶剂的量较少，造
成体系的渗透压较高，阻碍了多糖的溶出，使得多糖
收率较小。随着料液比的减小，多糖收率也逐渐增
加，当料液比为 1 ∶4 时，多糖收率最大，这是因为适
当的料液比可以提高多糖的溶出率。当料液比小于
1∶4 后，溶剂中多糖浓度较高，溶剂与细胞内多糖浓
度基本平衡，使得多糖收率逐渐趋于稳定。综合考
·441· 精 细 化 工 FINE CHEMICALS 第 33 卷
虑成本和效率，料液比 1∶4 为宜。
2． 2． 3 提取温度对多糖收率的影响
分别称取 100 g雪梨样品，在其他因素(料液比
1∶4，超声波功率 200 W，提取时间 60 min)固定条件
下，考察不同提取温度对多糖收率的影响，见图 4。
图 4 温度对多糖收率的影响
Fig． 4 Effect of temperature on the extraction yield of
polysaccharide
由图 4 可知，温度较低时，多糖收率较小，这是
因为植物多糖一般较难溶于冷水，因此在温度较低
时不利于多糖的提取。在 30 ～ 50 ℃内，多糖收率随
温度的升高而增加，这是因为随着温度的升高，有效
成分的传质速率加快，多糖收率增加。但是，当温度
过高时，会导致多糖结构破坏、使部分多糖发生降
解，同时温度过高会使杂质的释放速率加快，从而降
低多糖收率。同时考虑到实验耗能及便于控制等因
素，提取温度在 50 ℃左右为宜。
2． 2． 4 超声波功率对多糖收率的影响
分别称取 100 g雪梨样品，在其他因素(料液比
为 1∶4，温度 40 ℃，提取时间 60 min)固定条件下，考
察不同超声波功率对多糖收率的影响，见图 5。
图 5 超声波功率对多糖收率的影响
Fig． 5 Effect of power on the extraction yield of polysaccharide
由图 5 可知，在 100 ～ 160 W 内，随着超声波功
率的增大，多糖收率不断增加。这是因为在一定频
率和一定发声面下，功率增大，声强增大，单位时间
内超声产生的空化次数增多，从而有利于多糖的提
取。同时超声波功率的增大，超声波对细胞壁破碎
的作用也增强，细胞内多糖溶出速率增大，多糖收率
增加。功率超过 160 W 后，多糖的收率逐渐减小，
这主要是因为功率增大，声强增大，太强的声强产生
的大量空泡通过反射声波会降低能量传递效率，不
利于提取。因此，超声功率以 160 W为宜。
2． 3 正交优化实验
在单因素实验的基础上，选定超声功率、提取温
度、料液比、提取时间进行四因素三水平正交实验。
正交实验因素水平设计见表 2，正交实验结果见表
3，正交实验方差分析见表 4。
表 2 正交实验因素水平表
Table 2 Orthogonal factors table
水平
因素
A温度 /℃ B功率 /W C时间 /min D料液比
1 40 160 40 1∶2
2 50 180 50 1∶3
3 60 200 60 1∶4
表 3 正交实验设计及结果
Table 3 Design and results of orthogonal experiment
实验号 A B C D 多糖收率 /% 小计
1 1 1 1 1 1． 98 2． 11 4． 09
2 1 2 2 2 2． 54 2． 49 5． 03
3 1 3 3 3 2． 88 2． 93 5． 81
4 2 1 2 3 3． 17 3． 19 6． 36
5 2 2 3 1 2． 16 2． 26 4． 42
6 2 3 1 2 2． 56 2． 67 5． 23
7 3 1 3 2 2． 61 2． 69 5． 30
8 3 2 1 3 2． 90 2． 95 5． 85
9 3 3 2 1 2． 12 2． 06 4． 18
K1 14． 93 15． 75 15． 17 12． 69 T = 46． 27
K2 16． 01 15． 30 15． 57 15． 56 P = 5． 14
K3 15． 33 15． 22 15． 53 18． 02
k1 4． 98 5． 25 5． 06 4． 23
k2 5． 34 5． 10 5． 19 5． 19
k3 5． 11 5． 07 5． 18 6． 01
R 0． 36 0． 18 0． 13 1． 78
S 0． 1987 0． 0544 0． 0323 4． 7441
表 4 方差分析结果
Table 4 Results of variance analysis
方差来源 离差平方和 自由度 均方 F值 显著性
A温度 0． 1987 2 0． 0994 6． 14
B功率 0． 0544 2 0． 0272 1． 68
D料液比 4． 7441 2 2． 3721 146． 43 ＊＊
误差 0． 0323 2 0． 0162
总和 5． 0295 8
注:F0． 01(2，2)= 99，F0． 1(2，2)= 9，＊＊表示差异极显著。
提取时间对多糖收率的影响很小，作为误差项。
显著性检验 FD ＞ F0. 01(2，2) ，F0. 1(2，2)＞ FA ＞ FB。
因素 D料液比对多糖收率的影响是很显著的。其
他因素 A温度、B功率、C时间对多糖收率有一定的
影响。根据以上分析，4 种因素对多糖收率的影响
程度大小依次为 D ＞ A ＞ B ＞ C。4 种因素的优化组
·541·第 2 期 吕浩铭，等:超声辅助提取雪梨多糖及其在卷烟中的应用
合为 A2B1C2D3，即功率 160 W、料液比 1∶4、50 ℃浸
提 50 min。
为了进一步验证正交实验优选的工艺条件是否
最佳，按照正交实验得出的最佳工艺条件进行 3 次
平行验证实验，多糖收率分别为 3. 22%，3. 17%，
3. 15%，平均收率为 3. 18%。结果表明，按提取工
艺 A2B1C2D3 进行实验，所得多糖平均收率为
3. 18%，与正交实验中的最大值接近。RSD 为
1. 13%，表明此优选的工艺条件具有较好的重现性。
2． 4 多糖对卷烟品质的影响
卷烟评吸结果列于表 5。由表 5 可知，空白对
照样品香气较粗糙，有刺激性和木质杂气，余味有残
留，不够细腻、不够甜润。未脱蛋白的多糖应用于卷
烟中，具有改善香气粗燥感、增加甜度，降低刺激性
的作用。但余味稍有涩味，残留增加，不够自然协
调，这可能是其中的蛋白质等杂质产生的负面效果。
脱蛋白雪梨多糖应用于卷烟中，具有香气细腻柔和、
较自然协调、刺激性降低、木质杂气减轻、甜润感增
加、生津感好、余味改善等效果。脱蛋白雪梨多糖的
加入量控制在 0. 1%(质量分数)时，烟丝样品的抽
吸效果最佳。
表 5 雪梨多糖加料评吸结果
Table 5 Smoking test results of polysaccharide
样品
用量
/%
光泽(最
高 5分)
香气(最
高 32分)
协调(最
高 6分)
杂气(最
高 12分)
刺激性(最
高 20分)
余味(最
高 25分)
总分
A1 0 5 25． 5 5 10 17． 5 20． 5 83． 5
A2 0． 01 5 25． 9 5 10 17． 9 20． 1 83． 9
0． 05 5 27． 3 5 10 18． 5 20． 6 86． 4
0． 1 5 28． 8 5 10 18． 8 20． 3 87． 9
A3 0． 01 5 25． 6 5 11 19． 1 22． 5 88． 2
0． 05 5 27． 4 6 11 19． 0 22． 3 90． 7
0． 1 5 28． 1 6 11 19． 3 22． 2 91． 6
3 结论
(1)本文通过单因素及正交实验考察，得出了
超声波辅助法提取雪梨多糖的最佳工艺条件为:料
液比 1∶4，提取温度 50 ℃，提取时间 50 min，超声功
率 160 W。验证实验结果表明:按提取工艺
A2B1C2D3 进行实验，多糖平均收率为 3． 18%。
(2)比较了 Sevage 法、三氯乙酸法和木瓜蛋白
酶-Sevage法脱蛋白质的效果，结果表明，三氯乙酸
法效果最好，Sevage 法次之，木瓜蛋白酶-Sevage 法
效果最差。
(3)卷烟加料评吸结果显示，雪梨多糖有提升
烟香品质、柔和细腻烟气、增加甜润感和生津感、改
善余味等效果。
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·641· 精 细 化 工 FINE CHEMICALS 第 33 卷