全 文 ：Marine Sciences /Vol. 30 , No. 8 /2006
龙须菜琼胶的提取方法研究
薛志欣1 , 2 , 3 ,杨桂朋3 ,王广策2
(1.青岛大学 ,山东 青岛 266071;2.中国科学院 海洋研究所,山东青岛 266071;3.中国海洋大学山东 青岛 266003)
摘要:采用多种方法提取了龙须菜(Gracilaria lemanei f ormis)中的琼胶 , 并研究了碱处理 、
微波处理 、超声波处理等方法对龙须菜的琼胶提取率 、硫酸基质量分数和多糖质量分数的影
响。结果表明:当碱质量分数由2. 5%增加到 10%时 ,琼胶产率由 15%降低到 9. 8%,硫酸基
质量分数由 2. 66%降低到 2. 06%, 同时 ,多糖质量分数由 98. 3%增加到 102. 6%;微波和超
声波处理在不同程度上增加了琼胶的提取率和多糖质量分数 ,同时降低了硫酸基质量分数。
另外 ,还从宏观和微观两个角度考察了龙须菜碱处理前后藻体的变化。
关键词:龙须菜(Gracilaria lemanei f ormis);琼胶;提取;碱处理;微波;超声波
中图分类号:Q539. 9　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-3096(2006)08-0071-07
　　琼胶在食品 、工业 、医药和生物工程中具有不可
取代的地位。随着社会的发展 ,琼胶的需求量不断增
加。琼胶的原料主要是石花菜属和江蓠属等海藻。
龙须菜(Graci laria lemanei formis)是江蓠属的
一个重要养殖物种 , 属红藻门(Rhodophy ta)、红藻纲
(Rhodophyceae)、真红藻亚纲(F lo rideae)、杉藻目
(Gigar tinales)、 江 蓠 科 (Gracilariaceae) 江 蓠 属
(Graci laria)。野生龙须菜在我国主要分布在山东沿
海潮间带[ 1 , 2] 。它分枝多 , 生长快 , 单茬 667 m2 产
(1000 m 绳长)干品 1. 5 t以上 , 最适生长温度为 15
～ 25℃[ 3 ,4] 。龙须菜琼胶质量分数高达 20% 以上 ,
所产琼胶经改性后是江蓠中质量最好的[ 5] , 正逐渐
取代石花菜成为琼胶生产的主要原料[ 6] 。目前 ,龙须
菜在我国已经成为继海带 、紫菜 、裙带菜之后的第四
大栽培海藻。但该物种在原产地不能渡夏和越冬 ,更
不能有效地积累生物量。实现龙须菜的南移栽培后 ,
该物种可秋冬春三季连续生长。据不完全统计 ,龙须
菜琼胶产量已占我国琼胶产量的 80%左右 , 成为沿
海地区重要的经济海藻。
龙须菜琼胶的提取方法一般多采用碱处理后再
加热的方法 , 但经碱处理后往往会大大降低琼胶的
产率。作者对龙须菜中琼胶的提取方法进行了多种
尝试 ,并对影响琼胶产率和质量的提取温度 、碱处理
的浓度和碱处理的温度等因素进行了考察 , 旨在找
到一条更为经济合理的提取琼胶的方法。
1　材料与方法
1. 1　材料采集与预处理
龙须菜采于青岛崂山曲家庄养殖区 , 将刚采来
的新鲜龙须菜用海水洗净沙土及其表面的浮游生物 ,
再用蒸馏水清洗 2 次 , 铺成薄层晾干表面水分 , 于
60℃干燥箱中烘干 , 取出放密封袋中保存备用。
1. 2　龙须菜琼胶的提取方法
1. 2. 1　高压锅提取法
按照文献[ 7] 的方法略加修改:称取 5. 00 g 干龙
须菜 , 加 200 mL一定浓度的 NaOH 溶液放恒温水浴
中加热碱处理 2 h。用 4 层纱布过滤 , 蒸馏水洗涤 3
次 , 用 0. 1 mol / L盐酸中和至 pH 6. 5左右 ,用去离子
水洗 2次。将水洗后的龙须菜放在锥形瓶中 , 加 300
m L 蒸馏水 , 用棉花塞塞住瓶口放高压锅中 , 控制温
度在 120 ～ 125℃下煮 2 h。降温后 ,取出锥形瓶用 8
收稿日期:2006-01-20;修回日期:2006-03-28
基金项目:国家 863计划资助项目(2004AA603220);中国科
学院海洋研究所前沿方向性项目(2002-2005)
作者简介:薛志欣(1973-),女,山东海阳人 ,博士生 ,讲师,研究
方向为海洋天然产物, E-mail:mypaperboxes@yahoo. com. cn;
王广策 ,通讯作者 , E-mai l:gcwang@m s. qdio. ac. cn
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层纱布过滤 ,向滤渣中再加 150 mL 蒸馏水 , 同样条
件下煮 1 h , 过滤 , 合并两次滤液。滤液经冻-融除水
后 ,冷冻干燥。
1. 2. 2　沸水冷凝回流提取法
碱处理步骤同 1. 2. 1。加 300 mL 蒸馏水于盛有
龙须菜的圆底烧瓶中 ,冷凝回流 , 100℃沸水提取。其
余步骤同高压锅法。
1. 2. 3　微波辅助高压锅提取法和超声辅助高压锅提
取法
用高压锅提取前 , 先用微波炉或超声波清洗器
进行微波或超声波处理一定时间 , 其余步骤同 1. 2. 1
高压锅法。
1. 2. 4　微波提取法
碱处理和提取后的处理和高压锅提取法一样 ,
提取时采用微波炉代替高压锅加热。
1. 2. 5　恒温水浴提取法
碱处理后 , 用 90℃恒温水浴提取琼胶。提取时
间和加水量同高压锅提取法。
1. 3　琼胶性能测定
1. 3. 1　琼胶红外光谱分析
取琼胶 1 mg , KBr压片 , 红外扫描 1 000 ～ 4 000
cm-1区间(NICOLET Magna 750 傅立叶红外转换光
谱仪)。
1. 3. 2　琼胶紫外光谱分析
取 0. 01% 琼胶溶液在 200 ～ 800 nm 区间用
UV-757CRT 紫外分光光度计(上海精密仪器有限公
司)进行扫描。
1. 3. 3　硫酸基质量分数的测定
琼胶样品加 2 mol /L 的 HCl , 封管后在 100 ～
105℃条件下水解 2 h ,用活性炭脱色 , 滤液加 BaCl2 ,
按 Verma的比浊法测定[ 8] 。
1. 3. 4　总糖质量分数测定
总糖质量分数测定采用苯酚-硫酸法[ 9] ,以 D-半
乳糖作为标准物。
1. 4　提胶过程中龙须菜藻体的宏观与微观
变化
取相应龙须菜分别用肉眼和在显微镜下观察龙
须菜藻体于碱处理前后及提胶前后的变化情况。
2　结果
2. 1　高压锅提取法
等量的试样 ,用同样的方法 ,不同条件下提取的
琼胶的结果如下(表 1 ～ 表 3 , 未加注明 ,提胶条件均
为 NaOH 质量分数 2. 5%,碱处理温度 85℃,提取时
间 2 h)。
表 1　碱质量分数对提胶率和硫酸基质量分数的影响
Tab. 1　Influence of alkaline concentration on the agar yield ,
sul fate content and polysaccharide content
NaOH
(%)
产胶率
(%)
硫酸基质量分数
(%)
总糖质量分数
(%)
0 30. 4 6. 60 92. 3
2. 5 15. 0 2. 66 98. 3
5. 0 12. 6 2. 20 99. 1
7. 5 11. 2 2. 16 101. 8
10 9. 8 2. 06 102. 6
表 2　提取时间对提胶率的影响
Tab. 2　Influence of extraction time on the agar yield , sulfate
content and polysaccharide content
提取时间
(h)
产胶率
(%)
硫酸基质量分数
(%)
总糖质量分数
(%)
0. 5 7. 0 2. 78 98. 7
1 9. 0 2. 72 96. 8
2 15. 0 2. 66 98. 3
4 16. 2 2. 61 99. 4
　　碱处理时温度为 80℃时琼胶的产率为 15. 3%,
硫酸基质量分数为 2. 76%,总糖质量分数为 98. 4%,
85℃和 90℃时琼胶的产率分别为 15. 0%和 14. 8%,
硫酸基质量分数为 2. 66%和 2. 55%, 总糖质量分数
为 98. 3%和 99. 2%(表 3)。
表 3　碱处理温度对提胶率和硫酸基质量分数的影响
Tab. 3　Influence of extraction temperature of alkal i solution
on the agar yield , sul fate content and polysaccharide
content
碱处理温度
(℃)
产胶率
(%)
硫酸基质量分数
(%)
总糖质量分数
(%)
80 15. 3 2. 76 98. 4
85 15. 0 2. 66 98. 3
90 14. 8 2. 55 99. 2
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2. 2　沸水冷凝回流及 90℃恒温水浴提取法
采用沸水冷凝回流和 90℃恒温水浴提取法旨在
考察温度和动力学条件对琼胶提取的影响。在通常
情况下 ,沸水的温度为 100℃, 在冷凝回流条件下 , 由
于水沸腾过程所产生气泡的作用 , 相当于对提取液
进行了搅拌。冷凝回流及 90℃恒温水浴提取法琼胶
产率及硫酸基质量分数如表 4 所示。
表 4　沸水冷凝回流及 90℃恒温水浴法提取琼胶
Tab. 4　The agar extracted by boiling water and constant temperature water of 90℃
参数
提胶条件
沸水无碱 沸水
2. 5%NaOH
沸水
10%NaOH
90℃恒温
水浴提取
产胶率(%) 24. 4 9. 2 5 2. 4
硫酸基质量分数(%) 5. 90 2. 56 2. 01 3. 13
总糖质量分数(%) 93. 5 97. 8 102. 3 95. 8
　　沸水提取法琼胶产率由无碱处理时的 24. 4%下
降为 10% NaOH 处理时的 5%, 硫酸基质量分数由
无碱处理的 5. 90%下降为 10%NaOH 处理时的
2. 01%, 总糖质量分数由无碱处理时的 93. 5%上升
为 10%NaOH 处理时的 102. 3%;90℃恒温水浴提
取法琼胶的产率仅为 2. 4%, 而硫酸基质量分数为
3. 13%, 总糖质量分数为 95. 8%。
2. 3　微波辅助高压锅提取法和超声辅助高
压锅提取法
微波和超声波是近年来逐渐被人们所采用的两
种提供能量的形式 , 在多糖的提取方面也有不少尝
试[ 11 , 12] 。在微波和超声波处理不同时间后 , 辅佐以
高压锅提取的琼胶产率 、硫酸基质量分数及总糖质
量分数如表 5 , 表 6 所示。
表 5　微波辅助高压锅法提取琼胶
Tab. 5　The agar extracted by microwave and autoclave treat-
ment
参数 微波处理时间(min)
5 10 15 20
产胶率(%) 16 17. 6 19. 2 21
硫酸基质量分数
(%)
2. 30 2. 15 2. 23 2. 37
　　
总糖质量分数(%) 105. 3 104. 1 106. 8 104. 3
注:微波采用中火
表 6　超声辅助高压锅法提取琼胶
Tab. 6　The agar extracted by supersonic and autoclave treat-
ment
参数 超声波处理时间(min)
5 10 15 20
产胶率(%) 15. 6 16. 0 17. 0 17. 6
硫酸基质量分数(%) 2. 52 2. 70 2. 43 2. 38
总糖质量分数(%) 103. 8 104. 2 104. 1 104. 7
2. 4　微波法提取琼胶
龙须菜试样用 2. 5%NaOH 处理 2 h 后用微波炉加
热提取琼胶。在加热提取过程中 ,为防止暴沸喷出, 可
采用间歇式加热方式,表 7为微波提取琼胶的结果。
表 7　功率对微波法提胶的影响
Tab. 7　Influence of power of microwave on the agar yield ,
sul fate content and polysaccharide content
参数
微波提胶条件
高火
2-8-6
中火
2-8-6
中火
5-5-2
中火
5-5-4
产胶率(%) 8. 0 6. 4 5. 6 9. 6
硫酸基质量分数
(%)
1. 81 1. 87 1. 78 1. 75
　　
总糖质量分数(%) 108. 2 107. 9 107. 5 108. 0
注:2-8-6 ,即加热 2 min ,停 8 min ,重复 6次 ,其余类同
2. 5　紫外光谱
碱处理和未碱处理提取的琼胶的紫外扫描曲线
如图 1所示 , 在无碱处理提取的琼胶的扫描曲线 A
中在 230 nm 和 280 nm 处有两个紫外吸收峰。该吸
收峰的存在表明在未碱处理的多糖中有蛋白存在。
图 1　碱处理前后龙须菜琼胶的紫外扫描曲线
Fig. 1　The UV-spect ra of agar extracted f rom Graci laria
lemanei formis without and with alkali treatment
A:无碱处理 , B:碱处理
A:without alkali treatment;B:with alkali t reatment
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2. 6　红外光谱
图 2　碱处理和未碱处理提取的琼胶的红外光谱
Fig. 2　The F T-I R spect ra of agar ex tracted f rom Graci laria lemanei formis w ithout and wi th alkali t reatmen t
A:未碱处理;B:碱处理
A:w ithout alkali t reatment;B:wi th alkali t reatm en t
　　碱处理与未碱处理的琼胶的谱图中最大的区别在
于1 076 /1 073 nm , 931 nm 吸收峰的强弱 ,这两个峰均代
表3 , 6-内醚半乳糖[13] 。其他吸收峰二者基本相同。
2. 7　提胶过程中龙须菜藻体的变化
龙须菜经碱处理后 , 藻体在外观结构方面发生
了很大变化 ,如图 3 所示:
碱处理前(图 3A), 龙须菜藻体内部的细胞排列
较紧密 , 颜色深 ,含有大量的细胞色素 , 细胞完整 , 排
列有序 , 外表还有一层胶质 , 较平整 ,手摸有软滑感;
高压提胶时(图 3B), 细胞结构遭到破坏 , 胶质流出 ,
藻体颜色变浅 , 说明藻红蛋白等色素蛋白在高温下
分解破坏。
图 3　未经碱处理龙须菜藻体的显微结构
Fig. 3　The microscopic st ructure of the Graci laria lemanei formis algal body without alkali treatment
A.水浸泡后(16×4);B. 高压提胶后(16×4)
A. af ter dip in w ater (16×4);B. af ter ex t ract ion wi th an au toclave (16×4)
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　　碱处理后(图 4A)皮层明显变薄 , 颜色变浅 ,髓部
细胞由于细胞壁细胞膜被碱部分破坏或溶掉 , 变得
形状不一 ,排列混乱 、松散 ,同时也看不到完整的细胞
结构 , 外皮胶质层已溶解掉 , 外表变得凹凸不平 ,藻体
从里到外出现一些裂缝 ,因此手摸时有涩手感[ 10] ;高
压提胶时 , 有大量藻胶流出(图 4B)。
图 4　碱处理后龙须菜藻体的显微结构
Fig. 4　T he microscopic st ructu re of the Graci lar ia lemanei formis algal body
A. 碱处理 2 h后(16×4);B. 碱处理高压提胶后(16×4)
A. af ter t reatm en t wi th alkali f or 2 h (16×4);
B. by alkali t reatm ent and af ter agar ext raction w ith an autoclave (16×4)
3　讨论
无碱处理的龙须菜琼胶产率 、硫酸基质量分数
远远高于经过碱处理过的 , 而多糖质量分数前者则
低于后者 ,并且随 NaOH 质量分数的增高 ,琼胶的产
率 、硫酸基质量分数逐渐降低 ,多糖质量分数逐渐升
高 ,这与赵谋明等人[ 14] “随碱质量分数的升高 , 出胶
率先升高再降低”的实验结果有所不同 , 但与 Freile-
Peleg rin 等[ 15]的结果基本一致。碱质量分数越高 ,硫
酸基的质量分数越低(无碱处理时 , 硫酸基的质量分
数高达 6. 60%, 而经 10% NaOH 处理后 , 硫酸基的
质量分数降到 2. 06%)。碱处理后琼胶中的 6-硫酸
基组分较多地转变为 3 , 6-内醚半乳糖 , 使得所提取
的琼胶中硫酸基质量分数降低 , 同时 ,由琼胶的紫外
扫描光谱可以看出 , 碱处理也破坏了与琼胶共存的
蛋白 ,致使琼胶产率降低 , 多糖质量分数升高。
时间对龙须菜琼胶的产率的影响也非常明显 ,
随提取时间的加长 , 琼胶的产率逐渐增高。另外 , 琼
胶的产率还与碱处理温度有关:一般来说 , 产率和硫
酸基质量分数随碱处理温度的升高而降低 , 但变化
并不是太大。提取时间和碱处理温度对多糖质量分
数的影响并不明显。
沸水冷凝回流法提取的琼胶的产率普遍不如高
压锅法提取的琼胶的产率高 , 恒温 90℃水浴法提取
的琼胶的产率更低 ,可见提取温度对龙须菜琼胶的产
率有比较明显的影响 , 高温(高压锅法温度为 120 ～
125℃,沸水冷凝回流法温度为 100℃)更有利于龙须
菜琼胶的提取 , 并且温度越高 , 多糖质量分数越高。
另外 , 由高压 、沸水和恒温水浴三种情况看 ,沸水的气
泡搅拌对提高琼胶的提取率还是起了一定作用的。
而且碱处理时碱的质量分数对龙须菜琼胶的影响在
不同方法中是一致的 , 既随碱质量分数的升高 , 琼胶
产率 、硫酸基质量分数逐渐降低 ,总糖质量分数逐渐
升高。
微波或超声辅助处理能够明显提高琼胶产率 、多
糖质量分数 , 同时降低硫酸基质量分数。先经过微波
或超声波处理 ,再用高压锅提取 ,比单纯使用高压锅
法可以显著提高龙须菜琼胶的产率(产率增加 1%～
6 %)。相比较而言 , 经过微波加热处理后的效果比
超声波处理的效果更好一些(微波处理后的产率可达
21 %, 而超声波处理后的产率则在 17%左右), 这应
该是与微波炉和超声波发生器的功率有关系的。在
碱质量分数一定的条件下 ,微波处理的时间和超声波
处理的时间对龙须菜琼胶产率的影响总体而言随时
间延长产率升高 , 至 15 min 基本达到稳定。并且微
波处理和超声波处理都可不同程度地降低硫酸基质
量分数 , 提高多糖质量分数。
总的看来 ,各样品的总糖质量分数都比较高。其
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中 ,微波与超声处理能明显提高样品多糖质量分数。
除无碱处理样品外 ,总糖质量分数都在 95%～ 108%
之间。这一方面说明样品中琼胶的纯度高 ,主要组分
为多糖 ,另一方面还因为以半乳糖作标准测多糖质
量分数时 , 结果应乘上一个小于 1 的校正系数[ 16] 。
因为硫酸-苯酚法是利用多糖水解产生还原糖来测定
多糖质量分数的。由于多糖水解后除末端糖基外 ,其
余糖基都多了一个水分子而形成单糖 , 所以用单糖
做标准时 ,算出的多糖质量分数应扣除水解时带进
的水量 ,即要乘以一个校正系数 , 对于琼胶来说 ,这一
系数应为 0. 90[ 17] 。
综上所述 ,作者认为 ,碱处理是影响琼胶质量的
最关键因素 ,其次 , 琼胶的产率 、硫酸基质量分数和多
糖质量分数还受温度 、碱质量分数的影响。一般来
说 ,提高琼胶产率的方法 , 硫酸基质量分数随之升高 ,
由于硫酸基质量分数与琼胶的凝胶强度有密切联
系 ,硫酸基质量分数越高预示其凝胶强度越差[ 18] , 而
凝胶强度在很多情况下是衡量琼胶质量好坏的一个
重要指标 ,所以提高琼胶产率 ,往往意味着降低琼胶
的质量。作者在实验中采用的微波或超声辅助的方
法可以在提高琼胶产率的同时 , 降低硫酸基质量分
数 ,得到质量较好的琼胶产品。另外 , 活性实验还表
明微波与超声辅助法提取的琼胶具有活性 , 而其它
各琼胶样品均不表现活性(另文发表)。
4　结论
作者探讨了几种提取琼胶的方法 , 首次采用微
波和超声法对这种用途颇广的琼胶进行了提取与性
能测定 ,通过与传统方法的比较 , 发现用微波和超声
辅助法可明显提高多糖的提取率和多糖质量分数 ,
降低硫酸基质量分数。传统方法提高多糖的产率总
是不可避免地导致其凝胶强度下降 , 采用微波和超
声法可同时提高琼胶产率和琼胶的凝胶强度。
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Study on extraction method of agar from Gracilaria lemaneiformis
XU E Zhi-xin1 , 2 , 3 , YANG Gui-peng3 ,WANG Guang-ce2
(1. College o f Chemical Enginee ring , Qingdao Univer sity , Qingdao 266071 , China;2. Institute t o f Oceano lo gy ,
Chinese Academy of Sciences , Qingdao 266071 , China;3. Co llege o f Chemistry and Chemical Engineering , O-
cean Univer sity of China , Qingdao 266003 , China)
Received:Jan. , 20 , 2006
Key words:Graci lar ia lemanei formis;agar;ext raction;alkai-t reatm en t;microw ave;ult rasonic t reatment
Abstract:Agar is a po ly saccha ride complex ext racted from the agarophy te member s of Rhodophy ta and it
is widely used in pharmaceutical , co sme tics and food industries. Several expe rimental methods fo r aga r e xt rac-
tion from Gracilaria lemanei f ormis were studied in this paper. The effects o f alkali , microw ave , and ultr ason-
ic treatments on the agar yield , sulfa te content and po ly saccharide content w ere investiga ted. The re sults ob-
tained showed that the alkali treatment could decrease the agar yield a s well as the sulfate content;the agar
y ield and the sulfa te content we re negative ly affected by the increase of the NaOH concentration;on the con-
trary , the mic row ave and ultrasonic treatments could increase the agar yield as w ell as the sulfate content;the
agar yield and the sulfa te content wer e incr eased with the increasing o f microw ave and ultrasonic trea tment
time. M oreover , the sta tes of the a lg a befo re and af te r alkali treatment w ere observ ed in micro scopica l and
macroscopical conditions.
(本文编辑:张培新)
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