全 文 ：第 11 卷 第 5 期
2012 年 10 月
广州大学学报(自然科学版)
Journal of Guangzhou University(Natural Science Edition)
Vol． 11 No． 5
Oct． 2012
收稿日期:2012 － 04 － 15; 修回日期:2012 － 05 － 09
基金项目:广东省自然科学基金项目(06021574;04300677) ;广东省科技计划项目(2007B030701006;2008B030301245)资助．
作者简介:柯德森(1966 －) ，男，教授，博士． E-mail:desenke@ 21cn． com
文章编号:1671-4229(2012)05-0035-05
海水提取龙须菜琼胶的碱处理条件优化
柯德森，刘春媚，周子琳，巫锦雄
(广州大学 生命科学学院，广东 广州 510006)
摘 要:利用完全正交实验法对海水提取龙须菜琼胶工艺中的碱处理时间、温度及碱液浓度进行对比研究，通
过对琼胶样品中的硫酸基含量、出胶率和凝胶强度的测定，分析不同碱处理条件对龙须菜琼胶产品质量的影
响．实验结果表明，利用海水提取龙须菜琼胶的最佳碱处理条件: 碱处理温度 90 ℃，碱液浓度 8%，碱处理时间
60 min．此条件处理所得的龙须菜琼胶产品的平均凝胶强度比标准的琼胶样品的凝胶强度高 69. 08 g·cm －2 ．
关键词:龙须菜; 琼胶; 海水; 碱处理
中图分类号:Q 945. 78 文献标志码:A
琼胶是一种由红藻类海藻中提取的水溶性多
糖，具有优良的凝胶、增稠等性能，被广泛应用于
生物工程工业、食品工业、日用化工、轻工业、医药
科研等领域［1］． 目前生产琼胶的主要藻类是石花
菜属(Gelidium)、江蓠属(Gracilaria)等红藻［1 － 2］，
而利用江蓠属中的龙须菜(G． lemaneiformis)提取
的琼胶无论在出胶率还是质量上都优于一般的江
蓠藻类［3 － 4］．
在龙须菜提取琼胶的加工过程中需耗费大量
的淡水，每生产 1 t琼胶约耗费 700 t淡水［5］．而龙
须菜的养殖都在沿海地区，这些地区往往因缺乏
淡水而难以开展龙须菜琼胶的加工工艺，只能将
龙须菜干品以低廉的价格出售． 利用海水提取龙
须菜琼胶工艺的研究将使得在养殖地直接建厂生
产琼胶成为可能，这将大大降低龙须菜的运输成
本，节约淡水资源，对提高养殖户收入及增加相关
企业经济效益均有重大意义．
在对海水提取龙须菜琼胶的可行性的前期研
究中发现，工艺流程中碱处理条件是影响海水提
胶质量的关键因素［6 － 11］．为此，本实验利用完全正
交实验法，对海水提取龙须菜琼胶的碱处理工艺
进行研究，观察碱处理温度、碱处理时间和碱液浓
度对所提取琼胶的出胶率、硫酸基含量和凝胶强
度的影响，目的是确定海水提取龙须菜琼胶的最
佳工艺．
1 材料与方法
1． 1 实验材料
龙须菜干品:当年购于广东省南澳岛，除去杂
藻、泥砂、贝类等杂物备用． 标准市售琼脂样品:
Agar A，购于生工生物(上海)有限公司，标称凝胶
强度 1 100 g·cm －2 ． 海水:取自广州南沙港出海
口．淡水:自来水．
1． 2 龙须菜琼胶提取工艺
海水提取琼胶的工艺生产过程:碱处理、酸
化、提胶、除杂及漂白［12 － 14］． 其中碱处理条件设
计:8 g 龙须菜干品加入 200 mL NaOH 海水溶液
中，在一定的温度下按设计时间恒温保温，碱处理
条件见正交表(表 1、表 2)．
按各个正交实验条件碱处理后的酸化、提胶、
除杂漂白过程均按以下条件进行．
表 1 碱处理三因素三水平正交实验条件
Table 1 Orthogonal experimental conditions for alkali treat-
ment of three factors in three levels
水平
因素
温度 A/℃ 时间 B /min 碱浓度 C /%
1 A1(70) B1(60) C1(8)
2 A2(80) B2(90) C2(10)
3 A3(90) B3(120) C3(12)
广州大学学报(自然科学版) 第 11 卷
表 2 碱处理三因素三水平完全正交实验表
Table 2 Completely orthogonal experiment table for alkali
treatment of three factors in three levels
序号 组合 序号 组合 序号 组合
1 A1B1C1 10 A2B1C1 19 A3B1C1
2 A1B1C2 11 A2B1C2 20 A3B1C2
3 A1B1C3 12 A2B1C3 21 A3B1C3
4 A1B2C1 13 A2B2C1 22 A3B2C1
5 A1B2C2 14 A2B2C2 23 A3B2C2
6 A1B2C3 15 A2B2C3 24 A3B2C3
7 A1B3C1 16 A2B3C1 25 A3B3C1
8 A1B3C2 17 A2B3C2 26 A3B3C2
9 A1B3C3 18 A2B3C3 27 A3B3C3
注:以上每个条件重复实验 3 次．
酸化:将碱煮后的样品用海水水洗至 pH约为
9 的时候，放入 50 mL 2. 5% HCl 溶液中浸泡酸化
5 min．
提胶:将上述酸化后样品用海水水洗至中性，
加入 200 mL 海水置于高压灭菌锅中 120 ℃加热
1 h，趁热用 8层纱布过滤，得滤液平铺于玻璃板上
凝胶，烘干．
除杂及漂白:将上述干样品稍稍润湿，再从玻
璃板上刮下，用 150 mL淡水浸泡 2 h后，换新鲜的
淡水 150 mL再浸泡过夜． 捞出，置于保鲜膜上烘
干即为琼胶产品，用于以下各项质量指标的测定
和比较．
1． 3 琼胶的硫酸基含量测定方法
硫酸基的测定［15 － 16］:参照文献［15］略作修
改．准确吸取标准硫酸基溶液(0. 6 mg·mL －1)
0. 02、0. 06、0. 10、0. 14、0. 18、0. 20 mL，以 1 mol·
L －1 HCl补加至总体积为 0. 2 mL，再加入 3. 8 mL
3%三氯乙酸及 1 mL 1%氯化钡溶液．室温静置 15
min，以 1 mol·L －1 HCl 作空白，360 nm 测光吸收
值，据此做出标准曲线，标准曲线方程为 Y =
2. 106 3X(R2 = 0. 993 1)．
精确称取琼胶样品 100 mg，置于 50 mL 容量
瓶中，加入 20 mL 1 mol·L －1 HCl 溶液 于 100 ℃
水浴 3 h，冷却后用滤纸过滤，除去不溶物质即得
可用于硫酸基含量测定的琼胶样品． 余下同标准
曲线操作，从标准曲线查得样品中硫酸基含量．
1． 4 琼胶凝胶强度的测定方法［10］
将 1. 5%的琼胶样品或 1. 5%的标准市售琼
脂置于硬度计 (布洛维硬度计 HBRV-187. 5，为了
适应琼胶凝胶强度的测定，对其探头进行适应性改
造)上，缓慢施加压力，读取当琼胶样品表面被压破
的瞬间最大施加压力，琼胶强度表示为 g·cm －2 ．
1． 5 琼胶出胶率的测定［7 － 10］
将龙须菜琼胶及龙须菜烘干至恒重，然后按
照以下公式计算:出胶率 = (龙须菜琼胶干品干
重 /龙须菜干重)× 100% ．
2 结果与分析
2． 1 碱处理完全正交实验质量检测结果
按三因素三水平完全正交表(表 2)设计的条
件进行碱处理，测量不同条件碱处理后提取的龙
须菜琼胶的出胶率、硫酸基含量以及凝胶强度，以
此作为衡量产品质量的主要指标． 不同碱处理条
件下得到的龙须菜琼胶质量检测结果见表 3．
表 3 不同条件下的碱处理质量检测结果
Table 3 The quality test results for agar in different alkali
treatment conditions
碱处理
条件
出胶
率 /%
硫酸基
含量 /%
凝胶强度 /
(g·cm －2)
1 27． 87 0． 70 422． 15
2 22． 98 0． 53 779． 61
3 27． 94 0． 73 700． 66
4 28． 58 0． 60 463． 82
5 26． 58 0． 62 1 127． 19
6 27． 74 0． 57 824． 56
7 26． 65 0． 48 223． 54
8 27． 87 0． 50 169． 96
9 29． 99 0． 53 1 115． 13
10 21． 69 0． 56 174． 03
11 20． 60 0． 43 202． 91
12 24． 20 0． 45 934． 21
13 22． 21 0． 47 1 313． 60
14 23． 37 0． 38 1 089． 91
15 24． 14 0． 52 1 166． 67
16 24． 14 0． 17 712． 72
17 21． 88 0． 14 1 334． 43
18 24． 85 0． 24 1 039． 47
19 22． 66 0． 33 1 332． 24
20 22． 85 0． 40 1 387． 06
21 23． 88 0． 63 1 138． 16
22 18． 99 0． 60 2 069． 08
23 21． 31 0． 76 1 908． 99
24 20． 21 0． 55 1 242． 32
25 20． 34 0． 15 1 589． 91
26 17． 06 0． 19 1 839． 91
27 16． 09 0． 22 1 846． 49
注:以上碱处理条件序号对应正交实验(表 2)所示．
63
第 5 期 柯德森等:海水提取龙须菜琼胶的碱处理条件优化
2． 2 不同处理条件下的出胶率极差分析
根据表 3结果计算在不同碱处理温度、碱处理
时间及碱液浓度下的平均出胶率，并据此计算碱处
理温度、碱处理时间及碱液浓度变化所得到的出胶
率的极差，计算结果见表 4．从极差分析可见:就龙
须菜琼胶的出胶率而言，A、B、C的极差之比为 6. 98
∶0. 64∶1. 62，说明在实验范围内龙须菜琼胶的出胶
率主要受 A因素影响，其次是 C因素，影响最小的
因素是 B． 即各因素对出胶率的影响显著水平由
大到小顺序:碱处理温度(A)＞碱液浓度(C)＞碱
处理时间(B)．从表 3 可见，在实验范围内，碱处理
温度越低，出胶率越高，碱液浓度和碱处理时间对
出胶率的影响效果相对较小．因此，从出胶率角度
并考虑提取成本，选择最佳工艺条件应为 A1B1C1 ．
表 4 出胶率极差分析
Table 4 The range analyses of agar yield percentage
项目 A B C
Ⅰ 27． 36 23． 85 23． 68
Ⅱ 23． 01 23． 68 22． 72
Ⅲ 20． 38 23． 21 24． 34
R 6． 98 0． 64 1． 62
注:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示各因素对应的每个水平的平均检测值，R 表示
极差．
2． 3 不同处理条件下的琼胶硫酸基含量极差分析
根据表 3 结果计算在不同碱处理温度、碱处
理时间及碱液浓度下的平均硫酸基含量，并据此
计算碱处理温度、碱处理时间及碱液浓度变化所
得到的硫酸基含量的极差，计算结果见表 5． 从极
差分析可见:就龙须菜琼胶的硫酸基含量而言，A、
B、C的极差之比为 0. 21∶0. 27∶0. 06，说明龙须菜琼
胶的硫酸基含量主要受 B 因素和 A 因素影响，C
因素对硫酸基含量影响很小． 即各因素对硫酸基
含量的影响显著水平由大到小顺序:碱处理时间
表 5 硫酸基含量极差分析
Table 5 The range analyses of sulfate content
项目 A B C
Ⅰ 0． 59 0． 53 0． 45
Ⅱ 0． 37 0． 56 0． 44
Ⅲ 0． 42 0． 29 0． 49
R 0． 21 0． 27 0． 06
注:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示各因素对应的每个水平的平均检测值，R 表示
极差．
(B)＞碱处理温度(A)＞碱液浓度(C)．从表 3 可
以看出，在实验范围内，碱处理时间越短，碱处理温
度越低，琼胶的硫酸基含量就越高，碱液浓度对硫
酸基含量的影响效果不显著．其中硫酸基含量最低
的组合为 A2B3C1 ．
2． 4 不同处理条件下的凝胶强度极差分析
根据表 3 结果计算在不同碱处理温度、碱处
理时间及碱液浓度下的平均凝胶强度，并据此计
算碱处理温度、碱处理时间及碱液浓度变化所得
到的凝胶强度的极差，计算结果见表 6． 从极差分
析可见:就龙须菜琼胶的凝胶强度而言，A、B、C
的极差之比为 947. 51∶341. 39∶238. 74，说明龙须菜
琼胶的凝胶强度主要受 A 因素影响，B 因素和 C
因素的影响较小． 即各因素对龙须菜琼胶的凝胶
强度的影响显著水平由大到小顺序:碱处理温度
(A)＞碱处理时间(B)＞碱液浓度(C)．从表 3 可
以看出，在实验范围内，碱处理温度越高，碱处理
时间越长，碱液浓度越高，琼胶的凝胶强度越高，
其中实验得出的凝胶强度效果最好的组合:
A3B2C1 ．
表 6 凝胶强度极差分析
Table 6 The range analyses of gel strength
项目 A B C
Ⅰ 647． 40 785． 67 854． 59
Ⅱ 767． 26 1 127． 06 1 093． 33
Ⅲ 1 594． 91 1 096． 84 1 061． 65
R 947． 51 341． 39 238． 74
注:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示各因素对应的每个水平的平均检测值，R 表示
极差．
3 讨 论
综合以上结果，碱处理温度对龙须菜琼胶得
率、硫酸基含量以及凝胶强度的影响都是最大的，
这与赵谋明［6］和黄婷婷［8］等的研究结果一致． 在
实验范围内，碱处理温度越高，琼胶的凝胶强度越
高，硫酸基含量越低，出胶率越小． 温度提高到
90 ℃虽然使出胶率略为下降，但其下降幅度比较
小，而凝胶强度的上升却因此大大提高(表 3) ，所
以综合考虑，选择 90 ℃作为最佳的碱煮温度．
碱处理时间对出胶率和凝胶强度影响均较
小，这与黄婷婷［8］等的研究结果一致，而与赵谋
73
广州大学学报(自然科学版) 第 11 卷
明［6］的研究结果“碱处理时间对龙须菜琼胶质量
的影响效果较大”不一致．从节约能源和提高质量
的角度考虑，选最少的碱处理时间 60 min．
在赵谋明［6］设置的碱液浓度跨度较大，得出
的结果中碱液浓度对龙须菜琼胶的效果影响比较
大，而在本研究的实验范围内，碱液浓度对以上 3
项指标的影响均不大，于是选择最低的碱液浓度
8%来作为最佳的碱液浓度．
由此可见，海水提取龙须菜琼胶的最佳碱处
理条件为 90 ℃，60 min，8%碱液浓度．此条件下得
到的琼胶平均出胶率为 22. 66%，平均硫酸基含量
为 0. 33%，平均凝胶强度为 1 332. 24 g·cm －2 ．该
指标比市售的标准琼胶产品在同样浓度下
(1. 5%)的凝胶强度高 69. 08 g·cm －2，出胶率接
近黄婷婷等［8］用淡水提取龙须菜琼胶的最佳工艺
中的出胶率 23. 6% ．
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Optimal conditions of alkali treatment for agar extraction method
from Gracilaria lemaneiformis using seawater
KE De-sen，LIU Chun-mei，ZHOU Zi-lin，WU jin-xiong
(School of Life Sciences，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China)
Abstract:The treatment time，temperature and alkali concentration for alkali treatment of agar extraction meth-
od from Gracilaria lemaneiformis using seawater were comparatively studied with a completely orthogonal experi-
ment method． The sulfate content，agar yield percentage，and the gel strength of agar from G． lemaneiformis
were detected in order to evaluate the influence of different alkali treatment conditions on the product quality of
Gracilaria agar． The results showed that the optimal conditions of alkali treatment for the extraction of agar from
G． lemaneiformis using seawater were as the following:alkali treatment temperature of 90 ℃，the alkali concen-
tration of 8%，and the alkali treatment time of 60 min． The gel strength of the agar extracted under the condi-
tions was 69. 08 g·cm －2 higher than the standard agar samples．
Key words:Grcilaria lemaneiformis;agar;sea water;alkali treatment
【责任编辑:周 全】
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