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工艺技术
《食品工业》2015 年第36卷第 10 期
雪莲果低聚糖的微波辅助提取工艺研究
蔡锦源1，陈玲1，张英2，熊建文1*，张鹏1
1. 广西科技大学鹿山学院（柳州 545616）；2. 广西科技大学（柳州 545006）
摘 要 采用微波辅助提取雪莲果中的低聚糖, 以雪莲果低聚糖提取率为考察指标, 通过单因素试验对提微波功
率、微波时间、解析剂比、提取温度、提取时间和液料比6个影响因素进行考察, 并对优选的主要影响因素进行正
交试验, 以优化最佳提取工艺条件。最佳提取工艺条件为: 液料比40︰1 (mL/g), 微波功率630 W, 提取温度80 ℃, 提
取时间60 min, 微波时间180 s, 解析剂比7︰1 (mL/g)。该工艺条件下低聚糖的提取率达52.87%。
关键词 雪莲果; 低聚糖; 微波辅助提取; 单因素试验; 正交试验
Study on the Microwave-assisted Extraction Technology for
Oligosaccharides from Yacon
Cai Jin-yuan1, Chen Ling1, Zhang Ying2, Xiong Jian-wen1*, Zhang Peng1
1. Lushan College of Guangxi University of Science and Technology (Liuzhou 545616);
2. Guangxi University of Science and Technology (Liuzhou 545006)
Abstract Oligosaccharides of Yacon was extracted by using microwave assisted extraction. With Oligosaccharides extraction
rate as index, the six factors of microwave power, microwave time, analytical agent ratio, extraction temperature, extraction
time and liquid than were studied by single factor experiment. The main factors were studied by orthogonal experiment in
order to optimize the best extraction technology conditions. The optimal extraction process was set as followings: liquid/solid
ratio of 40︰1 (mL/g), microwave power 630 W, extraction temperature 80 ℃, extraction time of 60 min, microwave time 180 s,
analytical agent ratio 7︰1 (mL/g). Under the optimum conditions, the extraction rate of oligosaccharides was 52.87%.
Keywords yacon; oligosaccharides; microwave assisted extraction; single factor experiment; orthogonal test
*通 讯 作 者 ； 基 金 项 目 ： 广 西 高 校 科 学 技 术 研 究 项 目
（2013LX094），广西科技大学鹿山学院科学基金项目
（2013LSZK04）
以低聚果糖为主要成分的雪莲果低聚糖以其优
异的生理功能为人们熟知，是一种颇具开发前途
的功能性低聚糖。低聚果糖占雪莲果低聚糖总量的
80%~90%，是一种很好的水溶性膳食纤维[1]。目前低
聚糖的提取纯化方法有：水浴提取法[2]、匀浆辅助提
取法[3]、酶提取法[4]、超声波辅助提取法[5]、微波辅助
提取法[6]以及膜分离技术[7-8]等。微波辅助提取是一种
非常具有发展潜力的新型提取技术，具有提取率高、
重现性好、节省时间、污染小等特点[9-10]。试验以雪
莲果低聚糖的提取率为指标，在采用单因素试验法对
微波辅助提取的微波时间、微波功率、解析剂比、液
料比、提取时间、提取温度6个主要影响因素进行试
验，并采用正交试验优选提取工艺条件，最后与热水
浴提取法进行比较研究，以期为雪莲果低聚糖的提取
方法提供科学的理论依据。
1　材料与方法
1.1　材料
1.1.1　原料
雪莲果（产地云南）。
1.1.2　试剂
氢氧化钠，酒石酸钾钠，苯酚，3, 5-二硝基水杨
酸，亚硫酸氢钠，浓硫酸，葡萄糖等均为分析纯。
1.1.3　仪器与设备
GZX-9070MBE电热恒温鼓风干燥箱：上海博讯
实业有限公司；FW100高速万能粉碎机：天津市泰斯
特仪器有限公司；JY1002（0.01 g）电子天平：上海
精密科学仪器有限公司；美的微波炉PJ21B：美的微
波炉制造有限公司；UV-1800紫外可见分光光度计：
日本岛津公司；HH-6数显恒温水浴锅：上海嘉展仪
器设备有限公司。
1.2　雪莲果低聚糖的提取工艺路线
新鲜雪莲果→洗净切片→恒温烘干（55 ℃）→粉
碎→过筛（40目）→称量→微波预处理→恒温水浴提
取→过滤-定容→比色测量→进行单因素试验和正交
试验→工艺优化与验证
1.3　总糖标准曲线的制作（苯酚-硫酸法）
精密称取103 ℃干燥至恒重的葡萄糖对照品100.0
mg，置1 L容量瓶中，加水适量使溶解，稀释至刻
度，摇匀，得0.1 mg/mL葡萄糖标准溶液。精密吸取
0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2和1.4 mL上述溶液加
入到已编号的容量瓶中，补水至2 mL，精密加入1.0
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mL 6%苯酚溶液，摇匀，迅速加入5.0 mL浓硫酸，摇
匀，在室温显色20 min，以空白对照校正零点，于490
nm处测定其吸光度。以吸光度为纵坐标，总糖质量
浓度为横坐标，绘制总糖的标准曲线，回归方程为：
Y1=45.443X1+0.021 7，R2=0.999 1。表明线性关系良
好，线性范围为0.002 5~0.017 5 mg/mL。
图1　总糖标准曲线
1.4　还原糖标准曲线的制作（DNS比色法）
取8支25 mL容量瓶，编号为1~8号。精密吸取0，
0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2和1.4 mL葡萄糖标准溶
液（1 mg/mL）加入到已编号的容量瓶中，补水至2
mL，精密加入1.5 mL DNS试剂。将各管摇匀，在沸水
浴中加热5 min，取出后立即冷却至室温，定容至25
mL。于540 nm波长下，以1号空白对照调零，分别读
取1~8号管的吸光度。以吸光度为纵坐标，还原糖质
量浓度为横坐标，绘制还原糖的标准曲线，回归方程
Y2=13.518X2-0.031，R2=0.999 8，线性关系良好，线性
范围为0.008~0.056 mg/mL。
图2　还原糖标准曲线
1.5　低聚糖的含量测定及其提取率的计算方法
将雪莲果粉末（1.00 g）经提取后得到的提取液
稀释至200 mL，精密量取1 mL样品溶液加入到25 mL
的容量瓶中，加入蒸馏水2 mL，精密加入1.5 mL DNS
试剂。将各管摇匀，在沸水浴中加热5 min，取出后立
即冷却至室温，再以蒸馏水定容至25 mL，摇匀，在
540 nm波长下测定其吸光度，根据还原糖标准回归方
程计算还原糖浓度，按式（1）计算还原糖含量；另
取1.0 mL雪莲果低聚糖提取液的稀释液于50 mL容量瓶
中稀释后，精密吸取1 mL样品溶液加入到容量瓶中，
加入1 mL蒸馏水，精密加入1.0 mL 6%苯酚溶液，摇
匀，迅速加入5.0 mL浓硫酸，盖上塞，摇匀，在室温
显色20 min，以空白校正零点，于490 nm处测定其吸
光度，根据总糖标准回归方程计算总糖浓度，按式
（2）计算总糖含量。雪莲果低聚糖提取率按式（3）
计算。
W还原糖=200×25×X2/1 000 （1）
W总糖=200×50×8×X1/1 000 （2）
E=（W总糖- W还原糖）/M×100% （3）
式中：W还原糖-还原糖含量，g；W总糖-总糖含量，
g；X1-总糖质量浓度，mg/mL；X2-还原糖质量浓度，
mg/mL；E-雪莲果低聚糖提取率，%；M-雪莲果投料质
量，g。
2　结果与分析
2.1　微波功率对雪莲果低聚糖提取率的影响
微波功率设置为420，490，560，630和700 W。
其他条件为：微波时间150 s，解析剂比6︰1（mL/
g），提取时间60 min，提取温度80 ℃，液料比40︰1
（mL/g）。试验结果如图3所示。由图3可知，微波功
率从420 W升到630 W时，雪莲果低聚糖提取率保持
快速增长，在630 W处达到最大值，这说明微波功率
增大，有利于低聚糖的浸出。但是微波功率太高，即
630 W以后，雪莲果低聚糖提取率呈下降趋势。由上
述分析可知，提取功率以630 W为宜。
图3　微波功率对提取率的影响
2.2　微波时间对雪莲果低聚糖提取率的影响
图4　微波时间对提取率的影响
微波时间考察水平设置为：60，90，120，150和
180 s。其他条件为：微波功率630 W，解析剂比6︰1
（mL/g），提取时间60 min，液料比40︰1（mL/g），
提取温度80 ℃。由图4可知，微波时间从60 s升到150
s时，雪莲果低聚糖提取率保持快速增长，在150 s处
达到最大值，这说明微波时间增大，有利于低聚糖的
浸出。但是，微波时间过长，即150 s以后，雪莲果
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低聚糖提取率呈下降趋势，原因可能是由于微波处理
时，大量水分蒸发后，物料被加热过多，导致物料局
部焦糊，低聚糖等被碳化。由上述分析可知，微波时
间以150 s为宜。
2.3　解析剂量对雪莲果低聚糖提取率的影响
解析剂比设置为：4︰1，5︰1，6︰1，7︰1和
8︰1（mL/g）。其他条件为：微波功率630 W，微波
时间150 s，提取时间60 min，液料比40︰1（mL/g），
提取温度80 ℃。由图5可知，解析剂比从4︰1升到6︰
1（mL/g）时，雪莲果低聚糖提取率保持快速增长，
在6︰1（mL/g）处达到最大值，这说明解析剂比越
大，有利于低聚糖的浸出。但是解析剂比过大，即
6︰1（mL/g）以后，雪莲果低聚糖提取率呈下降趋
势，原因可能是由于微波处理时，水分含量过多，
影响微波传热，导致物料被微波作用减弱，致使低
聚糖溶出量降低，因此解析剂比以6︰1（mL/g）
为宜。
图5　解析剂比对提取率的影响
2.4　提取时间对雪莲果低聚糖提取率的影响
提取时间考察范围为：40，60，80，100和120
min。其他条件为：微波功率630 W，微波处理时间
150 s，解析剂比6︰1（mL/g），提取温度80 ℃，液
料比40︰1（mL/g）。从图6可知，浸提时间在前
40~60 min内，雪莲果低聚糖提取率增长较快，在60
min处达到最大值。然而从60 min以后，提取率开始
呈缓慢下降趋势，原因可能是由于浸提时间过长，导
致部分低聚糖降解为单糖。因此，浸提时间以60 min
为宜。
图6　提取时间对提取率的影响
2.5　提取温度对雪莲果低聚糖提取率的影响
提取温度水平设置为60 ℃，70 ℃，80 ℃，90
℃和100 ℃。其他条件为：微波功率630 W，微波处
理时间150 s，解析剂比6︰1（mL/g），提取时间60
min，液料比40︰1（mL/g）。由图7可知，浸提温度
从60 ℃升到80 ℃时，雪莲果低聚糖提取率保持快速
增长，在80 ℃处达到最大值，这说明温度越高，有利
于低聚糖的浸出。但是温度太高，即80 ℃以后，雪莲
果低聚糖提取液的黏度会变大，对于固液分离是不利
的，会影响到水溶性雪莲果低聚糖的提取率，80 ℃以
后雪莲果低聚糖提取率呈下降趋势，原因可能是温度
过高导致低聚糖分解为单糖。由上述分析可知，提取
温度以80 ℃为宜。
图7　提取温度对提取率的影响
2.6　料液比对雪莲果低聚糖提取率的影响
液料比考察水平设置为20︰1，30︰1，40︰1，
50︰1和60︰1（mL/g）。其他条件为：微波功率630
W，微波处理时间150 s，解析剂比6︰1（mL/g），提
取时间60 min，提取温度80 ℃。从图8可以看出，液
料比越大，也即水越多，雪莲果低聚糖提取率越高。
但是，当液料比增加至40︰1（mL/g）以后，雪莲果
低聚糖提取率上升趋势非常缓慢。根据以上分析并考
虑生产成本（主要是后续的浓缩成本），液料比以
40︰1（mL/g）为宜。
图8　液料比对提取率的影响
2.7　微波辅助水浴提取正交试验结果
在单因素试验的基础上，在微波功率630 W，液
料比40︰1（mL/g）固定的条件下，选择不同的提取
温度，提取时间，微波时间，解析剂比为影响因素，
采用L9(34)进行正交试验设计，正交试验因素与水平表
如表1所示，正交试验结果见表2。
2.8　最优条件组合试验
由直观分析表2可以看出：在微波功率630 W，
液料比40︰1（mL/g）固定的条件下，提取温度
（A）＞解析剂比（D）＞提取时间（B）＞微波时
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间（C），最优工艺条件为：A2B2C3D3 ，即提取温度
80 ℃，提取时间60 min，微波时间180 s，解析剂比7︰
1（mL/g）。
2.9　验证试验
在优选工艺条件的基础上，按最优工艺：微波功
率630 W，液料比40︰1（mL/g），提取温度80 ℃，提
取时间60 min，微波时间180 s，解析剂比7︰1（mL/
g）进行3次提取试验，并用UV-1800分别测定每组试
验的低聚糖提取率，试验结果如表2所示。结果表
明：雪莲果低聚糖的平均提取率为52.87%，高于
正交试验表中的9个试验，表明该提取方法稳定，
可行。
表1　正交试验结果
试验
号
因素与结果
A 提取
温度/℃
B 提取时
间/min
C 微波
时间/s
D 解析剂比/
(mL·g-1)
低聚糖提
取率/%
1 1(70) 1(40) 1(120) 1(5∶1) 46.99
2 1 2(60) 2(150) 2(6∶1) 50.03
3 1 3(80) 3(180) 3(7∶1) 49.29
4 2(80) 1 2 3 51.43
5 2 2 3 1 51.23
6 2 3 1 2 50.86
7 3(90) 1 3 2 49.57
8 3 2 1 3 49.75
9 3 3 2 1 47.94
K1 48.77 49.33 49.2 48.733
K2 51.173 50.337 49.803 50.153
K3 49.09 49.367 50.03 50.157
R 2.403 1.007 0.83 1.434
表2　验证试验结果
试验号
1 2 3
低聚糖提取率/% 52.95 53.03 52.63
平均值/% 52.87
2.10　对比试验
表3　对比试验结果
影响因素及结果 方法a b
提取温度/℃ 80 80
提取时间/min 60 60
液料比/(mL·g-1) 40∶1 40∶1
微波功率/W 630 0
微波时间/s 180 0
解析剂比/(mL·g-1) 7∶1 0
低聚糖提取率/% 52.87 47.45
将微波辅助提取法（a）与热水浴提取法（b）进
行对比研究，试验结果如表3所示。两种方法对比发
现，采用微波辅助提取法提取雪莲果低聚糖，比热水
浴提取法的提取率高5.42%，即微波辅助提取法对雪
莲果低聚糖的提取效果显著优于热水浴提取法。
3　结论
通过系统地采用单因素试验法研究提取温度，提
取时间，液料比，微波功率，微波时间，解析剂量6
个因素对雪莲果低聚糖提取率的影响，并对提取温
度，提取时间，微波时间和解析剂比进行正交试验设
计分析。结果表明：微波辅助水浴提取雪莲果低聚糖
的最佳工艺条件为：液料比40︰1（mL/g），微波功
率630 W，提取温度80 ℃，提取时间60 min，微波时
间180 s，解析剂比7︰1（mL/g）。该工艺条件下的提
取率达52.87%。与热水浴提取法进行比较发现，微波
辅助提取低聚糖的提取效率显著优于热水浴提取法。
微波辅助提取法具有操作简便，提取率高，节省时
间，重现性好等优点，将其应用于雪莲果低聚糖的提
取，必将促进低聚糖产业的发展。
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