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不同方法提取雪莲果多糖工艺的优化研究



全 文 :黑龙江农业科学2014(7):106~110
Heilongjiang Agricultural Sciences
不同方法提取雪莲果多糖工艺的优化研究
郭香凤,侯典云,张玉先,徐金龙,史国安
(河南科技大学,河南 洛阳471003)
摘要:为确定雪莲果多糖提取的最佳条件,研究了热水提取、微波提取和超声波提取3种方法从雪莲果干粉中
提取多糖的最佳工艺条件。结果表明:3种方法在最佳条件下雪莲果多糖得率高低顺序为:超声波法>微波
法>热水法。影响微波法提取的各因素作用高低顺序为:料液比>提取温度>提取时间,提取多糖的最佳条
件为料液比1∶25、温度90℃、时间35min,多糖得率为3.24%。超声波法提取多糖的各因素顺序为:提取时
间>料液比>提取温度,提取多糖的最佳条件为料液比1∶25、温度75℃、时间50min,多糖得率为3.42%。
通过紫外吸收光谱分析可知,所得粗多糖产品的纯度较高。
关键词:雪莲果;多糖;热水提取;微波提取;超声波提取
中图分类号:TQ461   文献标识码:A   文章编号:1002-2767(2014)07-0106-05
收稿日期:2014-03-12
基金项目:国家自然科学基金资助项目(31372098);河南科
技大学大学生SRTP资助项目(2009131)
第一作者简介:郭香凤(1964-),女,河南省渑池县人,硕士,
副教授,从事农产品贮藏加工与采后生物学研究。E-mail:
gxfeng40@163.com。
通讯作者:史国安(1963-),男,河南省伊川县人,博士,教授,
从事生物化学与植物资源利用研究。E-mail:gashi1963@
126.com。
  雪莲果(Smallanthus sonchifolius)是原产于
南美洲安第斯山脉的菊科多年生草本植物的块
根,在当地是一种常见的水果,其味甜,但是热量
不高[1]。雪莲果含有20多种人体必需的氨基酸、
丰富的矿物质及大量可溶性纤维,属低热食品,能
有效降低血糖和血脂,清理肠胃并治疗高血压,特
别适合糖尿病人和减肥者食用[1-3]。雪莲果根含
有大量的水分及糖类,主要是菊糖和低聚果糖,作
为一种优良的膳食纤维,可促进肠道蠕动、润肠通
便、防止便秘、降低体内致癌化合物含量;还可作
为人体内益生菌(主要是双歧杆菌)的增殖因子,
增加益生菌的数量,抑制有害微生物的生长,维持
肠道微生态平衡[4-6]。由于多糖[7-9]具有现代人青
睐的药理作用和国外成功的研究与使用经验,
2004年我国云南省成功的从原产地引种了雪莲
果,发展态势迅猛[10-11]。目前仅有少量的雪莲果
多糖的提取工艺研究报道[12-13]。该文通过对传
统的热水提取法与微波提取法和超声波提取法进
行比较研究,从料液比、提取温度、提取时间3个
方面确定了雪莲果多糖提取的最佳条件,以期对
雪莲果资源的综合利用提供理论指导。
1 材料与方法
1.1 材料
供试雪莲果取于洛阳市当地伏牛山区生产
基地。
供试试剂有活性炭、氯仿、正丁醇、无水乙醇、
磷酸等,均为分析纯试剂。
供试设备有小型三用水浴箱,北京西城区医
疗器械厂;GZX-GF101-3-BS-Ⅱ型电热恒温鼓风
干燥箱,上海贺德实验设备有限公司;WD800A
万能粉碎机,天津市泰斯特仪器有限公司;TL23
型微波炉,格兰仕电器有限公司;JY92-Ⅱ型超声
波细胞粉碎机,上海新芝生物技术研究所;pHS-
3C酸度计,金坛市荣华仪器制造厂;SHZ-A水浴
恒温振荡器,上海博迅实业有限公司医疗设备厂;
TU-1810紫外可见分光光度计,北京普析通用食
品有限责任公司;LD4-2型低速离心机,北京医用
离心机厂。
1.2 方法
1.2.1 雪莲果预处理 将新鲜的雪莲果洗净→
100℃下热处理5min→去皮、切片→60℃下烘
干→粉碎、过60目筛得雪莲果干粉→4℃冰箱中
储藏备用。
1.2.2 雪莲果粗多糖提取方法 雪莲果干粉加
水浸泡→采用不同方法提取(热水提取、微波提
取、超声波提取),过滤得滤液→石灰乳法除去纤
维滤渣和果胶,离心得上清液→sevag法除蛋白
质,重复3次,离心得上清液→活性炭脱色,重复
3次,过滤得滤液→浓缩至原体积的1/3→加入3
倍体积无水乙醇沉淀→4℃冰箱中放置24h后离
601
7期   郭香凤等:不同方法提取雪莲果多糖工艺的优化研究
心得滤饼→真空干燥后即得雪莲果粗多糖、称重。
(1)热水提取。精确称取5g雪莲果干粉,选
取料液比(A)、浸提温度(B)、浸提时间(C)进行3
因素3水平正交试验,粗多糖提取处理方法分别
得到雪莲果粗多糖并称重。热水浸提正交试验的
因素水平见表1。
表1 热水提取正交试验因素水平
Table 1 Factors and levels of the orthogonal
test by hot water extraction
水平
Levels
因素Factors
A料液比
Solid-liquid ratio
B温度/℃
Temperature
C时间/min
Time
1  1∶15  70  40
2  1∶20  80  60
3  1∶25  90  80
  (2)微波提取。精确称取5g雪莲果干粉,选
取料液比(A)、微波处理温度(B)、微波处理时
间(C)进行3因素3水平正交试验,按粗多糖提
取处理方法分别得到雪莲果粗多糖并称重。微波
浸提正交试验的因素水平见表2。
表2 微波提取正交试验因素水平
Table 2 Factors and levels of the orthogonal
test by microwave extraction
水平
Levels
因素Factors
A料液比
Solid-liquid ratio
B温度/℃
Temperature
C时间/min
Time
1  1∶15  70  25
2  1∶20  80  35
3  1∶25  90  45
  (3)超声波提取。精确称取5g雪莲果干粉,
选取料液比(A)、超声波处理温度(B)、超声波处
理时间(C)进行3因素3水平正交试验,按粗多
糖提取处理方法分别得到雪莲果粗多糖并称重。
超声波浸提正交试验的因素水平见表3。
表3 超声波提取正交试验因素水平
Table 3 Factors and levels of the orthogonal
test by ultrasonic extraction
水平
Levels
因素Factors
A料液比
Solid-liquid ratio
B温度/℃
Temperature
C时间/min
Time
1  1∶15  75  30
2  1∶20  85  40
3  1∶25  95  50
1.2.3 雪莲果粗多糖含量测定 将所得产品溶
于水,利用DNS比色法,以葡萄糖为标准品,测定
提取液中粗多糖含量,计算粗多糖得率。
粗多糖得率(%)=试验得到多糖的质量/称
取原料的质量×100
2 结果与分析
2.1 热水提取法条件的优化
表4可知,影响热水提取的各因素作用主次
顺序为A>B>C,即料液比>提取温度>提取时
间。热水提取的最佳工艺条件是A2B2C2,即料液
比1∶20,热水提取温度80℃,热水提取时间
60min。与试验中得率最高的组合A2B2C3相比,
差异主要表现在热水浸提的时间缩短。二者之间
的验证试验结果表明,A2B2C2的粗多糖得率均值
为3.033%,A2B2C3的得率均值为3.072%,且两
者差异不显著。为了能充分的提取雪莲果粗多
糖,试验选择 A2B2C3作为最佳工艺,即料液比
1∶20,热水提取温度80℃,热水提取时间80min。
表4 热水提取正交试验结果
Table 4 Results of the orthogonal test by hot water extraction
序号
No.
A料液比
Solid-liquid ratio
B温度/℃
Temperature
C时间/min
Time
得率/%
Yield rate
1  1  1  1  2.57
2  1  2  2  2.86
3  1  3  3  2.62
4  2  1  2  2.86
5  2  2  3  3.07
6  2  3  1  2.90
701
     黑 龙 江 农 业 科 学 7期
续表4
Continuing Table 4
序号
No.
A料液比
Solid-liquid ratio
B温度/℃
Temperature
C时间/min
Time
得率/%
Yield rate
7  3  1  3  2.74
8  3  2  1  2.98
9  3  3  2  2.85
k1 2.683  2.723  2.817
k2 2.943  2.970  2.857
k3 2.857  2.790  2.810
R  0.260  0.247  0.047
2.2 微波提取法条件的优化
由表5可知,影响微波提取的各因素作用主
次顺序是A>B>C,即料液比>提取温度>提取
时间。微波提取的最佳工艺条件是A3B3C2,即料
液比1∶25,提取温度90℃,提取时间35min。
表5 微波提取正交试验结果
Table 5 Results of the L9(33)orthogonal test by microwave extraction
序号
No.
A料液比
Solid-liquid ratio
B温度/℃
Temperature
C时间/min
Time
得率/%
Yield rate
1  1  1  1  2.77
2  1  2  2  2.82
3  1  3  3  2.71
4  2  1  2  3.12
5  2  2  3  2.99
6  2  3  1  3.22
7  3  1  3  3.19
8  3  2  1  2.98
9  3  3  2  3.24
k1 2.767  3.027  2.990
k2 3.110  2.930  3.060
k3 3.137  3.057  2.963
R  0.370  0.127  0.097
2.3 超声波提取法条件的优化
由表6可知,影响超声波提取的各因素作用
主次顺序是C>A>B,即提取时间>料液比>提
取温度。超声波法提取的最佳工艺条件是
A3B1C3,即料液比1∶25,提取温度75℃,提取时
间50min。
表6 超声波提取正交试验结果
Table 6 Results of the L9(33)orthogonal test by ultrasonic extraction
序号
No.
A料液比
Solid-liquid ratio
B温度/℃
Temperature
C时间/min
Time
得率/%
Yield rate
1  1  1  1  2.62
2  1  2  2  2.83
3  1  3  3  3.01
4  2  1  2  3.15
801
7期   郭香凤等:不同方法提取雪莲果多糖工艺的优化研究
续表6
Continuing Table 6
序号
No.
A料液比
Solid-liquid ratio
B温度/℃
Temperature
C时间/min
Time
得率/%
Yield rate
5  2  2  3  3.39
6  2  3  1  2.71
7  3  1  3  3.42
8  3  2  1  2.94
9  3  3  2  3.36
k1 2.820  3.063  2.757
k2 3.083  3.053  3.113
k3 3.240  3.027  3.273
R  0.420  0.037  0.517
2.4 3种提取方法的比较
由表7可知,在3种提取雪莲果粗多糖的方
法中,热水提取时使用的提取温度偏高,时间较
长,粗多糖得率相对较低;微波提取温度高时间
短,粗多糖得率较热水提取法提高了5.53%;超
声波提取时所采用的提取温度最低,操作更容易
控制,粗多糖得率最高,为3.42%,较热水提取和
微波提取的分别增加了11.4%和5.56%,提取效
率相对较高。
表7 3种雪莲果多糖提取方法的最高得率比较
Table 7 Comparison of three extractions on the highest polysaccharide
yields fromSmallanthus sonchifolius
提取工艺
Extraction processes
A料液比
Solid-liquid ratio
B温度/℃
Temperature
C时间/min
Time
得率/%
Yield rate
热水提取法大 Hot water extraction  1∶20  80  80  3.07
微波提取法 Microwave extraction  1∶25  90  35  3.24
超声波提取法 Ultrasonic extraction  1∶25  75  50  3.42
图1 雪莲果粗多糖的紫外吸收光谱
Fig.1 Ultraviolet absorption spectrogram of crude
polysaccharide fromSmallanthus sonchifolius
  从图1可看出,在3种方法最佳提取条件下,
雪莲果多糖经提取、纯化后得到的多糖外观呈微
黄色絮状固体、易吸湿、微甜、无臭、易溶于水。经
190~300nm紫外光谱扫描,260和280nm处均
未见吸收峰,表明提取的雪莲果多糖中没有多酚、
蛋白质和核酸的干扰,粗多糖纯化效果比较好。
3 结论与讨论
雪莲果实干基中糖类物质含量达90%以上,
主要是由低聚果糖、蔗糖、果糖和葡萄糖等低聚糖
类和单糖类物质组成,不含有淀粉,其中低聚果糖
是主要的功能性低聚糖类物质,其含量占其果实
干基的45%~65%,占雪莲果低聚糖总量的80%
~90%[7]。李冉冉等[13]研究表明雪莲果鲜基多
糖含量为0.563%。雪莲果低聚糖贮藏过程中容
易降解,其含量波动较大[14]。雪莲果多糖含量明
显较低聚果糖低,不同产地、不同贮藏条件和时期
下的雪莲果多糖差异较大[15]。
该研究以雪莲果干粉为原料,研究了热水、微
波和超声波3种方法提取雪莲果多聚果糖的最佳
工艺条件。结果表明:料液比、提取温度、提取时
间是影响雪莲果提取的重要因素。与传统的热水
提取法相比,微波法和超声波法提取多糖有缩短
901
     黑 龙 江 农 业 科 学 7期
时间、节省能源及提高效率的优点,而超声波提取
法与微波提取法相比效率更高。影响微波提取的
各因素作用主次顺序是:料液比>提取温度>提
取时间,提取多糖的最佳条件为料液比1∶25,提
取温度 90℃,提取时间 35 min,多糖得率为
3.24%;影响超声波提取的各因素作用主次顺序
是:提取时间>料液比>提取温度,超声波法提取
多糖的最佳条件为固液比1∶25,提取温度75℃,
提取时间50min,多糖得率为3.42%。微波法和
超声波法提取雪莲果多糖的得率显著低于其水溶
性低聚糖,其中多次除蛋白及脱色等纯化步骤可
能是多糖损失的重要原因,需要在生产工艺的选
择时引起重视。通过光谱分析对粗多糖的紫外吸
收光谱的对比分析,间接证明所提取的物质为多
糖;提取所得产品外观呈微黄色絮状固体、易吸
湿、微甜、无臭、易溶于水,在260和280nm处均
未见吸收峰,表明样品中不含大分子蛋白质、多肽
和核酸,纯度较高。
参考文献:
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Optimization Research on Extraction Process of
Polysaccharide fromSmallanthus sonchifolius
GUO Xiang-feng,HOU Dian-yun,ZHANG Yu-xian,XU Jin-long,SHI Guo-an
(Henan University of Science and Technology,Luoyang,Henan 471003)
Abstract:In order to clear the best extraction conditions of polysaccharides fromSmallanthus sonchifolius,the
polysaccharide was extracted from dry powder of Smallanthus sonchifolius by hot water,microwave and ultra-
sonic extraction methods and the optimization conditions were studied.The results showed that under the opti-
mum conditions three methods were ranking as the extraction ratio of polysaccharide:ultrasonic extraction>
microwave extraction>hot water extraction.The order of affecting factors on microwave extraction was solid-
liquid ratio>extraction temperature>extraction time.The optimization conditions showed that the solid-liquid
ratio was 1∶25,the extraction temperature was 90℃,the time was 35minutes and the polysaccharide extraction
rate reached 3.24%.The order of affecting factors of ultrasonic extraction was extraction time>solid-liquid ra-
tio>extraction temperature,and the optimization conditions were showed that the solid-liquid ratio was 1∶25,
the extraction temperature was 75℃,the time was 50minutes and the polysaccharide extraction rate reached 3.
42%.Ultraviolet absorption spectrum showed that the polysaccharide was high purity.
Key words:Smallanthus sonchifolius;hot water extraction;microwave extraction;ultrasonic extraction
011