全 文 ：微波辅助提取雪莲果中低聚果糖的工艺优化
邓加聪，徐慧诠，郑虹，张文森，倪丽丹
（福建师范大学福清分校生物与化学工程系，福建福清 350300）
摘 要：雪莲果作为试验材料，利用微波辅助提取法对雪莲果中的低聚果糖进行提取。在单因素试验结果的基础上，采
用正交试验设计，对雪莲果中低聚果糖的提取工艺进行优化，获得其最佳的提取工艺参数为微波时间 180 s，微波功率
700W，提取温度 90℃，提取时间 80 min，液料比 40 ∶ 1（mL/g）。在此条件下，微波辅助提取低聚果糖的提取率为 51.33 %，
比未优化前 38.56 %的提取率提高了 0.33倍。
关键词：雪莲果；低聚果糖；微波辅助提取
The Process Optimization on the Extraction of Fructo-oligosaccharides from Yacon by
Microwave-assisted Extraction
DENG Jia-cong，XU Hui-quan，ZHENG Hong，ZHANG Wen-sen，NI Li-dan
（Biology and Chemistry Engineering Department，Fuqing Branch of Fujian Normal University，Fuqing 350300，
Fujian，China）
Abstract：The process on the extraction of fructo-oligosaccharides from yacon was studied using microwave
assisted extraction method. On the basis of single factor experiment， the extraction of fructo-oligosaccharides
from yacon were optimized by the orthogonal experimental design .The results showed that the optimal conditions
were microwave time 180 s， microwave power 700 W， extraction temperature 90 ℃， extraction time 80 min，
liquid material ratio 40 ∶ 1 mL/g. Under optimization conditions， the extraction rate of microwave assisted
extraction of oligosaccharide fructose was 51.33 %，and the extraction rate was 0.33 times more than 38.56 % of
before optimization.
Key words：yacon； fructo-oligosaccharides； microwave-assisted extraction
食品研究与开发
Food Research And Development
2016年 1月
第 37卷第 1期
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.01.023
基金项目：福建省自然科学基金项目（2015J01132）；福建省教育厅中
青年教师项目（JA15569）；福建省教育厅中青年教师教育科研项目
（JA11285）
作者简介：邓加聪（1981—），男（汉），副教授，在职博士生，研究方向：
微生物筛选及发酵优化。
雪莲果原产于南美洲委内瑞拉的一种多年生草
本植物[1]，雪莲果全身是宝，植株本身可以是饲料的原
料，叶片与花瓣可以用来泡茶，果实的营养价值较高，
不仅可以生吃、配菜，还可以加工成果脯、果酱、饮料
等[2-3]。雪莲果能够清凉退火、清热解毒，具有降低血压
血脂、美容养颜的功效[4]。
低聚果糖是一种很难被人体所消化的水溶性膳
食纤维，能够调理胃肠道功能、促进消化，低聚果糖还
具有清热降火、润肠通便、防治痘痘、提高人体免疫力
等多种功效，广泛应用于食品、保健品等行业。此外，
低聚果糖可部分代替抗生素，它在饲料、医药、植保等
方面均有较好的发展前景，将成为一种“绿色”的饲料
添加剂[5-7]。
目前在工业大批量生产中，低聚果糖主要是利用
酶法进行生产，但是这种方法消耗大，成本较高，因此
从低聚果糖含量较高的植物中直接提取成为一种趋
势。雪莲果是低聚果糖含量最高的植物[8-9]。雪莲果中
低聚果糖的提取方法主要有水浴提取法、匀浆辅助提
取法、超声波辅助提取法和微波辅助提取法[10-14]。
微波辅助提取法则是一种从里向外加热的方法，
微波通过偶极子转动和离子迁移两种方式作用，有选
择性地对体系中的不同物质进行加热，直接从物料中
分离出有效成分的方法[15]。微波提取技术是发展潜力
大，对从天然产物中有效成分进行提取有较高选择
工艺技术
90
性，并具有提取率高、省时省力、重现性好等特点[16-17]，
多种植物成分的提取中应用广泛。
本文首先进行微波时间、微波功率、液料比、提取
时间、提取温度五个因素的单因素试验，再根据其结
果设计正交试验，对利用微波辅助提取法对雪莲果中
低聚果糖的提取工艺参数进行优化，为雪莲果低聚果
糖的大批量生产提供了参考。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
新鲜雪莲果：购自福清市沃尔玛超市；葡萄糖、酒
石酸钾钠、氢氧化钠、3，5-二硝基水杨酸、苯酚、浓硫
酸、亚硫酸氢钠等试剂均为分析纯。
DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏
实验设备有限公司；WD800B微波炉：格兰仕有限公
司；HH-4型数显恒温水浴锅：江苏省金坛市荣华仪器
制造有限公司；722S可见分光光度计：上海精密科学
仪器有限公司。
1.2 方法
1.2.1 工艺流程
新鲜雪莲果→清洗，去皮，切碎→烘干（60 ℃）→
粉碎→称量→微波预处理→恒温水浴提取→过滤→
定容→测量
1.2.2 微波辅助提取条件的确定
影响微波辅助提取的因素有微波功率、微波时
间、提取温度、提取时间、液料比。
1.2.2.1 微波功率对雪莲果低聚果糖提取率的影响
以微波功率为变量（100、150、400、550、700 W），
控制其他试验条件不变（提取温度：80 ℃，提取时间：
60 min，液料比：50 ∶ 1 mL/g，微波时间：180 s）进行试
验，以确定最优微波功率。
1.2.2.2 微波时间对雪莲果低聚果糖提取率的影响
以微波时间为变量（120、150、180、210、240 s），控
制其他试验条件不变（提取温度：80 ℃，提取时间：
60 min，液料比：50 ∶ 1 mL/g，微波功率：550 W）进行试
验，以确定最优微波时间。
1.2.2.3 提取温度对雪莲果低聚果糖提取率的影响
以提取温度为变量（60、70、80、90、100℃），控制其
他试验条件不变（提取时间：60 min，液料比：50 ∶ 1 mL/g，
微波功率：550 W，微波时间：180 s）进行试验，以确定
最优提取温度。
1.2.2.4 提取时间对雪莲果低聚果糖提取率的影响
以提取时间为变量（20、40、60、80、100 min），控制
其他试验条件不变（提取温度：80℃，液料比：50 ∶ 1，微
波功率：550 W，微波时间：180 s）进行试验，以确定最
优提取时间。
1.2.2.5 液料比对雪莲果低聚果糖提取率的影响
以液料比为变量 [30 ∶ 1、40 ∶ 1、50 ∶ 1、60 ∶ 1、70 ∶
1（mL/g）]，控制其他试验条件不变（提取温度：80 ℃，
提取时间：60 min，微波功率：550 W，微波时间：180 s）
进行试验，以确定最优液料比。
1.2.3 正交试验设计
以微波功率、微波时间、提取温度、提取时间、液料
比为试验因素，设计五因素三水平的正交试验，选用
L18（37）正交表进行试验分析，其中 F、G两列为空白列，
各因素的水平参照单因素试验结果，正交表如表 1。
1.2.4 雪莲果还原糖、总糖含量的测定
还原糖、总糖含量的测定采用 DNS比色法[18]。
雪莲果中低聚果糖提取率的计算：
雪莲果低聚糖提取率/%=总糖含量/g-还原糖含量/g
原料/g × 100
2 结果与分析
2.1 单因素试验对雪莲果低聚果糖提取率的影响
2.1.1 微波功率对雪莲果低聚果糖提取率的影响
微波功率对雪莲果低聚果糖提取率的影响见
图 1。
由图 1可知，微波功率在 100 W至 550 W之间
时，低聚果糖的提取率随微波功率提高而明显增大，
微波功率达到 700 W时，低聚果糖提取率又有所下
降。这是由于微波辅助作用通过偶极子转动和离子迁
移两种方式从内向外加热，选择性地对雪莲果细胞分
子中的不同物质进行加热，使低聚果糖直接从细胞中
表 1 正交设计试验的因素与水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal design experiments
项目
A微波
时间/s
B微波
功率/W
C提取
温度/℃
D提取
时间/min
E液料比/
（mL/g）
1 120 400 70 40 30∶1
2 150 550 80 60 40∶1
3 180 700 90 80 50∶1
图 1 微波功率对雪莲果低聚果糖提取率的影响
Fig.1 Effect of microwave power on extraction of yacon FOS
39.50
39.00
38.50
38.00
37.50
37.00低
聚
果
糖
提
取
率
/%
100 700
微波功率/W
150 400 550
邓加聪，等：微波辅助提取雪莲果中低聚果糖的工艺优化工艺技术
91
分离出来，在一定范围内微波功率越高，提取率越高，
之后由于溶液中不同物质含量过高而阻碍了低聚果
糖的溶出，导致低聚果糖提取率降低。故微波辅助提
取法的最优微波功率在 400 W至 700 W之间。
2.1.2 微波时间对雪莲果低聚果糖提取率的影响
微波时间对雪莲果低聚果糖提取率的影响见图 2。
由图 2可知，微波时间在 120 s至 180 s之间，随
着时间的增加，提取率是明显增大的，这是由于微波
对植物细胞壁的破坏作用随着时间的增加而逐渐增
强，因而有助于多糖成分的溶解释放。180 s后，多糖的
提取率却不再随时间增加而增大，几乎持平，这主要
是因为微波作用使细胞中其他物质也大量溶出，对多
糖成分向溶剂的扩散释放起到阻碍效果。因此最优微
波时间选择在 120 s至 180 s之间。
2.1.3 提取温度对雪莲果低聚果糖提取率的影响
提取温度对雪莲果低聚果糖提取率的影响见图 3。
由图 3可知，提取温度逐步提升过程中，在未达
到 80℃之前，随着温度的提高，提取率也逐渐增大，但
是提取温度超过 80℃之后，提取率逐渐下降。这是因
为高温会引起多糖成分化学结构的变化，使之分解。
因此最优提取温度选择在 70℃~90℃之间。
2.1.4 提取时间对雪莲果低聚果糖提取率的影响
提取时间对雪莲果低聚果糖提取率的影响见图 4。
由图 4可知，提取率随提取时间的增加而呈现上
升趋势。20 min至 60 min之间的提取率随时间增加而
明显增大，60 min之后提取率的增加趋势减缓而不明
显，从节能角度考虑，最优提取时间在 40 min至 80 min
之间。
2.1.5 液料比对雪莲果低聚果糖提取率的影响
料液比对雪莲果低聚果糖提取率的影响见图 5。
由图 5可知，随着液料比的逐渐增大，提取率也
随之增大。但是在液料比大于 50 ∶ 1（mL/g）之后，提取率
的增大幅度明显变缓，这是由于液料比在 50 ∶ 1（mL/g）
时，植物细胞中的多糖已大部分溶出，即液料比在 50 ∶
1（mL/g）左右时提取率已达到最高值，从经济方面入
手，则最优液料比在 30 ∶ 1至 50 ∶ 1（mL/g）之间。
2.2 微波辅助提取法正交试验结果
根据微波功率、微波时间、提取温度、提取时间、
液料比这五个因素的单因素试验结果，设计五因素三
水平的正交试验，选用 L18（37）正交表进行试验分析，
其中 F、G两列为空白列，结果见表 2、表 3。
39.50
39.00
38.50
38.00
37.50
37.00低
聚
果
糖
提
取
率
/%
80 120 280
微波时间/s
160 200 240
图 2 微波时间对雪莲果低聚果糖提取率的影响
Fig.2 Effect of microwave time on extraction of yacon FOS
39.50
39.00
38.50
38.00
37.50
37.00低
聚
果
糖
提
取
率
/%
50 60 110
提取温度/℃
70 80 90 100
图 3 提取温度对雪莲果低聚果糖提取率的影响
Fig.3 Effect of extraction temperature on extraction of
yacon FOS
39.50
39.00
38.50
38.00
37.50
37.00低
聚
果
糖
提
取
率
/%
0 20 120
提取时间/min
40 60 80 100
图 4 提取时间对雪莲果低聚果糖提取率的影响
Fig.4 Effect of extraction time on the extraction of yacon FOS
39.50
39.00
38.50
38.00
37.50
37.00低
聚
果
糖
提
取
率
/%
30∶1 40∶1 70∶1
液料比/（mL/g）
50∶1 60∶1
图 5 液料比对雪莲果低聚果糖提取率的影响
Fig.5 Effect of ratio of liquid to meterial on extraction of
yacon FOS
处理号
A微波
时间
B微波
功率
C提取
温度
D提取
时间
E液料比
低聚果糖
提取率/%
1 1 1 1 1 1 36.09
2 1 2 2 2 2 38.04
3 1 3 3 3 3 41.57
4 2 1 1 2 2 36.27
5 2 2 2 3 3 37.89
6 2 3 3 1 1 39.62
7 3 1 2 1 3 37.78
8 3 2 3 2 1 38.23
表 2 正交试验设计与结果
Table 2 Orthogonal experimental design and results
邓加聪，等：微波辅助提取雪莲果中低聚果糖的工艺优化 工艺技术
92
处理号
A微波
时间
B微波
功率
C提取
温度
D提取
时间
E液料比
低聚果糖
提取率/%
9 3 3 1 3 2 40.14
10 1 1 3 3 2 38.42
11 1 2 1 1 3 38.39
12 1 3 2 2 1 39.15
13 2 1 2 3 1 37.53
14 2 2 3 1 2 38.66
15 2 3 1 2 3 38.24
16 3 1 3 2 3 37.62
17 3 2 1 3 1 39.03
18 3 3 2 1 2 41.32
T1 231.66 223.71 228.16 231.86 229.65 T=693.99
T2 228.21 230.24 231.71 227.55 232.85
T3 234.12 240.04 234.12 234.58 231.49
x1 38.61 37.29 38.03 38.64 38.28
x2 38.04 38.37 38.62 37.93 38.81
x3 39.02 40.01 39.02 39.10 38.58
R 0.98 2.72 0.99 1.17 0.53
续表 2 正交试验设计与结果
Continue table 2 Orthogonal experimental design and results
由表 2可知，根据 R值的差异，五个因素对雪莲
果低聚果糖提取率的影响力：B>D>C>A>E，即微波功
率 B对雪莲果低聚果糖的提取率影响力最大，提取时
间 D对其影响次之，而提取温度 C、微波时间 A、液料
比 E对提取率的影响则相对不明显，而最佳提取的参
数组合为 A3B3C3D3E2，即微波时间选择 180 s，微波功率
选择 700W，提取温度选择 90℃，提取时间选择 80min，
液料比选择 40 ∶ 1（mL/g）。
由表 3可知，微波功率 B的 F值达到极显著水
平，提取时间 D的 F值达到显著水平，而提取温度 C、
微波时间 A的 F值未达到显著水平但是接近显著水
平，液料比 E的 F值未达到显著水平。
2.3 验证试验结果与分析
由正交试验分析可知，利用微波辅助法提取雪莲
果低聚果糖的最优组合为：微波时间 180 s，微波功率
700 W，提取温度 90 ℃，提取时间 80 min，液料比 40 ∶
1（mL/g）。以此参数及未优化前[微波时间 180 s，微波
功率 400 W，提取温度 80 ℃，提取时间 60 min，液料比
50 ∶ 1（mL/g）]的提取参数进行实验，比较优化前后，雪
莲果低聚果糖提取率的变化。结果见表 4。
由表 4可知，优化前后，雪莲果中低聚果糖的提
取率提高了 0.33倍。同时发现采用微波辅助提取的方
法进行雪莲果低聚果糖的提取，其提取率明显高于其
他提取方法（水浴提取法 3.46 %[8]；匀浆辅助提取法
6.25 %[11]；超声辅助提取法 4.257 %[12]）。
3 结论
以雪莲果为试验材料，采用微波辅助法提取雪莲
果中的低聚果糖，通过对微波时间、微波功率、液料比、
提取时间、提取温度 5个因素进行单因素试验；在单因
素试验的基础上，进行正交设计试验，最终确定试验
条件的最优组合为：微波时间 180 s，微波功率 100 %
高火，提取温度 90 ℃，提取时间 80 min，液料比 40 ∶
1（mL/g），在该工艺参数下的低聚果糖提取率可高达
51.33 %，比未优化前 38.56 %的提取率提高了 0.33
倍。该工艺具有提取率高、操作简便等优点，为雪莲果
低聚果糖大规模生产提供了科学依据和参考。
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A 2.94 2 1.47 4.59 4.74 9.55
B 22.52 2 11.26 35.19** 4.74 9.55
C 3.00 2 1.50 4.69 4.74 9.55
D 4.19 2 2.10 6.56* 4.74 9.55
E 0.86 2 0.43 1.34 4.74 9.55
试验误差 2.25 7 0.32
总变异 35.76 17
表 3 正交试验的方差分析
Table 3 Variance Analysis of orthogonal experiment
项目 优化前提取率/% 优化后提取率/% 提取率提高倍数
低聚果糖 38.56 51．33 0.33
表 4 优化前后低聚果糖提取率的比较
Table 4 Compared to extraction of yacon FOS before and after
optimization
注：*为 P<0.05，差异显著；**为 P<0.01，差异极显著。
邓加聪，等：微波辅助提取雪莲果中低聚果糖的工艺优化工艺技术
93
类化合物含量越高，抗氧化效果越好。
3）我国蜂胶资源丰富，蜂胶中黄酮类化合物含量
很高，而黄酮类化合物是食品中主要的天然抗氧化剂
和添加剂。本试验也证实了蜂胶具有优良的抗氧化性
能，虽然将蜂胶作为天然抗氧化剂在食品工业中广泛
使用还有许多工作要做，比如固定的提取方法，急性
和慢性毒理学试验等，但是随着研究的深入，未来蜂
胶一定会成为很有前途的天然抗氧化剂。
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收稿日期：2014-08-04
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邓加聪，等：微波辅助提取雪莲果中低聚果糖的工艺优化 工艺技术
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