全 文 ：铜藻多糖的提取工艺优化及其保润性能
杨 君 1，黄芳芳 *1，叶超凡 2，邵 平 2，孙培龙 2
1. 浙江中烟工业有限责任公司，杭州市中山南路 77号 310008
2. 浙江工业大学生物与环境工程学院食品系，杭州市潮王路 18号 310014
摘要：采用响应面分析法对铜藻（Sargassum horueri）多糖提取条件进行了优化，并考察了其对烟丝保润性
能的影响。结果表明：①最优的提取条件为：水料比 56.7 mL/g，超声功率 480 W，提取时间 25 min，占空
比 1:1，铜藻多糖得率为 10.82%。②铜藻多糖在低湿条件下能够降低烟丝的失水率和失水速率，在高湿条
件下能有效地减缓烟丝对水分的过量吸收，对烟丝具有较好的保润效果和防潮性能。
关键词：铜藻多糖；超声提取；响应面；卷烟；保润性能
中图分类号：TS656+.5 文献标识码：A 文章编号：1002-0861（2013）04-0037-05
基金项目：浙江省重大科技项目“浙江海洋藻类新型保润添加剂关
键技术研究及其中试”（2011C12040）；浙江中烟工业有限责任公司
科技项目“浙江海洋藻类卷烟保润剂研究”（ZJZY2010C00102）。
作者简介：杨君（1972—），硕士，工程师，主要从事卷烟香精香料，
烟草化学成分等研究。E-mail：yangjun@zjtobacc.com；*通讯作者：
黄芳芳 E-mail：huangff@zjtobacco.com
收稿日期：2012-10-15
责任编辑：洪广峰 E-mail：hgf@ztri.com.cn
电话：0371-67672660
Optimization of Conditions for Sargassum Horneri Polysaccharides Extraction and its Moisture
Retentivity
YANG Jun1, HUANG Fangfang*1, YE Chaofan2, SHAO Ping2, and SUN Peilong2
1. China Tobacco Zhejiang Industrial Co., Ltd., Hangzhou 310008, China
2. Food Department, College of Biology and Environmental Engineering, Zhejiang University of Technology,
Hangzhou 310014, China
Abstract: The conditions for polysaccharides extraction from Sargassum horneri were optimized with response
surface analysis, and the effects of the extract on the moisture retentivity of cut tobacco were investigated. The
results showed that: 1) The optimal conditions for extracting polysaccharides from Sargassum horneri were:
water-material ratio 56.7 mL/g, ultrasonic power 480 W, extraction time 25 minutes and duty ratio 1∶1. The
yield of polysaccharides was 10.82% . 2) The polysaccharides of Sargassum horneri could reduce the rate and
velocity of moisture desorption of cut tobacco in low humidity condition and effectively slow down the excess
moisture absorption of cut tobacco at high humidity condition, which improved moisture retentivity and
humidity resistance of cut tobacco.
Keywords: Sargassum horneri polysaccharide; Ultrasonic extraction; Response surface method; Cigarette;
Moisture retentivity
烟草科技 / Tobacco Science & Technology 2013 年第 4 期（总第 309 期）
铜藻（Sargassum horueri）俗称“丁香屋”，属于暖温带
性大型褐藻，不仅是藻胶工业的优质原料，在医药、食
品、饲料、有机肥料等行业也被广泛应用，商业价值较
高［1］。目前，国内外关于铜藻的研究主要集中在养殖
技术和营养成分方面，袁清香等［2］从海南铜藻中分离
得到 4 个甾醇类化合物，并对其结构进行了鉴定；朱亚
珠等［3］对铜藻膳食纤维提取条件进行研究，最佳工艺
条件下提取的铜藻膳食纤维的产率达到 35.4%；王作芸
等［4］曾从铜藻中分离褐藻糖胶、褐藻淀粉和褐藻酸钠 3
种粘多糖成分。但铜藻多糖在卷烟中的应用未见相关
报道。因此，选取南麂列岛产铜藻为研究对象，采用响
应面法优化超声波辅助提取铜藻多糖的工艺条件，旨
在开发新型卷烟保润剂。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂和仪器
铜藻（2011 年 9 月采自浙江温州平阳县南麂列岛）；
烟草化学 / Tobacco Chemistry
37
“利群”牌卷烟烟丝（一类烟，浙江中烟工业有限责任公
司提供）。浓硫酸、盐酸（衢州巨化试剂有限公司）；硫
酸铜、硫酸钾（上海振欣试剂厂）；石油醚（沸程 60~
90 ℃，北京长海化工厂）；氢氧化钠、硼酸（杭州萧山化
学试剂厂）；苯酚（杭州双林化工试剂厂）；葡萄糖（广东
光华化学厂有限公司）；甲基红-溴甲酚绿混合指示剂
（上海国药集团化学试剂有限公司），以上试剂均为分
析纯。
VAP30 半自动凯氏定氮仪（德国 Gerharat 公司）；
SCT-02 索式抽提仪（杭州汇尔仪器设备有限公司）；
HH-2 数显恒温水浴锅（金坛市江南仪器厂）；BGZ-140
电热恒温烘箱（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；
AL104 电子天平（感量：0.0001 g，瑞士 Mettler Toledo 公
司）；SHB-ⅢA 型循环水真空泵（杭州大卫科教仪器有
限公司）；SX2-8-10 箱型电阻炉（浙江省嘉兴电炉厂）；
双层铁皮电炉（浙江省嘉兴市风桥电热器厂）；FS-1200
型直插式超声波细胞破碎器（上海生析超声仪器有限
公司）；V-1800PC 型可见分光光度计（上海美谱达仪器
有限公司）；QT-2 漩涡振荡混合器（上海琪特分析仪器
有限公司）；DJ-04 型中药粉碎机（上海淀久中药机械制
造有限公司）；CR21GⅡ型高速冷冻离心机（日本 Hitachi
公 司）；ALPHA2-4LD plus 型 真 空 冷 冻 干 燥 机（德 国
Christ 公司）；HWS-150 型恒温恒湿箱（上海森信实验仪
器有限公司）；干燥器（自制）。
1.2 方法
1.2.1 铜藻主要成分测定［5-6］
将铜藻用水反复冲洗，阴干，放入 60 ℃烘箱中烘干
后粉碎，干燥保存备用。采用凯式定氮法、索式抽提
法、常规分析法和酸碱洗涤法分别测定铜藻中蛋白质、
脂肪、灰分和粗纤维含量。
1.2.2 铜藻多糖提取
（1）超声辅助提取铜藻总糖的工艺流程。铜藻粉末
→超声辅助提取→离心→上清液→定容→测多糖含
量。
（2）铜藻多糖含量及提取率测定。以葡萄糖作为标
准品，先采用苯酚-硫酸法测定总糖含量，再采用 DNS
法测定还原糖含量［7］。多糖含量及提取率分别按下式
计算：多糖含量=总糖含量-还原糖含量；多糖提取率=
［多糖干品质量（g）/原料质量（g）］×l00%。
1.2.3 铜藻多糖保润性能测定
（1）样品前处理。将“利群”牌卷烟烟丝在温度
（22±1）℃，相对湿度（60±2）%条件下平衡 48 h。取 120 g
平衡后的烟丝分为 2 份，其中 1 份喷洒 0.1%铜藻多糖提
取液，另 1 份喷洒等量的蒸馏水，然后于温度（22±1）℃，
相对湿度（60±2）%条件下平衡 48 h。
（2）添加铜藻多糖烟丝的吸湿保湿性能测定。将平
衡后的烟丝分别置于温度（22±1）℃、相对湿度（40±
2）%和温度（22±1）℃、相对湿度（80±2）%的硫酸干燥器
中。将每次取出的样品（烟丝+称量瓶）进行称量（精确
至 0.0001 g），前两天每天取样 2 次，之后每天取样 1 次，
至质量恒定。根据样品起始含水率和各时间点样品与
起始样品的质量差计算样品的即时含水率。每组测得
的两份数据取平均值。即使含水率 W 计算公式如下：
W =（m1-m2）/（m1-m0）× 100%
式中：W——试样的水分质量百分含量，%；m0——称量皿
质量，g；m1——烘干前称量皿和试料总质量，g；m2——烘干
后称量皿和试料总质量，g。
（3）初始含水率测定。将上述烟丝烘干至质量恒
定，按照烘箱法［8］测量其含水率，即为初始含水率。
2 结果与讨论
2.1 铜藻主要成分
铜藻主要成分测定结果如下：粗蛋白 18.11%，粗脂
肪 1.43% ，碳 水 化 合 物 55.42% ，粗 纤 维 7.22% ，灰 分
17.82%。
2.2 铜藻多糖提取工艺优化
2.2.1 超声波辅助提取铜藻多糖的单因素试验
影响铜藻多糖提取率的因素较多，主要有超声功
率、提取温度、提取时间、水料比和占空比等［9］。在进
行响应面分析前，先通过单因素实验来选取实验因素
与水平［10］。
（1）水 料 比 对 铜 藻 多 糖 提 取 率 的 影 响 。 水 料 比
（mL/g，下同）一直是超声辅助提取多糖中影响提取率
的重要因素［11］，因此，在以水为溶剂、超声功率 480 W、
提取时间 30 min 条件下，考察水料比对铜藻多糖提取
率的影响，结果如图 1 所示。从图 1 可知，水料比对铜
藻多糖提取率的影响较为明显，随着水料比不断增大，
多糖提取率逐渐增大，在 60 mL/g 时多糖提取率最高，
然后开始下降。这可能是由于提取液比例过大导致超
声波辐射被溶剂大量吸收，不能完全作用于物料，从而
影响多糖提取率［12］。因此，选择水料比为 60 mL/g。
图 1 水料比对铜藻多糖提取率的影响
38
（2）提取时间对铜藻多糖提取率的影响。从图 2 可
知，随着时间的延长，铜藻多糖的提取率逐渐增大，20 min
后趋于稳定，因此，综合考虑提取率和能耗，选择提取
时间为 20~30 min。
图 2 提取时间对铜藻多糖提取率的影响
（3）超声功率对铜藻多糖提取率的影响。从图 3 可
知，超声功率对铜藻多糖提取率的影响与提取时间类
似，随着超声功率的提高，铜藻多糖的提取率也不断升
高，在 480 W 之后升速减缓，综合考虑提取率和能耗，
选择超声功率为 480~500 W。
图 3 超声功率对铜藻多糖提取率的影响
（4）占空比对铜藻多糖提取率的影响。由图 4 可
知，相对于提取时间、水料比和超声功率而言，占空比
对铜藻多糖提取率的影响较小，提取时选择占空比为 1∶1。
图 4 占空比对铜藻多糖提取率的影响
2.2.2 铜藻多糖提取工艺参数的响应面法优化
根据 Box-Benhnken 中心组合试验设计原理［13］，综合
单因素实验的结果，选取水料比、提取时间、超声功率 3
个重要影响因素，在单因素试验的基础上采用 3 因素 3
水平的响应面分析方法，实验结果见表 1。
表 2 是铜藻多糖提取率的多项式拟合模型的方差
分析结果。F 值检验表明，该模型具有较高的 F 值（F=
13.19）和较低的 P 值（P=0.0013），表明该模型极显著。
因此可以用该回归方程代替实验真实点对实验结果进
行分析。R2Adj 用来检验回归方程拟合度，其值为 0.8727，
说明有 13%的变化不能由该模型解释。同时，证明了该
模型数据之间具有高度相关性。CV 较低也说明该模型
具有较好的精度和可靠性。
通过软件分析得到以铜藻多糖得率为响应值的最
优方程因素代码形式为：
Y=10.64 + 0.17A + 0.60B + 0.10C-0.59AB + 0.32AC-0.20BC -
0.36A2 - 0.57B2 - 0.64C2
实际因素形式为：
Y=-17.28550 + 0.37303A + 0.075470B + 0.18751C-5.87500 ×
10-4AB+1.60000×10-3AC-9.87500×10-3BC-3.61500×10-3A2-5.74000×
10-5B2-1.59125×10-3C2
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
时间 A/min
0（30）
0
0
0
1（40）
-1（20）
-1
-1
0
0
1
0
0
1
1
0
-1
功率 B/W
0（400）
0
1（500）
-1（300）
-1
1
0
0
0
0
0
1
-1
0
1
0
-1
水料比 C/（mL/g）
0（60）
0
1（80）
1
0
0
1
-1（40）
0
0
-1
-1
-1
1
0
0
0
提取率 /%
10.50
11.21
9.97
9.02
9.91
10.67
9.26
9.63
10.38
10.38
9.38
10.23
8.49
10.29
9.79
10.72
8.44
误差
来源
回归
A
B
C
AB
AC
BC
A2
B2
C2
残差
失拟项
纯误差
总和
标准差
9.19
0.23
2.88
0.082
1.38
0.41
0.16
0.55
1.39
1.71
0.54
0.056
0.49
9.73
R2=0.9443
自由度
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
4
16
R2Adj=0.8727
方差
1.02
0.23
2.88
0.082
1.38
0.41
0.16
0.55
1.39
1.71
0.077
0.019
0.12
CV（%）=2.81
F值
13.19
3.03
37.21
1.06
17.84
5.29
2.02
7.11
17.92
22.04
0.15
P值
0.0013
0.1252
0.0005
0.3375
0.0039
0.0549
0.1986
0.0322
0.0039
0.0022
0.9227
显著
性①
**
**
**
*
**
**
表 2 方差分析结果
注：①**P<0.01，*P<0.05。
表 1 超声波辅助提取铜藻多糖响应面试验设计方案及试验
结果
39
响应面的三维和二维等高线图是表示回归方程的
图形，提供了一个可视化的方法来反映每个变量的实
验水平和两个测试变量之间的交互作用关系。从图 5
和图 6 中看出，延长提取时间可显著增加提取率，提取
时间（A）对用超声辅助提取铜藻多糖的影响最为显著，
曲线较陡峭。提取时间对功率和水料比的交互作用比
较明显。该结论和 Zhong 等［14］采用响应曲面法优化桂
圆多糖超声提取效率的研究结果较类似。由图 7 可知，
功率和水料比的交互作用不是很显著，二维等高线较
圆。根据对响应面图的分析及 Design-Expert 软件的优
化分析，当水料比为 56.7 mL/g，超声功率为 480 W，提取
时间为 25 min，占空比为 1:1 时，超声辅助提取铜藻多糖
的理论提取值为 10.82%。在此最优条件下，3 组验证实
验的提取率分别为：10.73%，10.75%，10.89%，与理论值
基本一致。
图 5 Y=f（A，B）的响应面与等值线
图 6 Y=f（A，C）的响应面与等值线
图 7 Y=f（B，C）的响应面与等值线
2.3 铜藻多糖对烟丝保润性能的影响
为考察铜藻多糖的保润性能，对添加铜藻多糖的烟
丝及其空白对照烟丝在温度（22±1）℃、相对湿度（40±
2）%和温度（22±1）℃、相对湿度（80±2）%条件下的解湿
和吸湿情况进行了测试［15］。结果显示：在低湿条件下
（图 8），空白对照烟丝的含水率下降快于添加铜藻多糖
的烟丝，在 80 h 内，即时含水率下降较快，之后降速放
缓并趋于稳定；在高湿条件下（图 9），空白对照烟丝的
含水率增加高于添加铜藻多糖的烟丝，在 50 h 内，含水
率上升较快，之后趋于稳定。综上所述，铜藻多糖具有
一定的保润和防潮功能，在低湿条件下具有相对较慢
的解湿速率，同时在高湿条件下具有相对较低的吸湿
速率。
图 8 烟丝在低湿条件下含水率随时间的变化
图 9 烟丝在高湿条件下含水率随时间的变化
3 结论
超声波辅助提取铜藻多糖最佳工艺参数为：水料比
为 56.7 mL/g，超声功率为 480 W，提取时间为 25 min 时，
占空比为 1:1，多糖提取率达到 10.82%。铜藻多糖能够
在低湿条件下降低烟丝的失水率和失水速率，在高湿
条件下有效地减缓烟丝对水分的过量吸收，具有一定
的保润、防潮功能。
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