全 文 ： 2009, Vol. 30, No. 20 食品科学 ※工艺技术60
草石蚕中水苏糖提取的脱色工艺研究
陈德经 1，韩 豪 1，郭 婷 2
(1.陕西理工学院 陕西省资源生物重点实验室，陕西 汉中 723000；2.陕西理工学院生物学院，陕西 汉中 723001)
摘 要：为了解决提取草石蚕中水苏糖脱色难问题，对鲜原料分别进行直接打浆法、开水浸烫法、微波法处理，
提取后用石灰澄清、磷酸中和、臭氧脱色、柱层析脱色。结果表明：原料处理采用直接微波 3min后加水方法较
好、经臭氧处理 25min后，脱色率可达 99.4%。水苏糖提取率 5.9%、提取回收率为 90.2%，用HPLC检测提取物
中水苏糖含量为 77.5%。
关键词：草石蚕；水苏糖；脱色；微波法
Decolorization of Stachyose Leached from Chinese Artichoke (Stachys sieboldii Miq.) Tubers
CHEN De-jing1，HAN Hao1，GUO Ting2
(1. Bio-resources Key Laboratory of Shaanxi Province, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723000, China；
2. School of Biological Sciences and Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, China)
Abstract ：Stachyose was leached from Chinese artichoke tubers by a sequence of microwave and beating treatments with the
addition of water. In order to achieve high decolorization ratio, the resulting supernatant after centrifugation was subjected to
clarification with lime and phosphoric acid (for adjusting pH) and ozone treatment, followed by anion exchange adsorption.
After condensation and drying, a final product with 77.5% purity was obtained, which was detected by HPLC. The decoloriza-
tion ratio was as high as 99.4% when 25 min ozone treatment was conducted for decolorizing supernatant of 3 min microwave-
treated Chinese artichoke tubers slurry, and the leaching yield and recovery of stachyose were 5.9% and 90.2%, respectively.
Key words：Chinese artichoke；stachyose；decolorization；microwave
中图分类号：O636.1 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2009)20-0060-04
收稿日期：2009-05-13
基金项目：陕西省教育厅资助项目(08JK23)
作者简介：陈德经(1961－)，男，副教授，硕士，研究方向为食品生物技术。E-mail：cdjslg@126.com
草石蚕(Stachys siebolidii Miq.)是唇形科水苏属多年
生草本植物，块茎呈螺旋状，又名宝塔菜、地牯牛、
甘露子、地瘤等，在我国重庆、江苏、河北、陕西
等地作为泡菜原料种植[1]。草石蚕春种秋收，种植一年
可连续数年收获，它适应性强，耐寒耐热，无病虫害，
最适宜在湿润疏松的沙质土壤上种植，亩产达 2500kg左
右[2]。草石蚕中含丰富的水苏糖，可直接被大肠中双歧
杆菌等有益菌利用，促进体内双歧杆菌的增殖，抑制
肠内腐生菌的生长繁殖，分解碳水化合物产生有机酸，
维持肠道菌群平衡，促进肠道蠕动；防止体内胆固醇积
蓄，降低血糖[3 ]，增强人体造血功能[4 ]，对严临床肝性
病原体有治疗作用[5]，并有提高钙、镁等微量元素吸收
和增加肠道内维生素等营养物质的合成的功效[6]。水苏
糖的保健作用日益受到人们的重视，并被广泛应用于食
品、医药、饲料等领域。
利用草石蚕提取水苏糖脱色，一般采用离子交换树
脂[ 7 ]，活性炭方法脱色[ 8 ]，因原料中含有酚类氧化酶，
易产生褐色物质，脱色难，易污染离子交换树脂，并
增加了污水量。脱色问题制约草石蚕中水苏糖的开发利
用，本实验对水苏糖提取过程中脱色工艺进行探索，可
为开发利用其中的水苏糖提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器
草石蚕 汉中三国生物工程科技公司草石蚕种植基。
石灰、磷酸、盐酸、氢氧化钠、甲醇、乙醇(化
学纯)；阴离子交换树脂、阳离子交换树脂 上海罗门
哈斯公司；乙腈(色谱纯)、水苏糖标准品 Sigma公司。
格兰仕微波炉；中佳LC-800离心机；岛津UV-2500
紫外分光光度计；HP1100型高效液相色谱仪；Inertsil-
NH2色谱柱(250mm× 4.6mm，5μm)；HP1100示差折光
检测器。
61※工艺技术 食品科学 2009, Vol. 30, No. 20
1.2 水苏糖提取脱色工艺
1.2.1 提取工艺流程
鲜草石蚕→原料处理→打浆→澄清处理→臭氧脱色
→柱层析脱色→浓缩→干燥
1.2.2 原料处理
以鲜草石蚕为原料，各称取 100g样品共四份，装
在干净的烧杯内，分别对鲜样直接加入 100ml水，加入
100ml开水烫 5min，加水 100ml微波处理 3min，微波直
接处理鲜原料 3min后加入 100ml水等四种方法处理，然
后打浆离心获取上清液，3000r/min条件下离心 3min获
上清液，定容相同体积后，用紫外分光光度计扫描，
在波长 440nm处有最大吸收峰，用此波长测定吸光度。
1.2.3 微波处理时间
在对原料各种处理后加以比较，微波直接处理原料
对色素形成有明显的抑制作用。各称取 50g鲜样，在微
波功率 250W 时，对原料进行 1、2、3、4、5min 时
间处理，测定吸光度大小，确定微波处理原料的时间。
1.2.4 澄清处理
用石灰和磷酸澄清提取液，除去提液中的少量蛋白
质、树脂质、胶体物和色素等杂质。在水苏糖的水提
液中加 1%石灰，将 pH 值调为 10，60℃保温 30min，
并不断搅拌过滤，离心澄清后，用紫外分光光度计检
定溶液的吸光度。在溶液中加入 0.1%磷酸中和石灰澄
清液，调节 pH6.5～7.5，离心取澄清液，测定吸光度。
1.2.5 臭氧脱色
在提取液中含有共轭双键的有色有机化合物。臭氧
能迅速将双键氧化而使它断裂，将原有的有色物分子破
坏而生成分子量较低、含双键较少的物质，颜色消退，
而且不能再缩聚成有色物。此外，臭氧还有很好的杀
菌作用，可以有效防止糖发酵。将提取澄清液分四组
分别通臭氧 5、15、25、30m in，测其吸光度比较脱
色作用。
1.2.6 柱层析脱色
利用阴离子树脂、阳离子树脂进一步纯化脱色，
除去糖液中的阴离子有机色素和少量阳离子。同样方法
测其吸光度，进行脱色率的比较。
脱色率计算按下述公式计算：

A1－A2
脱色率(%)=—————× 100

A1
式中：A 1 为脱色前液的吸光度；A 2 为脱色后澄清
液的吸光度。
1.3 脱色工艺对水苏糖损失率的影响
取 400g鲜草石蚕，微波直接处理 3min后，分别
用石灰澄清脱色，磷酸中和，臭氧脱色，阴离子、阳
离子脱色，取各阶段溶液测定其中的水苏糖含量，确
定水苏糖的损失率，损失率计算公式如下：
原料中水苏糖量—提取物中水苏糖量
损失率(%)=————————————————× 100

原料中水苏糖量
1.4 水苏糖的测定
1.4.1 标准图谱的制作
采用HP1100示差折光检测器，色谱柱为 Inertsil-NH2
(250mm× 4.6mm，5μm)；柱温为 30℃；流动相为乙
腈 -水(70:30，V/V)，流速 1.0ml/min，等梯度洗脱[9]；
把水苏糖标品放在减压真空干燥器中用五氧化二磷减压
真空干燥 24h后，精确称取水苏糖标品 33.62mg，用 50%
甲醇室温条件下定容至 25ml，摇匀后，即为 1.34mg/ml
储备液，从储备液中精确移取 1、3、5ml，分别于 10ml
容量瓶中，用 50% 甲醇定容后，三个溶剂梯度依次为
0.134、0.402、0.670mg/ml；各进样量 10μl，制作标
准曲线，得曲线方程：Y=49950.27X+897.022，R=0.99887。
1.4.2 水苏糖的含量检测
取鲜原料，烘至衡重测得原料中含水量为 88.5%，
称取鲜草石蚕原料 400g，经微波直接处理 3min，打浆
过滤，石灰澄清，磷酸中和，臭氧脱色和离子交换脱
色，干燥后称其质量。取脱色精制水苏糖 1g溶解在 50%
甲醇中，定容至 100 ml，待高效液相检测。根据标准
曲线方程，计算水苏糖的含量。取鲜草石蚕 1g，用 50%
甲醇溶液提取过滤 3次，并定容至 100ml，用高效液相
色谱仪检测，计算其中的水苏糖含量。
精制水苏糖×水苏糖含量
水苏糖提取率(%)=————————————×100

鲜草石蚕量

提取水苏糖的量
提取回收率(%)=————————× 100

鲜原料中的含量
2 结果与分析
2.1 原料处理结果
通过对不同原料处理液进行吸光度检测，计算脱色
率，结果见表 1 。
处理方法 直接打浆 热水烫 加水微波 直接微波
A440nm 0.699 0.672 0.598 0.546
脱色率(%) 0 3.9 14.5 21.9
表1 原料处理对吸光度的影响
Table 1 Effects of different treatment ways of material prior to
beating on decolorization ratio
由表 1 可知，直接打浆、热水烫法的吸光度较大，
2009, Vol. 30, No. 20 食品科学 ※工艺技术62
而加水微波处理和直接微波处理的的吸光度较小，抑制
色素脱色形成效果明显，尤其是直接微波处理与直接打
浆法相比脱色率达到 21.9%。此外，直接微波处理较好
的保持了原料特有的色泽，以鲜草石蚕原料提取水苏糖
进行微波干烫，抑制色素生成，提高脱色率。
2.2 脱色工艺中的脱色率变化
水苏糖提取过程中，要经过一系列的脱色工艺处
理，才能使水苏糖为白色，各种脱色工艺脱色率变化
见表 2 。
原料处理 加石灰 加磷酸 臭氧脱色 阴离子树脂脱色 阳离子树脂脱色
方法 吸光度 吸光度 脱色率(%) 吸光度 脱色率(%) 吸光度 脱色率(%) 吸光度 脱色率(%)
直接处理 0 .5 6 8 0 .4 9 5 1 2 . 8 0 .3 8 0 3 3 . 1 0 .0 9 5 8 3 . 2 0 .0 9 4 8 3 . 4
热水烫 0 .5 4 1 0 .4 6 4 1 4 . 2 0 .3 5 2 3 4 . 9 0 .0 7 8 8 5 . 6 0 .0 7 1 8 5 . 2
加水微波 0 .4 3 1 0 .3 5 2 1 8 . 3 0 .3 0 4 2 9 . 5 0 .0 5 1 8 8 . 1 0 .0 0 5 9 8 . 8
直接微波 0 .3 6 2 0 . 2 9 1 9 . 9 0 .2 6 8 2 5 . 9 0 .0 4 1 8 8 . 7 0 .0 0 2 9 9 . 4
表2 脱色过程中脱色率的变化(λ=440nm)
Table 2 Changes of decolorization ratio with different treatment
ways of material prior to beating during decolorization
时间(min) 1 2 3 4 5
A440nm 0.137 0.079 0.064 0.114 0.053
处理原料颜色 红色 深黄色 浅黄色 红黄色 黑红色
表3 微波处理时间对吸光度的影响
Table 3 Effect of microwave treatment time on decolorization
ratio monitored by absorbance at 440 nm
时间(min) 0 5 15 25 35
A440nm 0.077 0.052 0.031 0.018 0.016
脱色率(%) 0 32.5 59.7 76.7 79.2
表4 臭氧处理时间对脱色率的影响
Table 4 Effect of ozone treatment time on decolorization ratio
monitored by absorbance at 440 nm
脱色方法 微波干燥法 石灰澄清磷酸中和 臭氧脱色 阴离子树脂 阳离子树脂
水苏糖提取率(%) 6.4 6.11 6.04 5.99 5.86 5.79
水苏糖损失率% 0 4.5 5.6 6.4 8.4 9.5
表5 脱色工艺对水苏糖提取率的影响
Table 5 Changes of leaching yield and loss of stachyose during
decolorization
由表 2可知，原料经微波处理的脱色率明显高于直
接处理和热水烫法处理，脱色率达到 98% 以上，对提
取液的脱色效果较好，能够达到干燥出白色水苏糖的脱
色要求。而直接打浆和热水烫法处理原料，脱色率低
于 90%，干燥的水苏糖颜色较黄。在各种脱色方法中，
石灰和磷酸主要是澄清作用，脱色作用仅有 10%左右，
而臭氧的脱色率在 20%以上，阴离子树脂脱率在 85%以
上，而阳离子对脱色影响较小。由此可见，阴离子脱
色效果最明显，其次是臭氧的脱色作用。
2.3 微波处理时间对原料脱色的影响
不同微波时间对鲜原料进行处理后，原料的颜色变
化及提取液的吸光度变化见表 3。
由表 3可知，微波直接处理原料 3min，原料色泽
为淡黄色，提取液的吸光度最小，并在后续处理过程
中，不发生褐变，经微波处理原料中酶被灭活，防止
了原料发生褐变。
2.4 臭氧处理时间对脱色效果的影响
鲜原料经微波处理后，在提取液中加石灰，磷酸
澄清后，通入臭氧气体进行不同时间处理，检测吸光
度，脱色率变化见表 4。
由表 5 可以看出，每经过一步脱色，水苏糖的提
取率都要减少，其中石灰澄清和阴离子树脂脱色对水苏
糖的提取率影响较大，但总损失率小于 10 %，能够保
持较高的回收率。
2.6 水苏糖含量及提取率
图1 水苏糖标准品图谱
Fig.1 HPLC chromatogram of stachyose standard
5000
4000
3000
2000
1000
0
－1000
14
.5
94
nR
IU
时间(min)
0 10 20
图2 水苏糖样品图谱
Fig.2 HPLC chromatogram of stachyose sample prepared by the
method established in this study
5000
4000
3000
2000
1000
0
－1000
14
.3
35
nR
IU
时间(min)
0 10 20
由表 4得出，臭氧的脱色作用较为明显，臭氧处理
25min脱色效果显著增加，35min尽管有所增加，但增
加不明显，考虑到能耗和成本，即选取 25min臭氧处理。
2.5 脱色方法对水苏糖提取率的影响
对草石蚕中水苏糖提取过程中，经过一系列脱色工
艺精制水苏糖，但对水苏糖的提取率有一定的影响，影
响结果见表 5。
63※工艺技术 食品科学 2009, Vol. 30, No. 20
称取鲜草石蚕原料 400g，经提取脱色工艺处理后，
烘干得到脱色精制水苏糖 30.6398g，对脱色精制水苏糖
配制液进行高效液相检测，与水苏糖标准品对照见图
1、2。经计算脱色精制的水苏糖含量为 77. 5%。鲜原
料中的水苏糖含量检测与脱色精制水苏糖的检测方法相
同，鲜原料中的水苏糖含量为 6 .4%。
通过微波直接处理原料，石灰和磷酸沉清提取液，
臭氧和离子交换树脂处理等一系列的脱色工艺，鲜草石
蚕中水苏糖的提取率达 5.9%，回收率达 90.2%，因此，
本脱色工艺在生产实践中具有应用价值。
3 结 论
利用鲜草食石蚕原料提取水苏糖，在各种脱色方法
中，石灰、磷酸主要是澄清作用，脱色率只有 10%左
右，而臭氧的脱色率在 20%以上，阴离子树脂脱率在
8 5 % 以上，而阳子树脂对脱色影响较小。由此可见，
阴离子脱色效果最明显，其次是臭氧的脱色作用，在
生产中可结合两种方法使用。水苏糖提取脱色过程中，
石灰澄清和离子交换树脂对水苏损率达 4%，但水苏糖
的损失率为 9%，因此脱色工艺对水苏糖的损失不大，
能够保持较高的回收率。不通过微波处理鲜原料，脱
色率小于 90 %，提取后干燥的水苏糖颜色较深，达不
到商品要求，用微波直接处理时间 3min、臭氧处理时
间 25min、大孔树脂脱色处理后，脱色率可达 99.4%，
干燥的水苏糖色泽纯白，水苏糖提取率为 5.9%，含量
为 77.5%，回收率为 90.2%，为解决开发利用草石蚕中
水苏糖脱色难的问题开辟了新途径。
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