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杨咏洁 ,梁成云＊ ,崔福顺
(延边大学农学院食品科学系 ,吉林龙井 133400)
摘 要:采用超声波技术提取荠菜多糖 ,以正交实验设计优化提取工艺条件 。结果表明:荠菜多糖的最优提取工艺条
件为:超声波功率 400W、超声波处理时间 35min、料液比 1∶20、浸提温度 70℃,荠菜粗多糖的提取率高达 8.26%。为进
一步研究荠菜多糖对几种常见肠道致病菌的抑制效果 ,进行了体外抑菌实验并测定了最小抑菌浓度(MIC)。结果表
明 ,荠菜多糖对大肠杆菌 、枯草杆菌 、金黄色葡萄球菌 、沙门氏菌都有一定的抑制效果 ,且随着荠菜多糖浓度的增加其
抑菌效果逐渐增强 。最小抑菌浓度分别为大肠杆菌 8.0mg/mL,枯草杆菌 6.0mg/mL,金黄色葡萄球菌 10.0mg/mL,沙门
氏菌 10.0mg/mL。
关键词:荠菜 ,粗多糖 ,超声波 ,提取 ,抑菌活性
Studyontheextractiontechnologyandantimicrobialactivity
ofpolysaccharidefromCapselabrusa-pastorisL.
YANGYong-jie, LIANGCheng-yun＊ , CuiFu-shun
(FoodScienceDepartmentofAgriculturalColegeofYanbianUniversity, Longjing133400, China)
Abstract:Crudepolysaccharidesfrom Capselabursa-pastorisL.wereextractedbyultrasonicwaveandthe
extractionprocessingconditionswereoptimizedbyorthogonaldesigninthispaper.Theresultsshowedthatthe
optimumextractionconditionsofpolysaccharidefromCapselabursa-pastorisL.wereasfolows:ultrasonicpower
400W, ultrasonicprocessingtime35min, solid-liquidratio1∶20, extractiontemperature70℃.Extractionrateof
polysaccharidefromCapselabursa-pastorisL.reached8.26%.Bacteriostatictestinvitrowasconductedinorder
toinvestigatebacteriostasisefectofcrudepolysaccharidefromCapselabursa-pastorisL.oncommonpathogenic
bacteria, andminimalinhibitoryconcentrationwasdetermined.TheresultsindicatedthatCapselabursa-pastoris
L.crudepolysaccharidehadcertaininhibitoryefectonBacilussubtilis, Escherichiacoli, Staphylococcusaureus,
salmonelabacilus, anditsbacteriostasiseffectcouldincreasewithconcentrationincreaseofCapselabursa-
pastorisL.crude polysaccharide.Minimalinhibitory concentration ofCapsela bursa-pastorisL.crude
polysacchariderespectivelywerethatBacilussubtilis6.0mg/mL, Escherichiacoli8.0mg/mL, Staphylococcus
aureus10.0mg/mL, salmonelabacilus10.0mg/mL.
Keywords:Capselabursa-pastorisL.;crudepolysaccharide;ultrasonicwave;extraction;antimicrobialactivity
中图分类号:TS255.1 文献标识码:A 文 章 编 号:1002-0306(2010)04-0146-04
收稿日期:2009-06-26 ＊通讯联系人
作者简介:杨咏洁(1978-),女 ,硕士研究生 ,讲师 ,从事食品科学研究。
荠菜(Capselabursa-pastorisL.)属十字花科一
年或两年生草本植物 ,全草可入药 , 是药食同源植
物 ,分布于南半球温带和亚热带地区 ,我国各地均有
分布 ,且已有人工栽培。 《本草纲目 》、《现代食用中
药 》等记载:荠菜有明目 、止血 、利肝气 、和中 、补心
脾 、杀诸毒之功效 [ 1-4 ] 。荠菜含有多种糖类 、生物碱 、
黄酮类 、有机酸 、多肽等多种生物活性物质 ,是一种
极具开发的半野生资源 [ 5-6] 。植物多糖因具有免疫
调节 、抗菌抗病毒 、抗肿瘤 、降血糖 、降血脂等生物活
性 ,成为近年来研究热点 [ 7] 。因此 ,多糖提取工艺的
研究也引起更多的关注 。目前国内提取多糖最常用
的方法为有机溶剂提取法 ,该方法存在效率低 、有效
成分损耗大 、杂质多 、不易纯化等缺点。近年来 ,人
们采用超声波技术从植物中提取生物碱 、黄酮 、皂
苷 、多糖等生物活性物质 [ 8-10] ,结果都表明超声波技
术比常规提取法耗时少 、得率高 ,且化学成分没有变
化。而目前尚未见利用超声波技术提取荠菜多糖的
研究报道 。本实验采用超声波技术对荠菜多糖进行
了提取 ,同时研究了荠菜多糖对几种常见致病菌的
抑制作用 ,为进一步开发我国丰富的荠菜资源提供
一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
生鲜荠菜 采自马蹄山下 ,洗净 、烘干置实验室
备用;枯草芽孢杆菌 、大肠杆菌 、金黄色葡萄球菌 、沙
DOI :10.13386/j.issn1002-0306.2010.04.103
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门氏菌 均来自延边大学农学院微生物实验室;石
油醚 、无水乙醇 、乙醚 、丙酮 、活性炭 、浓硫酸 、标准葡
萄糖溶液 、6%苯酚等 来自延边大学农学院食品科
学系基础教研室 。
TDL-5000B型低速冷冻多管离心机 , 756MC紫
外可见分光光度计 , 01-3型电热鼓风干燥箱 ,
HF-150A型数控电热恒温培养箱 , HH-6数显恒温水
浴锅 ,净化工作台 , YXQ.SG41.280电热手提高压蒸汽
消毒器 , KQ-500DE超声波清洗器 。
1.2 实验方法
1.2.1 荠菜粗多糖提取工艺 荠菜洗净※烘干※粉碎
※超声波浸提※过滤※离心※脱色※抽滤※减压浓缩※醇沉
※静置※离心※洗涤沉淀※干燥※荠菜粗多糖
1.2.2 荠菜粗多糖的制备 将洗净干燥的荠菜用粉
碎机粉碎 ,称取荠菜粉末 5g,加入一定体积的蒸馏
水 ,置于超声波反应槽中 ,调整料液比 、超声波功率 、
时间和反应槽水浴温度进行超声浸提。取浸提液用
四层纱布过滤 , 4500r/min离心 10min。取上清液加
5%活性炭 ,过滤 、浓缩。按一定比例加 95%乙醇溶
液 ,取沉淀离心 ,弃上清液 ,得荠菜粗多糖 。
1.2.3 荠菜多糖含量的测定 采用苯酚-硫酸法对
荠菜粗多糖含量进行测定 ,计算荠菜多糖得率 。
1.3 抑菌实验
1.3.1 滤纸片的制备 取 9mm的圆形滤纸片若干 ,
121℃灭菌 30min,冷却干燥后备用。
1.3.2 菌悬液的制备 所有菌株使用前先活化培养
24h。分别挑选典型菌落接种于肉汤中 , 37℃培养
24h后 ,振荡摇匀 ,以平板培养计数法测定其生长浊
度 ,然后将菌液稀释至 106～ 108cfu/mL,备用。
1.3.3 抑菌效果的测定 [11] 取直径为 9mm的圆形
灭菌滤纸片若干 ,分别浸入不同浓度的多糖溶液中 ,
70℃浸泡 90min。在无菌条件下 ,取 0.2mL菌悬液均
匀涂布于平板培养基中 ,用无菌镊子夹取浸泡处理
过的滤纸片贴在上述含菌平皿上 ,每个平皿贴 1片 ,
并以浸泡过无菌蒸馏水的滤纸片作为对照。每一种
菌种做 3个平行样。 37℃培养 24h,量取抑菌圈直
径 。判定标准 [ 12]为:D≤9mm不敏感;9
敏感。
1.3.4 荠菜粗多糖最低抑菌浓度(MIC)的测定 [ 13]
用无菌蒸馏水将荠菜多糖溶液稀释成浓度为 0.0、
2.0、4.0、6.0、8.0、10.0mg/mL的一系列溶液 。采用滤
纸片扩散法测定抑菌圈 ,以不长菌的最低浓度作为
最低抑菌浓度。
2 结果与分析
2.1 荠菜粗多糖超声波提取结果
2.1.1 浸提温度对荠菜多糖提取率的影响 设定料
水比为 1∶20, 浸提时间为 35min, 超声波功率为
350W,考察不同温度对荠菜多糖提取率的影响 ,结果
见图 1。
由图 1可知 ,随着浸提温度的逐渐升高 ,荠菜多
糖的提取率先升高而后降低。浸提温度为 70℃时 ,
荠菜多糖的提取率最高 。这是因为多糖的溶解度随
图 1 浸提温度对荠菜多糖提取率的影响
着温度的升高而逐渐增加 ,而当温度升高到一定程
度时 ,可能是由于其热不稳定性而导致多糖的得率
开始下降 。因此 ,浸提温度选择了 60、70、80℃这三
个水平。
2.1.2 超声波功率对荠菜多糖提取率的影响 设定
料水比为 1∶20,浸提时间为 35min,浸提温度为 70℃,
考察不同超声波功率对荠菜多糖提取率的影响 ,结
果见图 2。
图 2 超声波功率对荠菜多糖提取率的影响
由图 2可知 ,随着超声波功率的逐渐增大 ,荠菜
多糖的提取率逐渐升高 。当超声波功率为 400W时 ,
荠菜多糖的提取率最高;之后多糖提取率开始急剧
下降 ,可能由于多糖降解导致的。因此 ,超声波功率
选择 300、350、400W这三个水平 。
2.1.3 超声波处理时间对荠菜多糖提取率的影响
设定料水比为 1∶20,浸提温度为 70℃,超声波功率为
400W,考察超声波不同处理时间对荠菜多糖提取率
的影响 ,结果见图 3。
图 3 超声波处理时间对荠菜多糖提取率的影响
由图 3可知 ,随着超声波处理时间的延长 ,荠菜
多糖的提取率逐渐升高 。当超声波处理时间为
35min时 ,多糖提取率达到最大值;之后多糖的提取
率开始下降 ,可能是由于细胞壁中一些粘性物质渗
出或多糖发生糊化而导致。因此 ,超声波处理时间
选择 30、35、40min这三个水平。
2.1.4 料液比对荠菜多糖提取率的影响 设定超声
波处理时间为 35min,浸提温度为 70℃,超声波功率
为 400W,考察不同料液比浓度对荠菜多糖提取率的
影响 ,结果见图 4。
148
表 3 不同浓度荠菜粗多糖对实验菌抑菌活性的影响
多糖浓度
(mg/mL)
抑菌圈直径(mm)
大肠杆菌 枯草芽孢杆菌 金黄色葡萄球菌 沙门氏菌
0 - - - -
10 9.78±0.20e 9.10±0.14c 11.76±0.13c 9.32±0.21c
20 12.73±0.12d 10.57±0.23bc 12.98±0.25b 10.00±0.15c
30 13.58±0.15c 13.32±0.19b 13.61±0.19b 12.52±0.17b
40 14.51±0.12b 14.81±0.18ab 14.89±0.26a 13.64±0.31ab
50 15.58±0.32ab 16.44±0.24a 15.67±0.28a 14.21±0.16a
60 15.71±0.13a 16.66±0.30a 15.80±0.19a 14.27±0.24a
注:同列肩标相同字母表示差异不显著 ,不同字母表示差异显著。
图 4 料液比对荠菜多糖得率的影响
由图 4可知 ,荠菜多糖的提取率随着料液比的
增加而升高。当料液比达到 1∶20时 ,多糖得率达到
最大值 ,之后呈现下降趋势。由此 ,料液比选择了
1∶15、1∶20、1∶25这三个水平 。
2.1.5 正交实验结果 以浸提温度 、超声波功率 、超
声波处理时间和料液比为考察因素 ,以荠菜多糖得
率为考察指标 ,按 L9(34)正交表进行正交实验 ,因素
水平见表 1,结果与分析见表 2。
表 1 因素水平表
水平
因素
A超声波
温度(℃)
B超声波
时间(min)
C料液比
(g/mL)
D超声波
功率(W)
1 60 30 1∶15 300
2 70 35 1∶20 350
3 80 40 1∶25 400
由表 2可知 ,料液比对荠菜粗多糖的提取效果
影响最大 ,其次分别为超声波功率 、浸提温度和超声
波处理时间 ,即各因素的影响大小顺序为 C>D>A
>B。由极差分析得出荠菜多糖提取工艺的最优水
平组合为 A2B2C2D3 ,而正交实验得出的最优水平组
合为 A2B1C2D3 , 两者结果不一致 ,因此需做验证性
实验。
通过验证性实验得知:组合为 A2B2C2D3时 ,荠菜
多糖的提取率为 8.26%,高于正交实验结果 。因此 ,
确定荠菜多糖超声波提取工艺的最优组合为
A2B2C2D3 ,即超声波功率 400W、超声波处理时间
35min、料液比 1∶20、浸提温度 70℃。
2.2 抑菌实验结果
2.2.1 抑菌效果的测定 分别无菌配制 10、20、30、
40、50、60mg/mL的多糖溶液 ,研究不同浓度荠菜粗
多糖对几种常见致病菌的抑制效果 ,并做阴性对照 ,
重复操作 3次 ,结果见表 3。
由表 3可知 ,随着荠菜粗多糖浓度的增大 ,抑菌
圈直径逐渐增大 ,表明荠菜粗多糖对大肠杆菌 、枯草
芽孢杆菌 、金黄色葡萄球菌 、沙门氏菌都有一定的抑制
效果 ,且随着荠菜粗多糖浓度的增加其抑菌效果逐渐
增强。当荠菜粗多糖浓度为 50mg/mL和 60mg/mL
时 ,抑菌圈直径没有显著性差异。故荠菜粗多糖浓度
为 50～ 60mg/mL时 ,抑菌效果最好 。此时 ,荠菜粗多
糖作用于大肠杆菌 、枯草芽孢杆菌 、金黄色葡萄球菌
的抑菌圈直径均大于 15mm,属于高度敏感;沙门氏
菌的抑菌圈直径在 14～15mm之间 ,属于中度敏感。
表 2 正交实验结果及分析
实验号 A B C D 粗多糖得率(%)
1 1 1 1 1 5.33
2 1 2 2 2 7.79
3 1 3 3 3 7.22
4 2 1 2 3 8.20
5 2 2 3 1 6.80
6 2 3 1 2 6.56
7 3 1 3 2 6.86
8 3 2 1 3 6.35
9 3 3 2 1 6.20
K1 20.34 20.39 18.24 18.33
K2 21.56 20.94 22.19 21.21K3 19.41 19.98 20.88 21.77
k1 6.78 6.80 6.08 6.11
k2 7.19 6.98 7.40 7.07k3 6.47 6.66 6.96 7.26
R 0.72 0.32 1.32 1.15
较优水平 A2 B2 C2 D3
因素主次 C>D>A>B
2.2.2 荠菜粗多糖最低抑菌浓度(MIC)的测定 将
荠菜多糖溶液分别无菌稀释成浓度为 0.0、2.0、 4.0、
6.0、8.0、10.0mg/mL的一系列溶液 ,采用滤纸片扩散
法测定抑菌圈直径 ,以不长菌的最低浓度作为最低
抑菌浓度 ,结果见表 4。
表 4 荠菜粗多糖最低抑菌浓度的测定结果
多糖浓度
(mg/mL)
抑菌圈直径(mm)
大肠杆菌 枯草芽孢杆菌
金黄色
葡萄球菌 沙门氏菌
10.0 9.78 10.00 11.76 9.32
8.0 9.21 9.96 - -
6.0 - 9.24 - -
4.0 - - - -
2.0 - - - -
0.0 - - - -
(下转第 151页)
151
的因素主要有温度(A)、时间(B)、料液比(C)、乙醇
浓度(D)四个因素 ,因此按四因素三水平进行L9(34)
正交实验 ,结果见表 4。由提取条件正交实验结果表
4可以得出 ,温度对提取效果影响最大 ,时间对提取
效果影响最小 ,影响提取效果的因素按其影响的大
小排列依次:A>D>C>B;提取的最佳方案是:
表 4 苦参与甘草抑菌剂提取条件的优化结果
实验号 A B C D 抑菌圈(mm)
1 1 1 1 1 14.8 15.5
2 1 2 2 2 10.0 10.6
3 1 3 3 3 11.4 12.2
4 2 1 2 3 10.6 10.4
5 2 2 3 1 17.5 18.3
6 2 3 1 2 16.2 16.4
7 3 1 3 2 13.4 13.9
8 3 2 2 3 11.5 12.0
9 3 3 1 1 9.1 9.3
K1 36.2 37.8 40.1 41.4
38.3 39.8 41.2 43.1
K2 43.3 39 39.6 39.6
45.1 40.9 33 40.9
K3 34 39.1 42.3 32.5
35.2 37.9 44.4 34.6
k1 12.1 12.6 13.4 13.8
12.8 12.2 13.7 14.4
k2 14.4 13 13.1 13.2
15.0 13.6 11.0 13.6
k3 11.3 13 14.1 10.8
11.7 12.6 14.8 11.5
R 3.1 0.4 1.0 3.0
3.3 1.4 3.8 2.9
注:带有下划线的数据为甘草的各项数据。
A2B2C3D1 ,即温度 50℃,提取 4h,料液比 1∶30,乙醇浓
度 60%。
3 结论
3.1 对 13种植物丙酮提取液进行抑菌实验 ,结果表
明:苦参 、甘草 、枸杞 、金钱草提取物对链格孢菌有抑
菌效果 ,而其他植物没有抑菌效果 ,确定抑菌作用较
好的苦参和甘草作为链格孢菌抑菌剂 。
3.2 研究了苦参和甘草的水 、乙醇和丙酮提取液对
链格孢菌有抑菌作用 ,结果表明:苦参的水 、乙醇和
丙酮提取液 ,甘草的乙醇和丙酮提取液有明显的抑
菌效果。
3.3 通过单因素和正交实验对苦参和甘草抑菌液提
取条件进行了研究 ,结果表明:对苦参抑菌活性影响
因素大小顺序为:料液比 >温度 >乙醇浓度 >提取
时间 ,最佳提取工艺为:料液比 1∶30、乙醇浓度 60%、
温度 50℃、提取 4h;甘草抑菌活性影响因素大小顺序
为:温度 >乙醇浓度 >料液比 >提取时间 ,最佳提取
工艺为:温度 50℃, 提取 4h,料液比 1∶30, 乙醇浓
度 60%。
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(上接第 148页)
由表 4可知 ,荠菜粗多糖对大肠杆菌 、枯草芽孢杆
菌 、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌的最低抑菌浓度各不
相同 。对大肠杆菌的最低抑菌浓度为 8.0mg/mL,对枯
草芽孢杆菌的最低抑菌浓度为 6.0mg/mL,而对金黄色
葡萄球 菌和沙门 氏菌的 最低抑菌 浓度均 为
10.0mg/mL。
3 结论
本文采用超声波辅助法提取荠菜多糖 ,根据正
交实验结果得出荠菜多糖的最佳提取工艺条件为:
超声波处理功率为 400W、超声波处理时间为 35min、
浸提温度 70℃、料液比为 1∶20, 此时提取率高
达 8.26%。
通过抑菌实验得出:荠菜粗多糖对大肠杆菌 、枯
草芽孢杆菌 、金黄色葡萄球菌 、沙门氏菌都有一定的
抑制作用 ,且随着荠菜粗多糖浓度的增加其抑菌效
果逐渐增强。荠菜粗多糖的最低抑菌浓度分别为:
大肠杆菌 8.0mg/mL,枯草芽孢杆菌 6.0mg/mL,金黄
色葡萄球菌 10.0mg/mL,沙门氏菌 10.0mg/mL。
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