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山苦茶多糖提取工艺及其部分成分分析



全 文 :※工艺技术 食品科学 2013, Vol.34, No.12 51
山苦茶多糖提取工艺及其部分成分分析
苏冰霞,葛会林,段 云,叶海辉
(中国热带农业科学院分析测试中心,海南省热带果蔬产品质量安全重点实验室,海南 海口 571101)
摘 要:设计合理的超声波辅助提取山苦茶水溶性多糖的技术路线,Sevag试剂和蛋白酶结合脱蛋白,以水溶性多
糖得率为技术指标,正交试验得出最佳浸提工艺,并对样品的水分、灰分和15种元素含量进行分布分析。实验确定
的最佳工艺参数为超声波功率250W、超声时间40min、超声温度60℃、液料比15:1(mL/g)、热水浸提时间30min。
水溶性山苦茶多糖的得率为9.976%。影响茶多糖浸出率的因素按影响大小依次为超声波功率>超声时间>超声温
度>浸提时间>液料比。蛋白质去除率为17.7%。山苦茶和茶渣等经烘箱干燥后均含有少量水分,可溶态灰分和不
溶态灰分含量相差不大,重复性很好。山苦茶15种元素按含量高低为K、Ca、Mg、Na、S、P、Ba、Mn、Fe、Ni、
Zn、Sc、Cu、Cr、Li。其中K、Mg、Na、Mn、Zn、S、P在可溶性多糖中含量高于茶渣的含量,而Ba、Cr、Li、
Fe、Cu、Ca、Sc、Ni在茶渣中含量较高。
关键词:山苦茶多糖;提取工艺;元素分布
Extraction of Polysaccharides and Analysis of Ingredients in Mallotus furetianus Tea
SU Bing-xia,GE Hui-lin,DUAN Yun,YE Hai-hui
(Key Laboratory of Tropical Fruit and Vegetable Quality and Safety of Hainan Province, Center of Analysis and Testing,
Academy of Chinese Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China)
Abstract:This paper describes a reasonable ultrasonic-assisted extraction (UAE) techinque for water-soluble
polysaccharides (WSPs) from Mallotus furetianus tea. Crude polysaccharides were deproteinized by the combined use
of Sevag reagent and protease. The optimum process conditions for enhanced UAE extraction of WSPs were 250 W, 40
min, 60 ℃, 15:1 (mL/g) and 30 min for ultrasonic power, ultrasonication time, temperature, solid/liquid ratio and hot
water extraction time, respectively. Under these conditions, the extraction yield of WSPs was 9.976%. Five extraction
parameters in decreasing order of their importance were ultrasonic power, ultrasonication time, temperature, extraction
time and solid/liquid ratio. The resulting crude extract gave rise to a deproteinization rate of 17.7%. Both Mallotus
furetianus tea and the remaining residue after WSPs extraction contained a small amount of water and showed no obvious
differences in the contents of soluble ash or insoluble ash, with good repeatability. The 15 elements detected in Mallotus
furetianus tea were K, Ca, Mg, Na, S, P, Ba, Mn, Fe, Ni, Zn, Sc, Cu, Cr and Li in the decreasing order of content. The
contents of K, Mg, Na, Mn, Zn, S and P in the WSPs were higher than in the residue, but Ba, Cr, Li, Fe, Cu, Ca, Sc and
Ni were richer in the residue.
Key words:Mallotus furetianus tea polysaccharides;extraction process;element distribution
中图分类号:R284.2 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2013)12-0051-05
doi:10.7506/spkx1002-6630-201312011
收稿日期:2012-06-12
基金项目:海南省自然科学基金项目(310076;212011)
作者简介:苏冰霞(1981—),女,助理研究员,硕士,研究方向为植物资源开发与利用。E-mail:sublin22@163.com
多糖是一切生命有机体必不可少的成分,具有特殊
生物活性。其中茶多糖(tea polysaccharides,TPS)是茶叶
中的酸性多糖或酸性糖蛋白,组分包括糖类、蛋白质、
果胶和灰分等。药理研究表明,茶多糖具有显著的降血
糖效果和免疫活性,使茶多糖可望成为预防与治疗糖尿
病及心血管疾病,提高免疫功能的天然药物[1]。从茶叶中
提取茶多糖作为保健食品的功能因子,可为中低档茶叶
的综合利用开辟新途径。
山苦茶(Mallotus furetianus)是一种具有经济价值的热
带、亚热带野生植物资源,又名毛茶、禾茶、鹧鸪茶,
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遍布海南各地。其为野生的山苦茶乔木树叶清蒸晾制
而成,未经传统炒茶工艺,因而泡出来的茶水清香中
夹着一种植物特有的味道,是一种奇特的野生茶叶,
不仅香味浓烈,又能解毒清热、消食利胆,是理想的
解油腻、助消化的保健饮品 [2 -3]。关于茶多糖的提取
方法在红茶和绿茶方面的研究报道较多,主要是酸提
法、碱提法、水提法、酶提法和超声波提取法等 [4-5],
而对山苦茶多糖提取尚无报道。本实验采用超声波辅
助提取山苦茶多糖,采用单因素试验和正交试验设计
的方法分析影响山苦茶水溶性多糖得率的影响因素(如
超声波功率、超声波时间、液料比、浸提时间、浸提
温度)。对浸提条件进行优化筛选。同时对提取的多糖
的蛋白质去除率和茶渣等的水分、灰分和元素含量分
布进行初步分析,为工业化提取和制备山苦茶多糖提
供参考依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
山苦茶购于海口农贸市场,经鉴定为夏季七月海南
省文昌铜鼓岭采摘的新鲜绿叶(叶片经清蒸、晾晒、干燥
包装成山苦茶叶)。
石油醚(沸程60~90℃)、95%乙醇、无水乙醇、复合
蛋白酶 诺维信公司;氯仿、正丁醇、硝酸(优级纯)、
高氯酸(优级纯)等试剂;多元素(Mn、Fe、Zn、K、Ni、
Ca、Ba、Sc、Cu、Mg、Na、S、P、Cr、Li)标准溶液
(100μg/mL,标准系列为0、1.0、5.0、10.0、20.0μg/mL,
用0.5mol/L HNO3逐级稀释而成) 国家标准物质中心;
所用试剂均为分析纯;实验用水均为超纯水。
1.2 仪器与设备
AE200型电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限
公司;KQ3200DE数控超声清洗机 昆山市超声仪器有
限公司;植物粉碎机、回流装置一套、坩埚、电热板、
数显恒温水浴锅 金坛市富华仪器有限公司;电热真空
干燥箱 上海市实验仪器总厂;真空旋转蒸发仪 上
海申生科技有限公司;循环水式多用真空泵 郑州长城
科工贸有限公司;低速台式大容量离心机 上海安亭科
学仪器厂;高温箱型马弗炉;Millpore-Q超纯水器 广
州东锐科技有限公司;IRIS IntrepidⅡ型全谱直读等离子
发射光谱仪 美国Thermo Elemental公司;高纯氩气(纯
度≥99.99%)。
1.3 方法
1.3.1 超声波辅助提取山苦茶水溶性多糖工艺流程图[5-6]
1.3.2 水溶性多糖得率
水溶性茶多糖得率/%=(得到的茶多糖的质量/山苦茶
总质量)×100 (1)
1.3.3 蛋白质去除率
蛋白质去除率/%=(去除蛋白质后干燥茶多糖的质量/
去除蛋白质前干燥茶多糖的质量)×100 (2)
1.3.4 水溶性多糖提取单因素试验设计和正交试验设计
考察液料比、超声功率、超声时间、超声温度、热
水浸提时间5个单因素对山苦茶水溶性多糖得率的影响,
选择最佳的提取工艺条件。参照单因素试验结果设计正
交试验L16(45)。
1.3.5 水分、灰分含量的测定
依据1.3.4节方法得出的最佳浸提工艺制备样品,测
定其水分和灰分含量。参照GB/T 8304—2002《茶:水分
测定》和GB/T 8306—2002《茶:总灰分测定》。
1.3.6 元素含量的测定[8-12]
1.3.6.1 元素测定前处理
称取1.00g左右样品(同1.3.6节方法所制备样品)于
100mL高脚烧杯中,分别放数粒玻璃珠,加20mL硝酸,
加表面皿盖浸泡过夜,于电热板上消煮2h,稍冷,再加
※工艺技术 食品科学 2013, Vol.34, No.12 53
高氯酸2mL,于电热板上消煮至冒白烟,消化液呈无色
透明或略带黄色,放冷,将试样消化液移入25mL容量瓶
中,用超纯水少量多次洗涤高脚烧杯,洗液合并于容量
瓶中并定容至刻度,混匀备用。同时做两份试剂空白。
1.3.6.2 仪器测定元素时的操作参数
IRIS IntrepidⅡ型全谱直读等离子发射光谱仪,
分辨率<0.005nm,波长范围为165~1000nm,软件为
TEVA。设定进样重复次数:3次;延迟时间:0;样品
的冲洗时间:25s。分析最大积分时间:低波长范围8s、
高波长范围为5s。摄谱:智能摄谱;最大积分时间30s。
射频功率:1150W,雾化气体压力:32.0psi,蠕动泵流
速:100r/min,辅助气流速:0.5L/min。
2 结果与分析
2.1 单因素试验[13-15]
2.1.1 液料比对山苦茶多糖的影响
称取10.0g山苦茶各5份,按液料比10:1、15:1、
20:1、25:1、30:1分别加入70℃超纯水,在超声波功率
200W,超声温度50℃条件下超声处理30min。
6
7
8
9
10
10:1 15:1 20:1 25:1 30:1
⎆᭭↨(mL/g)




/%
图 1 液料比对山苦茶多糖得率的影响
Fig.1 Effect of liquid/material ratio on the extraction rate of
polysaccharides from Mallotus furetianus tea
由图1可知,液料比从10:1~30:1之间,山苦茶多糖
得率先上升,随之有所下降。由于山苦茶多糖从茶叶细
胞到溶剂因有浓度差而扩散,溶剂量越多其浓度差就越
大。而溶剂增加到一定程度之后再增加溶剂用量并不会明
显提高多糖的得率。液料比为15:1和25:1之间比较理想。
2.1.2 超声波功率对山苦茶多糖的影响
称取10.0g山苦茶叶各6份,按液料比20:1加入70℃蒸
馏水,在60℃,功率分别为50、100、150、200、250、
300W条件下超声处理。
由图2可知,随着超声波功率的加大,超声空化作用
加强,机械剪切作用也加强,有助于细胞多糖的溶出。
但当功率达到一定程度(200W)时,再加大功率,得率反
而呈下降趋势。这是因为功率过大可能会使多糖分子降
解程度加大,故超声波功率以150~250W为宜。
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
10.5
50 100 150 200 250 300
䍙ໄ⊶ࡳ⥛/W




/%
图 2 超声波功率对山苦茶多糖得率的影响
Fig.2 Effect of ultrasonic power on the extraction rate of
polysaccharides from Mallotus furetianus tea
2.1.3 超声时间对山苦茶多糖的影响
称取10.0g山苦茶各6份,按液料比25:1加入70℃的
蒸馏水,在60℃、200W的功率条件下超声处理10、20、
30、40、50、60min。
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10 20 30 40 50 60
䍙ໄ⊶ᯊ䯈/min




/%
图 3 超声波辐射时间对山苦茶多糖得率的影响
Fig.3 Effect of ultrasonic treatment time on the extraction rate of
polysaccharides from Mallotus furetianus tea
从图3可知,超声波时间少于40min时,多糖得率逐
渐增加。超声波时间延长到40min后,多糖得率开始缓慢
下降,由于超声波较强的机械剪切作用,长时间处理不
仅会使大分子多糖降解,同时也使蛋白质等其他杂质开
始溶出,得到的多糖含量下降。故用超声波处理多糖浸
提液的时间以小于或等于40min为宜。
2.1.4 提取温度对山苦茶多糖得率的影响
称取10.0g山苦茶各5份,按液料比20:1加入蒸馏水,
蒸馏水温度分别为50、60、70、80、90℃,超声波条件
调至60℃、200W功率条件下处理40min。
6
7
8
9
10
11
50 60 70 80 90
ᦤপ⏽ᑺ/ć




/%
图 4 提取温度对山苦茶多糖得率的影响
Fig.4 Effect of extraction temperature on the extraction rate of
polysaccharides from Mallotus furetianus tea
54 2013, Vol.34, No.12 食品科学 ※工艺技术
由图4可知,多糖得率随提取温度的升高不断提高,
因为提取温度升高会加快溶液的扩散速率,促进细胞内
的多糖物质向外扩散。提取温度为70℃时得率达到最
大,提取温度过高还会破坏山苦茶多糖的结构,故提取
温度选择70℃左右为宜。
2.2 超声波辅助提取正交试验
设定热水浸提温度70℃,以山苦茶多糖得率作为评
价指标,确定最佳提取工艺条件,各因素试验设计及结
果见表1、2。
表 1 超声波辅助提取因素水平表
Table 1 Factors and levels used in orthogonal array design for
ultrasonic-assisted extraction
水平 因素
A超声波功率/W B超声时间/min C超声温度/℃ D液料比(mL/g) E浸提时间/min
1 100 10 40 10 30
2 150 20 50 15 60
3 200 30 60 20 90
4 250 40 70 25 120
表 2 正交试验设计及结果
Table 2 Orthogonal array design matrix and experimental results
试验号 A B C D E 多糖得率/%
1 1 1 1 1 1 7.301
2 1 2 2 2 2 7.784
3 1 3 3 3 3 8.101
4 1 4 4 4 4 8.086
5 2 1 2 3 4 8.571
6 2 2 1 4 3 8.604
7 2 3 4 1 2 9.288
8 2 4 3 2 1 9.966
9 3 1 3 4 2 9.464
10 3 2 4 3 1 9.971
11 3 3 1 2 4 9.385
12 3 4 2 1 3 9.433
13 4 1 4 2 3 9.529
14 4 2 3 1 4 9.787
15 4 3 2 4 1 9.673
16 4 4 1 3 2 9.893
k1 7.818 8.716 8.796 8.952 9.228
k2 9.107 9.037 8.865 9.166 9.107
k3 9.563 9.112 9.329 9.134 8.917
k4 9.721 9.345 9.219 8.957 8.957
R 1.903 0.629 0.533 0.214 0.311
由表2中极差R大小可以看出,各因素对山苦茶多糖
得率影响的大小顺序是A>B>C>E>D;根据正交试验
结果最佳工艺条件为A4B4C3D2E1,即超声波功率250W、
超声时间40min、超声温度60℃、液料比15:1,浸提时间
30min,此提取条件下的多糖得率为9.976%。
由表3可知,超声波功率对山苦茶水溶性多糖溶出影
响显著,其他4个因素影响不显著。
表 3 茶多糖提取正交试验方差分析
Table 3 Analysis of variance for the results of orthogonal array design
因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性
超声波功率 8.936 3 4.075 3.290 *
超声时间 0.808 3 0.368 3.290
超声温度 0.821 3 0.374 3.290
液料比 0.155 3 0.071 3.290
浸提时间 0.245 3 0.112 3.290
误差 10.96 15
注:*.差异显著(P< 0.05)。
2.3 蛋白质去除率计算
依据最佳浸提工艺条件A4B4C3D2E1浸提山苦茶多糖,
按方法1.3.1节制备所需样品,样品重复3次。依据质量法
计算蛋白质去除率。结果见表4。
表 4 最佳山苦茶多糖浸提工艺条件下蛋白质去除率
Table 4 Results obtained from three replicate deproteinizations of
crude WSPs
重复次数 称样量/g 去除蛋白前质量/g 去除蛋白后质量/g 蛋白质去除率/% 平均值/% RSD/%
1 10.11 1.346 1.109 17.61
17.7 0.582 10.03 1.302 1.080 17.05
3 10.20 1.441 1.175 18.46
2.4 山苦茶水分、灰分和元素含量分布
表 5 水分和灰分含量测定结果
Table 5 Contents of water and ash in Mallotus furetianus tea, the
purifi ed WSPs and the remaining residue after WSPs extraction
茶叶 序号 称样量/g
水分 灰分
含量/
(g/100g)
含量平均
值/(g/100g)
重复性
(≤0.2g/100g)
含量/
(g/100g)
含量平均值/
(g/100g)
重复性
(≤0.2g/100g)
山苦茶 ① 0.9961 6.873 6.8 0.18 14.40 14 0.19
1.0083 6.688 14.59
茶渣 ② 1.0020 8.168 8.1 0.10 9.754 9.8 0.19
1.0077 8.065 9.945
提取
多糖 ⑤
0.9912 3.456
3.5 0.15
12.37
12 0.040
0.9904 3.601 12.33
注:①、②、⑤与 1.3.1节工艺流程图相对应。
表 6 茶叶元素含量测定结果
Table 6 Contents of elements in in Mallotus furetianus tea, the purifi ed
WSPs and the remaining residue after WSPs extraction
元素 定容体积/mL 元素含量/(mg/kg)山苦茶叶 茶渣 提取多糖
Ba 25.0 291.1 150.9 25.34
Cr 25.0 1.519 1.245 1.219
Li 25.0 0.8540 0.4701 0.4381
Zn 25.0 8.782 18.26 25.89
Mn 25.0 128.8 108.6 218.2
Fe 25.0 124.4 188.0 7.515
Cu 25.0 6.352 10.230 6.128
Na* 25.0 1.550 0.3566 4.634
Ca * 25.0 10.500 9.227 3.168
Mg* 25.0 2.524 1.685 4.850
K * 25.0 16.390 2.502 42.590
S* 25.0 1.058 0.8871 0.922
P* 25.0 0.5758 0.4379 1.185
Sc 25.0 8.434 7.491 2.083
Ni 25.0 8.857 7.042 2.903
注:标示 *元素单位为 g/kg。各元素含量以去除其样品中水分的干基计,
其值为 2次测定值的平均值。
※工艺技术 食品科学 2013, Vol.34, No.12 55
依据最佳浸提工艺条件A4B4C3D2E1浸提山苦茶多糖,
按方法1.3.1节制备所需样品测定水分、灰分和元素等含
量。依次对标准溶液的各元素含量进行测定后,以各元
素质量浓度为横坐标,光谱强度为纵坐标,得出的工作
曲线中各元素相关系数在0.9903~1.0000之间,结果见表
5、6。
从表 5结果看出,山苦茶水分和灰分的含量
分布相对较均衡。经烘箱干燥后均含有少量水分
(3.5~8.1g/100g),而可溶态灰分(提取多糖)和不溶态灰分
含量(茶渣)相差不大,重复性很好,说明山苦茶经超声
波热水浸提后的茶渣中仍会有很多元素存在。表6中15种
元素按含量大小为K、Ca、Mg、Na、S、P、Ba、Mn、
Fe、Ni、Zn、Sc、Cu、Cr、Li。其中K、Mg、Na、
Mn、Zn、S、P大部分溶于水,在可溶性多糖中含量高于
茶渣的含量,而Ba、Cr、Li、Fe、Cu、Ca、Sc、Ni有少
量在水中可溶,在茶渣中含量较高。
3 讨论与结论
3.1 浸提条件对茶多糖的提取得率和生物活性有着直
接的影响,超声波提取主要是利用超声波空化产生的极
大压力造成被破碎物细胞壁及整个生物体破裂,而且整
个破裂过程在瞬间完成;同时超声波产生的振动作用加
强了胞内物质的释放、扩散及溶解,加速植物中的有效
成分进入溶剂,使其进一步增大了有效成分的溶出[16]。
超声波技术因具有成本低、安全、操作简单、污染小或
无污染等一系列优点近年来越来越多地被用于有效成分
的提取。王航宇等[17]用超声波法提取甘草多糖,比常规
热水提取所得含量高出36%。李俊等[18]比较了传统的热
水法和超声提取罗汉果多糖的差异。结果发现,与传统
的热水法相比,用超声提取时间大大缩短,收率提高
12.65%,多糖含量提高10.6%,多糖颜色较浅。结果表
明超声波法提取在提取率及技术经济方面比其他方法优
越,且多糖品质较好,后处理相对容易,是较方便、高
效的方法。
3.2 将山苦茶脱脂及小分子糖类等杂质后,采用单因
素试验和正交试验的结果得出,超声波辅助提取山苦茶
多糖的最佳工艺为超声波功率250W、超声时间40min、
超声温度60℃、液料比15:1,浸提时间30min时,热水浸
提温度70℃,水溶性山苦茶多糖的得率为9.976%。在影
响茶多糖提取得率的5个因素中,超声波功率的影响达到
显著水平,而超声温度、超声时间、热水浸提时间、液
料比的影响不显著。因此确定了山苦茶多糖超声波辅助
提取工艺的可行性,笔者在研究了山苦茶多糖分离方法
的基础上[7],采用Sevag试剂和蛋白酶结合脱蛋白,蛋白
质去除率为17.7%。对山苦茶、水溶性茶多糖和茶渣的化
学成分分析结果表明,山苦茶经提取多糖后,水分和灰
分的含量分布相对较均衡,可溶态灰分(提取多糖)和不溶
态灰分含量(茶渣)相差不大,重复性很好,说明山苦茶经
超声波热水浸提后的茶渣中仍会有很多元素存在。本研
究有在为山苦茶的开发、茶多糖制备和茶渣废弃物的合
理有效利用提供参考。
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