全 文 ：2004, Vol. 25, No. 3106 ※工艺技术食品科学
地蚕中低聚糖的提取及其诱导植物抗病性的研究
黄 洁1，宋纪蓉1，王 阳2，李振岐2,*，徐抗震1，尹 涛1
（1.西北大学食品科学与工程系，陕西 西安 710069；
2.西北农林科技大学植保学院植病研究所， 陕西 杨陵 712100）
摘 要：采用多级水提醇沉法来提取地蚕中低聚糖，通过实验确定了从地蚕中提取低聚糖的工艺条件：料液比为
10∶1，80℃下熔煮2h，提取率可达到80％。采用不同浓度梯度的乙醇进行多级沉淀得到不同成分的低聚糖，并用提
取的低聚糖喷雾处理小麦植株，诱导小麦对条锈病的抗病性，实验结果表明，用90％乙醇提取的低聚糖处理后病指
下降百分率最高，平均可达80％以上。
关键词：低聚糖；地蚕；提取；小麦条锈病
收稿日期：2003-08-03
作者简介：黄洁（1969-），女，在读博士，从事食品工程和生物发酵工程方面的研究。
李振岐（1922-），男，教授，博导，中国工程院院士，从事植物病理和植物免疫方向的研究。
2.2 超高压杀菌最佳条件的优化
如果把超高压杀菌技术应用于食品工业，因考虑到食品
原料污染的微生物指数一般不大于106cfu/lg·m，由回归模型：
(3) 来预测杀灭106cfu/lg·ml的最优条件，利用统计软件De-
sign Expert分析，结果见表5。
从表5可知，杀灭6个数量级的枯草芽孢杆菌的杀菌条
件温度：X1=31.10～59.03℃，压力：X2=435.23～562.21MPa，
保压时间：X3=10.11～ 9.53min，优化出10组杀菌工艺参数。
2.3 模型的检验
经上述分析，按表6中X1、X2、X3的10组参数进行超
高压杀菌验证，表6统计了按回归模型所预测的10组杀菌工
艺参数的验证结果。
从表6可以看出：按照该10组杀菌工艺参数进行超高压
试验，结果枯草芽孢杆菌Bacillus subtilisAS.1.1731死亡数量
级Y值皆大于6，平均相对误差为2.57%，证明应用响应曲面
法（RSM）优化的超高压杀菌工艺是可行的。
3 结 论
首次将响应面分析法（RSM）用于超高压杀菌条件的优
化，获得良好的结果。经响应曲面法（RSM）优化的杀灭6个
数量级枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis AS.1.1731的优化条件见
表5，经检验证明该10组杀菌工艺参数是合理可靠的。
参 考 文 献：
[1] 园池耕一郎.食品工业,1994,(4):27-32.
[2] Hite B H. The effect of pressure in the preservation of milk[J].
Bull W Va Univ Agric Exp Stn,1899,(58):15-35.
[3] 姜春玲，等. 超高压对病毒影响的研究进展[J].国外医
学病毒学分册.
[4] Marquis R E,Matsummura P. Microbial life under
pressure.In:Kushner D J ed. Microbial life in Extreme
Enviroments[M].New York:Academic press,1978.105-158.
[5] Cheftel J C. Review: High-pressure, microbial inactivation and
food preservation[J]. Food Sci Technol Int 1995,(1):75-90.
[6] Knorr D. Effects of high-hydrostatic-pressure processes on food
safety and quality[J].Food Technology,1993,(6):156-161.
[7] Mertens B. High-hydrostatic-pressure treatment of food:equipment
and processing[M]. In: G W Gould(Ed.), New Methods of Food
Preservation, Blackie, London, 1995.135-158.
[8] Mertens B. Knorr D. Developments of nothermal processes
for food preservation[J].Food Technol,1992, (46):124-133.
[9] Hayashi R. Application of high pressure to food pressing and
preservation:philosophy and development.In W.E.Spores and
H.Shubert(ed).Enginering and food.Elsevier Applied science
London United kingdom,1989.815-826.
[10] Fair D. High pressure technology in the food industry[J].Trends
Food Science and Technology,1990,(1):15-16.
[11] Shirakawa T. Kenkyu Hokoku-kagawaken Shoduhin Shikenjo/
Kagawa-ken Hakko Shokuhin Shikenjo, 1991, (84):33-42.
[12] Smelt J P P M. Recent advances in the microbiology of high
pressure processing[J]. Trends Food Science Technol-
ogy,1998,( 9):152-158.
[13] Nakayama A. Comparison of pressure Ressistances of
spores of Six Bacillus Strains with their Heat Resistances in
appl[J].Enviro. Microbiro,1996,(62):3897-3900.
[14] Sojka B, Ludwig H. Effect of pressure changes on the
inactivation of Bacillus subtillus Spores in pharm[J].ind,
1997,59:436-438.
[15] Myers R H.Response surface methodology[M]. Ann Arbor
Edwards Brothers,1976.
[16] Montgomery D C.Design and analysis of experiments. 2nd
ed[M]. New york,John Wiley,1991.
[17] Annadurai G.Raju V.Use of Box-Behken design experiments
in the determination of adsorption equilibrium: reactive dye
on chitin.In proceeding of the Advances in Chemical Engi-
neering-97, October 22-24, pp.18-20. Bhabha Atomic Re-
search Center, Mumbia-400 085, India,1997.
[18] Annadurai G,Sheeja R Y.Use of Box-Behken design of
experiments for the adsorption of verofix-red using Biopoly-
mer. Bioprocess Eng,1998,18:463-466.
1072004, Vol. 25, No. 3※工艺技术 食品科学
Extraction of Oligosaccharides from Stachys geobombycis and
It is Application on the Disease Resistance of Plant
HUANG Jie1 SONG Ji-rong1 WANG Yang2 LI Zhen-qi2* XU Kang-zhen1 YIN Tao1
（1. Department of Food Science and Engineering, Northwest University, Xi’ 710069, China；
2. Deparment of Plant Protection, Northwest Agricultural University, Yangling 712100,China）
Abstract: Oligosaccharide was extracted from Stachys geobombycis with hot water and alcohol. The Stacgts geobombycis was
boiled at 80℃ for 2.5 h with liquid-to-solid ratio of 10:1 ml/g and the content of total polysaccharide in supernatant fluid could reach
80% after filtration. Alcohol in different concentration was used to treat the filtrate liquor through a fractionated precipitation
way to get the different oligosaccharide, which was then used to treat wheat to induce the resistance to wheat stripe rust.
Results show that the alcohol in higher concentration could get the oligosaccharide, which is more helpful to induce the resis-
tance of wheat to stripe rust.
Key words: oligosaccharide Stachys geobombycis; extract; wheat stripe rust disease
中图分类号：O629.1 文献标识码：B 文章编号：1002-6630（2004）03-0106-04
地蚕属于被子植物唇形科水苏属，为多年生草本植物。
据《中国植物志》记载：地蚕的拉丁属名为：Stachys，拉丁科
名为：Labiatae。地蚕原产于中国北部，据记载已有3000余年
的栽培历史。17世纪末传人日本，1882年引入欧洲，1900年
传到美国。地蚕在中国各地都有零星种植，分布较广，但栽培
面积不大，产量不多，稍成规模的有江苏扬州市，年产成品仅
8～10万kg；河南省偃师县，栽培面积不足20公顷；湖北省荆
门，产量也很有限。
地蚕为一种中药，其别名、异名有近二十种之多。主要
有地枯牛、草石蚕、银条、地溜儿、土冬虫草、白虫草、肺痨
草等。《本草纲目》、《陆川草本》称其“功能近似冬虫草”，“既
可为菜为药，又可充果”。地蚕为多年生宿根草本，株高30～
40cm，茎具4棱槽，枝叶被柔毛状刚毛。单叶对生，叶片长圆
状卵形，长4.5～8cm，宽约3cm，边缘有圆齿状锯齿。因其地
下根状块茎肉质肥大，形状似蚕，故名地蚕。地蚕的块茎黄白
色，长约5～8cm，尾端稍尖，粗如铅笔杆，有6～13个环状
节，节上有小芽眼及膜质、三角状的鳞片。据《中国药用植物
简编》称：其声茎性甘、平，药用有益肾润肺、滋阻补血、清
热除痰功能；《中国植物志》第66卷称其块茎可供食用，全草
入药，治跌打、疮毒，祛风毒。地蚕块茎内含大量糖类。据有
关分析资料报道[2]，草石蚕鲜品每100g含蛋白质4.1g，脂肪
0.3g，碳水化合物23g及大量的水分，其碳水化合物主要是以
水苏糖为主的功能性低聚糖，与大豆相比地蚕中低聚糖含量较
高。本文通过实验研究确定了从地蚕中提取低聚糖的工艺条
件，并且通过低聚糖诱导植物抗病性的实验研究表明，地蚕中
的低聚糖对诱导小麦抗条锈病有很好的效果。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 原料和试剂
地 蚕 西安美辰生物技术有限公司提供。
供试植物 小麦品种为辉县红，由西北农林科技大学
植保学院植物病理研究所提供，对所有的小麦条锈菌生理小
种均为高感。
供试病原菌 小麦条锈菌（Puccinia Striiformis f.sp.
tritici.）夏孢子采自田间自然发病的小麦植株，在小麦品种辉
县红上繁殖备用。
化学试剂 丙酮，无水乙醇等，葡萄糖标准品（中国
药品生物制品检定所）均为分析纯。
1.1.2 仪器
TU-1901型紫外可见分光光度计；Sigma3-15中速离心
机；DZKW-D型恒温水浴锅；SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵；
DZF-1型真空干燥箱等；9FZ-15型机械粉碎机。
1.2 方法
1.2.1 提取方法
地蚕经低温烘干后粉碎机粉碎过筛备用，准确称取一定
量的地蚕粉，常水法提3次，水提液减压浓缩至2∶1（按生
药量计算体积），加入乙醇，静置48h。沉淀物经离心机离心
后依次用乙醇、丙酮、乙醚抽提，挥散溶剂至干得到浅棕色
多糖粉末，上清液减压蒸馏浓缩，低温真空干燥得到低聚糖。
1.2.2 分析方法
总糖含量的测定 硫酸－苯酚比色法[3]。
1.2.3诱导抗性实验
将供试种子消毒、浸种、催芽后土壤盆栽，每盆种植15株
左右，待幼苗长至一叶一心期时，用提取的系列浓度低聚糖水
溶液（加0.1％Tween-20）分别喷至小麦幼苗上，使植株全部叶
片湿润，同时以喷清水和粉锈宁为对照（加0.1％Tween-20）。处
an
2004, Vol. 25, No. 3108 ※工艺技术食品科学
2
2.3
2.6
2.9
3.2
3.5
低
聚
糖
质
量
（
g）
乙醇浓度（%）
30 50 70 90
图5 低聚糖质量随加醇量的变化曲线
总
糖
含
量
（
g）
液料比（g/g）
图2 总糖含量随液料比的变化曲线
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
0 5 10 15 20
滤
渣
质
量
（
g）
液料比（g/g）
图1 滤渣质量随液料比的变化曲线
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
0 5 10 15
理5d后，条锈菌用新繁殖的夏孢子配成孢子水悬液用涂沫法
进行接种，保湿24h后转入温室；在接种后第15d记载发病率
和严重度（严重度按照小麦条锈病的8级标准），计算病情指
数及诱抗效果。诱抗效果以病指下降百分率表示[4]。
诱抗效果＝[（对照病指－处理病指）/对照病指×100％]
1.3 提取工艺流程
2 结果与讨论
2.1 水提法的工艺优化
地蚕中含有23％的糖类，一般糖类在热水中可溶解，溶
解量由两个条件决定，提取时间和液料比，通过考察提取上
清液的总糖含量及滤渣质量可以确定最佳提取时间和液料比。
准确称取5g地蚕粉，分别添加不同剂量的水，回流熔煮
2h后，观察三次水提后滤液中总糖含量和滤渣质量的变化规
律。准确称取5g地蚕粉，分三次共加入10倍量的水（50ml），
观察不同熔煮时间下总糖含量和滤渣质量的变化规律。实验
结果如图所示。
从图1～4中可以看出，随着液料比的增大和提取时间的
增长，总糖含量在增加、滤渣质量在减少、提取率也在增长。
当液料比为10∶1、提取时间为2h时，总糖含量和滤渣质量
趋于稳定，同时考虑到生产周期和耗能等经济效益，当以液
料比10∶1，提取时间2h为宜。
2.2 醇沉法的工艺研究
低聚糖保持着与单糖相似的物理性质。一般单糖和低聚
糖在乙醇和水中均有很好的溶解性，而多糖随着聚合度的增
地蚕→粉碎→蒸煮→过滤→醇沉→低聚糖
多糖
↓
滤渣
↓
1092004, Vol. 25, No. 3※工艺技术 食品科学
加，极性比单糖、低聚糖的极性减小，性质和单糖、低聚糖
相差也越来越大。多糖一般为非晶形，无甜味，难溶于冷水，
溶于热水成胶状体溶液[5]。根据极性物质具有较强的亲和能
力，“相似者易于吸附”的原理[6]。同为溶质，在极性比水弱
的乙醇中，多糖比低聚糖易被醇沉析出。
准确称取5g的地蚕粉10份，用不同浓度的乙醇提取，经分
光光度法测定其糖度，结果如图。从图6中可以看出，随着醇浓
度的增加，低聚糖质量逐渐减少，相反地，多糖质量在增加。
2.3 低聚糖的诱导抗性研究
将不同浓度乙醇经多级沉淀提取的低聚糖由西北农林科
技大学植保学院植病研究所做小麦条锈病的诱导抗性实验，
结果如表1所示。
从图6可以看到，随着乙醇浓度的提高，所得到的低聚
糖抗病性也在提高。从表1可以看出，用90％的乙醇提取的
低聚糖液稀释100倍后喷洒到小麦幼苗上，小麦条锈病发病率
低，严重度也相对较低，诱导效果即病情指数下降百分率平
均可达80％以上，诱导抗病结果最好。
3 小 结
由上述实验可得出结论，地蚕在液料比为10∶1，熔煮时
间为2h时，水提效果较好。在乙醇浓度为90％时，经多级沉
淀提取的低聚糖抗病性能较好，目前需要进一步对提取的低
聚糖纯化以确定其成分，对其诱导抗性机理进行深入研究。
参 考 文 献：
[1] 岳振峰，赵谋明，彭志英，等. 功能性低聚糖研究进展
[J]. 食品科学，1999，9(5): 21-25.
[2] 李军生. 豆类低聚糖的开发应用[J]. 食品工业，1996，
（4）：5-7.
[3] 傅博强，等. 茶叶中多糖含量的测定[J]. 食品科学， 2001，
22（11）：46-47.
[4] 李振歧，曾士迈. 中国小麦锈病[M]. 北京：中国农业出
版社，2002.
[5] 黑龙江省甜菜糖业研究所. 甜菜制糖化学管理统一分析
方法[M]. 北京：轻工业出版社，1975.
[6] 高俊凤. 植物生理学试验技术[M]. 西安： 世界图书出版
社， 2000.