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凉粉草多糖的碱液提取及其粉剂的喷雾干燥制备



全 文 :食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY提取物与应用
· 182 ·
2014年 第39卷 第05期
凉粉草(Mesona Blume)又名仙人草、仙草,为
唇形科仙草属一年生植物。在我国主要分布于广
东、广西、浙江、云南、福建和台湾地区等地。
据《中药大辞典》记载,凉粉草性味涩、甘、
收稿日期:2013-12-18 *通讯作者
作者简介:梁焕秋(1988—),女,广东人,硕士研究生,主要从事食品科学专业的研究工作。
寒,具有清暑解渴、凉血之功效,可治疗中暑、
感冒、高血压、糖尿病、肾脏病等[1]。
凉粉草多糖或仙草胶是一种组成较为复杂的
水溶性粗多糖,属于酸性多糖[2],易溶于碱性的溶
梁焕秋1,苏德华1,吴勇辉2,李远志1*
(1.华南农业大学食品学院,广州 510642;2.海南亿德食品有限公司,海口 570100)
摘要:为了研究凉粉草多糖粉剂的喷雾干燥工艺,以全干凉粉草为原料,运用正交分析法分别
优化碱液浸提凉粉草多糖和浸提液喷雾干燥的最佳工艺。结果表明,当凉粉草与0.5%碳酸钠溶液
的比例为1:20时浸提50 min,所得浸提液中多糖含量为4.15 mg/mL;采用喷雾干燥法,在提取液固
形物含量与麦芽糊精的比例为1:5、热风温度160 ℃、流量600 L/h时,以0.55 L/h的速度进料,所
得凉粉草多糖提取液的喷雾干燥得粉率为45%,粉剂多糖含量为1.13 mg/g,综合效果最好。
关键词:凉粉草;提取;多糖;喷雾干燥
中图分类号:R 284 文献标志码:A 文章编号:1005-9989(2014)05-0182-04
Alkali extraction of polysaccharides and optimization of spray drying
technology from Mesona Blumes
LIANG Huan-qiu1, SU De-hua1, WU Yon-hui2, LI Yuan-zhi1*
(1.College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642;
2.Hainan Yide Food Limited Company, Haikou 570100)
Abstract: In order to study the spray drying process of Mesona Blumes polysaccharides powder,
orthogonal experiments was designed to optimize the extraction and spray drying conditions of Mesona
Blumes polysaccharides. Results showed that when the proportion of Mesona Blumes and 0.5% sodium
carbonate solution was 1:20, extracted for 50 min, the polysaccharide content was 4.15 mg/mL. By spray
drying method, the addition of maltodextrin was 1:5, hot air temperature 160 ℃, fl ow 600 L/h and feeding
rate of 0.55 L/h, the Mesona Blumes polysaccharides powder was 45% obtained, with the polysaccharides
content 1.13 mg/g, which was the best comprehensive effect.
Key words: Mesona Blumes; extraction; polysaccharide; spray drying
凉粉草多糖的碱液提取及其粉剂的
喷雾干燥制备
DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2014.05.042
食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 提取物与应用
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2014年 第39卷 第05期
液,且具有很好的凝胶性能和超过一般食品胶的
热稳定性[3],国内许多凉茶企业均以其作为凉茶
的主要配方。而凉粉草多糖粉剂是以凉粉草多糖
提取物为原料制作而成,可供给凉茶企业加工饮
料。目前,国内有关凉粉草多糖粉剂的加工仍未
见有研究报道。喷雾干燥法可快速蒸发暴露在高
温环境中小雾滴的水分,具有良好的质量控制和
连续化生产等优点,因而被广泛用于粉状产品的
生产。本文利用碱液提取法提取凉粉草多糖,并
对其粗多糖提取物的喷雾干燥工艺进行优化,旨
在探讨凉粉草粗多糖粉剂的制备方法,为凉粉草
在食品工业中的进一步开发利用提供理论参考。
1 试验材料与方法
1.1 材料和仪器
凉粉草(全干草):海南亿德食品有限公司,
将凉粉草干品用自来水快速清洗后,再用蒸馏
水清洗至没有泥沙,剪成1 cm的小段烘干,再用
粉碎机粉碎过20目筛待用。葡萄糖对照品、碳酸
钠、苯酚、浓硫酸等均为分析纯;麦芽糊精:上
海源聚生物科技有限公司。
喷雾干燥机:托普仪器有限公司;UV755B
紫外可见分光光度计:上海精密科学仪器有限公
司;电炉:广州越秀日用电器厂。
1.2 凉粉草多糖提取液制备工艺的优化
按一定料液比取5 g粉碎后的凉粉草与碳酸
钠溶液于烧杯中,浸泡0.5 h后于电炉上加热至微
沸,经提取后用纱布过滤,滤液再经抽滤后定容
至250 mL容量瓶,以苯酚-硫酸法测定提取液多
糖含量。以凉粉草多糖含量为指标,选取浸提时
间、碳酸钠溶液浓度和料液比3个因素,应用3因
素3水平正交试验法进行提取工艺的优化,具体试
验因素、水平见表1。
1.3 凉粉草多糖提取液的喷雾干燥加工工艺流程
凉粉草提取液→添加助干剂(麦芽糊精)→预热
(50 ℃)→喷雾干燥→冷却→包装
1.4 凉粉草多糖提取物喷雾干燥工艺的优化
本试验以得粉率和多糖含量的综合评分为
指标(具体评分方法为:将单项指标中的最大值
定为10分,剩下的按照其与最大值的比例分别评
分,最终的综合评分结果等于2个指标的分值相
加)。调节提取液固形物含量为2%,选取热风温度
140、160、180、200 ℃ 4个水平,热风流量560、
580、600、620 L/h 4个水平,入料流量0.25、
0.55、0.85、1.15 L/h 4个水平,料助比(固形物含
量:麦芽糊精添加量)1:2、1:3、1:4、1:5四个水平分
别进行单因素试验。
在上述单因素试验的基础上,选定4因素3水
平的试验条件并进行正交试验,确定喷雾干燥制
备凉粉草多糖粉剂的最佳工艺参数,具体因素水
平见表2。
表2 喷雾干燥正交试验因素水平表
水平
因素
热风温度/℃
A
热风流量/(L/
h) B
入料流量/(L/h)
C
助干剂添加量
D
1 160 580 0.25 1:3
2 180 600 0.55 1:4
3 200 620 0.85 1:5
1.5 多糖含量的测定
采用苯酚-硫酸法[4]。
1.6 得粉率的计算
Y=W2/W1
式中:W1为喷雾干燥前固形物质量,g;
W2为喷雾干燥后凉粉草粉质量,g。
2 结果与分析
2.1 凉粉草多糖碱液提取工艺优化结果
由凉粉草多糖的碱液提取结果(表1)的直观分
析可知,所设计的3个因素对提取液中多糖含量的
影响顺序为C>B>A,即料液比对结果的影响最
大,其次是浸提时间和碳酸钠浓度。优化后最佳
的凉粉草多糖提取工艺条件是A3B3C1,即以碳酸
钠浓度为0.5%、料液比为1:20、浸提50 min的情况
表1 凉粉草多糖提取的正交试验设计及结果
试验号
因素
多糖含量/
(mg/mL)碳酸钠浓度/% A
浸提时间/
min B
料液比/
(g/mL) C
1 1(0.1) 1(10) 1(1:20) 2.24
2 1 2(30) 2(1:40) 3.00
3 1 3(50) 3(1:60) 2.00
4 2(0.3) 2 1 2.64
5 2 3 2 2.56
6 2 1 3 1.96
7 3(0.5) 3 1 4.12
8 3 1 2 2.72
9 3 2 3 1.68
K1 7.24 6.92 9.00
K2 7.16 7.32 8.28
K3 8.52 8.68 5.64
R 1.36 1.76 3.36
食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY提取物与应用
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下所得的凉粉草提取液多糖含量最高。
2.2 凉粉草多糖提取物喷雾干燥工艺优化结果
2.2.1 单因素试验结果
2.2.1.1 热风温度对得粉率和多糖含量的影响
由图1可见,随着热风温度的上升,对得粉率
和多糖含量均有影响,其中多糖含量在140 ℃时
达到最大值,后呈现下降的趋势;而得粉率却在
在120~180 ℃时呈现逐渐上升的趋势,180 ℃时达
到最大值。综合考虑两者的变化情况,确定以热
风温度为160、180、200 ℃设计优化试验。
2.2.1.2 热风流量对得粉率和多糖含量的影响
变化较大,而得粉率的变化较缓。因此可确定以
入料流量为0.25、0.55、0.85 L/h设计优化试验。
2.2.1.4 助干剂添加量对得粉率和多糖含量的影响












      



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图1 热风温度对得粉率和多糖含量的影响
图2 热风流量对得粉率和多糖含量的影响
图3 入料流量对得粉率和多糖含量的影响
图4 助干剂添加量对得粉率和多糖含量的影响
凉粉草提取液的黏度较高,不适于直接用喷
雾干燥处理,需添加一定量的助干剂。由图4可
知,随着助干剂添加量的增加,得粉率呈现上升
的趋势,但到1:4后变化较缓。而粉剂的多糖含量
却逐渐下降,且在1:3后的下降幅度增大。综合考
虑得粉率和多糖含量的变化,选取助干剂添加量
为1:3、1:4和1:5作为设计优化试验的水平。
2.2.2 正交试验优化结果 根据以上对各单因素的
分析结果,以得粉率和多糖含量的综合评分为指
标,应用4因素3水平正交分析法结果见表3。
表3 喷雾干燥正交试验结果



因素 指标
A B C D 得粉率 多糖含量/(mg/g)
综合
评分
1 1 1 1 1 0.36 1.13 18.58
2 1 2 2 2 0.44 1.10 19.73
3 1 3 3 3 0.44 1.03 19.12
4 2 1 2 3 0.43 1.02 18.80
5 2 2 3 1 0.40 1.09 18.74
6 2 3 1 2 0.41 0.98 17.99
7 3 1 3 2 0.41 0.92 17.46
8 3 2 1 3 0.42 0.88 17.33
9 3 3 2 1 0.39 1.01 17.80
K1 57.43 54.84 53.91 55.12
K2 55.53 55.8 56.34 55.19
K3 52.59 54.91 55.31 55.25
R 4.84 0.96 2.43 0.13
表4 喷雾干燥方差分析表
方差来源 平方和 自由度 均方和 F值 P值
A 3.86 2 1.93 14.51 <0.10
B 0.09 2 0.04 0.32
C 1.25 2 0.63 4.72
误差(D) 0.27 2 0.11
注:F0.10(2,2)=9.0。
基于本正交试验的结果,由于因素D的极差
最小,故将其定为误差项。由表4可知,因素A的
热风流量对凉粉草粉多糖含量和得粉率的影
响结果(图2)表明,随着热风流量从540 L/h上升到
600 L/h,得粉率呈现上升的趋势,在600 L/h后略
有下降;而多糖含量在580 L/h达到最大值。综合
考虑两者的情况,确定以热风流量为580、600、
620 L/h设计优化试验。
2.2.1.3 入料流量对得粉率和多糖含量的影响
从图3可以看出,入料流量对得粉率及多糖含
量均有影响。当入料流量为0.25~0.55 L/h时两者均
呈现上升的趋势且达到最大值,其中多糖含量的
食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 提取物与应用
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2014年 第39卷 第05期
P值<0.10,即热风温度3个水平的变动对得粉率
和多糖含量的综合结果有显著的影响;B、C因素
的F值小于9.0,表明热风流量和入料流量在设计
的3个水平对试验结果没有显著的影响。
由正交试验的直观分析可知,4个因素对凉粉
草喷雾干燥的影响程度为:A(热风温度)>C(入料
流量)>B(热风流量)>D(助干剂添加量),最佳喷
雾干燥的工艺条件是A1B2C2D3。为保证凉粉草多
糖提取工艺和喷雾干燥工艺条件的重现性和可行
性,对最佳工艺条件进行了验证试验,试验结果
为:在碳酸钠浓度为0.5%、料液比为1:20、浸提
50 min的情况下,凉粉草提取液的多糖含量为4.15
mg/mL。向该提取液添加1:5(固形物含量:麦芽糊精
添加量)的助干剂,在热风温度160 ℃、流量600 L/
h下,以0.55 L/h的速度进料,所得凉粉草多糖提
取液的喷雾干燥得粉率为45%,多糖含量为1.13
mg/g,综合效果最好。
3 结论
全干凉粉草以碱液提取所得的提取液经过杀
菌和密封包装后在常温下放置120 d后仍保持色泽
均匀,无沉淀物和变质现象。经喷雾干燥后的粉
末呈细微粒状,色泽为灰棕色,具有凉粉草特有
的香味和在温水中良好的水溶性。
喷雾干燥技术在生产粉状产品上具有质量
好、操作简单、适于连续自动化等优点[5]。以碱液
提取凉粉草多糖溶液和喷雾干燥制备其粉剂是凉
粉草开发利用的重要手段,本研究将有利于凉粉
草的产业化加工,为其更深层次的开发途径提供
理论依据。
参考文献:
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添加剂,2005,(6):21-24
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的影响因素分析[J].中国食品学报,2006,(3):116-118
节食会让人变“傻”
据英国《每日邮报》网站报道,美国哈佛大学经济学教授森德希尔·穆莱纳坦说,过度沉迷于计算热量和抑制自然的
食欲可能会“堵塞”节食者的大脑,令其没有空间进行其他的思考和计算。
穆莱纳坦解释说,这种“堵塞”会对人们执行各种任务的能力产生不利影响。这些任务包括逻辑推理、解决问题和吸
收新信息等,穆莱纳坦将这些任务统称为“带宽”。
研究发现,节食者的“带宽”比非节食者的要窄,这意味着前者执行这些任务的能力要比后者弱。
节食的另一些方面也会对人的“带宽”产生影响,例如决定“取舍”——吃一块饼干就意味着不能吃晚餐的开胃菜。
《纽约时报》的文章援引了2005年发表在《国际进食障碍杂志》上的一项研究成果,该研究比较了节食者和非节食者
对吃一块巧克力的不同反应。 研究人员发现,非节食者吃完巧克力后马上开始执行其他任务。而节食者在吃完巧克力后的
几分钟内一直在想这块巧克力含有多少热量以及他们为什么要吃这块巧克力。 因此,饮食过程中需要较少思考的人似乎成
功的机会更大。 文章还援引了2010年1月发表的另一项研究成果。该研究发现,采用阿特金斯减肥法(即禁止摄取碳水化合
物)的人比采用更复杂的节食法(如“慧优体”减肥法)的人依赖节食的时间更长。 该研究的结论是:“感觉到规则的复杂性
是放弃对认知要求更高的体重管理方案可能性增加的最大因素。” 穆莱纳坦与美国普林斯顿大学教授埃尔达尔·沙菲尔在
两人合著的《缺乏:为何拥有太少意味如此之多》一书中探讨了这一现象。 穆莱纳坦和沙菲尔认为,任何形式的缺乏(不仅
仅是食物缺乏)都会对大脑产生类似的影响,因此需要有效利用“带宽”。 穆莱纳坦写道:“就像节食者不停地跟踪食物一
样,特别忙的人跟踪每一分钟,而穷人则跟踪每一元钱。” 例如,来自低收入家庭的学生要申请大学助学金就必须填完一
份满满10页的小册子。对于这些学生来说,这是非常繁重的脑力任务。 穆莱纳坦写道:“如果是一页纸,那么不仅会更容
易,而且承认穷人缺少的不仅是现金,还有‘带宽’。”