苦豆子膠熱水提取工藝研究

葉 林 蒲云峰 黃 強(qiáng)

苦豆子(Sophora Alopecuroides L.)是豆科，槐屬植物，多年生草本植物，別名布亞(維語(yǔ)譯名)、歐苦參、苦豆草等，藥用根、莖、全草及種子?？喽棺佣嗌L(zhǎng)在干旱、陽(yáng)光充足、排水良好的石灰性土壤或沙丘上，廣泛分布于我國(guó)新疆、甘肅、青海、寧夏、內(nèi)蒙古等西部省區(qū)［1］［2］。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多專家對(duì)苦豆子進(jìn)行了大量研究。研究發(fā)現(xiàn)，苦豆子的主要化學(xué)成分有生物堿、黃酮類、有機(jī)酸、氨基酸、蛋白質(zhì)和果膠［3，4］。生物堿和黃酮類是苦豆子中主要的活性成分，并有較為系統(tǒng)的研究［5］?？喽棺拥姆N子、莖和根中都含有豐富的苦豆子膠，其主要成分是半乳甘露聚糖，半乳甘露聚糖具有清熱解毒、抗菌消炎、止痛殺蟲(chóng)、平喘止咳等功效［6］。黃啟華［7］等和艾連中［8］的研究表明，苦豆子種子中含有苦豆子多糖12.8%，紅外光譜數(shù)據(jù)表明有α－型和β－型的糖甙鍵的特征峰，多糖經(jīng)完全水解后，用紙層析及酚硫酸比色法測(cè)定，主要成分為D－半乳糖和D－甘露糖，做了研究，結(jié)果表明:苦豆子種子中含有苦豆子膠主要成分是α－D－半乳糖和β－D－甘露糖，還有鼠李糖、核糖、木糖、阿拉伯糖和葡萄糖。二者的摩爾比為1∶2.37。王維通、于海妮［9］等人以苦豆子原膠為實(shí)驗(yàn)材料，對(duì)苦豆子膠成分結(jié)構(gòu)

本試驗(yàn)以苦豆子種子為原料，采用沸水浴浸提法，優(yōu)化苦豆子膠提取工藝，為苦豆子資源綜合利用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和儀器

1.1 試驗(yàn)材料

苦豆子種子、根、莖，2009年9月采自新疆阿克蘇地區(qū)。

1.2 試驗(yàn)試劑

葡萄糖(AR);無(wú)水乙醇(AR);95%乙醇(AR);氫氧化鈉(AR);濃硫酸(AR);苯酚(AR);硫酸鋁(AR);無(wú)水硫酸鈉(AR);無(wú)水硫酸銅(AR)等。

1.3 試驗(yàn)儀器

AR2140型電子天平:奧豪斯公司;PH211C型臺(tái)式酸度計(jì):北京哈納科技有限公司;LXJ－IIB型低速大容量多管離心機(jī):北京安亭儀器廠;DL－1型電子萬(wàn)用爐:北京市永光明醫(yī)療儀器廠;756型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì):上海光譜儀器有限公司;C203L型烘干箱:鞏義市領(lǐng)科儀器廠;KX－UP－UV－20型超純水器:成都康寧實(shí)驗(yàn)專用純水設(shè)備廠。

2 試驗(yàn)方法

2.1 原料預(yù)處理

將新鮮的苦豆子根、莖及種子清洗后(苦豆子根和莖切成2～3cm小段)，均勻鋪在托盤(pán)上，置于鼓風(fēng)干燥箱65℃條件下，干燥48 h，然后取出放置冷卻至室溫，粉碎后過(guò)80目篩，放置在冰箱冷藏室備用。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線制備

準(zhǔn)確稱取在105℃的條件下干燥至恒重的葡萄糖100 mg，置于100 ml容量瓶中，溶解并定容。吸取 0.10 ml、0.20 ml、0.40 ml、0.60 ml、0.80 ml、1.00 ml、1.50 ml、2.00 ml分別置于具塞試管中，加蒸餾水定容至10 ml，各加5%苯酚溶液5 ml搖勻，并且迅速加濃硫酸25 ml，搖勻靜止10 min，然后置于沸水浴中加熱15 min，取出冷卻至室溫。另取10 ml蒸餾水，加5%苯酚溶液5 ml，并加濃硫酸25ml，沸水浴中加熱 15 min作為空白對(duì)照，于485 nm波長(zhǎng)處對(duì)樣品測(cè)定吸光度，以濃度C對(duì)吸光度A進(jìn)行回歸分析得回歸方程。以濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(見(jiàn)圖1)，得線性方程，R2=0.997 2，線性范圍為10.0～200 μg/ml。

圖1 葡萄糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 換算因子的測(cè)定

精密稱取苦豆子膠100 mg，置于200 ml容量瓶中，用蒸餾水溶解并定容;吸取200μL配制好的多糖溶液，向其中加蒸餾水1.8 mL，吸取5%苯酚溶液1 ml，并迅速加濃硫酸5 ml，搖勻靜止10 min，然后置于沸水浴中加熱15 min，取出冷卻至室溫，通過(guò)分光光度計(jì)測(cè)定吸光度，平均吸光度A=0.013 2(n=5)，按下式計(jì)算換算因子，計(jì)算得F=2.222 4。

W:苦豆子膠的質(zhì)量，μg;

C:苦豆子膠稀釋液中每毫升葡萄糖的含量，μg;

D:苦豆子膠的稀釋倍數(shù)。

2.3 樣品含量的測(cè)定

吸取苦豆子膠提取液1.0 mL，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制方法測(cè)定樣品吸光度，按下式計(jì)算樣品中苦豆子膠提取率。

C:供試液中葡萄糖的濃度，μg/mL;

D:供試溶液的稀釋后的總體積，mL;

F:換算因子;

W:供試樣品中苦豆子膠含量，mg。

3 結(jié)果與分析

3.1 苦豆子不同組織膠含量

稱取經(jīng)粉碎過(guò)80目篩的苦豆子根、莖和種子粉10.0 g，按1:25的料液比加入蒸餾水，沸水浴浸提5 h，過(guò)濾收集濾液。殘?jiān)凑丈鲜霾僮鳁l件重復(fù)多次浸提，直到浸提液膠含量接近0。將多次浸提液合并，濃縮定容備用，按2.3方法測(cè)得多糖含量，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 苦豆子根、莖、種子中苦豆子膠含量

由表1可以看出，苦豆子種子中含膠量最高，可達(dá)到12.64±0.09%，其次是苦豆子根，含膠量10.17±0.20%，苦豆子莖含膠量最低，含膠量為4.39±0.24%。雖然苦豆子莖含膠量低，但它的產(chǎn)量是種子的5～7倍，另外苦豆子根雖然含膠量也高，但苦豆子是多年生植物，不宜以根為要原料提取苦豆子膠。因此，對(duì)于苦豆子資源的開(kāi)發(fā)利用，應(yīng)以苦豆子莖和種子為原料的開(kāi)發(fā)利用為主。

3.2 提取次數(shù)對(duì)苦豆子膠提取率的影響

由圖2可以看出，隨著提取次數(shù)的增加，苦豆子膠提取率逐漸增加，提取次數(shù)為2次提取率比1次高20.2%，3次比2次提取率高3.8%，4次比3次提取率高1.5%，提取次數(shù)越多，苦豆子膠的提取率增加得越少，因此從節(jié)約成本和充分利用原料的角度考慮，從苦豆子種子中提取苦豆子浸提兩次是比較合理的。

3.3 溫度對(duì)提取率的影響

由圖3可以看出，隨著提取溫度逐漸增加，提取率逐漸增加，溫度越高提取率增加越緩慢，當(dāng)提取溫度超過(guò)80℃，苦豆子膠提取率變化不明顯。在一定的范圍內(nèi)，提取溫度高，分子熱運(yùn)動(dòng)加快，傳質(zhì)速率也隨之變快，提取率顯著增加，當(dāng)溫度高到一定值時(shí)，提取率已經(jīng)達(dá)到最大值，增加提取溫度，對(duì)提取率影響就不顯著了。因而，提取溫度選擇在85～95℃范圍內(nèi)較為適宜。

3.4 浸提時(shí)間對(duì)苦豆子膠提取率的影響

由圖4可以看出，隨著浸提時(shí)間延長(zhǎng)，提取率逐漸提高，處理時(shí)間為7 h時(shí)，提取率達(dá)到最大，當(dāng)處理時(shí)間7 h后，提取率有不同程度的下降。處理時(shí)間短，苦豆子莖中的苦豆子膠未能充分溶脹形成水溶性膠，所以提取率低;處理時(shí)間延長(zhǎng)，提取率提高;但若處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，部分苦豆子膠會(huì)被降解，導(dǎo)致提取率下降。因此，浸提時(shí)間在7 h附近較為適宜。

3.5 液料比對(duì)苦豆子膠提取得率的影響

由圖5可以看好出，液料比對(duì)苦豆子膠提取率的影響十分顯著，隨著液料比增加，提取率顯著增加。當(dāng)液料比達(dá)到25時(shí)，繼續(xù)增大液料比，提取率增加不明顯，因此適宜的液料比以25較好。

3.6 正交試驗(yàn)

3.6.1 正交因素水平表

在以上單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)影響苦豆子種子膠提取率的主要因素浸提次數(shù)、浸提溫度、浸提時(shí)間和液料比四個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素水平表見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)因素水平

3.6.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

以浸提次數(shù)、浸提溫度、浸提時(shí)間和液料比進(jìn)行四因素三水平的L9(43)正交試驗(yàn)，苦豆子膠提取工藝優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表3可以看出得到各因素對(duì)苦豆子膠提取率的影響主要順序依次為浸提次數(shù)＞浸提溫度＞液料比＞浸提時(shí)間，最優(yōu)組合為A3B3D3C3，即浸提3次，浸提溫度100℃，浸提時(shí)間8 h，液料比27.5。

表4 方差分析結(jié)果

由表4可以看出，在苦豆子膠提取正交試驗(yàn)中所選定的因素和水平內(nèi)，浸提次數(shù)對(duì)提取率的影響達(dá)到顯著水平(P≤0.05)，而浸提溫度、浸提時(shí)間和液料比對(duì)提取率的影響卻不顯著。因此，從節(jié)約資源的角度考慮，苦豆子膠浸提的最佳工藝應(yīng)為A3B1C1D1。

3.6.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

對(duì)正交試驗(yàn)最佳工藝為A3B1C1D1進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，即:浸提次數(shù)3次，浸提溫度90℃，浸提時(shí)間6 h，液料比22.5，重復(fù)三次，獲得平均提取率為94.50±0.46%。

4 討論

目前，我國(guó)食用膠的年需求量為3至4萬(wàn)噸，而我國(guó)食用膠的產(chǎn)量為1萬(wàn)噸左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)食用膠的需求，只能從國(guó)外進(jìn)口，因此，開(kāi)發(fā)和利用新型食用膠是我們研究的重點(diǎn)。苦豆子種子中含有較多的水溶性多糖，主要成分是半乳甘露聚糖，具有較好的增稠、穩(wěn)定、凝膠作用。通過(guò)對(duì)我國(guó)苦豆子中苦豆子膠的含量測(cè)定和提取工藝研究，可以為我國(guó)苦豆子資源綜合利用提供新的研究方向，為今后苦豆子的綜合利用提供有力依據(jù)。

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