超聲提取西洋參葉多糖工藝及穩(wěn)定性研究

黃偉敏，南 江，王 星，穆小燕，季曉暉

(陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中 723000)

超聲提取西洋參葉多糖工藝及穩(wěn)定性研究

黃偉敏，南 江，王 星，穆小燕，季曉暉*

(陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中 723000)

以不同的超聲波功率、超聲波頻率、提取溫度以及提取時(shí)間等為條件對(duì)西洋參葉多糖的提取工藝進(jìn)行研究，并對(duì)多糖在不同溫度、pH、氧化還原劑、食品添加劑和金屬離子等條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，西洋參葉多糖的最佳提取條件為:功率700W，頻率100kHz，溫度70℃，超聲時(shí)間60min;西洋參葉多糖對(duì)溫度的穩(wěn)定性較差，在堿性、氧化還原劑、VC、檸檬酸、Na+、Fe3+、Al3+等溶液中的穩(wěn)定性較差，在酸性、苯甲酸鈉溶液中的穩(wěn)定性較好。

西洋參葉，多糖，超聲波，提取，穩(wěn)定性

西洋參(Panax quinquefolius)，又名西洋人參、洋參、花旗參、廣東人參，為五加科植物。西洋參原產(chǎn)于美國(guó)、加拿大及法國(guó)，我國(guó)亦有栽培。西洋參味苦，性涼，入心、肺、腎經(jīng)，功能以補(bǔ)益為主，可滋陰降火、益氣生津，臨床常用于肺虛久咳、咳喘、咯血、熱病傷陰、口渴咽干、少津、虛火煩倦、胃火牙痛等多種病癥，西洋參葉中富含抗癌物質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及多糖類。多糖是由多個(gè)單糖分子縮合失水而成，是一類分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜且龐大的糖類物質(zhì)［1］。大量研究表明∶多糖除具有免疫調(diào)節(jié)，抗腫瘤生物學(xué)效應(yīng)外，還有抗衰老、降血糖、抗凝血等作用，且對(duì)機(jī)體副作用?。?］。目前，多糖已經(jīng)是功能性食品研究的熱點(diǎn)之一。有文獻(xiàn)［3］報(bào)道西洋參葉多糖具有抗疲勞，防輻射，降血糖，降血脂等功效。本文對(duì)西洋參葉多糖的超聲波［4］提取及多糖穩(wěn)定性進(jìn)行探究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

西洋參葉 采自于陜西漢中留壩縣，陰干粉碎，過40目篩，經(jīng)石油醚和乙醇回流脫脂脫色后干燥備用;蒽酮、濃硫酸、石油醚、無水乙醇、氯仿、正丁醇、葡萄糖、雙氧水、無水亞硫酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉、抗壞血酸、苯甲酸鈉、檸檬酸、氯化銅、氯化鈷、氯化鎳、氯化鉀、氯化鈉、氯化鋁、氯化鐵 均為分析純;自制蒸餾水、超純水。

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司;電熱恒溫水浴鍋 北京科偉永興儀器有限公司;SHZ－D循環(huán)水式真空泵 鞏義市英峪予華儀器廠;AL204－IC型電子分析天平 梅特勒－托利多儀器上海有限公司;pHS－3S型pH酸度計(jì) 億通電子有限公司;T6新世紀(jì)紫外分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;KQ－700VDE型三頻數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 提取方法 提取的工藝流程為∶西洋參葉→陰干→粉碎→石油醚、乙醇熱回流脫脂脫色→超聲波提取→蒸發(fā)濃縮→乙醇沉淀過夜→Savage法除去游離蛋白→乙醇沉淀低溫干燥→多糖

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 分別取1mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖溶液0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0mL于50mL容量瓶用水定容，各取2mL于具塞試管中，再分別加入8mL蒽酮－硫酸溶液，然后浸入沸水浴中15min，取出冷卻，在620nm處測(cè)量吸光度，以吸光度(A)為縱坐標(biāo)，葡萄糖的質(zhì)量濃度C(μg/mL)為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1)，得到回歸方程∶

A=0.0342C－0.004，r=0.9992

圖1 葡萄糖質(zhì)量濃度測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.2.3 西洋參葉多糖含量的測(cè)定 取2mL西洋參葉的多糖提取稀釋液，加入8mL蒽酮硫酸溶液，其他操作同1.2.2，在620nm處測(cè)其吸光度，平行三次。

1.2.4 西洋參葉多糖的測(cè)定方法及轉(zhuǎn)化因子的計(jì)算

采用蒽酮硫酸法［5］。由公式C2/C1=K(A2/A1)可以得出∶K=3.087(C1為葡萄糖濃度;C2為多糖濃度;A1，A2分別對(duì)應(yīng)為葡萄糖和多糖溶液的吸光度; K為葡萄糖和多糖之間的轉(zhuǎn)化因子)。

西洋參葉多糖的提取率(%)=(多糖的濃度×稀釋倍數(shù)×10－6)/樣品干重×100%。

1.2.5 西洋參葉多糖提取的單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.5.1 不同超聲功率對(duì)多糖提取的影響 取1.0g西洋參葉粉末樣品加30mL蒸餾水，利用超聲波在超聲頻率100kHz、提取溫度60℃、提取時(shí)間40min的條件下，分別研究不同的超聲功率(280、420、560、700W)對(duì)西洋參葉多糖提取效果的影響，重復(fù)三次，計(jì)算提取率。

1.2.5.2 不同超聲頻率對(duì)多糖提取的影響 取1.0g西洋參葉粉末樣品加30mL蒸餾水，利用超聲波在超聲功率700W、提取溫度60℃、提取時(shí)間40min的條件下，分別研究不同的超聲頻率(45、80、100kHz)對(duì)西洋參葉多糖提取效果的影響，重復(fù)三次，計(jì)算提取率。

1.2.5.3 不同溫度對(duì)多糖提取的影響 取1.0g西洋參葉粉末樣品加30mL蒸餾水，利用超聲波在超聲功率700W、超聲頻率100kHz、提取時(shí)間40min的條件下，分別研究不同的提取溫度(40、50、60、70、80℃)對(duì)西洋參葉多糖提取效果的影響，重復(fù)三次，計(jì)算提取率。

1.2.5.4 不同提取時(shí)間對(duì)多糖提取的影響 取1.0g西洋參葉粉末樣品加30mL蒸餾水，利用超聲波在超聲功率700W、超聲頻率100kHz、提取溫度60℃的條件下，分別研究不同的提取時(shí)間(20、40、60、80、100min)對(duì)西洋參葉多糖提取效果的影響，重復(fù)三次，計(jì)算提取率。

1.2.6 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以超聲頻率、輸出功率、提取溫度和時(shí)間為因素，設(shè)計(jì)L9(34)實(shí)驗(yàn)來確定西洋參葉多糖的最佳提取工藝。

1.2.7 西洋參葉多糖的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

1.2.7.1 溫度對(duì)西洋參葉多糖的影響 取4mL的多糖溶液6份，分別在30、40、50、60、70、80℃下保溫1h，保溫時(shí)應(yīng)采用避光處理，加16mL的蒽酮－硫酸溶液，待冷卻后，測(cè)量多糖在620nm處的吸光度。

1.2.7.2 pH對(duì)西洋參葉多糖的影響 取8mL的西洋參葉多糖6份，于室溫下用0.1mol/L HCl和0.1mol/L NaOH調(diào)pH為2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0，搖蕩，避光處理2h，每份取出4mL，各加入16mL的蒽酮－硫酸溶液，待冷卻后，測(cè)量多糖在620nm處的吸光度。

1.2.7.3 常見食品添加劑對(duì)西洋參葉多糖的影響

取8mL的西洋參葉多糖3份，分別加入2.0mL食品添加劑(VC、檸檬酸、苯甲酸鈉等物質(zhì)的溶液，濃度均為0.05mol/L)，混勻后避光放置5h，每份取出4mL，各加入16mL的蒽酮－硫酸溶液，冷卻后，測(cè)量多糖在620nm處的吸光度。

1.2.7.4 氧化還原劑對(duì)西洋參葉多糖的影響 取8.0mL的西洋參葉多糖溶液6份，分別依次加入濃度為0.03、0.04、0.05mol/L的H2O2和濃度依次為0.03、0.04、0.05mol/L的Na2SO3溶液各2.0mL，搖蕩避光靜置2h，每份取出4mL各加入16mL的蒽酮－硫酸溶液，待冷卻后，測(cè)量多糖在620nm處的吸光度。

1.2.7.5 金屬離子對(duì)西洋參葉多糖的影響 取8mL的西洋參葉多糖3份，依次分別加入0.05mol/L的NaCl、KCl、AlCl3、FeCl3、CuCl2、CoCl2、NiCl2等溶液2mL，搖勻避光靜置3h，每份取出4mL，各加入16mL的蒽酮－硫酸溶液，冷卻后，測(cè)量多糖在620nm處的吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 超聲功率對(duì)西洋參葉多糖的影響 從圖2可看出，在功率280～700W之間，多糖提取率是隨功率的變大而略顯增加的趨勢(shì)，開始時(shí)增加的速度比較快，420W到560W之間出現(xiàn)了一平臺(tái)，之后提取率又逐漸升高，增加速度略有降低。700W時(shí)的提取率明顯較高，所以選用功率700W為最佳。

圖2 超聲波功率對(duì)多糖提取率的影響

2.1.2 超聲頻率對(duì)西洋參葉多糖的影響 由圖3可知，多糖提取率隨著超聲波頻率的增大而顯著變大，100kHz時(shí)的多糖提取率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于45kHz和80kHz的。因此，在本實(shí)驗(yàn)的條件下(最大頻率為100kHz)超聲的最佳頻率選取100kHz為宜。

圖3 超聲波頻率對(duì)多糖提取率的影響

2.1.3 溫度對(duì)西洋參葉多糖的影響 由圖4可知，溫度較低時(shí)多糖的提取率較小，開始階段隨著溫度的升高，多糖的提取率增大，當(dāng)溫度為60～70℃時(shí)，提取率的值出現(xiàn)平緩的趨勢(shì)，而過后隨著溫度的升高，多糖的提取率開始減小，說明溫度越高對(duì)細(xì)胞的破壞作用越大，有利于多糖的浸出，但溫度過高可能會(huì)導(dǎo)致多糖的轉(zhuǎn)化，反而不利于提取。因此，超聲的最佳溫度選取60℃左右。

圖4 提取溫度對(duì)多糖提取率的影響

圖5 時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響

2.1.4 超聲時(shí)間對(duì)西洋參葉多糖的影響 由圖5可見，開始階段多糖吸光度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，直到時(shí)間為60min時(shí)西洋參葉多糖的提取率最大，再延長(zhǎng)超聲提取時(shí)間，吸光度反而會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，以致最后曲線趨于平穩(wěn)，說明提取時(shí)間過長(zhǎng)，多糖可能發(fā)生轉(zhuǎn)化。因此，西洋參葉多糖的超聲提取時(shí)間選擇60min左右時(shí)效果較好。

2.2 正交結(jié)果與分析

由表1、表2可見，影響西洋參葉多糖提取的因素∶頻率＞溫度＞提取時(shí)間＞超聲波功率，其中頻率達(dá)到顯著水平，是在該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)條件下影響多糖提取的主要因素。適宜的提取條件是A3B3C2D2，即超聲波功率700W、頻率100kHz、溫度70℃和提取時(shí)間60min。

2.3 多糖的穩(wěn)定性

2.3.1 溫度對(duì)西洋參葉多糖的影響 表3表明，在50℃以下，熱處理對(duì)多糖的吸光度影響不大。但在60℃以上，溫度對(duì)多糖的吸光度影響較大。由此看出，西洋參葉多糖在低溫條件下比較穩(wěn)定，在較高溫度可能有一部分分解或轉(zhuǎn)化，不太穩(wěn)定。

表1 西洋參葉多糖提取條件的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 方差分析統(tǒng)計(jì)

表3 溫度對(duì)多糖穩(wěn)定性的影響

2.3.2 pH對(duì)西洋參葉多糖的影響 從圖6可以看出，在酸性條件下，多糖的吸光度基本保持不變，趨于平穩(wěn)，而堿性條件下，受的影響較大，隨著堿性的增強(qiáng)，多糖的吸光度隨之增大。由此表明，西洋參葉多糖在酸性介質(zhì)中比較穩(wěn)定，在堿性介質(zhì)中受的影響較大。

圖6 pH對(duì)多糖穩(wěn)定性的影響

2.3.3 食品添加劑對(duì)西洋參葉多糖的影響 由表4可以看出苯甲酸鈉的加入對(duì)多糖的影響不大，VC的加入導(dǎo)致吸光度明顯增大，說明其對(duì)西洋參葉多糖的影響很大，檸檬酸對(duì)多糖的影響也較為嚴(yán)重。

表4 常見食品添加劑對(duì)色素的影響效果

2.3.4 氧化還原劑對(duì)西洋參葉多糖的影響 從表5可知，隨著氧化還原劑加入濃度的變大，多糖吸光度也隨著變大，說明西洋參葉多糖的抗氧化性和抗還原性都比較弱，其對(duì)西洋參葉多糖的穩(wěn)定性有一定的影響。

表5 氧化還原劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

2.3.5 金屬離子對(duì)西洋參葉多糖的影響 由圖7可以看出，除了Fe3+、Al3+離子使色素吸光度有一定程度的上升，Na+離子對(duì)色素吸光度有降低作用，其余離子對(duì)多糖的穩(wěn)定性影響不大，說明色素在此條件下可能與Na+、Fe3+、Al3+離子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，其對(duì)色素的穩(wěn)定性有一定的影響。

圖7 金屬離子對(duì)多糖穩(wěn)定性的影響

3 結(jié)論

3.1 西洋參葉多糖的超聲波提取工藝∶本實(shí)驗(yàn)采用超聲波法對(duì)西洋參葉多糖進(jìn)行提取，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較佳的工藝條件為∶超聲功率700W、頻率100kHz、溫度70℃、超聲時(shí)間為60min。

3.2 多糖的穩(wěn)定性∶西洋參葉多糖的耐熱性較差，在堿性、氧化還原劑、VC、檸檬酸、Na+、Fe3+、Al3+等中的穩(wěn)定性較差，在酸性、苯甲酸鈉中的穩(wěn)定性較好。因此在綜合開發(fā)利用西洋參葉多糖產(chǎn)品時(shí)應(yīng)注意避免與影響其穩(wěn)定性的物質(zhì)直接接觸。

［1］劉志城，于守洋.營(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生學(xué)［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社，1993.

［2］汪志好.植物多糖的研究進(jìn)展［J］.醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與醫(yī)藥研究，2007:86－88.

［3］李宗林.西洋參莖葉水溶性多糖結(jié)構(gòu)分析及其生理活性的研究［J］.食品工業(yè)科技，2001，22(2):20－21.

［4］Z Hromadkova，A Ebringerova，P Valachovic.Ultrasonics Sonochemistry［J］.2002(9):37244.

［5］傅博強(qiáng)，謝明勇，聶少平，等.茶葉中多糖含量的測(cè)定［J］.食品科學(xué)，2001，22(11):69－73.

Panax quinquefolius leaf polysaccharide extraction and stability studies

HUANG Wei－min，NAN Jiang，WANG Xing，MU Xiao－yan，JI Xiao－h(huán)ui*
(School of Chemistry and Environmental Sciences，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，China)

Panax quinquefolius leaf polysaccharide extraction from the different ultrasonic power，frequency，temperature，and time of ultrasonic conditions，and the stability of Panax quinquefolius leaf in different temperature，pH，oxidant，reductant，food additives and some metal ion of conditions were studied.The results showed that the best extraction process conditions was:power 700W，frequency 100kHz，temperature 70℃，ultrasonic time 60min. The Panax quinquefolius leaf polysaccharide stability was poor in temperature，alkaline，oxidizer reducer，VC，citric acid，Na+，F(xiàn)e3+，Al3+，et al.In acid，sodium benzoate，the stability was good.

Panax quinquefolius leaf;polysaccharide;ultrasonic;extraction;stability

TS201.1

B

1002－0306(2011)11－0339－04

2010－12－15 *通訊聯(lián)系人

黃偉敏(1989－)，男，本科，研究方向:天然產(chǎn)物化學(xué)。