海帶多糖的提取工藝

蔡彬新，周逢芳，姚玲靈

（寧德師范學(xué)院，福建 寧德 352100）

海帶（Laminaria Japonica Aresch）是傳統(tǒng)的食物資源，在我國已有上千年的食用歷史，我國的海帶產(chǎn)量居世界首位。海帶屬于褐藻門（Phaeopayta）海帶目（Laminariales）海帶科（Larninariaceae）海帶屬（Laminaria）的一種大型海藻。在《本草綱目》和《神農(nóng)本草》等專著中都有海帶功能的記載。有資料報(bào)道，海帶富含的多糖類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)迥異、性質(zhì)不同，具有復(fù)雜的、多方面的生物活性，在醫(yī)藥、化工和食品行業(yè)應(yīng)用前景廣闊[1-2]。海帶中分離的多糖具有抗癌、防癌、增強(qiáng)免疫等功能，且有預(yù)防高血壓、動(dòng)脈硬化和有助于減肥等特殊功效。多糖提取方法有水提[3]、酸堿浸提[4]、酶法[5]，超聲[6]、微波輔助提取法以及超臨界流體萃取法[7]等。其中水提法是多糖提取的傳統(tǒng)方法，設(shè)備簡單，易于操作，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用熱水浸提法探討了海帶中可溶性粗多糖的提取工藝，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定多糖提取的最佳工藝條件，為開發(fā)和利用海帶多糖提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與器材

海帶：市售，干燥，密封冷藏。

葡萄糖、濃硫酸、苯酚、95%乙醇、無水乙醇、丙酮等試劑均為分析純。

BS124S電子天平：北京塞多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；DHG-9123A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；DS-1高速組織搗碎機(jī):上海標(biāo)本模型T制造；H藥品保存箱；T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(jì):北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；L550低速自動(dòng)平衡離心機(jī):長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；小型家用粉碎機(jī)；SHZ-DⅢ循環(huán)水式真空泵:鄭州長城科工貿(mào)有限公司；RE52型旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)儀器:上海亞榮生化儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 測定及計(jì)算方法

以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品，采用苯酚-硫酸法[8]測定總糖含量。以葡萄糖質(zhì)量作為橫坐標(biāo)，吸光度作為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。所得葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1，回歸方程為：y=8.0914x－0.0096，r=0.9996。

圖1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of glucose

樣品總糖含量的測定：吸取適量樣液，加蒸餾水至2.0 mL，按以上方法測定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得到樣液中多糖濃度（以葡萄糖計(jì)）。樣品多糖提取量計(jì)算公式如下：

1.2.2 海帶多糖提取工藝流程

海帶干燥粉碎→水浴浸提→離心得上清液→真空濃縮→加95%乙醇至乙醇含量達(dá)75%→冷藏過夜→抽濾得沉淀物→無水乙醇洗滌脫水→烘干→海帶粗多糖

1.2.3 海帶多糖提取工藝單因素試驗(yàn)

1.2.3.1 溫度

固定料液比為1∶45，提取時(shí)間為5 h，目數(shù)40目，探討提取溫度為 60、70、80、90、100 ℃ 5 個(gè)不同水平對海帶多糖提取量的影響。每個(gè)水平做3次重復(fù)試驗(yàn)，取平均值。

1.2.3.2 時(shí)間

固定料液比為1∶45，提取溫度為90℃，目數(shù)40目，探討提取時(shí)間為3、4、5、6、7 h 5個(gè)不同水平對海帶多糖提取量的影響。每個(gè)水平做3次重復(fù)試驗(yàn)，取平均值。

1.2.3.3 提取料液比

固定提取時(shí)間為5h，提取溫度為90℃，目數(shù)40目，探討料液比為 1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶45、1∶506 個(gè)不同水平對海帶多糖提取率的影響。每個(gè)水平做3次重復(fù)試驗(yàn)，取平均值。

1.2.4 海帶多糖提取正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)選擇提取溫度（A）、提取時(shí)間（B）、料液比（C）和目數(shù)（D）為考查因素，以多糖提取含量為指標(biāo)，采用如表1所示，L9（34）正交試驗(yàn)法[9]，確定海帶多糖提取的最佳工藝參數(shù)。每組做3次重復(fù)試驗(yàn)，取平均值。

表1 海帶多糖提取正交試驗(yàn)因素與水平表Table1 Factors and levels of extraetion orthogonal test

2 結(jié)果與分析

2.1 海帶多糖提取單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 溫度對海帶多糖提取率的影響

溫度對海帶多糖提取量的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 溫度對海帶多糖提取量的影響Fig.2 Effect of different temperature on extraction efficiency

由圖2可見，當(dāng)料液比為1∶45，提取時(shí)間為5 h時(shí)，提取溫度在60℃～80℃之間，多糖提取率隨著溫度的上升而增加，當(dāng)溫度達(dá)到80℃時(shí)達(dá)到最高149.02 mg/g，此時(shí)提取量比60℃時(shí)提高了53.36%?？梢?，溫度對多糖提取量有明顯影響，因此本試驗(yàn)選擇70、80、90℃為正交試驗(yàn)因素水平。

2.1.2 時(shí)間對海帶多糖提取率的影響

時(shí)間對海帶多糖提取量的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 時(shí)間對海帶多糖提取量的影響Fig.3 Effect of different time on extraction efficiency

由圖3可見，當(dāng)提取溫度為90℃，料液比為1∶45，提取時(shí)間在3.5 h～5.5 h之間時(shí)，多糖提取量比較高，在4 h時(shí)達(dá)到最大值100 mg/g，此時(shí)提取率比3 h時(shí)提高了41.22%；此后，隨著時(shí)間的延長，多糖提取量呈下滑趨勢，可能是高溫下長時(shí)間提取會逐漸造成多糖的降解，導(dǎo)致多糖提取量的減少。因此選取3.5、4.5、5.5 h為正交試驗(yàn)的因素水平。

2.1.3 料液比對海帶多糖提取率的影響

料液比對海帶多糖提取量的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 料液比對海帶多糖提取量的影響Fig.4 Effect of different S/L ratio on extraction efficiency

由圖4可見，當(dāng)提取溫度為90℃，提取時(shí)間為5 h，由圖可知隨著料液比的增加多糖的提取量也增加，當(dāng)料液比在1∶40時(shí)，多糖提取量達(dá)到95 mg/g，此時(shí)提取量比 1∶35 時(shí)增加了 27.45%，隨后 1∶45，1∶50 時(shí)雖然增加，但提取量比1∶40僅增加了5%左右?？紤]到料液比增加，后續(xù)濃縮工藝的操作增多，使得效率下降，成本增加，故本試驗(yàn)選取 1∶35、1∶40、1∶45 為正交試驗(yàn)的因素水平。

2.1.4 海帶多糖提取工藝參數(shù)的優(yōu)化

海帶多糖提取正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 海帶多糖提取正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The results of extraction orthogonal test

通過表2可知，采用熱水浸提海帶多糖的過程，影響多糖提取量的因素主次順序依次為海帶目數(shù)、提取溫度、料液比和提取時(shí)間。根據(jù)極差分析得到海帶多糖提取的最優(yōu)方案為A3B1C2D3，但從表中數(shù)據(jù)可以看出提取時(shí)間對多糖提取量影響最小，R值僅為0.1963?？紤]到時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，本實(shí)驗(yàn)確定提取時(shí)間4.5 h為宜。因此確定熱水浸提法提取海帶多糖的最佳提取條件為A2B1C2D3，即提取時(shí)間4.5 h，提取溫度70℃，料液比 1∶40，目數(shù) 60 目。

采用通過確定的熱水浸提海帶多糖最佳提取條件，進(jìn)行三組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到粗多糖的提取率為7.9%，多糖含量達(dá)到172.34 mg/g。高于正交試驗(yàn)中各組合，說明A2B1C2D3確為熱水浸提海帶多糖的最佳工藝組合。

3 結(jié)論

多糖提取方法有水提法、酸堿浸提法、酶解法，超聲波輔助提取法以及超臨界流體萃取法等，其中水提法是多糖提取的傳統(tǒng)方法，設(shè)備簡單，易于操作，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本研究采用熱水浸提法提取海帶多糖，結(jié)果表明，影響多糖提取量的因素主次順序?yàn)楹繑?shù)、提取溫度、料液比和提取時(shí)間，其中影響海帶多糖提取量的4個(gè)因素中，海帶目數(shù)對多糖提取量的影響顯著，表明海帶目數(shù)越大，多糖的溶出率越高。海帶多糖最佳提取工藝組合為：提取溫度70℃，提取時(shí)間 4.5 h，料液比 1∶40，目數(shù) 60 目。

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