超聲波法提取草石蠶中水蘇糖

王啟為，任建林

（寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，寧夏銀川 750021）

草石蠶（Chinese artichoke），又名寶塔菜、地牯牛、甘露子、地瘤等，在我國重慶、江蘇、河北等地都有種植。草石蠶塊莖螺旋狀，含約12%～15%以水蘇糖為主的低聚糖[1]。水蘇糖（Stachyose）屬于棉子糖屬半乳糖苷類非還原性功能性低聚糖。可直接被大腸中雙歧桿菌等有益菌利用，促進(jìn)體內(nèi)雙歧桿菌的增殖，抑制腸內(nèi)腐生菌的生長繁殖，分解碳水化合物產(chǎn)生有機(jī)酸，維持腸道菌群平衡，促進(jìn)腸道蠕動；防止體內(nèi)膽固醇積蓄，降低血糖，增強(qiáng)人體造血功能，對嚴(yán)重臨床肝性病原體有治療作用，并有提高鈣、鎂等微量元素吸收和增加腸道內(nèi)維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的合成的功效[2]。水蘇糖的保健作用日益受到人們的重視，并被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料等領(lǐng)域。在已經(jīng)報(bào)道的草石蠶提取研究中，采用草石蠶干品進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)的居多，使用新鮮草石蠶進(jìn)行水蘇糖提取研究非常少見，運(yùn)用剛收獲的新鮮草石蠶作為提取原料，減省了制作草石蠶干品的脫水、烘干、磨粉和浸泡四道工序，縮短了提取周期，降低提取成本，采用超聲波法提取，提高了提取率的同時(shí)降低了提取溫度。提取水蘇糖后的草石蠶依然可以作為腌制泡菜的原料，而且不影響其泡菜品質(zhì)，這種提取方法和提取條件為草石蠶中水蘇糖提取的工業(yè)化生產(chǎn)和草石蠶的綜合開發(fā)利用拓寬的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

草石蠶，寧夏回族自治區(qū)，賀蘭縣金貴鄉(xiāng)；試劑：水蘇糖標(biāo)準(zhǔn)品，Sigma公司；果糖、蔗糖、葡萄糖、蒽酮、乙酸乙酯、甲醇、氧化鈣、磷酸、鹽酸、氫氧化鈉等，均為分析純。儀器：722S型分光光度計(jì)：上海天普分析儀器有限公司；KQ32OODB型數(shù)控超聲波清洗儀：上海普渡生化科技有限公司；中外合資深圳天南海北有限公司；ALLEGRA臺式高速離心機(jī)；美國貝克曼庫爾特有限公司；惠普高效液相色譜儀HP1100；Inertsil-NH2色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；HP1100示差折光檢測器，上海寶曼生物科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

水蘇糖的提取工藝流程：提取草石蠶中水蘇糖的工藝流程，新鮮草石蠶→洗滌→切絲→稱重→加水加熱浸出→榨汁過濾→去除雜質(zhì)→脫色與濃縮。具體為取草石蠶將其洗凈、切絲，然后準(zhǔn)確稱取一定量的草石蠶絲，加入同比質(zhì)量的水，將其置于超聲波提取器中，在一定溫度和時(shí)間條件下，進(jìn)行超聲波處理，將處理過的草石蠶絲用榨汁機(jī)榨汁取得固定量體積的草石蠶浸出液；然后在草石蠶浸出液中加人石灰乳，調(diào)節(jié)草石蠶浸出液為堿性，并通入二氧化碳?xì)怏w使其呈中性，減壓過濾，除去菊芋浸出液中的蛋白質(zhì)、果膠、有機(jī)酸等雜質(zhì)[3]；經(jīng)脫色處理即可得到無色、無雜質(zhì)的水蘇糖提取液溶液。

1.3 水蘇糖的測定

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)圖譜的制作 采用HP1100示差折光檢測器，色譜柱為 Inertsil-NH2（250 mm × 4.6 mm，5 μm）；柱溫為 30℃；流動相為乙腈-水（70:30，V/V），流速1.0 mL/min，等梯度洗脫[4]；把水蘇糖標(biāo)品減壓真空干燥器中用五氧化二磷減壓真空干燥24 h后，精確稱取水蘇糖標(biāo)品33.62 mg，用50%甲醇室溫條件下定容至25 mL，搖勻后，即為1.34 mg/mL儲備液，從儲備液中精確移取 1、3、5 mL，分別于10 mL容量瓶中，用 50%甲醇定容后，三個(gè)溶劑梯度依次為0.134、0.402、0.670 mg/mL；各進(jìn)樣量 10 μL，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，得曲線方程：Y=49950.27X+897.022，R=0.998 87[5]。

1.3.2 水蘇糖含量的測定 將水蘇糖提取液稀釋一定倍數(shù)后，經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾，再用微量進(jìn)樣器吸取10 μL，注入高效液相色譜儀中，測定峰面積，外標(biāo)法計(jì)算，即得水蘇糖含量。

水蘇糖提取率（%）=提取液體積×提取液中水蘇糖含量/草石蠶質(zhì)量×100%

水蘇糖得率（%）=提取液中水蘇糖含量/草石蠶中水蘇糖含量×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 提取條件對水蘇糖得率的影響

在水蘇糖提取過程中，提取溫度、時(shí)間、超聲波功率對水蘇糖得率的影響較大。為了研究提取條件對總糖和水蘇糖得率的影響，在分別進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用 40～60 ℃、10～30 min、128～160 W 進(jìn)行三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，以確定最佳工藝條件，選用因素及水平（見表 1）。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

正交試驗(yàn)結(jié)果（見表2）。表2結(jié)果顯示，主要影響因素為提取時(shí)間，其最佳水平是30 min，其次分別是超聲波功率和提取溫度，最佳水平分別是160 W和40℃，可見，提取水蘇糖的最佳條件是A1B3C3，即提取溫度40℃、提取時(shí)間30 min和超聲波功率160 W。

表2L9（34）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

超聲波可使草石蠶中水蘇糖的提取得率得到較大幅度的提高，本研究采用正交實(shí)驗(yàn)，根據(jù)極差分析和生產(chǎn)實(shí)際情況確定影響草石蠶中水蘇糖超聲波得率的各因素大小依次為提取時(shí)間、超聲波功率和提取溫度，即提取時(shí)間對水蘇糖得率影響最大；草石蠶中水蘇糖超聲波提取的最佳工藝條件為B3C3A1，即提取時(shí)間30 min，超聲波功率160 W，提取溫度 40℃，此條件下水蘇糖得率為59.45%與傳統(tǒng)的熱水法相比，用超聲波法提取草石蠶中水蘇糖具有較大優(yōu)勢，提取溫度大大降低，水蘇糖得率提高，本實(shí)驗(yàn)的特殊之處在于利用超聲波提取技術(shù)，在較低的溫度條件下新鮮提取草石蠶中的水蘇糖，不僅減少了提取環(huán)節(jié)，更重要的是提取水蘇糖后的草石蠶中仍可以作為腌制泡菜的原料加以利用，不影響草石蠶的食用功能口感，有效提高了草石蠶綜合利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[1]向志剛，張梅.草石蠶水蘇糖的乙醇提取方法研究[J］.中獸醫(yī)醫(yī)藥雜志，2007，（4）:43-44.

[2]梁麗心.功能性低聚糖-水蘇糖[J］.中國食品添加劑，2004，（4）:51-54.

[3]王啟為.菊芋生產(chǎn)菊糖關(guān)鍵技術(shù)研究[J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（32）：20031-20032.

[4]樊海燕，孫道華，等.地黃中水蘇糖的分離與脫色[J］.精細(xì)化工，2008，25（11）：1087-1091.

[5]陳德經(jīng)，等.草石蠶中水蘇糖提取的脫色工藝研究[J］.食品科學(xué)，2009，30（20）：60-63.