超聲輔助海菜多糖提取

諸愛士，葛　寧，張　棟

(浙江科技學院 生物與化學工程學院,杭州 310023)

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超聲輔助海菜多糖提取

諸愛士，葛寧，張棟

(浙江科技學院 生物與化學工程學院,杭州 310023)

摘要:研究了超聲波輔助海菜多糖的提取工藝，考察了超聲功率、超聲時間、提取溫度、液固質(zhì)量比等因素對多糖收率的影響，并在單因素實驗基礎上，采用四因素三水平正交實驗，進行提取條件優(yōu)化。實驗結果表明，海菜多糖提取的較優(yōu)條件是：超聲功率75 W，超聲時間45 min，提取溫度80 ℃，液固質(zhì)量比40∶1。在此組合條件下海菜多糖的平均收率為13.31 mg/g。

關鍵詞:海菜；多糖；超聲波；提取工藝；正交實驗

海菜是一種富含蛋白質(zhì)和多種維生素及微量元素的天然野生水菜。多糖具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗病毒、抗衰老、降血糖、抗凝血、抗放射等作用[1]。多糖的提取傳統(tǒng)上采用水提法[1-3]，但也有許多輔助方法供選用[4-11]，如酶解輔助、超聲輔助、微波輔助、高壓脈沖電場輔助、酸提及堿提等。由于超聲波具有空化效應，能提高提取效果，目前被廣泛應用于有效物質(zhì)提取研究，如多酚、皂甙、花青素、黃酮、多糖、精油及萜類物質(zhì)，等等[12-18]。關于海菜多糖的提取目前未見報道，本實驗研究了海菜多糖的超聲輔助提取，考察了超聲功率、超聲時間、提取溫度及液固(去離子水與海菜干粉)質(zhì)量比等因素對多糖收率的影響。在單因素考察基礎上進一步采用四因素三水平正交實驗考察提取條件的優(yōu)化，以期獲得更高的收率，能為實際應用提供參考。

1材料與方法

1.1材料、試劑及儀器

實驗材料：野生海菜，威海旭日海產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)。

實驗試劑：葡萄糖(分析純，上海德榜化工有限公司)，硫酸(分析純，江蘇揚州華富化工有限公司)，苯酚(分析純，山東濟寧佰一化工有限公司)，其余試劑均為AR。

實驗儀器：KQ2200E型超聲波清洗器(廣州滬瑞明儀器有限公司)，F(xiàn)A/JA1004型電子分析天平(江蘇常州市宏衡電子儀器廠)，800B離心機(江蘇金壇市萬華實驗儀器廠)，RE-5299旋轉蒸發(fā)儀(上海耀裕儀器設備有限公)，DHG-9123A型電熱鼓風干燥箱(上海捷呈實驗儀器有限公司)，722型可見分光光度計(上海光學儀器一廠)， CR-260A型粉碎機(浙江永康市超然電器廠)。

1.2實驗方法

1.2.1海菜的預處理

恒溫50 ℃烘干4 h，粉碎，過50目篩，干燥待用。

1.2.2海菜多糖的提取

取一定量海菜粉裝入燒瓶，按設定液固質(zhì)量比配入去離子水，將燒瓶裝入設定溫度的超聲波清洗器中進行超聲提取一定時間，提取結束后取出燒瓶，倒出料液進行過濾，清洗燒瓶后的洗液一并過濾，清洗濾餅，將得到的濾液進行旋蒸濃縮，冷卻濃縮液后再取一定量經(jīng)離心，取上層清液用分光光度法測定多糖質(zhì)量濃度。

1.2.3測定多糖質(zhì)量濃度方法及計算收率公式

采用苯酚-硫酸法[1]測定提取液中的多糖質(zhì)量濃度，該方法以葡萄糖質(zhì)量濃度表示多糖質(zhì)量濃度。先作標準曲線，擬合吸光度與質(zhì)量濃度的關系，得到如式(1)的兩者關系

X=0.025 5A-0.000 06。

(1)

式(1)中：X為溶液中的葡萄糖質(zhì)量濃度，mg/mL；A為在485 nm處測定得到的吸光度。

則計算提取到的海菜多糖收率按式(2)進行

(2)

式(2)中：Y為所提取的海菜多糖收率，mg/g；V為提取液總體積，mL；X為測得的海菜多糖質(zhì)量濃度，mg/mL；M為原料海菜用量，g。

2結果與討論

2.1單因素考察

2.1.1超聲功率對收率的影響

設置提取條件如下：液固質(zhì)量比40∶1、溫度70 ℃、超聲時間45 min、提取1次，對比超聲輔助提取的效果與超聲功率的影響，結果見圖1。圖1中的結果顯示，在超聲輔助下提取多糖，其收率均有提高，并隨著超聲功率的增加，多糖收率有明顯增大，但當超聲功率超過75 W后,多糖收率反而有所下降。其原因是超聲波具有強烈振動、空化效應的作用，可使物質(zhì)分子運動的頻率和速度增大，使提取劑的穿透力增強及加快細胞破壁，這些作用可使液固相之間的質(zhì)量傳遞得到加強，從而提高了收率；但超聲波功率過大，反而會使糖鍵斷裂，降低了多糖收率[6]60，[19-20]。以下實驗采用75 W超聲。

2.1.2超聲時間對收率的影響

在超聲功率為75 W、液固質(zhì)量比為40∶1、提取溫度為70 ℃、1次提取的條件下，考察了超聲時間15、30、45、60、75 min提取對多糖收率的影響，結果見圖2。圖2中的結果表明,超聲時間的長短會明顯影響多糖收率，45 min是分界點，之前隨著超聲時間的增長多糖收率明顯增加，但超聲時間超過45 min后，則多糖收率反而下降。這是因為當超聲時間少于45 min時，提取不夠徹底，超聲時間超過45 min時反而會使提出的多糖處在超聲波作用下造成斷鍵，使多糖收率下降[6]61，[19-20]。故超聲時間以45 min為宜。

　　圖1　超聲功率對收率的影響　　Fig.1　Effects of ultrasonic power on extraction yield

圖2　超聲時間對收率的影響　　Fig.2　Effects of ultrasonic time on extraction yield

2.1.3提取溫度對收率的影響

液固質(zhì)量比40∶1、超聲功率75 W、超聲45 min、提取1次，用不同的提取溫度進行提取，圖3表示出了實驗結果。圖3表明，提取溫度升高則多糖收率增大，70 ℃之后升高提取溫度對提高收率的影響變小，其原因是溶液體系的黏度隨溫度升高而降低，而物質(zhì)的擴散能力卻隨溫度的提高反而加快，使得在相同的提取時間下高溫時提取收率較高。70 ℃后收率增幅變小說明該溫度下提取速度已經(jīng)足夠快，大部分多糖已經(jīng)被提出，80 ℃時比70 ℃時的收率增加2.51%。但溫度過高會使多糖降解，也使能耗增加，故提取溫度以70 ℃為宜。

2.1.4液固質(zhì)量比對收率的影響

超聲功率75 W、超聲45 min、溫度70 ℃、提取1次，考察液固質(zhì)量比為20、30、40、50、60時多糖的收率，結果見圖4。圖4說明多糖收率先隨著液固質(zhì)量比的增加而增大，這是提取過程中的傳質(zhì)推動力影響所致，增加液固質(zhì)量比會使液相多糖質(zhì)量濃度降低而增加了液固間多糖的質(zhì)量濃度差——傳質(zhì)推動力，增大了傳質(zhì)速率；但在液固質(zhì)量比大于40 時，多糖收率反而有所下降，這可能是稀液旋蒸濃縮操作造成多糖分解損失所致；另外，增大液固質(zhì)量比會加大設備需求及后續(xù)操作負荷。故40∶1的液固質(zhì)量比比較合適。

圖3　提取溫度對收率的影響　　Fig.3　Effects of extraction temperature on extraction yield

圖4　液固質(zhì)量比對收率的影響　　Fig.4　Effects of liquid-solid mass ratio on extraction yield

2.2正交實驗

單因素實驗結果表明，超聲功率、超聲時間、提取溫度與液固質(zhì)量比對提取影響較大，因此采用四因素三水平正交實驗進一步對提取條件的組合進行優(yōu)化。實驗安排的因素、水平方案列于表1。

表1　正交實驗安排因素與水平

各實驗的因素水平安排方案、實驗所得的結果及分析列于表2。由表2中各因素的極差R值大小可以得出：在考察的范圍內(nèi)，影響海菜多糖收率因素的強弱順序為：超聲時間>提取溫度>超聲功率>液固質(zhì)量比。則較佳提取條件為(X2)2(X3)3(X1)2(X4)2，即海菜多糖提取的較佳條件為：超聲功率75 W，超聲時間45 min，提取溫度80 ℃，液固質(zhì)量比40∶1。在以上較佳條件下進行3次重復實驗，得到海菜多糖的平均收率為13.31 mg/g，相對標準偏差 RSD=6.8‰(n=3)。

表2　正交實驗安排與結果

3結語

超聲輔助提取多糖，可以較大幅度增加多糖的收率，超聲時間、提取溫度、超聲功率及液固質(zhì)量比均會對海菜多糖的提取有一定影響。實驗結果表明，海菜多糖超聲輔助提取的較優(yōu)條件為：超聲功率75 W，超聲時間45 min，溫度80 ℃，液固質(zhì)量比40∶1，可得海菜多糖的平均收率為13.31 mg/g。

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doi:10.3969/j.issn.1671-8798.2016.03.008

收稿日期:2016-01-12

作者簡介:諸愛士(1966—),男,浙江省湖州人，副教授，主要從事化工單元操作的教學與應用研究。

中圖分類號:TS201.2；R284.2

文獻標志碼:A

文章編號:1671-8798(2016)03-0211-05

Ultrasonic-assisted extraction of polysaccharide fromOtteliaacuminata(Gagnep.) Dandy

ZHU Aishi, GE Ning, ZHANG Dong

(School of Biological and Chemical Engineering, Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou 310023,China)

Abstract:The experiment of ultrasonic-assisted extraction of polysaccharide from Ottelia-acuminata(Gagnep.) Dandy was investigated. In the experiment, the effects of ultrasonic power, ultrasonic time, extraction temperature and liquid-solid ratio on the polysaccharide yield were studied. Based on the single factor experiments, the extraction condition were optimized with orthogonal test of four factors three levels. The results showed that the optimum extraction parameters were as follows: ultrasonic power 75 W, ultrasonic time 45 minutes, liquid-solid mass ratio 40∶1, extraction temperature 80 ℃. In this combination conditions, the polysaccharide theoretical yield can reach 13.31 mg/g.

Keywords:Otteliaacuminata(Gagnep.) Dandy; polysaccharide; ultrasonic waves; extraction technology; orthogonal test