蘭州百合鱗莖多糖超聲波輔助提取工藝優(yōu)化及穩(wěn)定性研究

李剛剛 - 孫 靜 伏衡一 - 效碧亮 -

(蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

蘭州百合為百合科百合屬多年生草本球根植物，纖維少，色澤潔白如玉，是中國唯一食用甜百合[1]。因其多糖含量較多，具有抗衰老、提高免疫力、降低血脂等功能[2]。楊穎等[3]研究發(fā)現(xiàn)蘭州百合多糖可通過提高機(jī)體免疫功能增強(qiáng)化療藥物的抑瘤效果，并降低化療的毒性損傷。目前中國對(duì)蘭州百合多糖提取已有較多研究[4-5]，主要采用熱回流水提法，該法浸取率偏低且提取時(shí)間較長。

試驗(yàn)擬以蘭州百合廢棄鱗莖為原料，采用超聲波輔助法提取其多糖，并對(duì)多糖的穩(wěn)定性進(jìn)行測定，為蘭州百合廢棄物的綜合利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

蘭州百合：產(chǎn)地甘肅蘭州彭家坪；

葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品：上海金穗生物科技有限公司；

無水乙醇、濃硫酸、苯酚等：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

真空干燥箱：DZF-6020型，上海圣科儀器設(shè)備有限公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：RE-52A型，上海亞榮儀器廠；

數(shù)控超聲波清洗器：KQ-500DB型，上海圣科儀器設(shè)備有限公司；

冷凍干燥機(jī)：Scientz-10N 型，寧波新芝生物科技有限公司；

分光光度計(jì)：UV-3000型，上海美譜達(dá)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 蘭州百合多糖的提取 蘭州百合廢棄鱗莖，干燥(50 ℃，12 h)，粉碎，過40目篩得百合粉。稱取10.0 g百合粉，按料液比1∶10(g/mL)，超聲頻率40 kHz，超聲池水位120 mm，超聲功率200 W，50 ℃超聲波輔助提取60 min，減壓抽濾，濾液濃縮至原濾液1/4后，加入4倍體積無水乙醇靜置醇沉，離心(4 000 r/min，15 min)分離，所得沉淀冷凍干燥(冷阱溫度-60 ℃，真空度0.09 MPa，干燥12 h)，得蘭州百合粗多糖[4-7]。

1.2.2 蘭州百合多糖含量及提取率的測定 采用苯酚—硫酸法[8-9]測定蘭州百合多糖含量。以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得線性回歸方程：A=0.013m-0.009(R2=0.998)。按式(1)計(jì)算蘭州百合多糖提取率。

E=(CV/M)×100%，

(1)

式中：

E——蘭州百合多糖提取率，%；

C——蘭州百合多糖提取液濃度，mg/mL；

V——蘭州百合多糖提取液體積，mL；

M——蘭州百合粗多糖質(zhì)量，mg。

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)料液比：在超聲功率200 W，超聲頻率40 kHz，超聲時(shí)間60 min，超聲溫度50 ℃的條件下，考察料液比[1∶5，1∶10，1∶15，1∶20，1∶25(g/mL)]對(duì)蘭州百合多糖提取率的影響。

(2)超聲功率：在料液比1∶15(g/mL)，超聲頻率40 kHz，超聲時(shí)間60 min，超聲溫度50 ℃的條件下，考察超聲功率(100，150，200，250，300 W)對(duì)蘭州百合多糖提取率的影響。

(3)超聲溫度：在料液比1∶15(g/mL)，超聲功率250 W，超聲頻率40 kHz，超聲時(shí)間60 min的條件下，考察超聲溫度(50，60，70，80，90 ℃)對(duì)蘭州百合多糖提取率的影響。

(4)超聲時(shí)間：在料液比1∶15(g/mL)，超聲功率250 W，超聲頻率40 kHz，超聲溫度70 ℃的條件下，考察超聲時(shí)間(20，40，60，80，100 min)對(duì)蘭州百合多糖提取率的影響。

1.2.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以蘭州百合多糖提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)，篩選最佳提取工藝條件。

1.2.5 蘭州百合多糖穩(wěn)定性試驗(yàn)

(1)H2O2對(duì)蘭州百合多糖提取物穩(wěn)定性的影響：取蘭州百合粗多糖0.100 0 g 溶解于100 mL水中配制成母液，加入30%的H2O2，使H2O2含量為0.15%，0.30%，0.45%，0.60%，0.75%，0.90%，混合后密封靜置冷藏24 h后，在 490 nm處測定吸光度[10-11]。

(2)Na2SO3對(duì)蘭州百合多糖提取物穩(wěn)定性的影響：取蘭州百合粗多糖 0.100 0 g溶解于100 mL水中配制成母液，加入適量Na2SO3，使Na2SO3含量為0.25%，0.50%，0.75%，1.00%，混合后密封靜置冷藏24 h后，在490 nm處測定吸光度[10-11]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007制作圖表，SPSS Statistios17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

綜合圖1及蘭州百合多糖提取效果可知，蘭州百合多糖提取工藝條件為：料液比1∶15(g/mL)、超聲功率250 W、超聲溫度70 ℃、超聲時(shí)間60 min。當(dāng)料液比達(dá)到1∶15(g/mL)時(shí)，多糖提取率達(dá)到最大，隨溶劑量增大，大量非多糖類水溶性物質(zhì)浸出，導(dǎo)致提取率減?。怀晻r(shí)間60 min時(shí)達(dá)到最大值，因初始提取液中百合多糖濃度低，延長提取時(shí)間有助于多糖的溶出，但當(dāng)多糖的溶出達(dá)到一定程度后，單純延長時(shí)間很難再促進(jìn)多糖的進(jìn)一步溶解，甚至使多糖降解[9]，影響蘭州百合多糖提取率。

圖1 不同因素對(duì)蘭州百合多糖提取率的影響

2.2 蘭州百合多糖提取工藝優(yōu)化

依據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定正交試驗(yàn)的因素水平見表1。正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

Table 1 Orthogonal test factors and treatment level arrangement

因素A料液比(g/mL)B超聲功率/WC超聲溫度/℃D超聲時(shí)間/min11︰10200604021︰15250706031︰203008080

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，影響蘭州百合多糖提取率因素的主次順序?yàn)椋篈(料液比)>B(超聲功率)>C(超聲溫度)>D(超聲時(shí)間)，最佳提取工藝為：料液比 1∶20(g/mL)，超聲功率250 W，超聲溫度 60 ℃，超聲時(shí)間 60 min。經(jīng)3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，蘭州百合多糖提取率為18.44%。由表3可知，料液比、超聲功率和超聲溫度對(duì)蘭州百合多糖提取率有顯著影響。在細(xì)胞壁表面多糖組分傳質(zhì)擴(kuò)散速率較慢，而超聲波的空化效應(yīng)能加速物質(zhì)中分子的運(yùn)動(dòng)[12]，增強(qiáng)細(xì)胞滲透效應(yīng)與毛細(xì)管效應(yīng)，有利于蘭州百合中的多糖組分轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散[13]，提高多糖提取率，縮短提取時(shí)間，對(duì)蘭州百合多糖結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)影響較小。

表3 方差分析表

2.3 H2O2對(duì)蘭州百合多糖提取物穩(wěn)定性的影響

由圖2可見，當(dāng)H2O2濃度為0.15%～0.90%時(shí)，蘭州百合多糖提取物水溶液的吸光度隨H2O2濃度的增大逐漸減小，因?yàn)镠2O2具有較強(qiáng)的氧化性，使多糖羥基氧化，分子鏈斷裂，說明蘭州百合多糖抗氧化性較差。

圖2 氧化劑H2O2對(duì)蘭州百合多糖提取物穩(wěn)定性的影響

Figure 2 Effects of oxidants H2O2on the stability of polysaccharide extracts fromLiliumdavidiivar

2.4 Na2SO3對(duì)蘭州百合多糖提取物穩(wěn)定性的影響

由圖3可知，蘭州百合多糖提取物水溶液的吸光度隨還原劑Na2SO3濃度的增大略有減小，可能是還原劑Na2SO3未與蘭州百合多糖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，多糖結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，說明其具有良好的抗還原性。

3 結(jié)論

采用正交試驗(yàn)優(yōu)化蘭州百合多糖超聲波輔助提取工藝，得最佳條件為料液比 1∶20(g/mL)，超聲功率250 W，超聲溫度 60 ℃，超聲時(shí)間 60 min。此條件下，蘭州百合多糖提取率為18.44%。采用此工藝提取蘭州百合多糖，提取率高于熊明郁等[4]、高丹丹等[5]采用的水提法。蘭州百合多糖提取物的穩(wěn)定性研究表明，蘭州百合多糖提取物抗氧化性較差，易被H2O2氧化，具有良好的抗還原性。

圖3 還原劑Na2SO3對(duì)蘭州百合多糖提取物穩(wěn)定性的影響

Figure 3 Effect of reducing agent Na2SO3on the stability of polysaccharide extracts fromLiliumdavidiivar

試驗(yàn)提供了一種簡單高效的提取方法，后期可采用微波、生物酶、粒子液體等其他方法進(jìn)一步減少提取時(shí)間。