單性木蘭葉多糖的超聲輔助提取工藝及穩(wěn)定性研究

鄭燕菲 韋鳳 龐光沃 張貞發(fā)

摘要：以單性木蘭葉為原材料，采用超聲波輔助提取法對(duì)其多糖進(jìn)行提取，探討固液比、超聲功率、超聲溫度、超聲時(shí)間對(duì)單性木蘭葉多糖得率的影響，通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法優(yōu)化最佳提取工藝，同時(shí)考察了單性木蘭葉多糖在不同環(huán)境下的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，單性木蘭葉中多糖的最佳提取條件為固液比1∶90 （g/mL）、超聲功率420 W、超聲溫度80 ℃、超聲時(shí)間20 min，在該條件下單性木蘭葉多糖得率為5.04%。單性木蘭葉多糖受光照環(huán)境、溫度的影響較大；單性木蘭葉多糖對(duì)過(guò)氧化氫的穩(wěn)定性強(qiáng)于葡萄糖，而對(duì)亞硫酸鈉的穩(wěn)定性較弱。該結(jié)果可為單性木蘭葉多糖在食品、藥品的開(kāi)發(fā)和利用上提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)涡阅咎m；多糖；超聲輔助提??；穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：TS201.1????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 文章編號(hào)：1000-9973（2023）12-0188-05

Study on Ultrasonic-Assisted Extraction Technology and Stability of

Polysaccharides from Leaves of Magnolia

kwangsiensis Figlar & Noot.

ZHENG Yan-fei， WEI Feng， PANG Guang-wo， ZHANG Zhen-fa*

（College of Chemical and Biological Engineering， Guangxi Minzu Normal

University， Chongzuo 532200， China）

Abstract： With the leaves of Magnolia kwangsiensis Figlar & Noot.（M.kwangsiensis） as the raw materials， ultrasonic-assisted extraction method is used to extract polysaccharides from the leaves of M.kwangsiensis. The effects of solid-liquid ratio， ultrasonic power， ultrasonic temperature and ultrasonic time on the yield of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis are investigated. The optimal extraction technology is optimized by orthogonal experimental design， and the stability of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis in different environments is studied. The results show that the optimal extraction conditions are as follows： solid-liquid ratio is 1∶90 （g/mL）， ultrasonic power is 420 W， ultrasonic temperature is 80 ℃ and ultrasonic time is 20 min. Under these conditions， the yield of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis is 5.04%. The polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis are greatly affected by light environment and temperature; the stability of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis to hydrogen peroxide is stronger than glucose， but the stability to sodium sulfite is weaker.The results can provide theoretical basis for the development and utilization of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis in food and medicine.

Key words： Magnolia kwangsiensis Figlar & Noot.; polysaccharides; ultrasonic-assisted extraction; stability

單性木蘭（Magnolia kwangsiensis Figlar & Noot.）也叫廣西木蘭，系木蘭科單性木蘭屬，該植物葉革質(zhì)且厚、花單性，雄雌異株，雄雌花期不同，且兩花的共同訪花昆蟲(chóng)只有幾種，使得單性木蘭結(jié)果率非常低[1]，是我國(guó)特有的珍稀瀕危植物[2]，于1999年被列為國(guó)家一級(jí)保護(hù)植物[3]。

黃品鮮等[4]研究指出單性木蘭種皮中含有豐富的揮發(fā)油、單寧、多酚、多糖等功能成分[5-6]。單性木蘭葉中含有豐富的多糖成分，文獻(xiàn)[7]指出單性木蘭葉中，熱水回流提取多糖的得率為5.09%，微波輔助提取多糖的得率為2.48%，且多糖成分對(duì)人肺癌細(xì)胞A549和人胃癌細(xì)胞SGC7901均有良好的抑制作用。文獻(xiàn)[8]報(bào)道了以熱水回流法提取單性木蘭葉多糖，得率達(dá)6.05%，且多糖具有較好的抗氧化性能。植物多糖具有很多良好性能，應(yīng)用在眾多的調(diào)味食品、功能食品以及醫(yī)藥產(chǎn)品中[9-12]。研究指出單性木蘭含有數(shù)量可觀的多糖，且具有抗氧化、抗腫瘤等性能[6，8]，是一種潛在的天然食品添加劑。但若想將單性木蘭葉多糖開(kāi)發(fā)為天然藥物、功能性食品等，仍需對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前，關(guān)于單性木蘭多糖成分的研究報(bào)道甚少。本文以單性木蘭葉為原材料，采用超聲波輔助提取法對(duì)其多糖進(jìn)行提取，探討不同因素對(duì)單性木蘭葉多糖得率的影響，用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法優(yōu)化最佳提取工藝；針對(duì)不同加工、儲(chǔ)存條件下多糖物質(zhì)的變化，測(cè)定其在不同光照條件、溫度、氧化劑、還原劑條件下的穩(wěn)定性，可以開(kāi)發(fā)相關(guān)的調(diào)味品、保健品等，為深度開(kāi)發(fā)單性木蘭社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 材料及試劑

單性木蘭葉：于2018年8月采摘自廣西南寧市武鳴區(qū)，在50 ℃烘箱中烘干，粉碎，過(guò)60目篩，干燥保存以備用。按4∶1（mL/g）的液固比加入90%乙醇，攪勻靜置2 h[13]，以脫去油脂和葉綠素，抽濾，在50 ℃烘箱內(nèi)烘干，得到預(yù)處理后的單性木蘭葉粉末。

無(wú)水乙醇、葡萄糖、苯酚、硫酸、無(wú)水亞硫酸鈉、30%過(guò)氧化氫：均為分析純。

1.2 儀器及設(shè)備

YR5102電子天平（精確到0.1 g） 上海光正醫(yī)療儀器有限公司；DHG-9203A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；HK-2A超級(jí)恒溫水浴鍋 南京南大萬(wàn)和科技有限公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海賢德實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；KQ-600DB數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；SQP電子天平（精確到0.001 g） 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；A560紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 翱藝儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制定

準(zhǔn)確配制質(zhì)量濃度為1.014 mg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液。參照文獻(xiàn)[7，14]繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.2 單性木蘭葉多糖得率的測(cè)定

取2 mL單性木蘭葉多糖提取液于25 mL容量瓶?jī)?nèi)，用蒸餾水稀釋定容至刻度線，再移取0.5 mL經(jīng)過(guò)稀釋后的單性木蘭葉多糖提取液，按標(biāo)準(zhǔn)曲線制作方法顯色，測(cè)定吸光度。按下式計(jì)算單性木蘭葉多糖的得率：

Y=25×CVM×106×100%。

式中：Y為單性木蘭葉中多糖的得率，%；C為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算所對(duì)應(yīng)的濃度，μg/mL；V為超聲波輔助提取所得提取液的總體積，mL；M為所稱取的單性木蘭葉粉末質(zhì)量，g。

1.3.3 單性木蘭葉多糖的提取

稱取2.00 g預(yù)處理后的單性木蘭葉粉，于不同固液比（1∶60、1∶70、1∶80、1∶90、1∶100，g/mL）、超聲功率（240，300，360，420，480 W）、超聲溫度（40，50，60，70，80 ℃）、超聲時(shí)間（10，15，20，25，30 min）下進(jìn)行超聲輔助提取，考察單性木蘭葉多糖的得率。

1.3.4 單性木蘭葉多糖的提取工藝優(yōu)化

對(duì)單性木蘭葉多糖的提取進(jìn)行四因素三水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)確定最佳提取工藝，L9（34）正交試驗(yàn)的因素水平表見(jiàn)表1。

1.3.5 單性木蘭葉多糖穩(wěn)定性的測(cè)定

1.3.5.1 光照條件的影響

分別取25 mL葡萄糖、單性木蘭葉多糖溶液置于室內(nèi)自然光條件和室外太陽(yáng)光條件下，每30 min取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶?jī)?nèi)，按標(biāo)準(zhǔn)曲線制作方法顯色，測(cè)定吸光度，按下式計(jì)算保留率：

多糖保留率（%）=ρρ0×100%。

式中：ρ為處理后的單性木蘭葉多糖的含量，μg/mL；ρ0為處理前的單性木蘭葉多糖的含量，μg/mL。

1.3.5.2 溫度的影響

分別取25 mL葡萄糖、單性木蘭葉多糖溶液置于溫度40，50，60，70，80 ℃下靜置1 h，各取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶?jī)?nèi)，按標(biāo)準(zhǔn)曲線制作方法顯色，測(cè)定吸光度，計(jì)算保留率。

1.3.5.3 過(guò)氧化氫的影響

分別取5 mL葡萄糖、單性木蘭葉多糖溶液加入15 mL濃度為0.01，0.02，0.03，0.04，0.05 mol/L的過(guò)氧化氫溶液中，搖勻避光靜置1 h[15]。各取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶?jī)?nèi)，按標(biāo)準(zhǔn)曲線制作方法顯色，測(cè)定吸光度，計(jì)算保留率。

1.3.5.4 亞硫酸鈉的影響

分別取5 mL葡萄糖、單性木蘭葉多糖溶液加入15 mL濃度為0.01，0.02，0.03，0.04，0.05 mol/L的亞硫酸鈉溶液中，搖勻避光靜置1 h[16]。各取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶?jī)?nèi)，按標(biāo)準(zhǔn)曲線制作方法顯色，測(cè)定吸光度，計(jì)算保留率。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖1。擬合線性回歸方程為y=0.009 9x+0.045 6，R2=0.999 5。說(shuō)明葡萄糖質(zhì)量濃度在20.28～101.14 μg/mL，在波長(zhǎng)490 nm處吸光值與濃度的線性關(guān)系良好。

由圖2中a可知，隨著固液比的增大，多糖得率呈先上升后下降的趨勢(shì)。固液比為1∶80 （g/mL）時(shí)，多糖得率最高，而后得率降低。這是因?yàn)殡S著溶劑增多，多糖溶出推動(dòng)力增大，速率增大，但當(dāng)溶劑過(guò)多時(shí)，超聲效果受到影響，從而導(dǎo)致多糖得率下降[17-18]。

由圖2中b可知，當(dāng)超聲功率持續(xù)增加時(shí)，多糖得率先上升后下降。當(dāng)超聲功率在420 W時(shí)，多糖得率達(dá)最高；當(dāng)超聲功率大于420 W時(shí)，多糖得率下降。這可能是超聲功率升高時(shí)，提取過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)作用變大，致使提取過(guò)程中溶出多糖外的其他成分，以及多糖產(chǎn)生降解，單位體積溶劑內(nèi)多糖的濃度減少[19]。

由圖2中c可知，單性木蘭葉多糖提取過(guò)程中，多糖得率隨著超聲溫度的增加而先上升后下降。當(dāng)超聲溫度在70 ℃時(shí)出現(xiàn)曲線最高峰，而后開(kāi)始下降，說(shuō)明超聲溫度低于70 ℃時(shí)，溫度較低，提取體系傳質(zhì)效率低，多糖分子間黏連嚴(yán)重，不利于溶出[20]；當(dāng)溫度在70 ℃時(shí)，多糖已經(jīng)基本被溶出，超聲溫度繼續(xù)升高，提取溶劑會(huì)變成蒸汽而逐漸減少，實(shí)際參與提取的溶劑量變少，同時(shí)超聲溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致多糖結(jié)構(gòu)被破壞[21]，致使多糖的得率降低。

由圖2中d可知，單性木蘭葉多糖得率與超聲時(shí)間在10～20 min內(nèi)呈現(xiàn)正相關(guān)，當(dāng)超聲時(shí)間為20 min時(shí)，得率最高，這是因?yàn)樘崛￠_(kāi)始時(shí)，超聲波作用使多糖快速擴(kuò)散至水中，且與時(shí)間呈依賴性，使得多糖得以充分溶解；在提取20 min時(shí)，多糖已基本被溶出；當(dāng)超聲時(shí)間超過(guò)20 min時(shí)，多糖得率下降，這是因?yàn)槌晻r(shí)間增加，超聲波機(jī)械振動(dòng)會(huì)加大其他雜質(zhì)的溶出量，溶劑溫度升高，致使多糖被分解，多糖得率下降[22]。

2.3 單性木蘭葉多糖的提取工藝優(yōu)化結(jié)果與分析

2.3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，不同因素對(duì)單性木蘭葉中多糖得率的影響不同，超聲功率的影響最大，超聲時(shí)間的影響次之，超聲溫度的影響最小，影響順序?yàn)槌暪β?超聲時(shí)間>固液比>超聲溫度。最優(yōu)提取條件是C2B2A3D3，即超聲功率為420 W，超聲時(shí)間為20 min，固液比為1∶90 （g/mL），超聲溫度為80 ℃。

2.3.2 優(yōu)化驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與分析

在提取功率420 W、超聲時(shí)間20 min、固液比1∶90 （g/mL）、超聲溫度80 ℃的條件下，平行試驗(yàn)5次，單性木蘭葉多糖得率為5.04%。比文獻(xiàn)[8]報(bào)道的用熱水回流法提取的得率稍低，這可能與采摘原料、提取方法有關(guān)。

2.4 單性木蘭葉多糖的穩(wěn)定性能分析

2.4.1 光照條件對(duì)單性木蘭葉多糖穩(wěn)定性的影響

由圖3可知，隨著光照時(shí)間的增加，室內(nèi)自然光和室外太陽(yáng)光條件對(duì)單性木蘭葉多糖保留率的影響明顯，即試驗(yàn)溶液中多糖量變化大，說(shuō)明光照環(huán)境對(duì)單性木蘭葉多糖穩(wěn)定性的影響較大；且室外太陽(yáng)光的影響強(qiáng)于室內(nèi)自然光的影響。另外，在室外太陽(yáng)光條件下，單性木蘭葉多糖的穩(wěn)定性強(qiáng)于葡萄糖；在室內(nèi)自然光條件下，單性木蘭葉多糖的穩(wěn)定性弱于葡萄糖。因此，在保存單性木蘭葉多糖時(shí)最好短期避光處理。

2.4.2 溫度對(duì)單性木蘭葉多糖穩(wěn)定性的影響

由圖4可知，單性木蘭葉多糖的保留率與溫度變化呈負(fù)相關(guān)，單性木蘭葉多糖的保留率在40 ℃時(shí)為96.12%；溫度為80 ℃時(shí)單性木蘭葉多糖的保留率為86.49%，說(shuō)明溫度的升高會(huì)破壞單性木蘭葉多糖的結(jié)構(gòu)，致使單性木蘭葉多糖的保留率下降，所以單性木蘭葉多糖對(duì)溫度的耐熱性差，儲(chǔ)存使用時(shí)不宜高溫。

2.4.3 過(guò)氧化氫對(duì)單性木蘭葉多糖穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，在過(guò)氧化氫溶液濃度為0.01 mol/L時(shí)，單性木蘭葉多糖的保留率為97.83%；而在過(guò)氧化氫溶液濃度為0.05 mol/L時(shí)保留率為91.32%，兩者相比較，保留率差值達(dá)到了6.51%，說(shuō)明單性木蘭葉多糖在過(guò)氧化氫溶液濃度為0.01～0.05 mol/L范圍內(nèi)有一定的抗氧化性。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，單性木蘭葉多糖對(duì)過(guò)氧化氫的穩(wěn)定性強(qiáng)于葡萄糖。

2.4.4 亞硫酸鈉對(duì)單性木蘭葉多糖穩(wěn)定性的影響

由圖6可知，單性木蘭葉多糖的保留率與亞硫酸鈉溶液濃度呈負(fù)相關(guān)。在亞硫酸鈉溶液濃度為0.01～0.05 mol/L時(shí)，單性木蘭葉多糖的保留率先急劇下降而后緩慢下降，這是因?yàn)閱涡阅咎m葉多糖與還原劑亞硫酸鈉大量反應(yīng)，在亞硫酸鈉濃度為0.03 mol/L時(shí)，單性木蘭葉多糖中不穩(wěn)定的多糖基本與亞硫酸鈉反應(yīng)完，說(shuō)明單性木蘭葉多糖的抗還原性較差，且弱于葡萄糖。

3 結(jié)論

單性木蘭葉多糖是一種可再生的綠色資源，可開(kāi)發(fā)成調(diào)味品應(yīng)用到功能性添加劑或新型藥物中。研究單性木蘭葉多糖的提取條件及穩(wěn)定性，可以對(duì)天然食品添加劑提供應(yīng)用的數(shù)據(jù)理論。

提取單性木蘭葉多糖時(shí)，采用超聲波輔助并經(jīng)正交試驗(yàn)法優(yōu)化，得出影響因素對(duì)多糖得率的影響次序?yàn)槌暪β?超聲時(shí)間>固液比>超聲溫度；在提取功率420 W、超聲時(shí)間20 min、固液比1∶90（g/mL）、超聲溫度80 ℃的最優(yōu)提取條件下，單性木蘭葉多糖得率為5.04%。單性木蘭葉多糖受光照環(huán)境、溫度的影響較大，在氧化劑、還原劑中，單性木蘭葉多糖的抗氧化性強(qiáng)于葡萄糖，而其抗還原性弱，說(shuō)明單性木蘭葉多糖具有較好的穩(wěn)定性，為單性木蘭在食品、藥品、化妝品等行業(yè)中的應(yīng)用提供參考依據(jù)，促進(jìn)林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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收稿日期：2023-06-20

基金項(xiàng)目：2020年廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2020JJB120001）；2021年廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目（2021KY0773）；廣西民族師范學(xué)院科研項(xiàng)目（2020YB011，2020FG002）

作者簡(jiǎn)介：鄭燕菲（1987－），女，副教授，博士，研究方向：天然產(chǎn)物化工及功能食品開(kāi)發(fā)。

*通信作者：張貞發(fā)（1982—），男，副教授，碩士，研究方向：工業(yè)分析。