超声辅助海菜多糖提取

诸爱士，葛　宁，张　栋

(浙江科技学院 生物与化学工程学院,杭州 310023)



超声辅助海菜多糖提取

诸爱士，葛宁，张栋

(浙江科技学院 生物与化学工程学院,杭州 310023)

摘要:研究了超声波辅助海菜多糖的提取工艺，考察了超声功率、超声时间、提取温度、液固质量比等因素对多糖收率的影响，并在单因素实验基础上，采用四因素三水平正交实验，进行提取条件优化。实验结果表明，海菜多糖提取的较优条件是：超声功率75 W，超声时间45 min，提取温度80 ℃，液固质量比40∶1。在此组合条件下海菜多糖的平均收率为13.31 mg/g。

关键词:海菜；多糖；超声波；提取工艺；正交实验

海菜是一种富含蛋白质和多种维生素及微量元素的天然野生水菜。多糖具有免疫调节、抗肿瘤、抗病毒、抗衰老、降血糖、抗凝血、抗放射等作用[1]。多糖的提取传统上采用水提法[1-3]，但也有许多辅助方法供选用[4-11]，如酶解辅助、超声辅助、微波辅助、高压脉冲电场辅助、酸提及碱提等。由于超声波具有空化效应，能提高提取效果，目前被广泛应用于有效物质提取研究，如多酚、皂甙、花青素、黄酮、多糖、精油及萜类物质，等等[12-18]。关于海菜多糖的提取目前未见报道，本实验研究了海菜多糖的超声辅助提取，考察了超声功率、超声时间、提取温度及液固(去离子水与海菜干粉)质量比等因素对多糖收率的影响。在单因素考察基础上进一步采用四因素三水平正交实验考察提取条件的优化，以期获得更高的收率，能为实际应用提供参考。

1材料与方法

1.1材料、试剂及仪器

实验材料：野生海菜，威海旭日海产品有限公司生产。

实验试剂：葡萄糖(分析纯，上海德榜化工有限公司)，硫酸(分析纯，江苏扬州华富化工有限公司)，苯酚(分析纯，山东济宁佰一化工有限公司)，其余试剂均为AR。

实验仪器：KQ2200E型超声波清洗器(广州沪瑞明仪器有限公司)，FA/JA1004型电子分析天平(江苏常州市宏衡电子仪器厂)，800B离心机(江苏金坛市万华实验仪器厂)，RE-5299旋转蒸发仪(上海耀裕仪器设备有限公)，DHG-9123A型电热鼓风干燥箱(上海捷呈实验仪器有限公司)，722型可见分光光度计(上海光学仪器一厂)， CR-260A型粉碎机(浙江永康市超然电器厂)。

1.2实验方法

1.2.1海菜的预处理

恒温50 ℃烘干4 h，粉碎，过50目筛，干燥待用。

1.2.2海菜多糖的提取

取一定量海菜粉装入烧瓶，按设定液固质量比配入去离子水，将烧瓶装入设定温度的超声波清洗器中进行超声提取一定时间，提取结束后取出烧瓶，倒出料液进行过滤，清洗烧瓶后的洗液一并过滤，清洗滤饼，将得到的滤液进行旋蒸浓缩，冷却浓缩液后再取一定量经离心，取上层清液用分光光度法测定多糖质量浓度。

1.2.3测定多糖质量浓度方法及计算收率公式

采用苯酚-硫酸法[1]测定提取液中的多糖质量浓度，该方法以葡萄糖质量浓度表示多糖质量浓度。先作标准曲线，拟合吸光度与质量浓度的关系，得到如式(1)的两者关系

X=0.025 5A-0.000 06。

(1)

式(1)中：X为溶液中的葡萄糖质量浓度，mg/mL；A为在485 nm处测定得到的吸光度。

则计算提取到的海菜多糖收率按式(2)进行

(2)

式(2)中：Y为所提取的海菜多糖收率，mg/g；V为提取液总体积，mL；X为测得的海菜多糖质量浓度，mg/mL；M为原料海菜用量，g。

2结果与讨论

2.1单因素考察

2.1.1超声功率对收率的影响

设置提取条件如下：液固质量比40∶1、温度70 ℃、超声时间45 min、提取1次，对比超声辅助提取的效果与超声功率的影响，结果见图1。图1中的结果显示，在超声辅助下提取多糖，其收率均有提高，并随着超声功率的增加，多糖收率有明显增大，但当超声功率超过75 W后,多糖收率反而有所下降。其原因是超声波具有强烈振动、空化效应的作用，可使物质分子运动的频率和速度增大，使提取剂的穿透力增强及加快细胞破壁，这些作用可使液固相之间的质量传递得到加强，从而提高了收率；但超声波功率过大，反而会使糖键断裂，降低了多糖收率[6]60，[19-20]。以下实验采用75 W超声。

2.1.2超声时间对收率的影响

在超声功率为75 W、液固质量比为40∶1、提取温度为70 ℃、1次提取的条件下，考察了超声时间15、30、45、60、75 min提取对多糖收率的影响，结果见图2。图2中的结果表明,超声时间的长短会明显影响多糖收率，45 min是分界点，之前随着超声时间的增长多糖收率明显增加，但超声时间超过45 min后，则多糖收率反而下降。这是因为当超声时间少于45 min时，提取不够彻底，超声时间超过45 min时反而会使提出的多糖处在超声波作用下造成断键，使多糖收率下降[6]61，[19-20]。故超声时间以45 min为宜。

　　图1　超声功率对收率的影响　　Fig.1　Effects of ultrasonic power on extraction yield

图2　超声时间对收率的影响　　Fig.2　Effects of ultrasonic time on extraction yield

2.1.3提取温度对收率的影响

液固质量比40∶1、超声功率75 W、超声45 min、提取1次，用不同的提取温度进行提取，图3表示出了实验结果。图3表明，提取温度升高则多糖收率增大，70 ℃之后升高提取温度对提高收率的影响变小，其原因是溶液体系的黏度随温度升高而降低，而物质的扩散能力却随温度的提高反而加快，使得在相同的提取时间下高温时提取收率较高。70 ℃后收率增幅变小说明该温度下提取速度已经足够快，大部分多糖已经被提出，80 ℃时比70 ℃时的收率增加2.51%。但温度过高会使多糖降解，也使能耗增加，故提取温度以70 ℃为宜。

2.1.4液固质量比对收率的影响

超声功率75 W、超声45 min、温度70 ℃、提取1次，考察液固质量比为20、30、40、50、60时多糖的收率，结果见图4。图4说明多糖收率先随着液固质量比的增加而增大，这是提取过程中的传质推动力影响所致，增加液固质量比会使液相多糖质量浓度降低而增加了液固间多糖的质量浓度差——传质推动力，增大了传质速率；但在液固质量比大于40 时，多糖收率反而有所下降，这可能是稀液旋蒸浓缩操作造成多糖分解损失所致；另外，增大液固质量比会加大设备需求及后续操作负荷。故40∶1的液固质量比比较合适。

图3　提取温度对收率的影响　　Fig.3　Effects of extraction temperature on extraction yield

图4　液固质量比对收率的影响　　Fig.4　Effects of liquid-solid mass ratio on extraction yield

2.2正交实验

单因素实验结果表明，超声功率、超声时间、提取温度与液固质量比对提取影响较大，因此采用四因素三水平正交实验进一步对提取条件的组合进行优化。实验安排的因素、水平方案列于表1。

表1　正交实验安排因素与水平

各实验的因素水平安排方案、实验所得的结果及分析列于表2。由表2中各因素的极差R值大小可以得出：在考察的范围内，影响海菜多糖收率因素的强弱顺序为：超声时间>提取温度>超声功率>液固质量比。则较佳提取条件为(X2)2(X3)3(X1)2(X4)2，即海菜多糖提取的较佳条件为：超声功率75 W，超声时间45 min，提取温度80 ℃，液固质量比40∶1。在以上较佳条件下进行3次重复实验，得到海菜多糖的平均收率为13.31 mg/g，相对标准偏差 RSD=6.8‰(n=3)。

表2　正交实验安排与结果

3结语

超声辅助提取多糖，可以较大幅度增加多糖的收率，超声时间、提取温度、超声功率及液固质量比均会对海菜多糖的提取有一定影响。实验结果表明，海菜多糖超声辅助提取的较优条件为：超声功率75 W，超声时间45 min，温度80 ℃，液固质量比40∶1，可得海菜多糖的平均收率为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

作者简介:诸爱士(1966—),男,浙江省湖州人，副教授，主要从事化工单元操作的教学与应用研究。

中图分类号:TS201.2；R284.2

文献标志码:A

文章编号: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