银杏外种皮多糖的超声波辅助提取方法研究

牟 杰,娄 靖,吴加强,汤道权,支三军

(1.徐州医学院药学院,江苏徐州 221000;2.淮阴师范学院化学化工学院,江苏淮安 223300)

银杏外种皮多糖的超声波辅助提取方法研究

牟 杰1,娄 靖1,吴加强1,汤道权1,支三军2

(1.徐州医学院药学院,江苏徐州 221000;2.淮阴师范学院化学化工学院,江苏淮安 223300)

将超声波辅助提取技术应用于提取银杏外种皮多糖的研究,采用单因素试验和正交试验,得到最优提取工艺.结果表明,对比传统的直接加热提取法,超声波辅助提取能缩短提取时间,提高银杏外种皮多糖得率.超声波提取的最佳条件为:水浴温度100℃,液料比(mL∶g)为10∶1.0,超声提取时间40min,超声波功率400W.在此工艺条件下,多糖得率为11.74%.

银杏外种皮;多糖;超声波辅助提取;含量分析

0 引言

银杏(Ginkgo biloba L)又名白果,是现存种子植物中最古老的孑遗植物,有重要的研究和利用价值[1-2].我国银杏种核产量占世界的90%以上,并保持8.0%～10.0%的年递增,银杏的核用栽培已发展成为我国银杏产区的支柱产业.在每年生产1200～1400万公斤种核的同时,约有3600～4200万公斤的银杏外种皮遭到废弃,浪费银杏资源的同时对环境造成了严重污染[3-5].因此,研究银杏外种皮的综合开发利用显得尤为迫切.

近年来的研究表明,银杏外种皮中含有大量多糖类化合物,动物实验及临床研究表明银杏外种皮多糖(Ginkgo biloba exocarp polysaccharides,GBEP)具有杀死肿瘤细胞、增加SOD的形成,提高机体免疫细胞活性、增强机体免疫等作用[6-10].提取银杏外种皮多糖作为药品或保健品,具有相当好的市场前景.由于人们把精力都集中在银杏中黄酮类物质的研究上,对银杏外种皮多糖的研究目前报道甚少,又由于多糖提取过程复杂、提取率不高、所得多糖纯度低、活性相差较大等问题的存在,使得这一领域的研究未能深入展开.

本文将超声波技术应用于银杏外种皮多糖类化合物的提取,对比传统的热水提取工艺有明显优势,对银杏外种皮的综合利用开发具有重要意义.

1 实验部分

1.1 材料、试剂与仪器

材料:银杏外种皮产自江苏邳州.

试剂:无水乙醇、95%乙醇、丙酮、乙醚、苯酚、浓硫酸、葡萄糖标准品,均为国产分析纯试剂.

仪器:AE240型电子天平、索式提取器、恒温水浴锅、超声波细胞粉碎机、TGL-16B型台式低速离心机、5417R型台式高速冷冻离心机、B-260型旋转蒸发仪、DZF-6020S型真空干燥箱、vis-7220型可见分光光度计.

1.2 银杏外种皮多糖提取工艺

1.2.1 提取步骤

将银杏外种皮于60℃烘干并粉碎→超声波浸提→离心→上清液旋转蒸发浓缩→95%乙醇沉淀上清液→静置过夜,取沉淀物→洗涤→分离→真空干燥→分析检测.

1.2.2 超声波提取法

称取粉碎后的银杏外种皮20 g(干物质),置于超声波细胞粉碎机内,在选定的超声功率、液固比、提取时间和温度条件下,超声提取,过滤,得滤液.将滤液旋转蒸发浓缩为原体积的1/4后,缓缓加入浓缩液5倍体积的95%乙醇,离心,收集多糖沉淀,沉淀复溶于水中,再次用5倍体积的95%乙醇沉淀,离心,沉淀用无水乙醇、丙酮反复洗涤,真空干燥得多糖粗品.

1.3 多糖含量的测定方法

采用苯酚-硫酸法[11]测定提取液中多糖含量.

1.3.1 体积分数为5%的苯酚溶液的配制

取苯酚12.5 g,置250mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,避光,冷藏.

1.3.2 标准曲线的制作

准确称取105℃干燥至恒重的葡萄糖标准品20mg,用100mL双蒸水定容,得葡萄糖标准溶液.将该标准溶液稀释成浓度分别为30,60,90,120,150和180μg/mL的溶液,分别吸取稀释液0.6mL,加入5%苯酚1.2mL、浓硫酸4mL,混合均匀后,30℃显色20min,在486 nm波长处测定吸光度[11],空白对照以双蒸水代替糖溶液,以葡萄糖浓度(c)为横坐标,吸光度(A)为纵坐标,所得的标准曲线见图1.

1.3.3 样品测定

准确称取适量的粗多糖(W)5份分别定容至10mL,吸

取样品液0.6mL,按上述步骤操作,分别测定吸光度,以标准曲线回归方程计算得多糖的平均含量.

图1 葡萄糖溶液标准曲线

式中:c为根据标准曲线计算出的浓度(μg/mL),W为多糖样品的质量(mg)

1.3.4 稳定性实验

用硫酸-苯酚法测定同一样品液在不同时间的吸收度,结果表明吸光度(A)在24 h内不变.

1.3.5 回收率测定

称取自制银杏外种皮多糖适量,加入精制银杏外种皮多糖适量,按样品液制备和多糖含量测定方法操作,测得多糖平均回收率为99.23%,RSD=1.2%,n=5.

1.4 超声波辅助提取多糖的单因素考察

影响超声波提取的因素主要有超声波处理时间、超声波功率、液料比和水浴温度.称取5 g银杏外种皮,加入50mL水(即液料比10∶1.0),经400W的超声波处理40min,90℃水浴提取.在其他条件不变的情况下,改变其中一个因素探讨对多糖得率的影响.

1.5 超声波法提取条件的优化

在单因素考察的基础上,用正交试验对影响提取的因素:超声波处理时间、功率、液料比及水浴温度进行优化.不考虑各因素间的交互影响,选用正交表L9(34).

2 结果与讨论

2.1 超声波辅助提取多糖的单因素试验

2.1.1 超声波处理时间对多糖提取率的影响

以超声波处理时间对多糖提取率作曲线,结果见图2.由图可以看出,随着超声波处理时间的延长,多糖得率逐渐升高.超声波处理40min时,得率最高,可达到10.81%.而后,随着超声波时间的延长,多糖得率开始下降.这是由于超声波的机械剪切作用,长时间加热使大分子多糖断裂而损失.

2.1.2 液料比对多糖提取率的影响

以液料比对多糖提取率作曲线,结果见图3.由图可以看出,液料比为10∶1.0(mL∶g)时,多糖得率最高,可达到11.74%.随着液料比的增加,得率开始下降.

图3 料液比对多糖提取率的影响

图2 超声波处理时间对多糖提取率的影响

2.1.3 超声波功率对多糖提取率的影响

以超声波功率对多糖提取率作曲线,结果见图4.由图可以看出,随着超声波功率的增加,多糖得率逐渐升高.功率为400W时,得率最高,可达到11.13%.随着功率的增加,多糖得率开始下降.输出功率和频率决定了超声波场的强度,这表明增加超声波强度可加快水的循环速度,强化传质,同时使细胞的破碎程度增加,有利于多糖的提取.

2.1.4 水浴温度对多糖提取率的影响

以水浴温度对多糖提取率作曲线,结果见图5.由图可以看出,温度为100℃时多糖得率达到11.88%.

图4 超声波功率对多糖提取率的影响

图5 水浴温度对多糖提取率的影响

2.2 超声波法提取多糖条件的优化

对正交实验的结果进行了直观分析,结果见表1.由表1可以看出,4个因素对多糖得率的影响为A>C>B>D,依次为:水浴温度>液料比>超声波时间>功率.最佳工艺组合为A1B2C2D3,即温度为100℃,时间为40min,液料比为10∶1.0(mL∶g),功率为400W.在此条件下,取20 g银杏外种皮粉进行验证试验,多糖得率为11.74%.

表1 超声波法正交实验设计及结果

2.3 超声波辅助提取法和热水浸提法的比较

热水浸提法:称取20 g银杏外种皮粉末,加入750mL水,液料比15∶1,100℃水浴提取120min,测得多糖得率为5.92%.超声波提取与热水浸提法的结果比较见表2.

表2 超声波辅助提取法和热水浸提法的比较

实验表明,超声波提取法明显缩短了提取周期,减少了溶剂用量,在多糖提取率方面也有明显提高.这是因为超声波处理可能使一部分胞壁结构未受到根本性破坏,而仅发生变形和裂纹,而在后来的水提过程中,进一步破坏胞壁结构,热效应使分子的热运动加速,从而导致银杏外种皮中水溶性多糖得到更充分的释放.

3 结论

本文以实验为基础,结合生产成本和现有实验条件,对银杏外种皮多糖的提取进行了超声波辅助的改进,并对实验结果进行了分析讨论,得到如下结论:

1)超声波提取具有节省时间、降低能量消耗等优点,而且可以明显提高多糖的得率,是提取银杏外种皮多糖的一个可行的方法.

2)在水浴温度、液料比、超声波处理时间及功率等4个考察因素中,水浴温度的影响最大.50 g银杏外种皮粉超声波提取的最佳工艺条件为:水浴温度100℃,液料比(mL∶g)为10∶1.0,时间40min,功率400W,多糖的得率为11.74%.

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Abstract:The ultrasond-assisted extraction technology for polysaccharide in Gingko biloba exocarp was studied in this paper,by using single factor experiment and orthogonalmethod.The conditions of the factorswere extraction temperature 100℃,extraction time 40min,ratio of extraction solvent to material 10∶1.0,ultrasonic power 400W.Under this condition,the yield of polysaccharides is 11.74%.Compared with direct-heating extraction,ultrasonic extraction can shorten the extracting time,and improve yield of ginkgo biloba polysaccharides.

Key words:gingko biloba exocarp;polysaccharide;ultrasonic assisted extraction

[责任编辑:蒋海龙]

Ultrasound-assisted Extraction of
Polysaccharides in Ginkgo Biloba Exocarp

MOU Jie1,LOU Jing1,WU Jia-qiang1,TANGDao-quan1,ZHISan-jun2

(1.Pharmacy of Xuzhou Medical College,Xuzhou Jangsu 221000,China)(2.School of Chemistry and Chemical Engineering,Huaiyin Normal University,Huaian Jangsu 223300,China)

O629.12

A

1671-6876(2010)06-0507-05

2010-06-06

牟杰(1974-),女,江苏徐州人,副教授,博士,主要从事药物合成研究.