微波辅助碱液提取仙草多糖

蒋文明，李爱军，汪 辉，何丽敏

微波辅助碱液提取仙草多糖

蒋文明，李爱军，汪 辉，何丽敏

(暨南大学理工学院食品科学系，广东 广州 510632)

研究微波辅助碱液提取仙草多糖的工艺条件。考虑沸水浴时间、碱液浓度、料液比和微波处理时间4个因素对仙草粗多糖提取率的影响，通过单因素试验选择各因素较理想的4个水平，再通过正交试验优化工艺参数。结果表明：碱液浓度是提高仙草多糖提取率的最显著因素，其次是料液比，微波处理时间和沸水浴时间对提取率的影响相对较小。在微波功率400W条件下，碱液浓度0.125mol/L、微波时间90s、料液比1:35(mg/mL)、水浸提1h时仙草粗多糖提取率最高，达到43.84%。

仙草多糖；微波辅助提取；碱液浸提

仙草(Mesona Blumes)又名仙人草、凉粉草、仙人冻、薪草，为唇形科仙草属一年生草本植物，是一种重要的药食两用植物资源。分布于江西、浙江、福建、广东、广西、云南和台湾等地，印度、印度尼西亚和马来西亚等地也有分布。

据记载，仙草性味涩、甘、寒，具清暑解渴、凉血之功效，可治疗中暑、高血压、肌肉及关节疼痛，而且仙草多糖液和淀粉混合具有特殊的凝胶特性[1]，碱液浸提的天然仙草多糖类物质含有一些功能性成分，并且具有很深的颜色和特殊的口感[2-4]，所以仙草多传统用于制作凉茶和果冻一类甜点[5]。另外仙草在医药上还有很多用途：Yeh等[6]研究表明，仙草可以阻止高血压的进一步恶化并且能够增强体内总的抗氧化能力；仙草的水浸提液能轻微抑制H2O2对DNA损伤，紫外光所造成的DNA损伤也随仙草液浓度的增加而降低[7]；仙草对患有糖尿病大鼠的肝脏具有保护作用[8-9]，并且有效抑制人类肝癌细胞生长[10]与肝纤维化[11]；另外仙草多糖在医药的其他方面都有广泛应用[12]。

国外有关仙草多糖提取的未见研究报道，国内相应的报道也比较少。刘富来等[13]采用高温高压碱液法提取仙草中的多糖，在最佳工艺条件下，仙草叶、根、茎中粗多糖提取率分别为40.56%、32.01%、31.88%；尹怀霞等[14]采用纤维素酶提取仙草多糖，最高提取率为10.96%；陈锦鹏等[15]使用水做溶剂加大料液比与提取次数使得仙草粗多糖提取率达到18.93%，但还未见有关微波提取仙草多糖的报道。本研究采用微波与碱液结合的方法提取仙草多糖，旨在为仙草多糖提取提供最佳的工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

仙草干制品由广州增城市供销社提供。

浓硫酸、95%乙醇、无水碳酸钠、无水乙醇均为分析纯。

1.2 仪器与设备

RE-52型旋转蒸发仪 上海嘉鹏科技有限公司；NN-S313WF微波炉 日本Panasonic公司；FD-1冷冻干燥机 北京博医康仪器有限公司；DHG-9145A型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司；Spectrumlab53紫外分光光度计 上海棱光技术有限公司；超低温冰箱美国Kendro公司；KDC-1044低速离心机 科大创新股份有限公司中佳分公司；9FZ-158型粉碎机 温岭市泽国大众电器厂；电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵 巩义市予华仪器有限责任公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

将仙草干制品用自来水快速清洗后，再用蒸馏水清洗至没有泥沙，沥干水后剪切成1～3cm左右的小段自然晒干或烘箱烘干，再粉碎成仙草粉末。精确称取5.00g仙草粉末，加入不同料液比、不同浓度Na2CO3溶液，在400W微波功率条件下处理一段时间，然后在沸水浴中浸提，纱布过滤并合并两次浸提液，3500r/min离心10min得到上清液，再真空抽滤除去杂质。将滤液旋转浓缩至10mL左右，加3倍体积的95%乙醇沉淀多糖物质，再3500r/min离心10min得沉淀后使用无水乙醇进行洗涤，将沉淀放入干燥箱干燥得到多糖成品。

1.3.2 多糖测定

多糖含量测定：采用苯酚-硫酸法，2mL样品多糖溶液加2.5mL苯酚溶液，再加5mL浓硫酸，振荡后沸水浴5min。在481nm(经全波长扫描在此波长处具有最大吸光度)可见光波长下测定吸光度。

标准曲线的绘制：以葡萄糖作为标准品，于481nm波长处测吸光度，以质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

1.3.3 单因素试验

碱液浓度设0.025、0.050、0.075、0.100、0.125mol/L 5个水平；微波功率在400W时，处理时间设定10、30、50、70、90s 5个水平；料液比(mg/mL)设定1:15、1:20、1:25、1:30、1:35(mg/mL)5个水平；水浴时间设定0.5、1、1.5、2、2.5h 5个水平进行单因素试验，每个水平测定3个平行样。

1.3.4 正交试验

在单因素试验基础上，选出4个较为合适的试验水平进行L16(44)正交试验(表1)，确定仙草多糖提取的最佳工艺参数，统计试验结果。

表1 微波辅助碱液提取仙草多糖正交试验设计因素与水平Table 1 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing the extraction conditions of polysaccharides

2 结果与分析

2.1 标准曲线与多糖纯度

以多糖质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，其回归方程y=0.0039x-0.0229，R2= 0.9994，葡萄糖质量浓度在40～240μg/mL范围内标准曲线线性关系良好。经计算在最佳提取条件下多糖纯度为35.43%。

2.2 水浴时间对仙草粗多糖提取率的影响

图1 水浴时间对多糖提取率的影响Fig.1 Effect of water-bath boiling time on extraction rate of polysaccharides

在100℃条件下，碱液浓度0.075mol/L、微波时间50s、料液比1:20时，水浴时间分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5h，仙草粗多糖的平均提取率分别为15.72%、19.06%、19.32%、19.60%、19.40%。由图1可见0.5～1h粗多糖提取率显著提高，但是在1～2.5h之间，随时间延长粗多糖提取率变化较小，可能是由于多糖提取已基本完全。因此最佳水浴时间为1h。

2.3 碱液浓度对仙草多糖提取率的影响

在水浴时间1h、料液比1:20、微波时间50s时考察碱液浓度在0.025、0.050、0.075、0.100、0.125mol/L时对仙草粗多糖提取率的影响，仙草粗多糖提取率分别为12.34%、15.34%、19.06%、23.26%、35.40%。由图2可见，在0.025～0.100mol/L阶段基本呈线性增长，在0.100mol/L时出现转折点，提取率开始大幅度提高，可能由于在较高碱液浓度时致使纤维素类多糖之间的化学键断裂，使得纤维素等不溶性多糖变为可溶性多糖，同时非多糖类杂质增多。碱液浓度过高会出现比较浓的碱液气味以及其他不良风味。

图2 碱液浓度对多糖提取率的影响Fig.2 Effect of alkaline concentration on extraction rate of polysaccharides

2.4 微波处理时间对仙草多糖提取率的影响

微波功率400W时，在水浴时间1h、碱液浓度0.075mol/L、料液比1:20条件下微波处理时间分别为10、30、50、70、90s，仙草粗多糖的提取率分别为17.56%、18.46%、19.06%、21.46%、21.76%。由图3可见提取率随微波时间的增加而提高，10～50s内多糖的提取率增加比较缓慢，从50s开始对多糖提起有显著的促进作用，但较长时间的微波处理致使溶液沸腾容易溢出。

图3 微波时间对多糖提取率的影响Fig.3 Effect of microwave treatment time on extraction rate of polysaccharides

2.5 料液比对仙草粗多糖提取率的影响

在微波时间50s、碱液浓度0.075mol/L、水浴时间1h时考察1:15、1:20、1:25、1:30、1:35(mg/mL)5个不同料液比对仙草粗多糖提取率的影响，仙草提取率分别为17.26%、19.06%、25.34%、26.74%、27.66%。由图4可见，仙草粗多糖提取率随碱液加入量增加而提高，在1:20料液比时显著增加，而在料液比1:25之后提取率变化趋于平缓，可能是由于在碱液加入量达到一定水平时，再增加碱液用量很难再破坏仙草多糖与纤维素类多糖之间的交联。碱液使用过量会增加溶液浓缩时间，所以最佳料液比为1:25。

图4 液料比对多糖提取率的影响Fig.4 Effect of material/liquid ratio on extraction rate of polysaccharides

2.6 工艺条件优化

2.6.1 正交试验结果

表2 仙草多糖提取的正交试验结果Table 2 Arrangement and experimental results of orthogonal array design for optimizing extraction conditions of polysaccharides

在单因素试验基础上选择四因素四水平做正交试验，结果见表2。由表2得出，极差大小顺序为B＞D＞A＞C，可以看出碱液浓度是影响仙草粗多糖提取率的最主要因素，其次为料液比，浸提时间和微波处理时间对多糖提取率的影响相对较小，由正交试验结果得到最佳工艺组合为A1B4C4D4，即水浴时间1h、碱液浓度0.125mol/L、微波处理时间90s、料液比1:35。

2.6.2 正交试验结果方差分析

由表3方差分析可见，碱液浓度与料液比对仙草粗多糖提取率的影响极显著，而水浴时间和微波处理时间对仙草粗多糖提取率的影响不显著。

表3 正交试验结果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal array design experimental results

2.6.3 验证实验

根据正交试验的k值分析得到最佳的试验组合为A4B4C3D4，经验证实验测得提取率为(44.72±0.78)%，与表观最佳试验结果A1B4C4D4相比有一定增加，但相差较小，另外考虑到较长的水浴时间会增加生产成本，所以选择A1B4C4D4组合为最佳工艺条件。

3 结 论

通过单因素试验和L16(44)正交试验研究碱液浓度、微波时间、料液比以及水浴时间对仙草粗多糖提取率的影响，结果表明：碱液浓度是影响仙草粗多糖提取率的最主要因素，其次是料液比，而微波时间和沸水浴时间对粗多糖提取率的影响相对较小，在仙草多糖提取过程中微波起到辅助性提高仙草粗多糖提取率的作用。最佳工艺条件为碱液浓度0.125mol/L、料液比1:35、微波处理时间90s、水浴浸提时间1h，在此条件下，仙草粗多糖提取率43.84%，多糖纯度35.43%。

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Microwave-assisted Alkali Extraction of Mesona Blumes Polysaccharides

JIANG Wen-ming，LI Ai-jun，WANG Hui，HE Li-min
(Department of Food Science, College of Science and Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China)

The microwave-assisted alkali extraction of polysaccharides from Mesona Blumes was optimized in this paper. To do this, the effects of four factors including water-bath boiling time, alkaline concentration, material/liquid ratio and microwave treatment time on the extraction rate of polysaccharides were explored by single-factor and orthogonal design methods. Results indicated that alkaline concentration was the most critical factor affecting the extraction rate of polysaccharides, followed by material/liquid ratio. Microwave treatment time and water-bath boiling time exhibited less effect on the extraction rate of polysaccharides. The optimal extraction conditions were microwave treatment time of 90 s, extraction power of 400 W, waterbath boiling time of 1 h, alkaline concentration of 0.125 mol/L, and material/liquid ratio of 1:35. Under these optimal conditions, the extraction rate of polysaccharides from Mesona Blumes was up to 43.84%.

Mesona Blumes polysaccharides；microwave-assisted extraction；alkali extraction

TS201.1

A

1002-6630(2011)04-0011-04

2010-04-05

广东高校科技成果产业化重大项目(cgzhzd0709)

蒋文明(1983—)，男，硕士研究生，研究方向为农产品深加工与利用。E-mail：0620041029@163.com