牛蒡短链菊粉的提取

郑 越 萍，张 星，韩 璐，芦 明 春

(大连工业大学 食品学院，辽宁 大连 116034)

0 引 言

牛蒡是一种药食同源的两年生草本植物，其根中含有丰富的菊粉。菊粉分子通式为GFn，是由多个果糖残糖基Fn通过β－2，1糖苷键链接且末端连有葡萄糖糖残基的多糖，聚合度通常为2～60，平均聚合度为10[1]。根据果聚糖聚合度的不同，可分为短链菊粉和长链菊粉：聚合度为2～10、平均聚合度为4的称为短链菊粉；聚合度为10～60、平均聚合度为25的称为长链菊粉[2]。

菊粉对人体的消化性、益生菌的活性、热量、甜味、水溶性以及促进人体健康的效果等方面有益，作为功能性食品添加剂日益受到关注，有必要将长链菊粉与短链菊粉进行分离制备。目前国内外对于菊粉的制备多采用不同的提取方式，而对短链菊粉的提取制备研究较少。本文针对目前该项研究的不足，建立了牛蒡短链菊粉的提取工艺，以期为牛蒡的开发利用和牛蒡菊粉的选择性生产提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

牛蒡，大连绿苑食品有限公司；Sephadex G－50、标准葡聚糖，Pharmacia制药公司；果糖、蔗糖、酒石酸钾钠、氢氧化钠、浓盐酸、浓硫酸、苯酚、95%乙醇、3，5－二硝基水杨酸，分析纯，市售。

722S分光光度计，上海精密仪器有限公司；旋转蒸发器RE－52A，上海亚荣生化仪器厂；普通层析柱(φ1.6×80cm)，上海锦华层析设备厂。

1.2 试验方法

1.2.1 原料预处理

新鲜牛蒡根洗净，切片→沸水灭酶2min→80℃烘干，粉碎得牛蒡干粉→90%乙醇于50℃回流提取6h→残渣烘干得干粉，备用。

1.2.2 工艺流程

牛蒡干粉用70%的乙醇分级沉淀[6]→采用特性黏度法[6]测定各级分的聚合度。

将牛蒡干粉以70%乙醇在不同温度、不同时间、不同料液比下回流提取，进行单因素试验。

1.3 分析方法

1.3.1 菊粉含量的测定

菊粉含量的计算以总糖含量减去还原糖含量来表示。水解后总糖与还原糖测定均采用3，5－二硝基水杨酸法(DNS)。

标准曲线制作：配制1.0mg／mL果糖标准液，用水杨酸法于520nm处测定吸光值，以标准果糖溶液质量浓度为横坐标，以吸光值为纵坐标，绘制标准曲线。

样品测定：将提取干燥后的短链菊粉样品定容，吸取一定体积，测定吸光值，按标准曲线计算总糖和还原糖含量。

1.3.2 短链菊粉得率的计算

1.3.3 菊粉平均相对分子质量的测定[3]

采用凝胶过滤法测定菊粉的重均相对分子质量。层析柱φ1.6×80cm，Sephadex G－50，选用蔗糖及相对分子质量为1 000，2 500，4 600的标准葡聚糖进行凝胶层析，上样量均为2mg，室温下以水洗脱，体积流量为0.4mL／min，自动收集洗脱液，每15min收集一管(6mL)，苯酚－硫酸法检测，求得相对应的洗脱体积V；以V为纵坐标，相对分子质量为横坐标绘制标准曲线。将样品以相同的条件进行洗脱，测得洗脱体积，与标准曲线对应得相对分子质量。

2 结果与讨论

2.1 果糖标准曲线

按照“1.3.1”方法绘制果糖标准曲线如图1所示，求得回归方程为y＝0.889 8x－0.015 2，其中R2＝0.998 2，线性范围为0.2～1.2mg。

2.2 牛蒡短链菊粉回流提取

2.2.1 回流温度对牛蒡短链菊粉得率的影响

准确称取干燥菊粉粉末2.0g，提取时间为60min，料液比为1∶10，分别采用不同的温度进行回流浸提，考察回流温度对短链菊粉得率的影响，结果如图2所示。

图1 果糖标准曲线Fig.1 Standard curve of fructose

图2 回流温度对短链菊粉得率的影响Fig.2 Effect of extraction temperature on the yield of short－chain inulin

由图2可见，温度从30℃升高到50℃，短链菊粉得率有较显著的增大，分析其原因可能是温度低则短链菊粉的溶解度低，随着温度升高，短链菊粉的溶解度升高，得率也增大。50℃以后得率增加不明显，因此宜选择回流温度为50℃。

2.2.2 回流时间对牛蒡短链菊粉得率的影响

在回流温度50℃、料液比为1∶10的条件下，考察回流时间对短链菊粉得率的影响，结果如图3所示。

图3 回流时间对短链菊粉得率的影响Fig.3 Effect of extraction time on the yield of short－chain inulin

由图3可见，随着回流时间的延长，短链菊粉得率迅速上升，分析其原因可能是回流时间的延长有利于短链菊粉充分溶出，得率提高。1.5h后趋于平稳，宜选择回流时间为1.5h。

2.2.3 料液比对牛蒡短链菊粉得率的影响

在回流温度50℃、时间1.5h的条件下，考察料液比对短链菊粉得率的影响，结果如图4所示。

图4 料液比对短链菊粉得率的影响Fig.4 Effect of solid－liquid ratio on the yield of short－chain inulin

由图4可见，随着料液比的增大，短链菊粉得率也在上升，分析其原因可能是当乙醇用量较低时，短链菊粉没有充分溶出，导致得率较低。当料液比达1∶20后趋于平稳，因此宜选择料液比为1∶20。

2.3 短链菊粉平均相对分子质量测定

为验证制备的短链菊粉的相对分子质量情况，对所得的短链菊粉进行凝胶过滤层析。蔗糖、3种标准葡聚糖及样品的洗脱曲线见图5。

图5 3种标准葡聚糖、蔗糖及短链菊粉的凝胶过滤曲线Fig.5 The gel filtration curve of three standard dextran，sucrose and short－chain inulin

根据测定结果，以V为纵坐标，相对分子质量为横坐标，绘制相对分子质量测定标准曲线，见图6。回归方程为y＝－10.367x＋166.82，其中R2＝0.998 1，线性范围为342～4 600。短链菊粉的洗脱体积为159.9mL，与标准曲线对应得其平均相对分子质量为667，即平均聚合度为4。这与短链菊粉定义的平均聚合度相一致，也与特性黏度法测得的结果一致，说明了该制备工艺实现了短链菊粉的提取。

图6 相对分子质量测定标准曲线Fig.6 Standard curve of determining molecular weight

3 结 论

通过单因素试验确定了牛蒡中短链菊粉提取的最佳工艺条件为：回流温度50℃，回流时间1.5h，料液比1∶20，并测得其平均相对分子质量为667，该工艺实现了牛蒡中短链菊粉的提取。

[1]郝林华，陈靠山，李光友，等.牛蒡菊糖及其制备方法的研究[J].中国海洋大学学报，2004，5(3)：423－428.

[2]LO′PEZ－MOLINA D，NAVARRO－MARTÍNEZ M D，ROJAS－MELGAREJO F.Molecular properties and prebiotic effect of inulin obtained from artichoke(CynarascolymusL.)[J].Phytochemistry，2005，66(12)：1476－1484.

[3]沈建林，余龙江.香蕉多糖的分离纯化及其性质研究[J].食品科学，2004(8)：73－76.

[4]谭晓琼，董全，丁红梅.功能保健食品菊糖的研究进展与发展前景[J].中国食物与营养，2007(1)：22－24.

[5]ROBERFROID M B.Inulin－type fructans：functional food ingredients[J].The Journal of Nutrition，2007，137(11Suppl)：2493S－2502S.

[6]郑晓丽.菊粉的制备及对乳酸杆菌生长的影响[D].大连：大连工业大学，2011.