超声波法提取草石蚕中水苏糖

王启为，任建林

（宁夏大学化学化工学院，宁夏银川 750021）

草石蚕（Chinese artichoke），又名宝塔菜、地牯牛、甘露子、地瘤等，在我国重庆、江苏、河北等地都有种植。草石蚕块茎螺旋状，含约12%～15%以水苏糖为主的低聚糖[1]。水苏糖（Stachyose）属于棉子糖属半乳糖苷类非还原性功能性低聚糖。可直接被大肠中双歧杆菌等有益菌利用，促进体内双歧杆菌的增殖，抑制肠内腐生菌的生长繁殖，分解碳水化合物产生有机酸，维持肠道菌群平衡，促进肠道蠕动；防止体内胆固醇积蓄，降低血糖，增强人体造血功能，对严重临床肝性病原体有治疗作用，并有提高钙、镁等微量元素吸收和增加肠道内维生素等营养物质的合成的功效[2]。水苏糖的保健作用日益受到人们的重视，并被广泛应用于食品、医药、饲料等领域。在已经报道的草石蚕提取研究中，采用草石蚕干品进行研究实验的居多，使用新鲜草石蚕进行水苏糖提取研究非常少见，运用刚收获的新鲜草石蚕作为提取原料，减省了制作草石蚕干品的脱水、烘干、磨粉和浸泡四道工序，缩短了提取周期，降低提取成本，采用超声波法提取，提高了提取率的同时降低了提取温度。提取水苏糖后的草石蚕依然可以作为腌制泡菜的原料，而且不影响其泡菜品质，这种提取方法和提取条件为草石蚕中水苏糖提取的工业化生产和草石蚕的综合开发利用拓宽的途径。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

草石蚕，宁夏回族自治区，贺兰县金贵乡；试剂：水苏糖标准品，Sigma公司；果糖、蔗糖、葡萄糖、蒽酮、乙酸乙酯、甲醇、氧化钙、磷酸、盐酸、氢氧化钠等，均为分析纯。仪器：722S型分光光度计：上海天普分析仪器有限公司；KQ32OODB型数控超声波清洗仪：上海普渡生化科技有限公司；中外合资深圳天南海北有限公司；ALLEGRA台式高速离心机；美国贝克曼库尔特有限公司；惠普高效液相色谱仪HP1100；Inertsil-NH2色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；HP1100示差折光检测器，上海宝曼生物科技有限公司。

1.2 实验方法

水苏糖的提取工艺流程：提取草石蚕中水苏糖的工艺流程，新鲜草石蚕→洗涤→切丝→称重→加水加热浸出→榨汁过滤→去除杂质→脱色与浓缩。具体为取草石蚕将其洗净、切丝，然后准确称取一定量的草石蚕丝，加入同比质量的水，将其置于超声波提取器中，在一定温度和时间条件下，进行超声波处理，将处理过的草石蚕丝用榨汁机榨汁取得固定量体积的草石蚕浸出液；然后在草石蚕浸出液中加人石灰乳，调节草石蚕浸出液为碱性，并通入二氧化碳气体使其呈中性，减压过滤，除去菊芋浸出液中的蛋白质、果胶、有机酸等杂质[3]；经脱色处理即可得到无色、无杂质的水苏糖提取液溶液。

1.3 水苏糖的测定

1.3.1 标准图谱的制作 采用HP1100示差折光检测器，色谱柱为 Inertsil-NH2（250 mm × 4.6 mm，5 μm）；柱温为 30℃；流动相为乙腈-水（70:30，V/V），流速1.0 mL/min，等梯度洗脱[4]；把水苏糖标品减压真空干燥器中用五氧化二磷减压真空干燥24 h后，精确称取水苏糖标品33.62 mg，用50%甲醇室温条件下定容至25 mL，摇匀后，即为1.34 mg/mL储备液，从储备液中精确移取 1、3、5 mL，分别于10 mL容量瓶中，用 50%甲醇定容后，三个溶剂梯度依次为0.134、0.402、0.670 mg/mL；各进样量 10 μL，制作标准曲线，得曲线方程：Y=49950.27X+897.022，R=0.998 87[5]。

1.3.2 水苏糖含量的测定 将水苏糖提取液稀释一定倍数后，经0.45 μm微孔滤膜过滤，再用微量进样器吸取10 μL，注入高效液相色谱仪中，测定峰面积，外标法计算，即得水苏糖含量。

水苏糖提取率（%）=提取液体积×提取液中水苏糖含量/草石蚕质量×100%

水苏糖得率（%）=提取液中水苏糖含量/草石蚕中水苏糖含量×100%

2 结果与分析

2.1 提取条件对水苏糖得率的影响

在水苏糖提取过程中，提取温度、时间、超声波功率对水苏糖得率的影响较大。为了研究提取条件对总糖和水苏糖得率的影响，在分别进行单因素实验的基础上，采用 40～60 ℃、10～30 min、128～160 W 进行三因素三水平正交实验，以确定最佳工艺条件，选用因素及水平（见表 1）。

表1 正交实验因素水平表

正交试验结果（见表2）。表2结果显示，主要影响因素为提取时间，其最佳水平是30 min，其次分别是超声波功率和提取温度，最佳水平分别是160 W和40℃，可见，提取水苏糖的最佳条件是A1B3C3，即提取温度40℃、提取时间30 min和超声波功率160 W。

表2L9（34）正交实验结果

3 结论

超声波可使草石蚕中水苏糖的提取得率得到较大幅度的提高，本研究采用正交实验，根据极差分析和生产实际情况确定影响草石蚕中水苏糖超声波得率的各因素大小依次为提取时间、超声波功率和提取温度，即提取时间对水苏糖得率影响最大；草石蚕中水苏糖超声波提取的最佳工艺条件为B3C3A1，即提取时间30 min，超声波功率160 W，提取温度 40℃，此条件下水苏糖得率为59.45%与传统的热水法相比，用超声波法提取草石蚕中水苏糖具有较大优势，提取温度大大降低，水苏糖得率提高，本实验的特殊之处在于利用超声波提取技术，在较低的温度条件下新鲜提取草石蚕中的水苏糖，不仅减少了提取环节，更重要的是提取水苏糖后的草石蚕中仍可以作为腌制泡菜的原料加以利用，不影响草石蚕的食用功能口感，有效提高了草石蚕综合利用的经济价值。

[1]向志刚，张梅.草石蚕水苏糖的乙醇提取方法研究[J］.中兽医医药杂志，2007，（4）:43-44.

[2]梁丽心.功能性低聚糖-水苏糖[J］.中国食品添加剂，2004，（4）:51-54.

[3]王启为.菊芋生产菊糖关键技术研究[J］.安徽农业科学，2011，39（32）：20031-20032.

[4]樊海燕，孙道华，等.地黄中水苏糖的分离与脱色[J］.精细化工，2008，25（11）：1087-1091.

[5]陈德经，等.草石蚕中水苏糖提取的脱色工艺研究[J］.食品科学，2009，30（20）：60-63.