荸荠多糖提取条件研究

王颖，曾霞，周天，王一飞

（1.广东石油化工学院环境与生物工程学院，广东茂名525000；2.暨南大学国家基因工程药物研究中心广东省生物医药研究开发基地，广东广州510632）

荸荠多糖提取条件研究

王颖1，2，曾霞1，周天1，王一飞2

（1.广东石油化工学院环境与生物工程学院，广东茂名525000；2.暨南大学国家基因工程药物研究中心广东省生物医药研究开发基地，广东广州510632）

在单因素试验基础上设计L9（33）正交试验，研究不同料液比、提取时间、提取温度对荸荠多糖得率的影响，筛选出最佳提取工艺。结果表明：影响荸荠多糖提取率的主次关系依次是料液比、提取时间、提取温度。荸荠多糖最佳提取工艺为：固液比1∶30 g/mL，浸提时间3 h，提取温度80℃，在此工艺条件下，荸荠多糖的得率为1.78%。

荸荠；水溶性多糖；热浸提法；优化

多糖（Polysaccharides）又称多聚糖，多糖是生物体内除蛋白质和核酸外的又一类重要信息分子，具有多种生物活性。研究发现，多糖具有抗肿瘤、抗病毒、抗突变、抗衰老、抗凝血、降血糖和环境治理等作用［1-2］。因其来源广泛，没有毒副作用，而且药物质量通过化学手段容易控制等优点，成为当今新药及功能保健品和绿色食品添加剂发展的新方向。

荸荠（Eleochairistoberosa），又名马蹄（Water chestnut），地栗、乌芋、通天草等，属莎草科荸荠属，是多年生浅水草本植物。在中国长江流域以南各省均有栽培［3］。荸荠以其地下球茎为食用器官，是一种药食兼用的果蔬类食品。其肉质细嫩，营养丰富，汁多味甜，清脆爽口，在南方自古有“地下雪梨”之美誉，北方则称其为“江南人参”［4］。因此，对荸荠多糖提取工艺的研究，可以为该植物的进一步开发利用提供理论参考。

1材料与方法

茂名市售新鲜荸荠经冲洗、去皮、切分。然后置于50℃烘箱中烘干后粉碎，过40目（0.45 mm）筛备用。

1.1主要仪器与试剂

DHG-9246A型数显鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；DK-S24型电热恒温水浴锅：上海精宏试验设备有限公司；SS250-A型打浆机：佛山万胜电器实业有限公司；AUY220电子天平：日本岛金有限公司；JY92-2D超声波细胞粉碎机：宁波新芝生物科技有限公司；80-2型电动离心机：常州澳华仪器有限公司；722N型可见分光光度计：上海菁华科技仪器有限公司。

无水乙醇、苯酚、浓硫酸、抗坏血酸、DPPH均为国产分析纯；葡萄糖对照品，购自天津市大茂化学试剂厂。

2方法

2.1标准曲线的制备

2.1.1标准葡萄糖溶液的配制

准确称取105℃烘干至恒质量的分析纯葡萄糖1.0 mg，用蒸馏水溶解并于250 mL容量瓶中定容，得到0.004 mg/mL的葡萄糖标准溶液，备用。

2.1.2标准曲线的绘制

精确移取上述葡萄糖标准溶液0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，分置于50 mL比色管中，依次加蒸馏水使其总体积均为1.0 mL，再各精确加入质量分数为5%的苯酚溶液1.0 mL，摇匀，然后迅速精确滴加浓硫酸5.0 mL，快速充分摇匀，室温下放置20 min，加蒸馏水容至50 mL。另以蒸馏水1.0 mL，与上述操作同法加入质量分数为5%的苯酚溶液1.0 mL和浓硫酸5 mL，室温下放置20 min，加蒸馏水定容至50 mL，以此溶液作为空白对照。将上述各溶液于最佳波长490 nm处测定其吸光度，以葡萄糖浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。其线性回归方程为：Y=6.9329X-0.0244，R2=0.991 7。

2.2多糖含量的测定

采用苯酚-硫酸法［5］。首先，用水作为浸提剂提取荸荠的水溶性多糖，以葡萄糖为对照品绘制标准曲线，然后，用苯酚-硫酸法测定其多糖的提取率，提取率公式为：

提取率=质量浓度×稀释倍数×加入反应液的体积/样品质量×100%

2.3单因素试验

考察固液比、提取温度、提取时间3个因素对荸荠多糖提取率的影响。每次准确称取荸荠1.0 g，对固液比（1∶10、1∶15、1∶20、1∶25和1∶30）、提取时间（1、2、3、4 h和5 h，）、提取温度（40、50、60、70℃和80℃）3个因素进行实验。按标准曲线方法计算多糖含量，选择最佳单因素提取条件。

2.4正交设计

在单因数试验的基础上，选择料液比提取时间提取温度3个因素较优条件下的3个水平进行正交试验，正交试验设计见表1。

表1　正交因素水平设计Table 1Orthogoual levels and Factors

3结果

3.1单因素试验

3.1.1固液比对荸荠多糖得率的影响

固液比对荸荠多糖得率的影响见图1。

图1　固液比对荸荠多糖得率的影响Fig.1Effect of solid-solvent ratio on extraction rate of polysaccharides

由图1可以看出，固液比为1∶30时荸荠多糖的提取率最高（1.758%）。固液比在1∶10到1∶30间时，荸荠多糖的得率随提取溶剂量的增加（料液比的减小）而呈现上升趋势，这是因为增加固液比会使细胞内外多糖浓度差增大，从而增大多糖溶出的动力，更利于多糖的溶解、提取，也使提取更快速、完全。但到固液比为1∶30时且超过时，多糖提取率开始有下降的趋势；同时提取溶剂量过大还会增加后期的浓缩工作量，从而增加了多糖的提取成本。

3.1.2提取温度对荸荠多糖得率的影响

温度也是影响水溶性多糖溶出效果的重要因素。多数报道表明，多糖提取温度在60℃～100℃之间。不同浸提温度对荸荠多糖提取率的影响如图2所示。

图2　浸提温度对荸荠多糖得率的影响Fig.2Effect of extraction temperature on extraction rate of polysaccharides

由图2可知，在40℃～80℃的温度范围内，荸荠多糖的得率随温度的升高而增加，当温度达到80℃时马蹄多糖的提取率最高，为1.76%。其原因可能是因为温度的升高使多糖溶解度增加［6］。但是浸提温度过高，多糖的提取率反而会急速下降。推测高温浸提会对多糖的结构和生理活性有一定的影响。

3.1.3浸提时间对荸荠多糖得率的影响

不同浸提时间对荸荠多糖提取率的影响结果见图3。

图3　浸提时间对荸荠多糖得率的影响Fig.3Effect of extraction duration on extraction rate of polysaccharides

由图3可知，荸荠多糖的提取率随着浸提时间的延长呈先升高后降低的变化趋势。1 h～3 h内随着提取时间的延长，荸荠多糖的提取率明显增加，在3 h时荸荠多糖的提取率达到最大（1.761%），提取时间超过3 h后，多糖提取率随时间延长逐渐下降。随着时间的延长某些不稳定的多糖降解造成多糖得率的降低。因此马蹄多糖浸提的最佳时间是3 h。

3.2正交设计

综合单因素试验，选取固液比（g/mL）、浸提温度（℃）和浸提时间（h）3个因素，采用3因素3水平正交分析方法。试验结果见表2。

表2　正交试验结果Table 2Results of orthogonal tests

续表2正交试验结果Continue table 2Results of orthogonal tests

由表2可以看出，采用热水浸提荸荠多糖，各因素对提取荸荠多糖效果的影响大小次序为A＞C＞B，即固液比＞提取时间＞提取温度。最佳提取工艺条件为A1B3C3，即固液比为1∶30（g/mL），提取温度为80℃，提取时间为3 h。经验证，在此条件下荸荠多糖的提取率1.701%。

4结论

本实验采用热水浸提，正交优化的方法对对荸荠水溶性多糖的提取工艺进行了初步研究。结果表明，固液比对荸荠多糖提取率的影响最大，提取时间次之，提取温度影响最小。从而得出荸荠水溶性多糖最佳的提取条件为：固液比为1∶30（g/mL），提取温度为80℃，提取时间为3 h。

［1］唐洁.植物多糖生物活性功能的研究进展［J］.食品研究与开发，2006，27（5）：130-132

［2］刘姚，欧阳克蕙，葛霞，等.植物多糖生物活性研究进展［J］.江苏农业科学，2013，41（1）：1-4

［3］张育英，陈三阳.热带亚热带果树分类学［M］.上海：上海科技出版社，1992：31

［4］孔进喜，韩文芳，吕广英，等.荸荠食品加工研究进展［J］.保鲜与加工，2011，11（1）：43-46

［5］北京大学生物系生物化学教研室.生物化学试验指导［M］.北京：人民教育出版社，1980：22-24

［6］胡位荣，孙茹，李昭露，等.霸王花水溶性多糖提取工艺及其对羟自由基的清除作用［J］.食品科学，2013，34（14）：104-107

Study on Extraction Technology of Polysaccharides from Eleochairistoberosa

WANG Ying1，2，ZENG Xia1，ZHOU Tian1，WANG Yi-fei2
（1.School of Environmental and Biological Engineering，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，Guangdong，China；2.Biomedicine Research&Development Center，Jinan University，Guangzhou 510632，Guangdong，China）

Using the methods of single-factor test and orthogonal design test of L9（33），theeffectsofvariousfactors such as the ratio of sample to water，the extraction time and temperature on the extraction of polysaccharides in Eleochairistoberosa were investigated and the optimal conditions were concluded.The results showed that the main factors from the most important to the less affecting the extraction efficiency of polysaccharides were as following：extraction time，ratio of sample to water and extraction temperature.The optimal extracting conditions are established as following：ratio of sample to water 1∶30，extraction time 3 h hand extraction temperature 80℃.Under the optimized parameters，the extracting rate of polysaccharides in Eleochairistoberosa was 1.78%.

Eleochairistoberosa；soluble polysaccharides；heat extraction；optimization

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.10.014

2014-07-01

茂名市科技计划项目（项目编号：2012B01027）

王颖（1980—），女（汉），讲师，硕士，从事生物方面的教学与研究。