蕤核多糖脱色素工艺的优化研究

王勤瑶，王慧，张强，魏学智（山西师范大学生命科学学院，山西临汾041004）

蕤核多糖脱色素工艺的优化研究

王勤瑶，王慧，张强，魏学智*
（山西师范大学生命科学学院，山西临汾041004）

摘要：对蕤核多糖脱色素工艺进行优化研究。通过均匀设计试验法U5（54），对多糖溶液pH、树脂添加量、吸附时间、震荡转速4个因素进行了研究，以脱色率和多糖回收率为衡量指标，得到最佳的提取工艺。研究结果表明最佳提取工艺参数为，多糖溶液pH=4.0、树脂添加量4 g、吸附时间4 h、振荡频率100 r/min，在此条件下，蕤核果实多糖溶液的脱色率和多糖回收率可达82.7%、80.2%。

关键词：蕤核多糖；大孔树脂；脱色素；均匀试验设计

蕤核（Prinsepia uniflora）又名蕤仁（甘肃、山西等地），马茹，为蔷薇科（Rosaceae）李亚科（Prunoideae Focke）单花扁核木，多年生落叶灌木［1］，分布于河谷等地的稀疏灌丛。蕤核的果实营养丰富，研究发现果实中含16种氨基酸以及维生素和多种无机元素［2］。蕤仁可入药，据中国药典记载，蕤核仁有疏风散热，养肝明目的功效。对蕤核的研究已有很多，大多集中在研究蕤核仁的黄酮、生物碱的含量和作用，以及蕤核油的理化性质［3］。蕤核果实中含有大量色素，但对蕤核多糖溶液脱色素的研究较少。本文对蕤核的脱色素方法进行了研究，为蕤核的进一步开发利用提供了一定的技术支持［4］。

1　材料与方法

1.1材料

2013年5月在山西省临汾市襄汾县南辛店乡西梁村采摘成熟的蕤核果实。将果实冲洗干净，60℃下烘干，粉碎成粉末。

1.2试剂

葡萄糖、蒽酮、浓硫酸、无水乙醇、磷酸、氢氧化钠、盐酸等均为分析纯；D-101：国药集团化学试剂有限公司；AB-8、X-5、DM-130、D-101 4种型号的大孔树脂：沧州宝恩化工有限公司。

1.3仪器

101-3BS型电热鼓风干燥箱：金坛市荣华仪器制造有限公司；KQ-500E型超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；TG16-WS台式高速离心机：湖南赛特湘仪离心机仪器有限公司；SHB-III型循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司；RE-52A型旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；THZ-C型恒温振荡器：太仓市实验设备厂；WFJ-7200型可见分光光度计：上海龙尼柯仪器有限公司。

2　方法

2.1蕤核果核的预处理

将蕤核果实冲洗干净，在电热鼓风干燥箱内60℃烘干，粉碎，脱脂，干燥，过60目筛，备用［5］。

2.2蕤核果实粗提液的提取流程

蕤核果实→预处理→超声波震荡→离心→过滤→浓缩→醇沉→复溶→去蛋白→脱色→醇沉→离心→干燥→蕤核果核粗多糖［6］

2.3大孔树脂的预处理

烧杯中放入适量树脂，加入与其体积比为1∶2的乙醇溶液，浸泡24 h。再用乙醇洗涤树脂数次，至取少量树脂加3倍体积的蒸馏水不浑浊。再用蒸馏水洗涤树脂数次至无醇味儿，将树脂浸泡于蒸馏水中保存备用［7］。

本试验选择了X-5、AB-8、DM-130、D101 4种大孔树脂，4种树脂的各项指标如表1所示。

表1　四种树脂的各项指标Table 1 The indexes of four kinds of resin

2.4脱色树脂的筛选

用X-5、AB-8、DM-130、D-101 4种树脂对蕤核多糖提取液进行脱色。取4个三角瓶，准确称取3 g湿重树脂置于瓶中，再加入脱蛋白后的粗多糖溶液20mL，置于摇床上，室温，140 r/min，吸附2 h。过滤后用少量蒸馏水洗涤树脂，将滤液定容至25 mL。蒸馏水作对照，用蒽酮-浓硫酸法测定溶液在450 nm处的吸光值及脱色前和脱色后的多糖含量，计算多糖回收率和脱色率，筛选出最合适的一种树脂进行脱色优化［8］。

2.5脱色工艺最优值的确定

根据均匀试验设计，以蕤核溶液脱色后多糖回收率为指标，依次将溶液pH、振荡频率、吸附时间、脂添加量4个因素作为影响因子进行分析，试验设计的水平编码见表2。

表2　均匀试验因素水平Table 2 Uniform experimental factor level

3　分析方法

3.1蕤核多糖含量的测定

蒽酮-浓硫酸法测定多糖含量，葡萄糖标品制作标准曲线。将葡萄糖标准品在烘箱中105℃干燥至恒重。称取葡萄糖标品固体0.1 g至于烧杯中，加蒸馏水溶解，定容至1 000 mL，晃动均匀。用移液管分别吸取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL葡萄糖溶液于5个试管中，在每个试管中加蒸馏水至1.0 mL，空白对照组为1.0 mL的蒸馏水，在每个试管中分别加入4.0 mL配制好的蒽酮-浓硫酸溶液，摇匀，冷却至常温后，沸水浴加热10 min，再冷却至常温，在可见分光光度计626 nm处测定吸光度。绘制标准曲线，见图1。经线性回归，得回归方程：y=0.587x-0.000 13，相关系数R2=0.999 4。

图1　葡萄糖标准曲线Fig.1 Standard curve of glucose

3.2脱色率的测定

蕤核多糖提取液脱色前后均为橙黄色，根据互补色原理，溶液吸收光的颜色于其呈现的颜色互补，因此，多糖溶液主要吸收可见光的蓝色波段，即橙黄色的互补色。因此选择检测波长为蓝色波段中心的450 nm，测定脱色前后多糖溶液的吸光值，按下式计算脱色率［9］。

式中：OD1表示蕤核多糖溶液脱色前吸光值；OD2表示蕤核多糖溶液脱色后吸光值。

3.3多糖回收率的测定

用下式计算脱色后溶液的多糖回收率。

式中：m1表示蕤核多糖溶液脱色后多糖含量，%；m2表示蕤核多糖溶液脱色前多糖含量，%。

3.4脱色试验评分标准

评分标准：将每个指标的值除以该指标中最大的值再乘以100，为这个指标的得分。设定多糖脱色率和多糖回收率两者的权重系数均为0.5，对两个指标进行加权求和［10］。通过公式，求得综合评分。

式中：z表示综合评分；x表示溶液脱色率得分；y表示脱色后多糖回收率得分。

4　结果分析

4.1脱色树脂的筛选

4种树脂对蕤核多糖溶液的脱色结果如表3所示。

表3　4种树脂对蕤核果实多糖溶液的脱色效果Table 3 The decolorization effect of four kinds of resin of Prinsepia uniflora Batal fruit polysaccharide solution

由表3可知，AB-8脱色率最高，其次为X-5，说明蕤核果实粗多糖溶液中的色素可能是弱极性分子。此外，树脂的孔径、比表面积等都对吸附有影响，孔径较大才能吸附大分子物质，X-5的孔径、比表面积最大，脱色率达75.53%，由此推测蕤核果实多糖色素可能是大分子物质。综合多糖回收率，选用X-5进行树脂脱色工艺优化研究。

4.2均匀试验设计

均匀试验设计方案如表4。

表4　多糖溶液脱色素均匀试验设计U5（54）Table 4 The polysaccharide solution depigmentation of uniform experiment design U5（54）

用DPS 13.0软件，以提溶液pH、振荡频率、吸附时间、树脂添加量为变量，以蕤核多糖溶液的脱色率和多糖回收率为参数，对表4的数据进行处理，得到表5方差分析表和表6回归系数表，利用软件进行二元多项式回归拟合，得到的预测模型如下：

多糖含量=0.028 475 731 14-0.008 460 139 136X1+ 0.005 014 286 198X2+ 0.008 016 198 428X3+ 0.022 070 712 928X4

表5　方差分析表Table 5 Analysis of variance table

表6　回归系数表Table 6 Regression coefficients table

表5为回归分析结果，方差分析结果表明回归模型具有显著的统计学意义（P＜0.05），决定系数R2= 0.999 2，表示该回归模型拟合性较好，可用于蕤核多糖脱色工艺试验的预测。

4.3各因素在均匀试验设计下的具体分析

4.3.1溶液pH对蕤核果实多糖溶液脱色素效果的影响

量取20 mL预处理过的蕤核粗多糖溶液按均匀试验设计方案，pH由酸性到碱性，分别为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，在此pH梯度下，得出蕤核果实多糖溶液脱色效果与pH的关系，如图2所示。

图2　pH对脱色效果的影响Fig.2 Effects of pH on the decolorations

由图2可知，随着多糖溶液的pH不断增大，脱色率和多糖回收率都呈现出先增大后减小的趋势，溶液的pH为4时，树脂的脱色率及多糖的回收率为最高水平。

4.3.2振荡频率对蕤核果实多糖溶液脱色效果的影响

量取20 mL预处理过得蕤核粗多糖溶液，按均匀试验设计的方案，振荡频率分别为60、80、100、120、140 r/min，在此梯度下，得出蕤核果实多糖溶液脱色效果与转速的关系，如图3所示。

图3　转速对脱色效果的影响Fig.3 Effects of rotation speed on the decolorations

由图3可知，当转速低于100 r/min的时候，树脂的脱色效果随转速增加而增强，转速高于100 r/min时，树脂的脱色效果随转速的增加而减弱。这可能是由于低转速时，树脂与多糖溶液不能接触，而转速过高容易造成树脂挂壁也无法和溶液充分接触，综合脱色率与多糖回收率，转速选100 r/min为最佳。

4.3.3吸附时间对蕤核果实多糖溶液脱色效果的影响

量取20 mL预处理过得蕤核粗多糖溶液按均匀试验设计的方案，吸附时间分别为1、2、3、4、5 h，在此梯度下，得出蕤核果实多糖溶液脱效果与吸附时间的关系，如图4所示。

图4　吸附时间对脱色效果的影响Fig.4 Effects of time on the decolorations

由图4可知，随吸附时间的不断增加，脱色率不断增大，而多糖回收率不断降低。3 h左右脱色率与回收率达到动态平衡。为节约时间，降低试验的成本，吸附时间3 h为最佳条件。

4.3.4树脂添加量对蕤核果实多糖溶液脱色效果的影响

量取20 mL预处理过得蕤核粗多糖溶液按均匀试验设计的方案，树脂添加量分别为1、2、3、4、5 g，在此梯度下，得出蕤核果实多糖溶液脱色效果与树脂添加量的关系，如图5所示。

图5　树脂添加量对脱色效果的影响Fig.5 Effects of resin dosage on the decolorations

由图5可知，随着树脂添加量的不断增加，多糖脱色率不断增大，而多糖回收率呈下降趋势。当树脂添加量大于4 g时，脱色率的增加速度减缓，而多糖回收率明显下降。故选择树脂添加量最佳条件为4 g。

4.3.5最佳提取工艺的重复验证试验

采用均匀试验设计得出的最佳提取工艺条件，虽然没有在优化设计的组合之列，但是为了验证均匀设计优化理论的可行性，在得出的最佳提取工艺条件下将试验重复，同时将均匀设计各组合中脱色素同时多糖回收率最高的试验条件设置为对照组，结果见表7。

表7　最优试验条件下重复试验结果Table 7 The optimal experimental conditions to repeat the test results

由表7可见均匀试验设计优化的最佳工艺条件多糖的回收率最高，验证了均匀设计优化理论的可行性［12］。通过采取均匀试验设计，在最高指标时各个因素组合时得到最佳的脱色率为79.3%，多糖回收率为82.4%，经过重复验证试验，得到实际的平均值是脱色率82.7%，多糖回收率80.2%，检验值与理论值比较，说明试验设计合理（P＜0.05）。

5　结论

X-5型大孔树脂有较大的比表面积，适用于蕤核多糖脱色素工艺的初步纯化。大孔树脂X-5对于蕤核孔树脂是非极性共聚体，果实脱色素吸附的最佳工艺：溶液pH=4，振荡频率100 r/min，吸附时间4.0 h，树脂添加量4.0 g。在此条件下溶液的脱色率和多糖回收率分别可达82.7%、80.2%。

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Study on Optimization of Prinsepia uniflora Batal Polysaccharide Depigmentation Process

WANG Qin-yao，WANG Hui，ZHANG Qiang，WEI Xue-zhi*
（School of Life Science，Shanxi Normal University，Linfen 041004，Shanxi，China）

Abstract：The polysaccharide of Prinsepia uniflora Batal depigmentation process optimization was researched.The uniform experimental design method U5（54），4 factors on the polysaccharide solution pH，adding amount of resin，adsorption time，shock speed was studied. The decolorization rate and the recovery rate of polysaccharides were measured，the best extraction process was achieved. The research results showed that the optimum extraction process parameters were as follow：the polysaccharide solution with pH of 4，the shock speed 90 r/min，the adsorption time 5 h，the resin addition amount of 5 g . Under these conditions，decolorization of Prinsepia uniflora Batal fruit polysaccharide solution was up to 82.7%，80.2%rate of recovery of polysaccharide.

Key words：polysaccharide from Prinsepia uniflora Batal；macroporous resin；depigmentation；uniform experimental design

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.09.025

基金项目：国家自然科学基金-酸枣对极端干旱气候响应机理研究（30972396）；山西省自然科学基金项目-酸枣对干旱胁迫响应机制研究（2009011041-1）

作者简介：王勤瑶（1991—），女（汉），硕士研究生，主要从事植物研究与开发。

*通信作者

收稿日期：2015-03-05