洋葱水溶性粗多糖的提取工艺优化

李萍+胡矗垚+舒展+张兰+闫静坤+汪青青

摘 要：采用水提醇沉法提取洋葱水溶性粗多糖，以粗多糖提取率和多糖含量的综合评分为指标，利用正交试验优化提取工艺。结果表明：最佳提取工艺条件为时间3 h，料液比1∶30 g·mL-1，温度90 ℃，物料粉碎度0.25～0.40 mm（筛孔径），在此条件下粗多糖提取率达到5.886%，多糖含量为54.547%。影响粗多糖提取效果的因素次序为：温度>料液比>物料粉碎度>时间，温度的变化对粗多糖提取效果具有显著影响。相同提取条件下，紫皮洋葱粗多糖提取率比黄皮洋葱高出1.681%，多糖含量比黄皮洋葱高出21.429%，紫皮洋葱更适用于粗多糖的提取且营养价值更高。总之，水提醇沉法提取洋葱水溶性粗多糖，成本低廉，操作简便，易实现工业化生产。

关键词：洋葱；水溶性粗多糖；水提醇沉；提取率；多糖含量；工艺优化

中图分类号： 文献标识码： DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.

Optimization of Extraction Process of Water-soluble Crude Polysaccharide from Onion

LI Ping， HU Chuyao， SHU Zhan， ZHANG Lan， YAN Jingkun， WANG Qingqing

（College of Basic Science， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384， China）

Abstract：Water extraction and ethanol precipitation method were applied to extract water-soluble crude polysaccharide from onion. Orthogonal experiment was used to optimize extraction process with the integrated score of the extraction rate of crude polysaccharide and polysaccharide content as index. The eesults showed that the optimum extraction conditions were as follows： extraction time 3 h， ratio of material to solvent 1∶30 g？mL-1， extraction temperature 90 ℃， powder granularity of the material was 0.25～0.40 mm， and under these conditions the extraction rate could reach 5.886% and the polysaccharide content was 54.547%. Factors affecting the extraction effect of crude polysaccharide were in the order of extraction temperature> ratio of material to solvent> powder granularity of the material> extraction time， and the extraction temperature had a significant effect on extraction effect. Water-soluble crude polysaccharide extracted from purple onion contained higher extraction rate and polysaccharide content with 1.681% and 21.429% improvement than that from yellow onion， respectively， which indicating that purple onion was more suitable for the extraction of crude polysaccharide and contained higher nutritional value. In conclusion， water extraction and ethanol precipitation method to extract water-soluble crude polysaccharide from onion was simple to operate and easy to realize industrial production with low cost.

Key words：onion；water-soluble crude polysaccharide；water extraction and ethanol precipitation；extraction rate；polysaccharide content；process optimization

植物多糖是存在于植物細胞中的一类大分子物质，具有广泛的生理活性，其中以水溶性多糖最为重要[1]。洋葱是百合科草本，高产耐贮，供应期长，具有降血糖、预防心血管疾病、防癌、抗癌等药用价值[2]，是很好的食疗品，也是食品加工业的重要原料。研究表明，洋葱中含有丰富的多糖类物质[3-4]，然而大量洋葱加工废料的产生对环境造成很大影响，寻找简单易行的多糖提取方法，对洋葱加工后的废料进行利用，可以减少环境污染并创造经济效益。

多糖的提取方法有水提醇沉法[5]、酶解法[6]、超声波法[7]和微波法[8]等。酶解法条件温和，提取率高，但提取温度过高时会对酶的活性产生影响；超声波法提取率高，但对设备要求较高，且超声波的衰减问题不利于规模化生产；微波法提取时间短，但提取温度不易控制，提取物组分复杂，后续分离较困难；水提取法不需要特殊设备，生产成本低，是提取多糖最常用的方法。先前的文献报道中，研究洋葱多糖提取工艺多以粗多糖提取率为评价指标[5-7]，很少考虑粗多糖的纯度（即多糖的含量），具有一定的局限性。本研究采用水提醇沉法提取洋葱水溶性粗多糖，并利用苯酚–硫酸法测定其中的多糖含量，以粗多糖提取率和多糖含量的综合评分为指标，在单因素试验基础上，利用正交试验优化提取工艺，旨在为洋葱水溶性粗多糖的提取及开发利用提供参考。

1 材料和方法

1.1 原料与试剂

新鲜洋葱：购于超市；葡萄糖、95%乙醇、苯酚、浓硫酸均为国产分析纯。

1.2 试验仪器与设备

粉碎机（北京燕山正德机械设备有限公司）；1800型紫外–可见分光光度计（日本岛津公司）；恒温水浴锅（天津市华北仪器有限公司）；离心机（上海安亭科学仪器厂）；R-215型旋转蒸发仪（瑞士Buchi公司）；电热鼓风干燥箱（天津市华北实验仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 洋葱水溶性粗多糖的提取 材料预处理：洋葱去皮、洗净、切丝，80 ℃烘干，粉碎，过筛。不同粉碎度的洋葱粉末按文献[9]的方法，用醇除去脂溶性杂质、单糖和低聚糖等，残渣将醇挥干之后用于粗多糖提取。

粗多糖提取：称取1 g预处理的洋葱粉末，按照一定料液比加入蒸馏水，水浴加热提取，冷至室温，离心，取上清液，记录体积；旋转浓缩至半，加入3倍浓缩液体积的乙醇，静置过夜；离心，沉淀，50 ℃干燥，得粗多糖，称重。按公式（1）计算提取率。

粗多糖提取率=粗多糖质量（g）/洋葱粉末质量（g）×100% （1）

1.3.2 多糖含量的测定 分光光度法是多糖含量测定的有效方法。其中，苯酚–硫酸法操作简便，灵敏度高，被普遍采用[10-11]。

标准曲线的制作及最大吸收波长的选择：吸取浓度为100 μg·mL-1的葡萄糖标准溶液0、0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL置于试管中（葡萄糖含量分别为0，20，40，60，80，100 μg），分别加水至2.0 mL，加入5%苯酚各1.0 mL，摇匀；冰水浴中缓慢加入浓硫酸各5.0 mL，摇匀；放置5 min，沸水浴加热10 min。以空白为对照，在400～800 nm范围进行波长扫描并测定各溶液吸光度，绘制标准曲线。

多糖含量的测定：取适量提取的粗多糖固体，加水溶解并定容至100 mL，得待测样品溶液。取适量待测溶液置于试管中，补水至2.0 mL，按上述方法显色并测定吸光度。由回归方程计算溶液中的葡萄糖含量，按公式（2）计算样品中的多糖含量。

多糖含量=m/W×稀释倍数×100%（2）

式中：m为按照回归方程计算得到的葡萄糖含量，μg；W为粗多糖质量，μg。

1.3.3 粗多糖提取的试验设计 通过单因素试验考察时间、料液比、温度、物料粉碎度对粗多糖提取效果的影响。在此基础上，以粗多糖提取率和多糖含量综合评分为指标，用L9（34）正交试验优化提取工艺。

综合评分=粗多糖提取率×70%+多糖含量×30% （3）

2 结果与分析

2.1 多糖含量测定波长的选择及标准曲线的制作

苯酚–硫酸法测定多糖含量吸收波长扫描结果见图1，苯酚–硫酸法标准曲线如图2所示。

由图1和图2可知，不同浓度的葡萄糖溶液经显色后均在波长490 nm处有最大吸收，因此，选为多糖含量的测定波长。葡萄糖含量m（μg）与吸光度A的线性回归方程为： A=0.008 3m+0.006 5，相关系数R2=0.999 0。

2.2 粗多糖提取的单因素试验结果与分析

2.2.1 时间对粗多糖提取效果的影響 洋葱粉末（0.25～0.40 mm，筛孔径）按液料比1∶30（g·mL-1）加入蒸馏水，70 ℃水浴提取，时间分别为1，2，3，4，5，6 h，按1.3.1中的方法提取粗多糖，考察时间对粗多糖提取效果的影响，结果见图3。

由图3可知，粗多糖提取率和多糖含量均随着提取时间的延长而增加，但4 h之后提取率和多糖含量增幅均变缓，说明再增加提取时间，能源消耗加大，效果增加不明显。因此，选择提取时间3，4，5 h作为正交试验水平。

2.2.2 料液比对粗多糖提取效果的影响 洋葱粉末（0.25～0.40 mm，筛孔径）分别按液料比1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35，1∶40 g·mL-1加入蒸馏水，70 ℃水浴提取4 h，按1.3.1的方法提取粗多糖，考察料液比对粗多糖提取效果的影响，结果见图4。

由图4可知，随着溶剂用量的增加，粗多糖提取率增大，但液料比为1∶30之后提取率增幅缓慢且多糖含量在料液比为1∶30时达到最大，此后下降。结合粗多糖提取率和多糖含量的测定结果，选择液料比为1∶25，1∶30和1∶35作为正交试验水平。

2.2.3 温度对粗多糖提取效果的影响 洋葱粉末（0.25～0.40 mm，筛孔径）按液料比1∶30 g·mL-1加入蒸馏水，提取4 h，水浴温度分别为40，50，60，70，80，90 ℃，按1.3.1的方法提取粗多糖，考察温度对粗多糖提取效果的影响，结果见图5。

从图5可以看出，粗多糖提取率随着温度的升高而增大，80 ℃时达到最大，此后下降，多糖含量测定结果具有相同的规律。这可能是因为温度升高粗多糖溶解度增大，提取率和多糖含量增加，但温度过高时会导致多糖的水解，提取率和含量呈现下降趋势，因此，80 ℃为最佳粗多糖水浴提取温度，选择70，80和90 ℃作为正交试验水平。

2.2.4 物料粉碎度对粗多糖提取效果的影响 洋葱粉末（<0.15 mm、0.15～0.19 mm、0.19～0.25 mm、0.25～0.40 mm、0.40～0.80 mm、>0.80 mm，筛孔径）按液料比1∶30 g·mL-1加入蒸馏水，水浴80 ℃提取4 h，按1.3.1的方法提取粗多糖，考察物料粉碎度对粗多糖提取效果的影响，结果见图6。

由图6可知，粗多糖提取率和多糖含量均随着物料粉碎程度的增加而增大，0.19～0.25 mm达到最大，此后均呈现下降趋势。这可能是因为物料粒度小，可以增加与溶剂的接触面积，利于多糖的溶出，但过大的粉碎度会造成物料颗粒间的粘连，不利于提取过程。因此，选择0.19～0.25 mm（筛孔径）为最佳物料粉碎度，0.15～0.19 mm、0.19～0.25 mm、0.25～0.40 mm（筛孔径）作为正交试验水平。

2.3 粗多糖提取的正交试验结果与分析

2.3.1 正交试验结果 在单因素试验基础上，以粗多糖提取率和多糖含量的综合评分为指标，采用正交试验优化洋葱水溶性粗多糖的提取工艺条件，因素及水平见表1，结果见表2，方差分析见表3。

由表2可知，洋葱水溶性粗多糖最佳提取工艺条件为：A1B2C3D1，即提取时间3 h、料液比1∶30 g·mL-1、温度90 ℃，物料粉碎度0.25～0.40 mm（筛孔径）。極差分析表明，影响粗多糖提取效果的因素次序为：C>B>D>A，温度>料液比>物料粉碎度>时间。方差分析（表3）表明，温度的变化对粗多糖提取效果具有显著影响。

2.3.2 验证试验 对最佳工艺条件进行5次验证，结果显示，粗多糖平均提取率为5.886%，相对标准偏差为0.41%，多糖含量平均值为54.547%，相对标准偏差为0.62%。这表明最佳工艺条件正确、稳定，笔者采用水提醇沉法提取洋葱水溶性粗多糖的提取率与郭梅[5]和马钊[9]报道的结果基本一致，而多糖含量略高于李茵萍等[2]报道的结果，这可能与使用的洋葱原料有关。

此外，在最佳工艺条件下，比较了紫皮洋葱和黄皮洋葱水溶性粗多糖的提取率和多糖含量。结果表明，紫皮洋葱粗多糖提取率比黄皮洋葱（4.205%）高出1.681%，多糖含量比黄皮洋葱（33.118%）高出21.429%，说明紫皮洋葱更适用于粗多糖的提取，且营养价值更高。

3 结 论

采用水提醇沉法提取洋葱水溶性粗多糖，以粗多糖提取率和多糖含量综合评分为指标，优化了提取工艺。结果表明：最佳提取工艺条件为时间3 h、料液比1∶30 g·mL-1、温度90 ℃，物料粉碎度0.25～0.40 mm（筛孔径），在此条件下粗多糖提取率达到5.886%，多糖含量为54.547%。影响粗多糖提取效果的因素次序为：温度>料液比>物料粉碎度>时间，温度的变化对粗多糖提取效果具有显著影响。相同提取条件下，紫皮洋葱粗多糖提取率比黄皮洋葱高出1.681%，多糖含量比黄皮洋葱高出21.429%，紫皮洋葱更适用于粗多糖提取，且营养价值更高。总之，水提醇沉法提取洋葱水溶性粗多糖，成本低廉，操作简便，易实现工业化生产。

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