兰州百合鳞茎多糖超声波辅助提取工艺优化及稳定性研究

李刚刚 - 孙 静 伏衡一 - 效碧亮 -

(兰州理工大学技术工程学院，甘肃 兰州 730050)

兰州百合为百合科百合属多年生草本球根植物，纤维少，色泽洁白如玉，是中国唯一食用甜百合[1]。因其多糖含量较多，具有抗衰老、提高免疫力、降低血脂等功能[2]。杨颖等[3]研究发现兰州百合多糖可通过提高机体免疫功能增强化疗药物的抑瘤效果，并降低化疗的毒性损伤。目前中国对兰州百合多糖提取已有较多研究[4-5]，主要采用热回流水提法，该法浸取率偏低且提取时间较长。

试验拟以兰州百合废弃鳞茎为原料，采用超声波辅助法提取其多糖，并对多糖的稳定性进行测定，为兰州百合废弃物的综合利用提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

兰州百合：产地甘肃兰州彭家坪；

葡萄糖标准品：上海金穗生物科技有限公司；

无水乙醇、浓硫酸、苯酚等：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

真空干燥箱：DZF-6020型，上海圣科仪器设备有限公司；

旋转蒸发仪：RE-52A型，上海亚荣仪器厂；

数控超声波清洗器：KQ-500DB型，上海圣科仪器设备有限公司；

冷冻干燥机：Scientz-10N 型，宁波新芝生物科技有限公司；

分光光度计：UV-3000型，上海美谱达仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 兰州百合多糖的提取 兰州百合废弃鳞茎，干燥(50 ℃，12 h)，粉碎，过40目筛得百合粉。称取10.0 g百合粉，按料液比1∶10(g/mL)，超声频率40 kHz，超声池水位120 mm，超声功率200 W，50 ℃超声波辅助提取60 min，减压抽滤，滤液浓缩至原滤液1/4后，加入4倍体积无水乙醇静置醇沉，离心(4 000 r/min，15 min)分离，所得沉淀冷冻干燥(冷阱温度-60 ℃，真空度0.09 MPa，干燥12 h)，得兰州百合粗多糖[4-7]。

1.2.2 兰州百合多糖含量及提取率的测定 采用苯酚—硫酸法[8-9]测定兰州百合多糖含量。以葡萄糖标准品绘制标准曲线，得线性回归方程：A=0.013m-0.009(R2=0.998)。按式(1)计算兰州百合多糖提取率。

E=(CV/M)×100%，

(1)

式中：

E——兰州百合多糖提取率，%；

C——兰州百合多糖提取液浓度，mg/mL；

V——兰州百合多糖提取液体积，mL；

M——兰州百合粗多糖质量，mg。

1.2.3 单因素试验设计

(1)料液比：在超声功率200 W，超声频率40 kHz，超声时间60 min，超声温度50 ℃的条件下，考察料液比[1∶5，1∶10，1∶15，1∶20，1∶25(g/mL)]对兰州百合多糖提取率的影响。

(2)超声功率：在料液比1∶15(g/mL)，超声频率40 kHz，超声时间60 min，超声温度50 ℃的条件下，考察超声功率(100，150，200，250，300 W)对兰州百合多糖提取率的影响。

(3)超声温度：在料液比1∶15(g/mL)，超声功率250 W，超声频率40 kHz，超声时间60 min的条件下，考察超声温度(50，60，70，80，90 ℃)对兰州百合多糖提取率的影响。

(4)超声时间：在料液比1∶15(g/mL)，超声功率250 W，超声频率40 kHz，超声温度70 ℃的条件下，考察超声时间(20，40，60，80，100 min)对兰州百合多糖提取率的影响。

1.2.4 正交试验设计 在单因素试验基础上，以兰州百合多糖提取率为评价指标进行正交试验，筛选最佳提取工艺条件。

1.2.5 兰州百合多糖稳定性试验

(1)H2O2对兰州百合多糖提取物稳定性的影响：取兰州百合粗多糖0.100 0 g 溶解于100 mL水中配制成母液，加入30%的H2O2，使H2O2含量为0.15%，0.30%，0.45%，0.60%，0.75%，0.90%，混合后密封静置冷藏24 h后，在 490 nm处测定吸光度[10-11]。

(2)Na2SO3对兰州百合多糖提取物稳定性的影响：取兰州百合粗多糖 0.100 0 g溶解于100 mL水中配制成母液，加入适量Na2SO3，使Na2SO3含量为0.25%，0.50%，0.75%，1.00%，混合后密封静置冷藏24 h后，在490 nm处测定吸光度[10-11]。

1.3 数据处理

采用Excel 2007制作图表，SPSS Statistios17.0软件进行数据处理分析。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果

综合图1及兰州百合多糖提取效果可知，兰州百合多糖提取工艺条件为：料液比1∶15(g/mL)、超声功率250 W、超声温度70 ℃、超声时间60 min。当料液比达到1∶15(g/mL)时，多糖提取率达到最大，随溶剂量增大，大量非多糖类水溶性物质浸出，导致提取率减小；超声时间60 min时达到最大值，因初始提取液中百合多糖浓度低，延长提取时间有助于多糖的溶出，但当多糖的溶出达到一定程度后，单纯延长时间很难再促进多糖的进一步溶解，甚至使多糖降解[9]，影响兰州百合多糖提取率。

图1 不同因素对兰州百合多糖提取率的影响

2.2 兰州百合多糖提取工艺优化

依据单因素试验结果，确定正交试验的因素水平见表1。正交试验结果见表2。

表1 正交试验因素水平表

Table 1 Orthogonal test factors and treatment level arrangement

因素A料液比(g/mL)B超声功率/WC超声温度/℃D超声时间/min11︰10200604021︰15250706031︰203008080

表2 正交试验结果

由表2可知，影响兰州百合多糖提取率因素的主次顺序为：A(料液比)>B(超声功率)>C(超声温度)>D(超声时间)，最佳提取工艺为：料液比 1∶20(g/mL)，超声功率250 W，超声温度 60 ℃，超声时间 60 min。经3次重复实验验证，兰州百合多糖提取率为18.44%。由表3可知，料液比、超声功率和超声温度对兰州百合多糖提取率有显著影响。在细胞壁表面多糖组分传质扩散速率较慢，而超声波的空化效应能加速物质中分子的运动[12]，增强细胞渗透效应与毛细管效应，有利于兰州百合中的多糖组分转移、扩散[13]，提高多糖提取率，缩短提取时间，对兰州百合多糖结构及理化性质影响较小。

表3 方差分析表

2.3 H2O2对兰州百合多糖提取物稳定性的影响

由图2可见，当H2O2浓度为0.15%～0.90%时，兰州百合多糖提取物水溶液的吸光度随H2O2浓度的增大逐渐减小，因为H2O2具有较强的氧化性，使多糖羟基氧化，分子链断裂，说明兰州百合多糖抗氧化性较差。

图2 氧化剂H2O2对兰州百合多糖提取物稳定性的影响

Figure 2 Effects of oxidants H2O2on the stability of polysaccharide extracts fromLiliumdavidiivar

2.4 Na2SO3对兰州百合多糖提取物稳定性的影响

由图3可知，兰州百合多糖提取物水溶液的吸光度随还原剂Na2SO3浓度的增大略有减小，可能是还原剂Na2SO3未与兰州百合多糖发生化学反应，多糖结构相对稳定，说明其具有良好的抗还原性。

3 结论

采用正交试验优化兰州百合多糖超声波辅助提取工艺，得最佳条件为料液比 1∶20(g/mL)，超声功率250 W，超声温度 60 ℃，超声时间 60 min。此条件下，兰州百合多糖提取率为18.44%。采用此工艺提取兰州百合多糖，提取率高于熊明郁等[4]、高丹丹等[5]采用的水提法。兰州百合多糖提取物的稳定性研究表明，兰州百合多糖提取物抗氧化性较差，易被H2O2氧化，具有良好的抗还原性。

图3 还原剂Na2SO3对兰州百合多糖提取物稳定性的影响

Figure 3 Effect of reducing agent Na2SO3on the stability of polysaccharide extracts fromLiliumdavidiivar

试验提供了一种简单高效的提取方法，后期可采用微波、生物酶、粒子液体等其他方法进一步减少提取时间。