金边龙舌兰糖类提取工艺优化及不同肥料配方对其组分的影响

杨志坚 温杭凯 刘江洪 许明 廖素凤

摘要：研究金边龙舌兰糖类组分的最佳提取工艺及不同施肥配比对金边龙舌兰糖类组分的影响。利用正交设计筛选最佳的提取工艺为A1B3C3D3（85%乙醇，料液比为1 g ∶35 mL，65 ℃超声提取10 min），利用该最佳提取工艺研究不同施肥配比对金边龙舌兰糖类组分含量的影响，结果表明，在N3P3K1（N3=0.18 g/L、P3=0.07 g/L、K1=0.02 g/L）处理下蔗糖及果糖的含量最高，分别达0.66、0.09 mg/mL，葡萄糖则是在N4P3K2（N4=0.23 g/L、P3=0.07 g/L、K2=0.06 g/L）处理下含量最高，达到0.42 mg/mL，而在N3P3K1组合处理下的葡萄糖含量为0.40 mg/mL，与其相差甚小，因此要整体提高金边龙舌兰糖类组分可施用N3P3K1（N3=0.18 g/L、P3=0.07 g/L、K1=0.02 g/L）组合的氮、磷、钾（NPK）配比。

关键词：金边龙舌兰;NPK配施;糖类组分;提取工艺优化;正交试验

中图分类号：S682.360.1   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）21-0187-04

收稿日期：2021-04-28

基金项目：福建省福州市科技计划（编号：2019-G-33）;福建农林大学科技创新专项基金（编号：KFA17420A、KFA17155A） ;福建省中青年教师教育科研项目（编号：JT180145）。

作者简介：杨志坚（1981—），男，福建泉州人，硕士，讲师，主要从事功能植物研究。E-mail：yangzj41@163.com。

近些年，国内有学者对龙舌兰科的植物进行多方面相关的研究[1-7]，但是关于龙舌兰糖类组分的研究，国内外鲜有相关文献发表。目前国内对龙舌兰科虎皮兰多糖的提取及活性的研究开展了一些基础性研究工作，马齿苋多糖中主要单糖组成物质量之比大致为半乳糖醛酸 ∶葡萄糖 ∶半乳糖 ∶阿拉伯糖=1.75 ∶1.00 ∶1.58 ∶1.00[1]。

多糖对调节人体生理、有助于新陈代谢、增强免疫力、预防疾病等方面具有重要的作用。而金边龙舌兰（Agave americana）作为特种作物[8]，具有抗逆性强、繁殖力高等特性[9]，且在我国亚热带地区种植面积广[10-11]，故对金边龙舌兰糖类组分进行相关研究，具有长远的实际意义。

本试验根据金边龙舌兰生活习性[12]及对营养需求不同，设计不同氮磷钾（NPK）配比培养金边龙舌兰，探讨配施不同NPK含量对金边龙舌兰糖类组分含量的影响。在此试验基础上展开，是否能通过一定改进措施，如加强植物的水肥管理[13]，在满足金边龙舌兰生长需求的同时，提升金边龙舌兰中糖类组分含量，使施用NPK营养液的金边龙舌兰比在正常生长条件下的金边龙舌兰糖类组分含量有显著提高，进而筛选出最优NPK配比组合。本试验将为提高金边龙舌兰糖类组分含量提供科学合理的施肥配比，以期在相同试验条件下，以同等试验材料提取出更多糖类组分的目的。

1 材料与方法

1.1 试验时间

2017年9月2日至10月21日。

1.2 试验地点

试验地点为福建农林大学农产品品质研究所。

1.3 试验材料

金边龙舌兰一年生植株78株，白色透明塑料盆78个。

试验试剂为95%乙醇、双蒸水（试剂为分析纯）、菲罗门氨基柱。试验仪器为KQ-700E型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）、WZB-35数显折射光仪（上海精密科学仪器有限公司）、BSA1245-CW电子天平[塞多利斯科学仪器（北京）有限公司]、XMTD-8222恒温烘干箱、D-2000日立高效液相色谱仪。

1.4 最佳提取工艺方式的确定

1.4.1 金边龙舌兰的预处理

选取大小一致、生长健壮的一年生金边龙舌兰的叶片，将试验材料切碎，放入预热至125 ℃的恒温烘箱内10 min，后将温度调至95 ℃，待水分完全散失，利用高速粉碎机将其磨成粉末。

1.4.2 糖类组分提取工艺流程

取粉末状金边龙舌兰各5 g，在不同料液比、提取温度、提取时间及提取溶剂浓度下，超声，过滤，利用WZB-35数显折射光仪和日立高效液相色谱测定金边龙舌兰糖类组分含量。

1.4.3 试验设计

称取5 g金边龙舌兰粉，在超声时间A（10、20、30 min），提取温度B（55、60、65 ℃）、料液比C（1 g ∶25 mL、1 g ∶30 mL、1 g ∶35 mL）、提取试剂乙醇浓度D（75%、80%、85%）的条件下提取糖类组分，每个组合重复3次，超声，趁热过滤，将滤液按料液比进行定容。选用L9（34）正交试验（表1），对超声时间、提取温度、料液比、提取溶剂溶度进行优化。

1.5 不同氮磷钾配比对金边龙舌兰糖类组分的影响

1.5.1 金边龙舌兰的预处理

选取生长健壮、大小一致的一年生金边龙舌兰51株，将植株根系洗净，栽植在统一规格的白色透明塑料盆内，分为17组，每组重复3次，用双蒸水培养1周（确保金边龙舌兰2/3根系能接触到双蒸水），以适应水培环境。

1.5.2 试验流程

將预处理过的金边龙舌兰植株培养在不同配比氮磷钾（NPK）水培液中5周，运用金边龙舌兰糖类组分最佳提取工艺提取，利用 WZB-35 数显折射光仪和日立高效液相色谱仪测定金边龙舌兰各糖类组分含量。

1.5.3 试验设计

用正交试验设计通过不同NPK比例配施水培金边龙舌兰，水培液每周更换1次，持续更换5周。本试验探讨不同NPK配施水培金边龙舌兰，旨在筛选出最佳NPK营养液配比方案，以期获得金边龙舌兰糖类组分含量最高的植株。

试验在参照前人不同NPK配比施肥的基础上，以NPK三大营养元素的不同浓度配比为处理条件，采用3因素4水平，设计16个NPK试验组合。试验因素水平见表2。每次每盆金边龙舌兰植株施用500 mL水培液，保证金边龙舌兰根系有 2/3 接触到水培液，试验所用N、P、K肥来源为尿素（AR）、过磷酸钙（LR）、氯化钾（AR），其对应的有效成分含量分别为46% N、12% P2O5、60% K2O。除施肥因素外，其他养护管理措施都相同。

1.6 数据统计与分析

采用Excel 2007软件对金边龙舌兰糖类组分含量基础数据进行整理，取平均值。

2 结果与分析

2.1 提取工艺对金边龙舌兰单糖提取率的影响

利用WZB-35数显折射光仪对金边龙舌兰糖分含量进行测量，3组测量数据取其平均值，同时转化为同等体积下的糖分浓度，结果见表3。

由表3可知，在A1B3C3D3组合提取条件下即超声时间为10 min、提取温度为65 ℃、料液比为1 g ∶35 mL、溶剂溶度为85%，测得金边龙舌兰所含糖分最高，为34.77%;其次为A3B1C3D2组合，与A1B3C3D3组合相差非常小，但如果考虑提取效率，则以A1B3C3D3组合为最佳。为了深入了解提取工艺对金边龙舌兰各个糖类组分含量的影响，在此试验的基础上利用高效液相色谱法精确测量金边龙舌兰糖类组分提取液中各糖类组分的含量，结果见表4。

由表4可知，葡萄糖和蔗糖在组合A1B3C3D3 提取条件下，即超声时间为10 min、提取温度为65 ℃、料液比为1 g ∶35 mL、溶剂溶度为85%，其含量都为最高，葡萄糖含量为0.85 mg/mL，蔗糖含量为0.10 mg/mL，而果糖却是在A1B1C1D1、A2B3C1D2、A3B3C2D1组合提取条件下最高，为0.11 mg/mL。但考虑到果糖在每个组合提取条件下的含量变化极小，所以综合表3、表4的数据分析， A1B3C3D3组合提取金边龙舌兰糖类组分效率最高，为最优的组合。

2.2 NPK不同配比对金边龙舌兰各糖类组分含量的影响

通过试验研究得出最佳提取工艺组合处理金边龙舌兰，得到糖类组分提取液，利用WZB-35数显折射光仪测得金边龙舌兰糖分含量，结果见表5。

由表5可知，在不同的NPK配施下金边龙舌兰的总糖分含量无明显差异， 所以量化到以葡萄糖、果糖、蔗糖等各个多糖含量为指标，通过高效液相色谱法精确测量，结果见表6。

由表6可知，蔗糖、果糖都是在N3P3K1处理下含量最高，分别为0.66、0.09 mg/mL;葡萄糖则是在N4P3K2处理下含量最高，为0.42 mg/mL，而在N3P3K1组合处理下的葡萄糖含量为0.40 mg/mL，与其相差甚小，故从整体最优原则看，处理11即N3P3K1处理对金边龙舌兰各糖类组分含量的影响最大，且其组间糖类组分含量高低为蔗糖>葡萄糖>果糖，分别为0.66、0.40、0.09 mg/mL。同时从表6可知，金边龙舌兰各糖类组分含量大致的高低为蔗糖和葡萄糖含量同为最高，果糖最低，其中果糖在不同NPK配施影响下波动较小且含量极少，所以果糖指标可忽略考虑，从而得到N3P3K1对金边龙舌兰各糖类组分含量的影响最大。综上所述，整体最优组合为 N3P3K1;蔗糖和果糖都是在N3P3K1处理下含量最高，分别为0.66、0.09 mg/mL; 葡萄糖则是处理15即N4P3K2处理下含量最高，为 0.42 mg/mL。

3 结论与讨论

金边龙舌兰在我国南方大量种植，资源丰富[10，14]，本试验研究了金边龙舌兰糖类组分最佳提取工艺和NPK 3个因素配比对水培金边龙舌兰产生各糖类组分的影响程度。结果表明，金边龙舌兰糖类组分的最佳提取工艺为在85%乙醇料液比为 1 g ∶35 mL 的条件下，通过65 ℃超声提取10 min，金边龙舌兰的糖类组分提取率最高。经验证该工艺稳定可行，适合于金边龙舌兰各糖类组分的提取。在此基础上，利用选出的最佳提取工艺，提取经不同配比NPK处理的金边龙舌兰糖类组分，使用高效液相色谱法测得其葡萄糖、果糖、蔗糖的含量。结果表明，在进行配施时，不同NPK浓度水平及配比施用能提高水培金边龙舌兰各糖类组分含量，即不同配比NPK营养液用以水培金边龙舌兰植株，其产生各糖类组分能力存在一定差异。须要整体提高金边龙舌兰的蔗糖、葡萄糖及果糖含量时，使用N3P3K1的NPK配比效果最佳。因此，不同的NPK配比对金边龙舌兰蔗糖、葡萄糖及果糖含量的影响效果是不一致的。需要得到某一种糖类组分，可在施肥过程中改变NPK的配比，以期得到最多该糖类组分，但对于其产生的机制尚未可知，须要对金边龙舌兰细胞结构进行深入研究。

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