水浸提法提取紫菜多糖生产工艺优化

叶春苗，李莉峰，韩艳秋

（1.辽阳职业技术学院，辽宁 辽阳 111000；2.辽宁省农业科学院，辽宁 沈阳 111100）

紫菜属于红藻门，红毛菜科，是我国沿海的重要养殖红藻。紫菜中含有丰富的营养成分，如蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素等。除此之外还含有丰富的活性成分，如紫菜多糖、海胆蛋白、活性肽等。紫菜多糖是一种酸性多糖，含有较多的硫酸酯。国内外研究表明，紫菜多糖具有很好的保健功效，是一种重要的生物活性物质。现代药理研究证实，紫菜多糖具有抗衰老、抗肿瘤、抗凝血和预防溃疡等多重生物活性功能。研究水提法紫菜多糖，以期获得提取率高、品质好的紫菜多糖。

1 材料与方法

1.1 试验材料

普通紫菜，市售；苯酚、浓硫酸、磷酸二氢钠、氯仿、95%乙醇（均为分析纯），天津市大茂化学试剂厂提供；三氯化铁（分析纯），沈阳市东兴试剂厂提供。

1.2 主要仪器

UV752型紫外可见分光光度计，上海佑科仪器仪表有限公司产品；HH-6型数显恒温水浴锅，国华电器有限公司产品；DZF-6050型真空干燥箱，上海精宏实验设备有限公司产品；ESJ110-4B型精密天平，沈阳龙腾电子有限公司产品；SK8200HP型离心机，上海科导超声仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 多糖测定

采用苯酚-硫酸法[1]。

1.3.2 葡萄糖标准曲线的制作

精确量取0，1，3，5，7，9，11，13 mL的葡萄糖标准溶液，于100 mL容量瓶中加水摇匀，取1.0 mL稀释液，添加1.0 mL的苯酚溶液，迅速加入5.0 mL的浓硫酸，摇匀后静置5 min，再放入100℃水浴锅中水浴15 min，然后取出迅速冷却至室温，于波长490 nm处测定吸光度[2]。线性回归方程为A=4.957C-0.028，R2=0.996。

葡萄糖标准曲线见图1。

图1 葡萄糖标准曲线

1.3.3 紫菜多糖含量的测定[3]

紫菜中多糖的含量计算如下：

式中：f——换算因子，0.9；

C——待测样品溶液的葡萄糖质量浓度，mg/mL；

V——测定液总量，mL；

D——样品溶液稀释倍数；

W——样品质量，g。

1.3.4 脱蛋白质的方法[4]

采用Sevag法去除杂蛋白。具体方法为将离心后的上层清液与有机溶剂（体积比氯仿∶正丁醇=5∶1）混合，比例是5∶1，20 min剧烈振荡，以转速4 000 r/min离心10 min，去除变性蛋白，重复操作2～5次，并对脱蛋白效果进行分析比较。

1.3.5 水提法的单因素试验设计[5]

（1）提取时间对紫菜多糖提取率的影响。试验在粉碎程度为80目，提取温度为100℃，料液比为1∶40的条件下，设计2，3，4，5，6 h这5个水平，研究不同的提取时间对紫菜多糖提取率的影响。

（2）提取温度对紫菜多糖提取率的影响。根据资料显示提取温度对紫菜多糖的提取有较大影响，因此试验在粉碎程度为80目，提取时间为5 h，料液比为1∶40的条件下，研究提取温度为60，70，80，90，100℃这5个水平时紫菜多糖提取率的差异性。

（3）料液比对紫菜多糖提取率的影响。为了研究料液比对紫菜多糖提取的影响，试验固定粉碎程度为80目，提取时间为5 h，提取温度为100℃，考查料液比为1∶20，1∶30，1∶40，1∶50，1∶60对紫菜多糖提取率的影响。

（4）目数对紫菜多糖提取率的影响。紫菜的粉碎程度对其成分的提取有一定的影响，因此试验固定提取温度为100℃，料液比为1∶40，提取时间为5 h的条件下，设计粉碎程度为40，60，80，100目这4个水平，分析不同的粉碎程度对紫菜多糖提取率的影响。

1.3.6 正交试验因素水平

以多糖的提取得率为考核指标，选用L9（34）进行正交试验。

正交试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验因素与水平设计

2 结果与分析

2.1 脱蛋白次数的确定

去蛋白次数对多糖提取率的影响见图2。

图2 去蛋白次数对多糖提取率的影响

由图2可知，随着脱蛋白次数的增加，紫菜多糖的提取率逐渐减少，到最后几乎不变。第3次脱蛋白质之前提取率减少较快，第3次之后减少不明显，考虑到脱蛋白次数较多，耗时、耗电、耗材料，为了节约能源和试剂，故选脱3次蛋白为最佳。

2.2 提取时间对紫菜多糖提取率的影响

提取时间对多糖提取率的影响见图3。

图3 提取时间对多糖提取率的影响

由图3可知，随着提取时间的延长，紫菜多糖的提取率增加，这是一个多糖组分不断溶解并扩散到提取液中的过程。开始时，提取溶剂中的多糖含量较低，而原料组织中的多糖含量最大。随着提取时间的延长，提取溶剂中的多糖含量逐渐增加。同时，原料组织中的多糖含量逐渐降低，多糖物质的浓度梯度继续降低。因此，多糖的含量先增加，再趋于稳定。综合考虑，水浴法提取紫菜多糖的最佳时间为3 h。

2.3 提取温度对紫菜多糖提取率的影响

提取温度对多糖提取率的影响见图4。

图4 提取温度对多糖提取率的影响

由图4可知，多糖的提取率随着提取温度的升高而增加，表明温度的升高有利于多糖的浸出。这是因为温度的升高有利于提高多糖分子的传质速率，增加多糖在水中的溶解度。因此，水浴萃取的最佳提取温度为100℃。常规水浴加热，温度的变化范围大概为5℃，如果温度范围选择的较窄，则对测定的结果影响较大，从而选定提取温度的变化范围为10℃。

2.4 料液比对紫菜多糖提取率的影响

料液比对多糖提取率的影响见图5。

图5 料液比对多糖提取率的影响

由图5可知，随着溶剂量的增大，多糖的提取率也相应提高，但是当料液比大于1∶50后，多糖的提取率增加缓慢，到最后几乎不变。这是因为溶剂量大，溶液中多糖浓度低，有利于多糖的传质，当溶剂量大于一定程度后，对紫菜多糖提取率的影响变小，多糖的提取率基本不变。当料液比过大时，后续浓缩步骤耗能增多，时间增加。故最佳的料液比为1∶50，选择料液比1∶45，1∶50，1∶55这3个水平进行正交试验。

2.5 目数对紫菜多糖提取率的影响

目数对多糖提取率的影响见图6。

图6 目数对多糖提取率的影响

由图6可知，在一定范围内，粉碎程度的加大，紫菜多糖的提取率逐渐增加。在60～80目紫菜多糖的提取率增加的幅度较大，但是当目数大于80目以后，提取率反而降低，这可能是因为随着粉碎程度越细，溶液的黏度也逐渐增加，当黏度达到一定程度后，不利于紫菜多糖的提取，从而导致紫菜多糖提取率先增加后下降。因此，试验选择最佳粉碎程度为80目。

2.6 正交试验结果

（1）正交试验结果。

正交试验设计结果见表2。

表2 正交试验设计结果

由表2可知，R值代表了对紫菜粗多糖提取的影响程度。RA为4.616 7，RB为5.524 4，RC为5.122 2，RD为5.295 6。由此可以判断，影响粗多糖产率的因素依次为B＞D＞C＞A，即提取温度＞目数＞料液比＞提取时间。根据K值的大小，确定最优水平为A3B3C3D1，即提取温度100℃，提取时间3 h，料液比1∶55，目数60目。

（2）方差分析。

方差分析见表3。

表3 方差分析

由表3的方差分析可知，F0.05（2，2）＜FA=78.984 8＜F0.01（2，2），FB=112.768 5＞F0.01（2，2），FC=105.516 1＞F0.01（2，2），FD=120.723 0＞F0.01（2，2），表明提取时间对多糖的提取有显著影响，用“*”表示。而提取温度、料液比、目数对紫菜多糖的提取有极显著的影响，用“**”表示。

2.7 验证性试验

称量20 g粉碎紫菜粉，并根据优化的工艺条件置于锥形烧瓶中进行放大试验。按料液比1∶55加入蒸馏水，提取温度100℃，提取时间3.5 h，计算紫菜多糖的提取率。结果表明，多糖的平均提取率为33.65%（正交试验的最大得率为33.48%）。结果与正交试验结果基本一致，表明正交试验的优化工艺条件易于放大，方法性能良好。采用Sevag法去除上清液，然后进行离心和透析，多糖提取率为23.2%。浓缩、真空干燥和粉碎后，获得淡黄色粉末。

紫菜多糖见图7。

图7 紫菜多糖

3 结论

紫菜含有丰富的活性成分，紫菜多糖就是其中之一。以紫菜为原料，采用水浸提法提取紫菜多糖，结果表明，提取时间3 h，提取温度100℃，料液比1∶55，粉碎程度60目时紫菜多糖提取率最高，并通过试验验证紫菜的提取率为33.65%，高于正交试验最优提取率33.48%。紫菜多糖的研究还需在深加工利用方面进一步深入研究，以提升紫菜的附加值。