单性木兰叶多糖的超声辅助提取工艺及稳定性研究

郑燕菲 韦凤 庞光沃 张贞发

摘要：以单性木兰叶为原材料，采用超声波辅助提取法对其多糖进行提取，探讨固液比、超声功率、超声温度、超声时间对单性木兰叶多糖得率的影响，通过正交试验设计法优化最佳提取工艺，同时考察了单性木兰叶多糖在不同环境下的稳定性。结果表明，单性木兰叶中多糖的最佳提取条件为固液比1∶90 （g/mL）、超声功率420 W、超声温度80 ℃、超声时间20 min，在该条件下单性木兰叶多糖得率为5.04%。单性木兰叶多糖受光照环境、温度的影响较大；单性木兰叶多糖对过氧化氢的稳定性强于葡萄糖，而对亚硫酸钠的稳定性较弱。该结果可为单性木兰叶多糖在食品、药品的开发和利用上提供理论依据。

关键词：单性木兰；多糖；超声辅助提取；稳定性

中图分类号：TS201.1      文獻标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）12-0188-05

Study on Ultrasonic-Assisted Extraction Technology and Stability of

Polysaccharides from Leaves of Magnolia

kwangsiensis Figlar & Noot.

ZHENG Yan-fei， WEI Feng， PANG Guang-wo， ZHANG Zhen-fa*

（College of Chemical and Biological Engineering， Guangxi Minzu Normal

University， Chongzuo 532200， China）

Abstract： With the leaves of Magnolia kwangsiensis Figlar & Noot.（M.kwangsiensis） as the raw materials， ultrasonic-assisted extraction method is used to extract polysaccharides from the leaves of M.kwangsiensis. The effects of solid-liquid ratio， ultrasonic power， ultrasonic temperature and ultrasonic time on the yield of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis are investigated. The optimal extraction technology is optimized by orthogonal experimental design， and the stability of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis in different environments is studied. The results show that the optimal extraction conditions are as follows： solid-liquid ratio is 1∶90 （g/mL）， ultrasonic power is 420 W， ultrasonic temperature is 80 ℃ and ultrasonic time is 20 min. Under these conditions， the yield of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis is 5.04%. The polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis are greatly affected by light environment and temperature; the stability of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis to hydrogen peroxide is stronger than glucose， but the stability to sodium sulfite is weaker.The results can provide theoretical basis for the development and utilization of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis in food and medicine.

Key words： Magnolia kwangsiensis Figlar & Noot.; polysaccharides; ultrasonic-assisted extraction; stability

单性木兰（Magnolia kwangsiensis Figlar & Noot.）也叫广西木兰，系木兰科单性木兰属，该植物叶革质且厚、花单性，雄雌异株，雄雌花期不同，且两花的共同访花昆虫只有几种，使得单性木兰结果率非常低[1]，是我国特有的珍稀濒危植物[2]，于1999年被列为国家一级保护植物[3]。

黄品鲜等[4]研究指出单性木兰种皮中含有丰富的挥发油、单宁、多酚、多糖等功能成分[5-6]。单性木兰叶中含有丰富的多糖成分，文献[7]指出单性木兰叶中，热水回流提取多糖的得率为5.09%，微波辅助提取多糖的得率为2.48%，且多糖成分对人肺癌细胞A549和人胃癌细胞SGC7901均有良好的抑制作用。文献[8]报道了以热水回流法提取单性木兰叶多糖，得率达6.05%，且多糖具有较好的抗氧化性能。植物多糖具有很多良好性能，应用在众多的调味食品、功能食品以及医药产品中[9-12]。研究指出单性木兰含有数量可观的多糖，且具有抗氧化、抗肿瘤等性能[6，8]，是一种潜在的天然食品添加剂。但若想将单性木兰叶多糖开发为天然药物、功能性食品等，仍需对其稳定性进行评价。目前，关于单性木兰多糖成分的研究报道甚少。本文以单性木兰叶为原材料，采用超声波辅助提取法对其多糖进行提取，探讨不同因素对单性木兰叶多糖得率的影响，用正交试验设计法优化最佳提取工艺；针对不同加工、储存条件下多糖物质的变化，测定其在不同光照条件、温度、氧化剂、还原剂条件下的稳定性，可以开发相关的调味品、保健品等，为深度开发单性木兰社会价值与经济价值提供科学依据。

1 材料及方法

1.1 材料及试剂

单性木兰叶：于2018年8月采摘自广西南宁市武鸣区，在50 ℃烘箱中烘干，粉碎，过60目筛，干燥保存以备用。按4∶1（mL/g）的液固比加入90%乙醇，搅匀静置2 h[13]，以脱去油脂和叶绿素，抽滤，在50 ℃烘箱内烘干，得到预处理后的单性木兰叶粉末。

无水乙醇、葡萄糖、苯酚、硫酸、无水亚硫酸钠、30%过氧化氢：均为分析纯。

1.2 仪器及设备

YR5102电子天平（精确到0.1 g） 上海光正医疗仪器有限公司；DHG-9203A电热恒温鼓风干燥箱 上海齐欣科学仪器有限公司；HK-2A超级恒温水浴锅 南京南大萬和科技有限公司；RE-52AA旋转蒸发器 上海贤德实验仪器有限公司；KQ-600DB数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；SQP电子天平（精确到0.001 g） 赛多利斯科学仪器有限公司；A560紫外可见分光光度计 翱艺仪器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 葡萄糖标准曲线的制定

准确配制质量浓度为1.014 mg/mL的葡萄糖标准液。参照文献[7，14]绘制标准曲线。

1.3.2 单性木兰叶多糖得率的测定

取2 mL单性木兰叶多糖提取液于25 mL容量瓶内，用蒸馏水稀释定容至刻度线，再移取0.5 mL经过稀释后的单性木兰叶多糖提取液，按标准曲线制作方法显色，测定吸光度。按下式计算单性木兰叶多糖的得率：

Y=25×CVM×106×100%。

式中：Y为单性木兰叶中多糖的得率，%；C为根据标准曲线方程计算所对应的浓度，μg/mL；V为超声波辅助提取所得提取液的总体积，mL；M为所称取的单性木兰叶粉末质量，g。

1.3.3 单性木兰叶多糖的提取

称取2.00 g预处理后的单性木兰叶粉，于不同固液比（1∶60、1∶70、1∶80、1∶90、1∶100，g/mL）、超声功率（240，300，360，420，480 W）、超声温度（40，50，60，70，80 ℃）、超声时间（10，15，20，25，30 min）下进行超声辅助提取，考察单性木兰叶多糖的得率。

1.3.4 单性木兰叶多糖的提取工艺优化

对单性木兰叶多糖的提取进行四因素三水平的正交试验设计优化来确定最佳提取工艺，L9（34）正交试验的因素水平表见表1。

1.3.5 单性木兰叶多糖稳定性的测定

1.3.5.1 光照条件的影响

分别取25 mL葡萄糖、单性木兰叶多糖溶液置于室内自然光条件和室外太阳光条件下，每30 min取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶内，按标准曲线制作方法显色，测定吸光度，按下式计算保留率：

多糖保留率（%）=ρρ0×100%。

式中：ρ为处理后的单性木兰叶多糖的含量，μg/mL；ρ0为处理前的单性木兰叶多糖的含量，μg/mL。

1.3.5.2 温度的影响

分别取25 mL葡萄糖、单性木兰叶多糖溶液置于温度40，50，60，70，80 ℃下静置1 h，各取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶内，按标准曲线制作方法显色，测定吸光度，计算保留率。

1.3.5.3 过氧化氢的影响

分别取5 mL葡萄糖、单性木兰叶多糖溶液加入15 mL浓度为0.01，0.02，0.03，0.04，0.05 mol/L的过氧化氢溶液中，摇匀避光静置1 h[15]。各取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶内，按标准曲线制作方法显色，测定吸光度，计算保留率。

1.3.5.4 亚硫酸钠的影响

分别取5 mL葡萄糖、单性木兰叶多糖溶液加入15 mL浓度为0.01，0.02，0.03，0.04，0.05 mol/L的亚硫酸钠溶液中，摇匀避光静置1 h[16]。各取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶内，按标准曲线制作方法显色，测定吸光度，计算保留率。

2 结果与分析

2.1 葡萄糖标准曲线的绘制

葡萄糖标准曲线见图1。拟合线性回归方程为y=0.009 9x+0.045 6，R2=0.999 5。说明葡萄糖质量浓度在20.28～101.14 μg/mL，在波长490 nm处吸光值与浓度的线性关系良好。

由图2中a可知，随着固液比的增大，多糖得率呈先上升后下降的趋势。固液比为1∶80 （g/mL）时，多糖得率最高，而后得率降低。这是因为随着溶剂增多，多糖溶出推动力增大，速率增大，但当溶剂过多时，超声效果受到影响，从而导致多糖得率下降[17-18]。

由图2中b可知，当超声功率持续增加时，多糖得率先上升后下降。当超声功率在420 W时，多糖得率达最高；当超声功率大于420 W时，多糖得率下降。这可能是超声功率升高时，提取过程中的机械振动作用变大，致使提取过程中溶出多糖外的其他成分，以及多糖产生降解，单位体积溶剂内多糖的浓度减少[19]。

由图2中c可知，单性木兰叶多糖提取过程中，多糖得率随着超声温度的增加而先上升后下降。当超声温度在70 ℃时出现曲线最高峰，而后开始下降，说明超声温度低于70 ℃时，温度较低，提取体系传质效率低，多糖分子间黏连严重，不利于溶出[20]；当温度在70 ℃时，多糖已经基本被溶出，超声温度继续升高，提取溶剂会变成蒸汽而逐渐减少，实际参与提取的溶剂量变少，同时超声温度过高会导致多糖结构被破坏[21]，致使多糖的得率降低。

由图2中d可知，单性木兰叶多糖得率与超声时间在10～20 min内呈现正相关，当超声时间为20 min时，得率最高，这是因为提取开始时，超声波作用使多糖快速扩散至水中，且与时间呈依赖性，使得多糖得以充分溶解；在提取20 min时，多糖已基本被溶出；当超声时间超过20 min时，多糖得率下降，这是因为超声时间增加，超声波机械振动会加大其他杂质的溶出量，溶剂温度升高，致使多糖被分解，多糖得率下降[22]。

2.3 单性木兰叶多糖的提取工艺优化结果与分析

2.3.1 正交试验结果

正交试验设计方案与结果见表2。

由表2可知，不同因素对单性木兰叶中多糖得率的影响不同，超声功率的影响最大，超声时间的影响次之，超声温度的影响最小，影响顺序为超声功率>超声时间>固液比>超声温度。最优提取条件是C2B2A3D3，即超声功率为420 W，超声时间为20 min，固液比为1∶90 （g/mL），超声温度为80 ℃。

2.3.2 优化验证试验结果与分析

在提取功率420 W、超声时间20 min、固液比1∶90 （g/mL）、超声温度80 ℃的条件下，平行试验5次，单性木兰叶多糖得率为5.04%。比文献[8]报道的用热水回流法提取的得率稍低，这可能与采摘原料、提取方法有关。

2.4 单性木兰叶多糖的稳定性能分析

2.4.1 光照条件对单性木兰叶多糖稳定性的影响

由图3可知，随着光照时间的增加，室内自然光和室外太阳光条件对单性木兰叶多糖保留率的影响明显，即试验溶液中多糖量变化大，说明光照环境对单性木兰叶多糖稳定性的影响较大；且室外太阳光的影响强于室内自然光的影响。另外，在室外太阳光条件下，单性木兰叶多糖的稳定性强于葡萄糖；在室内自然光条件下，单性木兰叶多糖的稳定性弱于葡萄糖。因此，在保存单性木兰叶多糖时最好短期避光处理。

2.4.2 温度对单性木兰叶多糖稳定性的影响

由图4可知，单性木兰叶多糖的保留率与温度变化呈负相关，单性木兰叶多糖的保留率在40 ℃时为96.12%；温度为80 ℃时单性木兰叶多糖的保留率为86.49%，说明温度的升高会破坏单性木兰叶多糖的结构，致使单性木兰叶多糖的保留率下降，所以单性木兰叶多糖对温度的耐热性差，储存使用时不宜高温。

2.4.3 过氧化氢对单性木兰叶多糖稳定性的影响

由图5可知，在过氧化氢溶液浓度为0.01 mol/L时，单性木兰叶多糖的保留率为97.83%；而在过氧化氢溶液浓度为0.05 mol/L时保留率为91.32%，两者相比较，保留率差值达到了6.51%，说明单性木兰叶多糖在过氧化氢溶液浓度为0.01～0.05 mol/L范围内有一定的抗氧化性。在试验范围内，单性木兰叶多糖对过氧化氢的稳定性强于葡萄糖。

2.4.4 亚硫酸钠对单性木兰叶多糖稳定性的影响

由图6可知，单性木兰叶多糖的保留率与亚硫酸钠溶液浓度呈负相关。在亚硫酸钠溶液浓度为0.01～0.05 mol/L时，单性木兰叶多糖的保留率先急剧下降而后缓慢下降，这是因为单性木兰叶多糖与还原剂亚硫酸钠大量反应，在亚硫酸钠浓度为0.03 mol/L时，单性木兰叶多糖中不稳定的多糖基本与亚硫酸钠反应完，说明单性木兰叶多糖的抗还原性较差，且弱于葡萄糖。

3 结论

单性木兰叶多糖是一种可再生的绿色资源，可开发成调味品应用到功能性添加剂或新型药物中。研究单性木兰叶多糖的提取条件及稳定性，可以对天然食品添加剂提供应用的数据理论。

提取单性木兰叶多糖时，采用超声波辅助并经正交试验法优化，得出影响因素对多糖得率的影响次序为超声功率>超声时间>固液比>超声温度；在提取功率420 W、超声时间20 min、固液比1∶90（g/mL）、超声温度80 ℃的最优提取条件下，单性木兰叶多糖得率为5.04%。单性木兰叶多糖受光照环境、温度的影响较大，在氧化剂、还原剂中，单性木兰叶多糖的抗氧化性强于葡萄糖，而其抗还原性弱，说明单性木兰叶多糖具有较好的稳定性，为单性木兰在食品、药品、化妆品等行业中的应用提供参考依据，促进林业经济发展。

参考文献：

[1]ZANIS M J， SOLTIS D E. Phylogenetic analyses and perianth evolution in basal angiosperms[J].Annals of the Missouri Botanical Garden，2003，90（2）：129-150.

[2]傅立国，金鉴明.中国植物红皮书——稀有濒危植物（第一册）[M].北京：科学出版社，1992：404-455.

[3]中华人民共和国国务院.国家重点保护野生植物名录（第一批）[J].植物杂志，1999（5）：8.

[4]黃品鲜，周永红，赖家业，等.珍稀濒危植物单性木兰种皮的挥发性成分分析[J].植物分类与资源学报，2007，29（3）：303-308.

[5]ZHENG Y F， LIU X M， LAI F. Extraction and antioxidant activities of Magnolia kwangsiensis Figlar & Noot. leaf polyphenols[J].Chemistry & Biodiversity，2019，16（2）：1800409.

[6]ZHENG Y F， ZHANG Q， LIU X M， et al. Extraction of polysaccharides and its antitumor activity on Magnolia kwangsiensis Figlar & Noot.[J].Carbohydrate Polymers，2016，142：98-104.

[7]郑燕菲.濒危植物单性木兰的有效成分及其生物活性研究[D].南宁：广西大学，2016.

[8]郑燕菲，黄秋萍，罗贤泉，等.单性木兰叶多糖提取及其对DPPH自由基清除能力研究[J].食品科技，2020，45（5）：202-206.

[9]张喜峰，南艳，李雪茹，等.两种方法提取琉璃苣叶多糖的理化性质及生理活性[J].精细化工，2022，39（11）：2297-2304.

[10]陈灼娟，周倩，杨志强.黑皮鸡枞菌多糖提取工艺及抗氧化活性研究[J].中国调味品，2023，48（3）：199-203，215.

[11]敖珍，覃发玠，罗迎春，等.红托竹荪菌托多糖中试提取工艺及抗氧化能力[J].中国调味品，2022，47（10）：179-183.

[12]秦驰，赵研，张栩瑕，等.奇亚籽多糖的提取及其在凝固型酸奶中的应用[J].中国林副特产，2023，182（1）：1-5，14.

[13]宫江宁，韦元净，杨子艺.响应面优化龙胆多糖的提取工艺及抗氧化性研究[J].中国酿造，2017，36（8）：134-138.

[14]傅晶依，石曾卉，汤琦龙，等.豆渣中可溶性多糖的不同提取方法比较和工艺优化[J].中国调味品，2021，46（5）：38-44.

[15]李刚刚，孙静，伏衡一，等.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[J].食品与机械，2020，36（3）：190-193.

[16]黄伟敏，南江，王星，等.超声提取西洋参叶多糖工艺及稳定性研究[J].食品工业科技，2011，32（11）：339-341，344.

[17]任昌娟，朱云龙.生姜多糖提取技术工艺优化及效益分析[J].中国调味品，2021，46（9）：117-120.

[18]SOROURIAN R， KHAJEHRAHIMI A， TADAYONI M， et al. Ultrasound-assisted extraction of polysaccharides from Typha domingensis： structural characterization and functional properties[J].International Journal of Biological Macromolecules，2020，160：758-768.

[19]ZHU C P， ZHAI X C， LI L Q， et al. Response surface optimization of ultrasound-assisted polysaccharides extraction from pomegranate peel[J].Food Chemistry，2015，177：139-146.

[20]杨磊，邵荣，吴梦霖，等.车前子壳多糖热水提取工艺优化及成膜性能研究[J].食品科技，2022，47（10）：197-203.

[21]喻治達，沈丹丹.海鲜菇多糖提取工艺优化及抗氧化性分析[J].中国调味品，2023，48（1）：27-30.

[22]钱燕芳，石晨莹，陈贵堂.桑葚多糖超声提取、脱色工艺优化及其抗氧化活性分析[J].食品工业科技，2022，43（16）：201-210.

收稿日期：2023-06-20

基金项目：2020年广西自然科学基金项目（2020JJB120001）；2021年广西高校中青年教师基础能力提升项目（2021KY0773）；广西民族师范学院科研项目（2020YB011，2020FG002）

作者简介：郑燕菲（1987－），女，副教授，博士，研究方向：天然产物化工及功能食品开发。

*通信作者：张贞发（1982—），男，副教授，硕士，研究方向：工业分析。