盾葉薯蕷皂苷酸解液中鼠李糖的提取研究

劉樹興，侯 屹，*，李 祥，彭書翰

(1.陜西科技大學生命科學與工程學院，陜西西安710021; 2.陜西科技大學化學與化工學院，陜西西安710021)

盾葉薯蕷皂苷酸解液中鼠李糖的提取研究

劉樹興1，侯 屹1，*，李 祥2，彭書翰2

(1.陜西科技大學生命科學與工程學院，陜西西安710021; 2.陜西科技大學化學與化工學院，陜西西安710021)

以盾葉薯蕷為原料，研究了從皂苷酸解液中提取鼠李糖的工藝。通過正交實驗確定了脫色最佳工藝為:活性炭加入量為1.5%，脫色時間為40min，脫色溫度為70℃，酸解液pH為2。在酵母加入量2%，溫度36℃的條件下，發酵5h能除去葡萄糖，獲得鼠李糖，得率為1.5%。且實驗排放水符合國家標準，對提高經濟價值、降低皂素工業污染有一定意義。

盾葉薯蕷，薯蕷皂苷，鼠李糖，提取

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

盾葉薯蕷 陜西省安康市采購;鼠李糖標準品(批號:20080928) 北京畢特博生物技術有限責任公司;活性干酵母 安琪酵母股份有限公司;硫酸、氫氧化鈣、甲醇、葡萄糖、活性炭、丙三醇、乙酸乙酯、冰醋酸等 均為分析純。

SC-Ⅲ型多頻聲化學發生器 成都市九洲機電工程研究所;BS2202S型電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司;旋轉蒸發器 上海申生科技有限公司;7230G型可見分光光度計 上海精密科學儀器有限公司;實驗室常用設備。

1.2 酸解液的制備［12］

干黃姜經粉碎研磨(粗粉40～60目)，準確稱取10g，以體積分數30%的乙醇為萃取劑，與用量為17.408×10-3mol/L的十二烷基硫酸鈉混勻。在黃姜與乙醇的質量比為1∶10，超聲波頻率為25.8kHz，超聲時間為40min的條件下，進行總皂苷的提取，完畢后抽濾，將濾液濃縮，加入濃度為1.5mo/L的硫酸20mL，于電熱套內水解4h，完畢后抽濾，濾渣沖洗至中性后烘干，可于索氏提取器內提取制備皂苷元，濾液即為酸解液，保存備用。

1.3 鼠李糖的提取

酸解液中加入Ca(OH)2調節pH至中性或者偏酸性，過濾除去CaSO4沉淀，于濾液中加入活性炭進行脫色，過濾除去色素，得到無明顯顏色的濾液。然后加入2%的活化酵母，36℃恒溫發酵，用薄層色譜法跟蹤測定葡萄糖，待其耗盡即可終止發酵，過濾除去雜質，將濾液進行鼠李糖含量測定并計算得率。濾液濃縮后用甲醇重結晶，可得鼠李糖晶體。

1.4 脫色條件優化

對中和后的酸解液進行脫色，脫色效果好壞直接影響產品的獲得，是本實驗的一個重要步驟。以波長為446nm下的吸光度為指標［13］，來衡量脫色效果。分別以脫色溫度、活性炭用量、脫色時間和酸解液pH四個條件做單因素實驗，然后設計L9(34)正交實驗對脫色條件進行優化。

脫色率(%)=(酸解液吸光度-脫色液吸光度)/酸解液吸光度×100%

1.5 鼠李糖的測定與分析

1.5.1 鼠李糖含量的測定 采用DNS法進行鼠李糖含量的測定［14］。標準曲線的建立:分別取0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mL的葡萄糖標準溶液置于試管中，用蒸餾水補足到0.5mL，然后分別加入1.5mL的DNS試劑，混勻后于沸水中加熱5min，冷卻后再分別加入4mL蒸餾水，混勻，以未加葡萄糖標準液的試管為對照，在540nm的波長下測定吸光度，以葡萄糖濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線。結果表明，葡萄糖在0～0.498g/L的范圍內與吸光度(A)呈良好的線性關系?；貧w方程為:y=0.50543x-0.01005，R2=0.9987。

得率的計算:得率(%)=鼠李糖質量/盾葉薯蕷原料質量×100%

1.5.2 薄層色譜分析 薄層色譜條件為:展開劑:V (乙酸乙酯)∶V(甲醇)∶V(醋酸)∶V(水)=60∶15∶15∶10;顯色劑:10%硫酸乙醇溶液;Rf值=0.76，斑點為圓形且無拖尾;噴濕潤后于100℃烘烤10min，得到鼠李糖斑點，與標準品斑點一致［15］。

1.6 處理后水質測定

分別對酸解液和處理后的排放液進行各項指標的測定，查看是否符合國家標準。各項指標測定方法為:化學需氧量的測定:參照文獻［16］;銨含量的測定:參照文獻［17］;氯化物含量的測定:參照文獻［18］;色度的測定:參照文獻［19］。

2 結果與分析

2.1 酸解液脫色條件的優化

2.1.1 脫色溫度對脫色效果的影響 在pH為6，脫色時間為40min，活性炭用量為1%的條件下，分別改變脫色溫度，考察脫色溫度與吸光度之間的關系。由圖1可知，溫度在60℃以下時，脫色效果不好，但吸光度隨著溫度的增加呈下降趨勢。當溫度到達60℃以后，吸光度基本持平，達到一個較平穩的狀態。說明在相對低溫時不利于活性炭的吸附作用，考慮經濟因素，選用60℃為最佳脫色溫度。

圖1 脫色溫度與吸光度的關系

2.1.2 活性炭用量對脫色效果的影響 在pH為6，脫色溫度為60℃，脫色時間為40min的條件下，分別改變活性炭的用量，考察活性炭用量與吸光度之間的關系。由圖2可知，當活性炭用量較小時，脫色效果并不好，隨著用量增加達到1.5%時，繼續增加用量，脫色效果差別不大。可以推測，在活性炭用量達到1.5%以后，色素已經基本吸附完全，考慮經濟因素，選用1.5%為最佳活性炭用量。

圖2 活性炭用量與吸光度的關系

2.1.3 脫色時間對脫色效果的影響 在pH為6，脫色溫度為60℃，活性炭用量為1.5%的條件下，分別改變脫色時間，考察脫色時間與吸光度之間的關系。由圖3可知，隨著脫色時間的增加，吸光度逐漸減少，脫色效果越來越好，當脫色40min后，脫色效果基本達到平穩狀態，選用40min為最佳脫色時間。

表3 水質測定結果

圖3 脫色時間與吸光度的關系

2.1.4 酸解液pH對脫色效果的影響 在脫色溫度為60℃，活性炭用量為1.5%，脫色時間為40min的條件下，分別改變酸解液pH，考察酸解液pH與吸光度之間的關系。由圖4可知，pH較高時反而脫色效果不好，在pH為3左右時，能得到較好的脫色效果，因此最佳酸解液pH為3。

圖4 酸解液pH與吸光度的關系

2.1.5 正交實驗優化 正交實驗的各因素和水平選擇如表1所示。

表1 正交實驗的因素與水平

正交實驗結果與極差分析如表2所示。各因素影響次序為A＞C＞D＞B，即對脫色效果影響最大的因素是活性炭加入量，然后依次是脫色溫度，酸解液pH和脫色時間;根據正交實驗結果與極差分析，得到的優化條件為 A2B2C3D1，即活性炭加入量為1.5%，脫色時間為40min，脫色溫度為70℃，酸解液pH為2。

根據優化工藝條件，進行3次驗證實驗，吸光度分別為0.010、0.011、0.013，平均吸光度為0.0113，表明工藝穩定可靠。經測定，未脫色酸解液的吸光度為1.569，根據1.4的脫色率計算公式，得到平均脫色率為99.28%。

表2 正交實驗結果

2.2 鼠李糖測定結果與分析

在脫色液里放入酵母發酵，可以有效地除去葡萄糖。根據酵母生產商的建議，確定發酵溫度為36℃，酵母用量為2%，pH在中性或偏酸性左右。發酵時間用薄層色譜法跟蹤觀察確定，當發酵5h后，平板上葡萄糖斑點完全消失，因此確定發酵時間為5h。

根據1.5.1的測定方法，分別對未發酵糖液和發酵后糖液進行還原糖測定，測定結果為，盾葉薯蕷總還原糖的得率為2.19%，鼠李糖得率為1.5%。

2.3 處理后水質測定結果

根據各項標準，對酸解液和排放液進行了測定，結果如表3所示。工業上采用直接酸解法生產皂素，其廢液的各項污染指標都十分驚人。本實驗采用預分離法生產皂素，雖然減少了酸污染，但酸解液的各項指標仍然不合格，無法達到國家直接排放標準的要求。然而，通過對酸解液進行鼠李糖的提取后，僅排放水洗液，則各項指標皆符合國家標準。

3 結論

3.1 本實驗研究了從盾葉薯蕷皂苷酸解液中提取鼠李糖的方法，通過中和、脫色以及發酵等一系列手段，成功地獲得了鼠李糖，鼠李糖得率達1.5%。

3.2 通過單因素實驗和正交實驗，確定了脫色的最佳優化方案:活性炭加入量為1.5%，脫色時間為40min，脫色溫度為70℃，酸解液pH為2，平均脫色率可達99.28%。

3.3 在預分離法獲得高得率皂苷元的基礎上，通過對酸解液的處理，既得到了具有經濟價值的鼠李糖，又對強污染的酸解液進行了處理，為減少污染，合理利用盾葉薯蕷資源提供了一種新思路。

3.4 通過對排放水的化學需氧量、氨氮、氯化物、pH、色度等標準的測定，確定符合國家行業標準，為本工藝的可行性提供了實驗基礎及理論依據。

［1］都述虎，夏重道，付鐵軍，等.穿龍薯蕷總皂甙水解條件的優化［J］.中成藥，2000，22(9):608-610.

［2］吳成昌，田杰，戴軍發.黃姜產業可持續發展對策研究［J］.環境科學與技術，2005，28(2):95-97.

［3］Rothrock J W，Hammes P A，McAlccr W J.Isolation of diosgenin by acid hydrolysis of saponin［J］.Ind Eng Chem，1957，49:186-188.

［4］李謙，高向濤，任玉珍，等.表面活性劑強化提取黃姜中薯蕷皂苷的研究［J］.精細化工，2009，26(2):122-125.

［5］龔美珍，涂志英.從黃姜生產皂素廢水中提取焦糖色素的工藝研究［J］.食品科技，2009，34(9):210-213.

［6］楊謙，田萍，杜寶中.黃姜中鼠李糖的提取［J］.西安理工大學學報，2008，24(3):366-369.

［7］肖芳，鄭小江，譚遠友，等.穿龍薯蕷皂甙酸解液中鼠李糖的提取［J］.化學與生物工程，2009，26(8):54-57.

［8］王秀軍，高錦明，李曉明，等.鼠李糖制備新工藝研究［J］.西北農業學報，2006，15(6):183-185.

［9］張來新.以蘆丁制備鼠李糖［J］.中成藥，2003，25(10):849 -850.

［10］李玉山.蘆丁水解液發酵法制備L-鼠李糖的工藝［J］.食品與生物技術學報，2009，28(4):532-534.

［11］GB 20425-2006.皂素工業水污染物排放標準［S］.

［12］劉樹興，侯屹，李祥.超聲波-表面活性劑協同提取盾葉薯蕷總皂苷［J］.精細化工，2010，27(6):562-566.

［13］唐璇，李穩宏，李新生，等.黃姜中黃色素的提取工藝研究［J］.食品科學，2006，27(10):337-340.

［14］趙凱，許鵬舉，谷廣燁.3，5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖含量的研究［J］.食品科學，2008，29(8):534-536.

［15］Michael Ramm，Martina Lobe，Matthias Hamburger.A simple method for preparation of D-rhamnose［J］.Carbohydrate Research，2003，338:109-112.

［16］倪靜安，高世萍，李運濤，等.無機及分析化學實驗［M］.北京:高等教育出版社，2007:159-161.

［17］GB 7478-87.水質銨的測定蒸餾和滴定法［S］.

［18］GB 11896-89.水質氯化物的測定硝酸銀滴定法［S］.

［19］GB 11903-89.水質色度的測定［S］.

Study on extraction of rhamnose from dioscin hydrolyzation liquid of Dioscorea zingiberensis C.H.Wright

LIU Shu-xing1，HOU Yi1，*，LI Xiang2，PENG Shu-han2
(1.College of Life Science and Engineering，Shaanxi University of Science＆Technology，Xi’an 710021，China; 2.College of Chemistry＆Chemical Engineering，Shaanxi University of Science＆Technology，Xi’an 710021，China)

The technology of rhamnose extraction from dioscin hydrolyzation liquid was studied with Dioscorea zingiberensis C.H.Wright as the raw material.The rhamnose was successful obtained through a set of methods as crushing，dioscin extraction，acid hydrolysis，neutralization，decolorization and fermentation.Optimized process by orthogonal experiments was obtained for the best decolor conditions as active carbon addition at 1.5%，40min of decolor time，70℃ of decolor temperature，pH of hydrolyzation liquid at 2.With the conditions of 2%yeast addition and temperature of 36℃，glucose can be removed through 5h fermentation，obtained rhamnose with a yield of 1.5%.Experimental discharge water conforms to national standards，had a certain sense to improve economic value and reduce saponin industrial pollution.

Dioscorea zingiberensis C.H.Wright;dioscin;rhamnose;extraction

TS255.1

B

1002-0306(2011)09-0239-04

盾葉薯蕷(Dioscorea zingiberensis C.H.Wright)俗稱黃姜，為我國特有的薯蕷科薯蕷屬植物。其根莖富含薯蕷皂苷元(diosgenin)，是合成甾體激素和避孕類藥物的主要原料［1］。目前，工業上生產薯蕷皂苷元主要還是采用直接酸水解法，該法水解耗酸量大，對環境污染嚴重，且許多資源沒有得到應用［2-3］。采用預分離法，先從黃姜中提取薯蕷皂苷，然后再進行酸水解提取皂苷元［4］。這樣不但能減少酸的污染，而且能夠對淀粉和糖類資源進行利用，從而降低成本。生產皂苷元后殘余的酸解液是一種強酸性高濃度的有機廢水，其主要污染物是酸、葡萄糖、鼠李糖和色素［5］。其中皂苷水解后的糖鏈中包含一個葡萄糖和兩個鼠李糖，可作為一種生產鼠李糖的原料［6］。鼠李糖作為一種還原糖，主要應用于生化研究和醫藥食品等領域。它是許多藥物的重要中間體，能用于合成香料，也可作為甜味劑，添加到高檔咖啡、飲料和肉質品中，具有較高的經濟價值［7-8］。本實驗在獲得高得率的皂苷元的前提下，對水解后的酸解液進行了處理。利用中和法和活性炭吸附作用可以除去酸和色素，應用葡萄糖的可發酵性，以及鼠李糖溶于甲醇而葡萄糖不溶于甲醇的特性［9-10］，可以除去葡萄糖，從而得到鼠李糖產品。這樣不但提高了皂苷元產業的經濟效益，而且經過處理后出水水質符合《皂素工業水污染物排放標準》［11］。

2010-11-19 *通訊聯系人

劉樹興(1962-)，男，碩士，教授，主要從事食品加工與食品添加劑的研究。

陜西省自然科學基金(2007C125);陜西省科技廳重點實驗室建設項目。