花生粕多糖提取方法的比較和提取條件的優化*

高思思，高航，徐虹

(北京工商大學，北京市食品添加劑工程技術研究中心，食品營養與人類健康北京高精尖創新中心，北京，100048)

花生，原名落花生，是亞洲、非洲等大部分地區的重要作物之一［1］。花生粕是脫殼花生果經榨油后的副產物。花生粕呈淡褐色或深褐色，有淡淡的花生香味，形狀為小塊或粉狀。花生餅粕富含多種功效成分，如糖類、黃酮類、氨基酸、蛋白質、鞣質、三萜或甾體類化合物和一些人體必需的微量元素等［2］，其中糖類物質是花生粕的第二大功效成分，其含量在30%左右。現代研究表明，多糖具有抗氧化、保護肝臟、降血糖等生物活性［3-6］。長期以來，對于花生粕的研究主要集中花生餅粕蛋白、多肽的制備上，花生餅粕中的多糖等活性物質沒有被進一步的深度開發利用［7-8］。

目前關于多糖的提取方法已有很多，如酸堿提取法［9-10］、超聲輔助提取法［11］、酶提取法［12］等，但均存在不同的缺點，如酸堿提取法易破壞多糖結構且易造成酸堿殘留，超聲輔助提取法由于超聲波的空化作用和機械剪切作用可能造成多糖結構的破壞和降解，酶提取法耗時長且成本高。微波提取技術因其快速、高效、安全的特點，已被廣泛應用于天然產物的開發研究中。本研究采用傳統的熱水浸提法和微波輔助提取法提取花生粕多糖并比較了提取效果。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

花生粕，由山東沂蒙山花生油股份有限公司提供。

濃H2SO4(分析純)，購自北京化工廠;苯酚(分析純)，購自國藥集團化學試劑公司;葡萄糖(分析純)，購自北京益利精細化學品有限公司。

752N紫外可見分光光度計，上海精科有限公司;HH-501超級恒溫水浴(數顯)，常州國華電器有限公司;DHG-9246A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精密實驗設備有限公司;高速冷凍離心機，美國Sigma公司;微波催化合成/萃取儀，北京祥鵠科技發展有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝路線

熱水浸提法［13-15］:脫脂花生粕2 g→熱水浸提→10 000 r/min離心15 min→取上清液→苯酚-硫酸法測定總糖含量

微波輔助提取法［16-18］:脫脂花生粕2 g→加入一定量的蒸餾水→微波處理→10 000 r/min離心15 min→取上清液→苯酚-硫酸法測定總糖含量

1.2.2 多糖含量與提取率的計算

1.2.2.1 標準曲線的繪制

精確稱取在105℃干燥至恒重的葡萄糖標準樣品20 mg于500 mL容量瓶中，得到質量濃度為40 μg/mL的標準溶液，備用。準確吸取0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 及 1.8 mL 標準溶液，分別加蒸餾水補足到2.0 mL，然后再分別加入5%的苯酚1 mL，98%濃H2SO45 mL，靜止10 min，搖勻，在室溫下放置20 min。以0號管作為空白對照，在490 nm處分別測定吸光值，以葡萄糖質量濃度為橫坐標，吸光值為縱坐標，繪制出葡萄糖的標準曲線。得回歸方程為Y=0.0148x+0.010 1，R2=0.998 3，說明葡萄糖在8～36 μg內呈良好的線性關系。

1.2.2.2 樣品多糖含量的測定

精密吸取1 mL樣品溶液，采用苯酚-硫酸法，在490 nm處測定吸光值，從而利用標準曲線方程計算樣品中多糖的含量。多糖提取率用下式計算:

1.2.2.3 單因素試驗

熱水浸提法:分別以料液比、提取時間、提取溫度為單因素進行試驗，考察各單因素對花生粕多糖提取率的影響。

微波輔助提取法:分別以料液比、微波時間、微波功率為單因素進行試驗，考察各單因素對花生粕多糖提取率的影響。

1.2.2.4 微波輔助提取法正交試驗設計

選取微波時間(A，min)、微波功率(B，W)、料液比(C，g∶mL)，做4 因素3 水平(L34)的正交試驗優化花生粕多糖的提取工藝，實驗因素和水平表見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels oforthogonal test

2 結果與分析

2.1 熱水浸提法單因素實驗

2.1.1 提取時間對多糖提取率的影響

稱取脫脂花生粕2 g，粉碎過100目篩，固定料液質量比為1∶10(g∶mL)，溫度90℃下分別提取60、90、120、150、180 min，不同提取時間的花生粕多糖提取率變化如圖1所示。

圖1 提取時間對多糖提取率的影響Fig.1 Influence ofextraction time on the yield of polysaccharide extraction

由圖1可知，提取時間對花生粕多糖提取率有較大影響。隨著提取時間的延長，花生粕多糖的提取率逐漸增加，在120 min時花生粕多糖的提取率達到最大，超過120 min后，多糖提取率隨時間的延長逐漸下降。故選擇120 min作為進一步優化提取條件的浸提時間。

2.1.2 提取溫度對多糖提取率的影響

稱取脫脂花生粕2 g，粉碎過100目篩，固定料液質量比為1∶10(g∶mL)，在溫度為 60、70、80、90、100℃條件下浸提120 min，不同提取溫度的花生粕多糖提取率變化如圖2所示。

圖2 提取溫度對多糖提取率的影響Fig.2 Influence of extraction temperature on the yield of polysaccharide extraction

由圖2可知，在所選的5個溫度下，隨著溫度的升高，花生粕多糖的提取率隨之提高，其中多糖的提取率從90℃到100℃有非常明顯的提高，到達100℃時提取率達到最大。故選擇100℃作為進一步優化提取條件的浸提溫度，但實際生產中，還要結合生產條件、設備等條件進行選擇。

2.1.3 料液比對多糖提取率的影響

稱取脫脂花生粕2 g，粉碎過100目篩，料液質量比為 1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50(g∶mL)，在溫度為100℃條件下浸提120 min，不同料液比的花生粕多糖提取率變化如圖3所示。

圖3 料液比對多糖提取率的影響Fig.3 Influence of solid/liquid ratio on the yield of polysaccharide extraction

由圖3可知，隨著料液比的增加，花生粕多糖的提取率先增大后減少，在1∶40(g∶mL)處達到最大值，隨后增大料液比，多糖的提取率開始緩慢下降，故選擇1∶40作為進一步優化提取條件的浸提料液比。

2.2 微波輔助提取法單因素實驗

2.2.1 提取時間對多糖提取率的影響

稱取脫脂花生粕2 g，粉碎過100目篩，固定料液質量比為1∶10(g∶mL)，功率為400 W下分別提取1、2、3、4、5 min，不同提取時間的花生粕多糖提取率變化如圖4所示。

圖4 微波輔助提取時間對多糖提取率的影響Fig.4 Influence of extraction time on the yield of polysaccharide extraction assisted by microwave

由圖4可知，在提取時間為2 min以前，隨著提取時間的延長，多糖提取率逐漸升高。但輻射時間超過2 min時，花生粕多糖的提取率反而有所下降，可能是因為微波在短時間內迅速升溫，微波時間越長溫度越高，過高的溫度使部分多糖結構破壞，從而導致提取率下降。故選擇2 min作為進一步優化提取條件的最佳提取時間。

2.2.2 微波功率對多糖提取率的影響

稱取脫脂花生粕2 g，粉碎過100目篩，固定料液質量比為1∶10(g∶mL)，在功率為200、300、400、500、600 W條件下浸提2 min，不同微波功率的花生粕多糖提取率變化如圖5所示。

圖5 微波功率對多糖提取率的影響Fig.5 Influence of microwave power on the yield of polysaccharide extraction

由圖5可知，隨微波功率提高，花生粕多糖提取率隨之提高，當提取功率達到300～400 W時達到最大，經統計學分析，當提取功率分別為300 W和400 W時，所得提取率之間沒有顯著性差異(P＞0.05)。但之后多糖提取率隨微波功率的提高而逐漸下降，可能是因為功率過高導致多糖氧化分解。故選擇微波功率為300 W作為進一步優化的提取條件的最佳功率。

2.2.3 料液比對多糖提取率的影響

稱取脫脂花生粕2 g，粉碎過100目篩，料液質量比為 1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30(g∶mL)，在功率為400 W條件下輻射2 min，不同料液比的花生粕多糖提取率變化如圖6所示。

圖6 微波輔助料液比對多糖提取率的影響Fig.6 Influence of solid/liquid ratio on the yield of polysaccharide extraction assisted by microwave

由圖6可知，隨著料液比提高，花生粕多糖提取率隨之提高，當料液比達到1∶20(g∶mL)時達到最大，之后再提高料液比，多糖提取率提高不顯著，可能是因為多糖的溶出率已達到平衡，再增加提取液的量，溶出率也不會增加。故選擇1∶20作為進一步優化提取條件的最佳料液比。

2.3 微波輔助提取法正交試驗結果與分析

為了確定在提取過程中各因素的影響大小，本研究對微波輔助提取法提取花生粕多糖的3個單因素即提取時間(A)、微波功率(B)、料液比(C)進行正交試驗，并以多糖提取率作為提取工藝的判斷依據，正交試驗結果見表2。

表2 正交試驗結果及極差分析Table 2 Results of orthogonal test and range analysis

由表2的極差分析結果顯示，3個因素對花生粕多糖的提取率的影響依次為:微波功率(B)＞提取時間(A)＞料液比(C)，正交優化的條件為A2B1C3，即提取時間為2 min，微波功率為300 W，料液比為1∶25(g∶mL)。

2.4 驗證性實驗

由于正交實驗所確定的最佳條件并未包含在正交表的9個實驗中，為了進一步確認結果，按微波法提取花生粕多糖的最佳工藝條件A2B1C3，即提取時間為2 min，微波功率為300 W，料液比為 1∶25(g∶mL)的條件下分別進行重復性試驗3次，進行驗證，結果見表3。

表3 驗證實驗結果Table 3 Verification testing results

由表3可知，在此工藝條件下，多糖平均提取率為(9.93±0.03)%，優于正交實驗中任何一組。驗證實驗結果表明，最佳提取工藝條件為A2B1C3。

2.5 兩種提取方法比較

同法采用常規熱水浸提法得出花生粕多糖的最佳提取條件為料液比為1∶40(g∶mL)，提取時間為120 min，提取溫度為100℃，花生粕多糖提取提取率平均值為10.35%;微波輔助提取法最佳提取條件為料液比為1∶25(g∶mL)，提取時間為2 min，微波功率為300 W，花生粕多糖提取提取率平均值為9.93%。兩種提取方法比較見表4。

由表4可知，熱水浸提法花生粕多糖的提取率為10.35% ，微波輔助提取多糖的提取率為9.93%。與傳統高溫熱水浸提的方法相比較，微波輔助法的花生粕多糖提取率雖比傳統高溫熱水浸提法降低了0.42%，但采用微波輔助強化提取花生粕多糖的方法明顯地縮短了提取時間，減小了料液比。所以，微波輔助方法具有迅速、節能的特點，是強化輔助提取多糖的較好方法。

3 結論

本試驗采用熱水浸提法和微波輔助提取法提取花生粕多糖，并對花生粕多糖的提取工藝進行了優化。熱水浸提法的最佳工藝條件為:料液比為1∶40(g∶mL)、提取時間為120 min、提取溫度為100℃，多糖的提取率為10.35%;而微波輔助提取法適宜的提取條件為料液比為1∶25(g∶mL)、微波時間為2 min、微波功率為300 W，多糖提取率的平均值為9.93%。

本研究所用的微波輔助提取法提取花生粕多糖的提取率為9.93%，較文獻報道的超聲波法［19］、酶法［20］的提取率有了一定的提高，且超聲波法因設備價格高等原因，使其在工業化生產上具有一定的局限性，酶法的效果受溫度、pH、底物濃度、抑制劑等因素的限制，且耗時長、成本高，而微波法輔助提取花生粕多糖具有短時高效的特點，故微波輔助提取法是強化輔助提取多糖的較好方法，可為進一步研究多糖結構和生理功能奠定基礎。

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