微波輔助提取枸杞多糖工藝條件優(yōu)化

龐亞茹，朱風濤，吳茂玉，古靜燕，陳義倫，馬超（.山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山東泰安708；.中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南5004）

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微波輔助提取枸杞多糖工藝條件優(yōu)化

龐亞茹1，2，朱風濤2，吳茂玉2，古靜燕2，陳義倫1，馬超2
（1.山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山東泰安271018；2.中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南250014）

摘要：采用微波輔助提取法從枸杞中提取枸杞多糖。以粗多糖得率為量化指標，利用單因素試驗和正交試驗設(shè)計法優(yōu)化枸杞多糖的微波最佳提取工藝為：料液比1∶20（g/mL）、溫度85℃、微波時間45 min、微波功率200 W。粗多糖的最終得率可達到7.22%。

關(guān)鍵詞：枸杞多糖；微波；提取工藝

枸杞（Lycium barbarum）屬茄科落葉灌木，其果實為卵圓形紅漿果，食藥兼用。據(jù)《本草匯言》載：“枸杞能使氣可充，血可補，陽可生，陰可長，火可降，風濕可去，有十全之妙用焉。”枸杞營養(yǎng)成分非常豐富，除蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、類胡蘿卜素和抗壞血酸之外，還含有多種微量元素、維生素和氨基酸，有廣闊的市場前景和發(fā)展空間。

枸杞多糖（Lycium Barbarum Polysaccharides，LBP）作為枸杞中重要的一類有效活性成分，具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗氧化、抗衰老、降血壓、降血脂、降血糖、護肝、抗疲勞、耐缺氧以及保護生精細胞等生物活性作用，是當前枸杞研究領(lǐng)域內(nèi)的熱點。枸杞多糖易溶于熱水或稀酸、稀堿溶液，能被乙醇、丙酮等有機溶劑析出，干燥后為白色纖維狀疏松固體［1］，其提取過程大致可以分為：預處理→多糖浸提→多糖醇沉→脫蛋白→干燥。枸杞多糖提取的方法有很多，較為傳統(tǒng)的有水提醇沉法、堿液提取法和酶提取法，近年來常用的方法有微波輔助提取法、超聲波輔助提取法以及超聲波-微博聯(lián)合萃取等方法。本課題主要研究微波輔助法提取枸杞中的多糖。

微波輔助提取是利用微波能強化溶劑萃取效率，即利用微波加熱來加速溶劑對固體樣品中目標萃取物（主要是有機化合物）的萃取過程。微波具有波動性、高頻特性以及熱特性或非熱特性（生物效應）等特點［2］。邱志敏［3］等利用響應面法優(yōu)化枸杞多糖的微波輔助水提取工藝得到最佳提取工藝為微波功率300 W，微波時間1.8 min，液料比26∶1（g/mL），枸杞粗多糖得率可以達到9.57%。在此工藝條件下微波輔助提取枸杞多糖的DPPH清除率比BHA低5%左右，但ORAC值及抗油脂酸敗能力略高于BHA，總體來說抗氧化活性與水提多糖相近。微波輔助法提取枸杞多糖在縮短提取時間、提高提取率、降低成本等各方面具有顯著作用。

1　材料與方法

1.1材料

精河枸杞：新疆博州精河縣出產(chǎn)。

1.2主要試劑與設(shè)備

苯酚（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；硫酸（優(yōu)級純）：山東濟南化學研究院；無水乙醇（分析純）：天津市富宇精細化工有限公司；丙酮（優(yōu)級純）：天津市化學試劑二廠；葡萄糖（優(yōu)級純）：天津市科密歐化學試劑開發(fā)中心。

1.3儀器設(shè)備

電熱鼓風干燥箱BGR-240：上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；高速萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；XH-300A祥鵠電腦微波超聲波組合合成/萃取儀：北京祥鵠科技發(fā)展有限公司；Heraeus sepatech高轉(zhuǎn)速離心機：德國Heraeus公司；Rotavapor R-3旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：瑞士BUCHI有限公司；IKA RH basic 1電加熱器：德國IKA公司；PL2002精密天平：瑞士Mettler Toledo公司 ；TU-1810紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；數(shù)顯式電熱恒溫水浴鍋：上海迅博實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；KQ-500E型超聲波清洗器：舟山市超聲儀器有限公司；SHB-3循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司。

2　方法

2.1枸杞粗多糖提取工藝

新鮮枸杞→烘干→粉碎→加一定體積純水→微波輔助萃取→枸杞提取液→離心→抽濾→濾液蒸發(fā)濃縮→4倍乙醇沉淀→4℃過夜靜置→離心→粗提物→無水乙醇、丙酮洗滌→70℃條件下干燥→枸杞粗多糖→計算得率。

2.2枸杞粗多糖含量的測定

采用苯酚-硫酸法測定枸杞中粗多糖含量［4］。

2.2.1葡萄糖標準曲線的繪制

精密稱取105℃干燥恒重的標準葡萄糖0.1 g（精確到0.000 1 g），加水溶解并定容至1 000 mL即得。精密吸取此溶液0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，分置于具塞試管中，各加蒸餾水使體積為2.0 mL，再各加苯酚液1.0 mL，搖勻，迅速滴加硫酸5.0 mL，搖勻后放置5 min，置沸水浴中加熱15 min，取出冷卻至室溫；另以蒸餾水2.0mL，加苯酚和硫酸，同上操作為空白對照。于490 nm處測定吸光度，繪制標準曲線。

2.2.2多糖的測定

準確吸取待測液一定量（視待測液濃度而定），加蒸餾水至2 mL，以下操作按標準曲線繪制下的方法測定吸光度，根據(jù)標準曲線查出顯色液中葡萄糖含量。

2.2.3測定結(jié)果的計算

式中：W為多糖含量，%；ρ為顯色液中葡萄糖含量，μg；V1為樣液定容體積，mL；f為3.19葡萄糖換算多糖的換算因素；m為試樣質(zhì)量，g；V2為吸取待測液的體積，mL。

每個試樣取兩個平行進行測定，以其算術(shù)平均值為測定結(jié)果，允許相對偏差為5%。

2.4單因素試驗

2.4.1溫度對枸杞多糖得率的影響

稱取枸杞干粉10 g，在功率350 W，料液比1∶10（g/mL）的條件下，設(shè)置溫度為60、70、80、90℃，提取35 min，每個溫度做3個平行試驗，最后取平均值，比較不同溫度對枸杞多糖提取效果的影響。結(jié)果見圖1。

圖1　溫度對粗多糖得率的影響Fig.1　The effect of extraction temperature on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

結(jié)果如圖1所示，隨著溫度的升，高多糖含量不斷提高，這是因為隨著溫度的增加，多糖分子劇烈的做無規(guī)則運動，使反應更加充分，從而增加了多糖的溶出。由圖可以看出，溫度從80℃增加至90℃時多糖溶出量明顯高于從60℃至80℃的增加幅度，因此選擇溫度為90℃。

2.4.2功率對枸杞多糖得率的影響

稱取枸杞干粉10 g，在85℃，料液比1∶10（g/mL）條件下，設(shè)置功率為100、200、300、400W，提取35min，每個功率做3個平行試驗，最后取平均值，比較不同功率對枸杞多糖提取效果的影響。結(jié)果見圖2。

結(jié)果如圖2所示，隨著功率的提高多糖含量不斷提高，這是因為隨著功率的增加，使枸杞細胞破碎更加充分，將更多的多糖從枸杞原料中溶出。從綜合得率和降低能耗等方面因素，最終選擇功率為400 W。

2.4.3料液比對枸杞多糖得率的影響

稱取枸杞干粉10 g，在85℃，功率350W條件下，設(shè)置料液比為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25（g/mL），提取35 min，每個料液比做三個平行試驗，最后取平均值，比較不同料液比對枸杞中多糖提取效果的影響。結(jié)果見圖3。

圖2　微波功率對粗多糖得率的影響Fig.2　The effect of microwave power on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

圖3　 料液比對粗多糖得率的影響Fig.3　The effect of extraction solid-liquid ratio on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

結(jié)果如圖3所示，料液比在1∶20（g/mL）時多糖提取率達到最高，因此選擇料液比為1∶20（g/mL）。

2.4.4時間對枸杞多糖得率的影響

稱取枸杞干粉10 g，在85℃，功率350 W，料液比為1∶10（g/mL）條件下，設(shè)置時間為5、10、20、30、40min，每個時間組做3個平行試驗，最后取平均值，比較不同提取時間對枸杞中多糖提取效果。結(jié)果見圖4。

圖4　 時間對粗多糖得率的影響Fig.4　The effect of extraction time on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

結(jié)果如圖4所示，隨著時間的增加多糖提取率不斷提升高，可能是因為時間越久，枸杞細胞破碎越完全，析出多糖的量越多，因此選擇時間為40 min。

2.5正交試驗

2.5.1正交試驗各因素選擇

在單因素試驗的基礎(chǔ)上選擇溫度、功率、料液比、時間、進行正交試驗。

2.5.2正交試驗結(jié)果

枸杞多糖微波輔助提取正交試驗設(shè)計因素與水平表見表1，正交試驗設(shè)計與結(jié)果見表2。

表1　枸杞多糖提取的正交設(shè)計因素與水平表Table 1　Factors and levels for orthogonal test

表2　正交試驗設(shè)計與結(jié)果Table 2　Results of orthogonal test

由表2可以直觀看出A因素影響顯著，4個因素對試驗的影響順序是：A＞D＞B＞C，即溫度＞料液比＞時間＞功率。理論最優(yōu)組合為A1D2B3C2，即溫度為85℃，時間45 min，功率200 W，料液比1∶20（g/mL）。

在此條件下做驗證試驗，得到的多糖含量為7.22%，說明在微波輔助提取工藝中，這一參數(shù)組合的確最佳。

3　結(jié)論

本試驗以新疆精河枸杞為試驗原料，采用微波輔助萃取法提取水溶性多糖，溫度是影響提取效率的一個關(guān)鍵因素，隨著溫度的升高，由于分子熱運動的加劇，可以促進多糖的溶出。時間是影響提取效率的另一關(guān)鍵因素，隨著時間的延長，多糖的得率會增加，但是當分子的擴散達到平衡以后，提取時間的延長對于多糖的得率就不會再有任何的影響作用。水的用量對提取過程有較大的影響，如果用量過小，大量的多糖就會存留在枸杞粉的殘渣中，但是料液比過大耗時又耗能，會給濃縮工作帶來很大的負擔，降低提取的效率。微波功率對多糖的提取也有一定影響，隨著功率的提高多糖含量不斷提高，這是因為隨著功率的增加，使枸杞細胞破碎更加充分，將更多的多糖從枸杞原料中溶出。但是從設(shè)備參數(shù)設(shè)置和能耗等方面考慮，過高或過低都不理想。因此，綜合以上分析以及通過單因素試驗和正交試驗的結(jié)果分析可以得出，影響枸杞粗多糖提取率的因素順序是：提取溫度＞料液比＞提取時間＞功率，最優(yōu)的提取工藝條件是：溫度為85℃，時間45 min，功率200 W，料液比1∶20（g/mL），最優(yōu)方案的枸杞粗多糖的得率是7.22%。

參考文獻：

［1］黃秋婷，陳遠鋒.枸杞多糖的研究及其進展［J］.食品研究與開發(fā)，2006，127（1）：172-174

［2］胡冠九，徐明華.微波萃取在環(huán)境有機分析樣品中的應用［J］.江蘇環(huán)境科技，1997（1）：31-33，36

［3］邱志敏，芮漢明.微波輔助提取枸杞多糖的工藝優(yōu)化及其抗氧化性研究［J］.食品工業(yè)科技，2012，33（7）：220-227

［4］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 18672-2014附錄A枸杞多糖測定［S］.北京：中國標準出版社，2014：5-6

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.11.012

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃“枸杞等西北特產(chǎn)資源生態(tài)高值利用技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)”（2012BAD36B04）

作者簡介：龐亞茹（1991—），女（漢），碩士研究生在讀，研究方向：果蔬采后深加工與綜合利用。

收稿日期：2015-04-28

Microwave-assisted Extraction of Lycium barbarum Polysaccharides

PANG Ya-ru1，2，ZHU Feng-tao2，WU Mao-yu2，GU Jing-yan2，CHEN Yi-lun1，MA Chao2

（1.College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Tai'an 271018，Shandong，China；2.China Technology&Research of Storage&Processing of Fruit&Vegetable（CTCF），Jinan 250014，Shandong，China）

Abstract：Single factor experiment and orthogonal experiment design was used to optimize microwave extraction of polysaccharide from Lycium barbarum，to put the polysaccharide yield as a evaluation index.Results showed that the best extraction conditionsas flows：the highest yield（7.22%）of the polysaccharide was obtained under 200 W of microwave power for 45 minutes at solid-solution rate of 1∶20（g/mL）at 85℃.

Key words：Lycium barbarum polysaccharide；microwave；extraction technology