蘭州百合鱗莖多糖超聲波輔助提取工藝優化及穩定性研究

李剛剛 - 孫 靜 伏衡一 - 效碧亮 -

(蘭州理工大學技術工程學院，甘肅 蘭州 730050)

蘭州百合為百合科百合屬多年生草本球根植物，纖維少，色澤潔白如玉，是中國唯一食用甜百合[1]。因其多糖含量較多，具有抗衰老、提高免疫力、降低血脂等功能[2]。楊穎等[3]研究發現蘭州百合多糖可通過提高機體免疫功能增強化療藥物的抑瘤效果，并降低化療的毒性損傷。目前中國對蘭州百合多糖提取已有較多研究[4-5]，主要采用熱回流水提法，該法浸取率偏低且提取時間較長。

試驗擬以蘭州百合廢棄鱗莖為原料，采用超聲波輔助法提取其多糖，并對多糖的穩定性進行測定，為蘭州百合廢棄物的綜合利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

蘭州百合：產地甘肅蘭州彭家坪；

葡萄糖標準品：上海金穗生物科技有限公司；

無水乙醇、濃硫酸、苯酚等：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

真空干燥箱：DZF-6020型，上海圣科儀器設備有限公司；

旋轉蒸發儀：RE-52A型，上海亞榮儀器廠；

數控超聲波清洗器：KQ-500DB型，上海圣科儀器設備有限公司；

冷凍干燥機：Scientz-10N 型，寧波新芝生物科技有限公司；

分光光度計：UV-3000型，上海美譜達儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 蘭州百合多糖的提取 蘭州百合廢棄鱗莖，干燥(50 ℃，12 h)，粉碎，過40目篩得百合粉。稱取10.0 g百合粉，按料液比1∶10(g/mL)，超聲頻率40 kHz，超聲池水位120 mm，超聲功率200 W，50 ℃超聲波輔助提取60 min，減壓抽濾，濾液濃縮至原濾液1/4后，加入4倍體積無水乙醇靜置醇沉，離心(4 000 r/min，15 min)分離，所得沉淀冷凍干燥(冷阱溫度-60 ℃，真空度0.09 MPa，干燥12 h)，得蘭州百合粗多糖[4-7]。

1.2.2 蘭州百合多糖含量及提取率的測定 采用苯酚—硫酸法[8-9]測定蘭州百合多糖含量。以葡萄糖標準品繪制標準曲線，得線性回歸方程：A=0.013m-0.009(R2=0.998)。按式(1)計算蘭州百合多糖提取率。

E=(CV/M)×100%，

(1)

式中：

E——蘭州百合多糖提取率，%；

C——蘭州百合多糖提取液濃度，mg/mL；

V——蘭州百合多糖提取液體積，mL；

M——蘭州百合粗多糖質量，mg。

1.2.3 單因素試驗設計

(1)料液比：在超聲功率200 W，超聲頻率40 kHz，超聲時間60 min，超聲溫度50 ℃的條件下，考察料液比[1∶5，1∶10，1∶15，1∶20，1∶25(g/mL)]對蘭州百合多糖提取率的影響。

(2)超聲功率：在料液比1∶15(g/mL)，超聲頻率40 kHz，超聲時間60 min，超聲溫度50 ℃的條件下，考察超聲功率(100，150，200，250，300 W)對蘭州百合多糖提取率的影響。

(3)超聲溫度：在料液比1∶15(g/mL)，超聲功率250 W，超聲頻率40 kHz，超聲時間60 min的條件下，考察超聲溫度(50，60，70，80，90 ℃)對蘭州百合多糖提取率的影響。

(4)超聲時間：在料液比1∶15(g/mL)，超聲功率250 W，超聲頻率40 kHz，超聲溫度70 ℃的條件下，考察超聲時間(20，40，60，80，100 min)對蘭州百合多糖提取率的影響。

1.2.4 正交試驗設計 在單因素試驗基礎上，以蘭州百合多糖提取率為評價指標進行正交試驗，篩選最佳提取工藝條件。

1.2.5 蘭州百合多糖穩定性試驗

(1)H2O2對蘭州百合多糖提取物穩定性的影響：取蘭州百合粗多糖0.100 0 g 溶解于100 mL水中配制成母液，加入30%的H2O2，使H2O2含量為0.15%，0.30%，0.45%，0.60%，0.75%，0.90%，混合后密封靜置冷藏24 h后，在 490 nm處測定吸光度[10-11]。

(2)Na2SO3對蘭州百合多糖提取物穩定性的影響：取蘭州百合粗多糖 0.100 0 g溶解于100 mL水中配制成母液，加入適量Na2SO3，使Na2SO3含量為0.25%，0.50%，0.75%，1.00%，混合后密封靜置冷藏24 h后，在490 nm處測定吸光度[10-11]。

1.3 數據處理

采用Excel 2007制作圖表，SPSS Statistios17.0軟件進行數據處理分析。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果

綜合圖1及蘭州百合多糖提取效果可知，蘭州百合多糖提取工藝條件為：料液比1∶15(g/mL)、超聲功率250 W、超聲溫度70 ℃、超聲時間60 min。當料液比達到1∶15(g/mL)時，多糖提取率達到最大，隨溶劑量增大，大量非多糖類水溶性物質浸出，導致提取率減小；超聲時間60 min時達到最大值，因初始提取液中百合多糖濃度低，延長提取時間有助于多糖的溶出，但當多糖的溶出達到一定程度后，單純延長時間很難再促進多糖的進一步溶解，甚至使多糖降解[9]，影響蘭州百合多糖提取率。

圖1 不同因素對蘭州百合多糖提取率的影響

2.2 蘭州百合多糖提取工藝優化

依據單因素試驗結果，確定正交試驗的因素水平見表1。正交試驗結果見表2。

表1 正交試驗因素水平表

Table 1 Orthogonal test factors and treatment level arrangement

因素A料液比(g/mL)B超聲功率/WC超聲溫度/℃D超聲時間/min11︰10200604021︰15250706031︰203008080

表2 正交試驗結果

由表2可知，影響蘭州百合多糖提取率因素的主次順序為：A(料液比)>B(超聲功率)>C(超聲溫度)>D(超聲時間)，最佳提取工藝為：料液比 1∶20(g/mL)，超聲功率250 W，超聲溫度 60 ℃，超聲時間 60 min。經3次重復實驗驗證，蘭州百合多糖提取率為18.44%。由表3可知，料液比、超聲功率和超聲溫度對蘭州百合多糖提取率有顯著影響。在細胞壁表面多糖組分傳質擴散速率較慢，而超聲波的空化效應能加速物質中分子的運動[12]，增強細胞滲透效應與毛細管效應，有利于蘭州百合中的多糖組分轉移、擴散[13]，提高多糖提取率，縮短提取時間，對蘭州百合多糖結構及理化性質影響較小。

表3 方差分析表

2.3 H2O2對蘭州百合多糖提取物穩定性的影響

由圖2可見，當H2O2濃度為0.15%～0.90%時，蘭州百合多糖提取物水溶液的吸光度隨H2O2濃度的增大逐漸減小，因為H2O2具有較強的氧化性，使多糖羥基氧化，分子鏈斷裂，說明蘭州百合多糖抗氧化性較差。

圖2 氧化劑H2O2對蘭州百合多糖提取物穩定性的影響

Figure 2 Effects of oxidants H2O2on the stability of polysaccharide extracts fromLiliumdavidiivar

2.4 Na2SO3對蘭州百合多糖提取物穩定性的影響

由圖3可知，蘭州百合多糖提取物水溶液的吸光度隨還原劑Na2SO3濃度的增大略有減小，可能是還原劑Na2SO3未與蘭州百合多糖發生化學反應，多糖結構相對穩定，說明其具有良好的抗還原性。

3 結論

采用正交試驗優化蘭州百合多糖超聲波輔助提取工藝，得最佳條件為料液比 1∶20(g/mL)，超聲功率250 W，超聲溫度 60 ℃，超聲時間 60 min。此條件下，蘭州百合多糖提取率為18.44%。采用此工藝提取蘭州百合多糖，提取率高于熊明郁等[4]、高丹丹等[5]采用的水提法。蘭州百合多糖提取物的穩定性研究表明，蘭州百合多糖提取物抗氧化性較差，易被H2O2氧化，具有良好的抗還原性。

圖3 還原劑Na2SO3對蘭州百合多糖提取物穩定性的影響

Figure 3 Effect of reducing agent Na2SO3on the stability of polysaccharide extracts fromLiliumdavidiivar

試驗提供了一種簡單高效的提取方法，后期可采用微波、生物酶、粒子液體等其他方法進一步減少提取時間。