基于苦瓜多糖規模化提取影響因素的考察及工藝的優化

楊稅

(蘇州衛生職業技術學院，江蘇 蘇州 215009)

1 背景

苦瓜多糖(momordicacharantia polysaccharide，簡稱MCP)是多糖中的一種，是由鼠李糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖組成的雜多糖，苦瓜多糖常常用于降血糖、抗氧化、抗腫瘤和抑菌等臨床疾病[1-2]。苦瓜多糖來源于苦瓜，而苦瓜是人們生活中一種很常見的蔬菜，中國預防醫學科學院營養與食品衛生研究所對新鮮苦瓜的營養成分和含量分析顯示鮮苦瓜中具有近20種成分，成分復雜，主要成分為水，其次是碳水化合物，即苦瓜多糖，苦瓜多糖本身是一種雜多糖，百分含量為2.60%～3.50%[3]。由于鮮苦瓜中苦瓜多糖含量低、成分復雜，所以其提取要求高，難度大，目前常見的提取方法有熱水浸提法、超聲波輔助提取法、微波萃取、雙酶水解法、超聲波提取法等[4]。通過對苦瓜多糖提取物的純度進行比較，選取最佳提取方法為雙酶水解法，如圖1。

鑒于苦瓜多糖的臨床應用價值，本文在原有的工藝上，通過進一步多因素考察，建立新工藝，減少了生產過程對環境的污染，簡化了生產環節，降低了生產成本，打開了規模化生產的途徑。

圖1 不同提取方法苦瓜多糖粗品的純度對比圖

2 儀器與和試劑

2.1 儀器 SHZ-D循環水式真空泵(河南鞏義市英峪豫華儀器廠)；112GKC控溫水浴鍋(上海蘇達實驗儀器有限公司)；MS-DS10A1豆漿機(廣東省精品電器制造有限公司)；海爾冰箱BCD-190WDPT(海爾集團)；R-30電動攪拌器(上海瑪尼儀器設備有限公司)；實驗室提取濃縮機組(濟寧榮匯超聲波設備有限公司)；循環水式多用真空泵(鄭州長城儀器有限公司)；766-0A型遠紅外快速干燥箱(上海新諾儀器設備有限公司)；TU-1800紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)。

2.2 材料和試劑 苦瓜：市售，來自蘇州農貿市場。80%乙醇、純化水、纖維素酶、果膠酶、木瓜蛋白酶、稀鹽酸、活性炭、葡萄糖、濃硫酸以及蒽酮試劑等。

3 方法與結果

3.1 提取工藝的選擇依據 薛美香等[5]在苦瓜多糖提取工藝的研究報道稱，苦瓜在干燥過程中有糖分的破壞和轉化，故選擇新鮮苦瓜為原料進行試驗更好。楊稅等[6]在不同類型苦瓜在苦瓜多糖提取上的比較性研究中對苦瓜多糖的提取方法進行比較(如圖1)中得出結論：苦瓜多糖提取最佳方法為雙酶水解法。楊稅等[7-9]在苦瓜多糖提取工藝的考察與優化中得到苦瓜多糖的工藝(如圖2)和葡萄糖的標準曲線(如圖3)。楊稅等[10]在不同類型苦瓜在苦瓜多糖提取上的比較性研究中對不同類型，不同時間段的苦瓜進行苦瓜多糖的提取和分析，得出結論：苦瓜選擇白(老)條形苦瓜。由此確定苦瓜多糖的來源，苦瓜多糖的提取方法，苦瓜多糖的工藝，葡萄糖的標準曲線以及苦瓜多糖的類型。

圖2 苦瓜多糖提取的工藝

圖3 葡萄糖標準曲線——吸光度與糖含量的標準曲線

3.2 苦瓜多糖生物酶提取工藝的進一步優化

3.2.1 反應條件的優化 結合酶的活性、大規模生產的實際條件，原材料自身特點等因素，在原有的提取工藝基礎上，進一步優化反應條件，酶的類型和比例為10 000 U·g-1纖維素酶，10 000 U·g-1果膠酶和木瓜蛋白酶(3∶1∶6)，機械攪拌(80 r·min-1)，pH值調節為5，水浴加熱溫度為50 ℃，浸提時間為1 h。

3.2.2 酶用量的確定 對酶的類型和比例不變，酶用量縮小為原來1/5做對照試驗考察酶用量的影響。兩份1 000 g水料比1∶1(mL∶g)的苦瓜漿分別加入10 000 U·g-1的纖維素酶，10 000 U·g-1的果膠酶和木瓜蛋白酶，用量比為3 g∶1 g∶6 g(優化后用量)和15 g∶5 g∶30 g(優化前用量)按照圖2工藝流程進行試驗，結果見表1。

表1 酶不同用量提取苦瓜多糖百分含量的對比

在酶的類型和比例不變的情況下對酶用量的考察顯示，多糖的含量和提取量基本上無差異，為了節約酶用量，最終確定10 000 U·g-1的纖維素酶，10 000 U·g-1的果膠酶和木瓜蛋白酶，用量為3 g∶1 g∶6 g。

3.2.3 水料比的確定 對不同水料比做對照進行試驗考察水料比的影響。水料比為1∶1，5∶1和10∶1的苦瓜漿1 000 g按照圖2工藝流程進行試驗，結果見表2。

表2 不同水料比提取苦瓜多糖百分含量的對比

在反應條件固定的情況下，對新鮮苦瓜的不同水料比考察顯示，多糖的含量和提取量基本上無差異，為了考慮充分使用勻漿和提取設備，減少資源浪費，最終確定水料比為1∶1。

3.2.4 新鮮苦瓜貯存條件的確定 由于苦瓜屬于季節性蔬菜，貯存時間短，貯存不當易出現成分流失。因此，對-25 ℃冷凍48 h苦瓜和常溫苦瓜做對照試驗考察苦瓜的貯存條件。兩份1 000 g水料比1∶1的不同貯存條件下的苦瓜漿分別按照圖2工藝流程進行試驗，結果見表3。

在反應條件固定的情況下，對新鮮苦瓜和冷凍苦瓜考察顯示，多糖的含量和提取量基本上無差異，苦瓜雖然是時令蔬菜，這驗證了低溫儲藏苦瓜對苦瓜多糖的提取無影響。

表3 -25 ℃冷凍48 h苦瓜和常溫苦瓜提取苦瓜多糖百分含量的對比

3.3 苦瓜多糖提取方法的優化 結合“3.2”項下苦瓜多糖生物酶提取因素考察結果，對苦瓜多糖提取工藝進一步優化，具體如下：選擇白條苦瓜，低溫冰箱-25 ℃冷凍48 h，取出解凍，去籽去瓤，洗凈切片，苦瓜與水按1∶1進行勻漿，取1 000 g苦瓜漿加入容量為2 000 mL圓底燒瓶中，加入10 000 U·g-1纖維素酶3 g，10 000 U·g-1果膠酶1 g和木瓜蛋白酶6 g，機械攪拌(80 r·min-1)，pH值調節為5，水浴加熱溫度為50 ℃，浸提時間為1 h，浸提結束后冷卻至常溫，抽濾，殘渣1∶1加水按原條件再次浸提，結束后合并濾液，濃縮至約100 mL，加入活性炭3 g，機械攪拌20 min(80 r·min-1)，抽濾，濾液常溫加入5倍量80%乙醇，搖勻密封放置5 ℃冰箱48 h低溫靜置，抽濾，用80%乙醇洗2次，沉淀物用紅外干燥，得到苦瓜多糖。優化提取工藝流程如圖4所示。

圖4 苦瓜多糖生物酶提取的優化工藝

3.4 結果及結論 對“3.3”項下苦瓜多糖提取的優化方法進行試驗，得到苦瓜多糖的量為14.6 g，苦瓜量為500 g，得出提取率為2.92%，已非常接近由中國預防醫學科學院營養與食品衛生研究所發布的對新鮮苦瓜的營養成分和含量分析中碳水化合物百分含量(2.60%～3.50%)，將制得的苦瓜多糖配制標準溶液測出吸光度A=4.404，代入圖3 葡萄糖標準曲線——吸光度與糖含量的標準曲線，得到苦瓜多糖純度為94.6%，得出結論：苦瓜多糖生物酶提取的優化工藝適合于苦瓜多糖的規模化提取。

4 總結

本試驗以水做溶媒，食用級果膠酶和纖維素酶為催化劑提取苦瓜多糖，木瓜蛋白酶去蛋白，活性炭除帶電和有色雜質，提高了苦瓜多糖的質量，減少了有機溶媒使用，避免了對環境的污染，同時進一步考察了酶用量的影響，水料比的影響，苦瓜的貯存條件的影響，結合苦瓜的特性和規模化生產的特點優化了苦瓜多糖生物酶提取的工藝，減少了苦瓜多糖的提取步驟，簡化了生產環節，節約了生產成本，為規模化生產提供了新的途徑。