單性木蘭葉多糖的超聲輔助提取工藝及穩定性研究

鄭燕菲 韋鳳 龐光沃 張貞發

摘要：以單性木蘭葉為原材料，采用超聲波輔助提取法對其多糖進行提取，探討固液比、超聲功率、超聲溫度、超聲時間對單性木蘭葉多糖得率的影響，通過正交試驗設計法優化最佳提取工藝，同時考察了單性木蘭葉多糖在不同環境下的穩定性。結果表明，單性木蘭葉中多糖的最佳提取條件為固液比1∶90 （g/mL）、超聲功率420 W、超聲溫度80 ℃、超聲時間20 min，在該條件下單性木蘭葉多糖得率為5.04%。單性木蘭葉多糖受光照環境、溫度的影響較大；單性木蘭葉多糖對過氧化氫的穩定性強于葡萄糖，而對亞硫酸鈉的穩定性較弱。該結果可為單性木蘭葉多糖在食品、藥品的開發和利用上提供理論依據。

關鍵詞：單性木蘭；多糖；超聲輔助提??；穩定性

中圖分類號：TS201.1????? 文獻標志碼：A???? 文章編號：1000-9973（2023）12-0188-05

Study on Ultrasonic-Assisted Extraction Technology and Stability of

Polysaccharides from Leaves of Magnolia

kwangsiensis Figlar & Noot.

ZHENG Yan-fei， WEI Feng， PANG Guang-wo， ZHANG Zhen-fa*

（College of Chemical and Biological Engineering， Guangxi Minzu Normal

University， Chongzuo 532200， China）

Abstract： With the leaves of Magnolia kwangsiensis Figlar & Noot.（M.kwangsiensis） as the raw materials， ultrasonic-assisted extraction method is used to extract polysaccharides from the leaves of M.kwangsiensis. The effects of solid-liquid ratio， ultrasonic power， ultrasonic temperature and ultrasonic time on the yield of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis are investigated. The optimal extraction technology is optimized by orthogonal experimental design， and the stability of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis in different environments is studied. The results show that the optimal extraction conditions are as follows： solid-liquid ratio is 1∶90 （g/mL）， ultrasonic power is 420 W， ultrasonic temperature is 80 ℃ and ultrasonic time is 20 min. Under these conditions， the yield of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis is 5.04%. The polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis are greatly affected by light environment and temperature; the stability of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis to hydrogen peroxide is stronger than glucose， but the stability to sodium sulfite is weaker.The results can provide theoretical basis for the development and utilization of polysaccharides from the leaves of M. kwangsiensis in food and medicine.

Key words： Magnolia kwangsiensis Figlar & Noot.; polysaccharides; ultrasonic-assisted extraction; stability

單性木蘭（Magnolia kwangsiensis Figlar & Noot.）也叫廣西木蘭，系木蘭科單性木蘭屬，該植物葉革質且厚、花單性，雄雌異株，雄雌花期不同，且兩花的共同訪花昆蟲只有幾種，使得單性木蘭結果率非常低[1]，是我國特有的珍稀瀕危植物[2]，于1999年被列為國家一級保護植物[3]。

黃品鮮等[4]研究指出單性木蘭種皮中含有豐富的揮發油、單寧、多酚、多糖等功能成分[5-6]。單性木蘭葉中含有豐富的多糖成分，文獻[7]指出單性木蘭葉中，熱水回流提取多糖的得率為5.09%，微波輔助提取多糖的得率為2.48%，且多糖成分對人肺癌細胞A549和人胃癌細胞SGC7901均有良好的抑制作用。文獻[8]報道了以熱水回流法提取單性木蘭葉多糖，得率達6.05%，且多糖具有較好的抗氧化性能。植物多糖具有很多良好性能，應用在眾多的調味食品、功能食品以及醫藥產品中[9-12]。研究指出單性木蘭含有數量可觀的多糖，且具有抗氧化、抗腫瘤等性能[6，8]，是一種潛在的天然食品添加劑。但若想將單性木蘭葉多糖開發為天然藥物、功能性食品等，仍需對其穩定性進行評價。目前，關于單性木蘭多糖成分的研究報道甚少。本文以單性木蘭葉為原材料，采用超聲波輔助提取法對其多糖進行提取，探討不同因素對單性木蘭葉多糖得率的影響，用正交試驗設計法優化最佳提取工藝；針對不同加工、儲存條件下多糖物質的變化，測定其在不同光照條件、溫度、氧化劑、還原劑條件下的穩定性，可以開發相關的調味品、保健品等，為深度開發單性木蘭社會價值與經濟價值提供科學依據。

1 材料及方法

1.1 材料及試劑

單性木蘭葉：于2018年8月采摘自廣西南寧市武鳴區，在50 ℃烘箱中烘干，粉碎，過60目篩，干燥保存以備用。按4∶1（mL/g）的液固比加入90%乙醇，攪勻靜置2 h[13]，以脫去油脂和葉綠素，抽濾，在50 ℃烘箱內烘干，得到預處理后的單性木蘭葉粉末。

無水乙醇、葡萄糖、苯酚、硫酸、無水亞硫酸鈉、30%過氧化氫：均為分析純。

1.2 儀器及設備

YR5102電子天平（精確到0.1 g） 上海光正醫療儀器有限公司；DHG-9203A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海齊欣科學儀器有限公司；HK-2A超級恒溫水浴鍋 南京南大萬和科技有限公司；RE-52AA旋轉蒸發器 上海賢德實驗儀器有限公司；KQ-600DB數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；SQP電子天平（精確到0.001 g） 賽多利斯科學儀器有限公司；A560紫外可見分光光度計 翱藝儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 葡萄糖標準曲線的制定

準確配制質量濃度為1.014 mg/mL的葡萄糖標準液。參照文獻[7，14]繪制標準曲線。

1.3.2 單性木蘭葉多糖得率的測定

取2 mL單性木蘭葉多糖提取液于25 mL容量瓶內，用蒸餾水稀釋定容至刻度線，再移取0.5 mL經過稀釋后的單性木蘭葉多糖提取液，按標準曲線制作方法顯色，測定吸光度。按下式計算單性木蘭葉多糖的得率：

Y=25×CVM×106×100%。

式中：Y為單性木蘭葉中多糖的得率，%；C為根據標準曲線方程計算所對應的濃度，μg/mL；V為超聲波輔助提取所得提取液的總體積，mL；M為所稱取的單性木蘭葉粉末質量，g。

1.3.3 單性木蘭葉多糖的提取

稱取2.00 g預處理后的單性木蘭葉粉，于不同固液比（1∶60、1∶70、1∶80、1∶90、1∶100，g/mL）、超聲功率（240，300，360，420，480 W）、超聲溫度（40，50，60，70，80 ℃）、超聲時間（10，15，20，25，30 min）下進行超聲輔助提取，考察單性木蘭葉多糖的得率。

1.3.4 單性木蘭葉多糖的提取工藝優化

對單性木蘭葉多糖的提取進行四因素三水平的正交試驗設計優化來確定最佳提取工藝，L9（34）正交試驗的因素水平表見表1。

1.3.5 單性木蘭葉多糖穩定性的測定

1.3.5.1 光照條件的影響

分別取25 mL葡萄糖、單性木蘭葉多糖溶液置于室內自然光條件和室外太陽光條件下，每30 min取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶內，按標準曲線制作方法顯色，測定吸光度，按下式計算保留率：

多糖保留率（%）=ρρ0×100%。

式中：ρ為處理后的單性木蘭葉多糖的含量，μg/mL；ρ0為處理前的單性木蘭葉多糖的含量，μg/mL。

1.3.5.2 溫度的影響

分別取25 mL葡萄糖、單性木蘭葉多糖溶液置于溫度40，50，60，70，80 ℃下靜置1 h，各取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶內，按標準曲線制作方法顯色，測定吸光度，計算保留率。

1.3.5.3 過氧化氫的影響

分別取5 mL葡萄糖、單性木蘭葉多糖溶液加入15 mL濃度為0.01，0.02，0.03，0.04，0.05 mol/L的過氧化氫溶液中，搖勻避光靜置1 h[15]。各取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶內，按標準曲線制作方法顯色，測定吸光度，計算保留率。

1.3.5.4 亞硫酸鈉的影響

分別取5 mL葡萄糖、單性木蘭葉多糖溶液加入15 mL濃度為0.01，0.02，0.03，0.04，0.05 mol/L的亞硫酸鈉溶液中，搖勻避光靜置1 h[16]。各取0.5 mL溶液于10 mL的棕色容量瓶內，按標準曲線制作方法顯色，測定吸光度，計算保留率。

2 結果與分析

2.1 葡萄糖標準曲線的繪制

葡萄糖標準曲線見圖1。擬合線性回歸方程為y=0.009 9x+0.045 6，R2=0.999 5。說明葡萄糖質量濃度在20.28～101.14 μg/mL，在波長490 nm處吸光值與濃度的線性關系良好。

由圖2中a可知，隨著固液比的增大，多糖得率呈先上升后下降的趨勢。固液比為1∶80 （g/mL）時，多糖得率最高，而后得率降低。這是因為隨著溶劑增多，多糖溶出推動力增大，速率增大，但當溶劑過多時，超聲效果受到影響，從而導致多糖得率下降[17-18]。

由圖2中b可知，當超聲功率持續增加時，多糖得率先上升后下降。當超聲功率在420 W時，多糖得率達最高；當超聲功率大于420 W時，多糖得率下降。這可能是超聲功率升高時，提取過程中的機械振動作用變大，致使提取過程中溶出多糖外的其他成分，以及多糖產生降解，單位體積溶劑內多糖的濃度減少[19]。

由圖2中c可知，單性木蘭葉多糖提取過程中，多糖得率隨著超聲溫度的增加而先上升后下降。當超聲溫度在70 ℃時出現曲線最高峰，而后開始下降，說明超聲溫度低于70 ℃時，溫度較低，提取體系傳質效率低，多糖分子間黏連嚴重，不利于溶出[20]；當溫度在70 ℃時，多糖已經基本被溶出，超聲溫度繼續升高，提取溶劑會變成蒸汽而逐漸減少，實際參與提取的溶劑量變少，同時超聲溫度過高會導致多糖結構被破壞[21]，致使多糖的得率降低。

由圖2中d可知，單性木蘭葉多糖得率與超聲時間在10～20 min內呈現正相關，當超聲時間為20 min時，得率最高，這是因為提取開始時，超聲波作用使多糖快速擴散至水中，且與時間呈依賴性，使得多糖得以充分溶解；在提取20 min時，多糖已基本被溶出；當超聲時間超過20 min時，多糖得率下降，這是因為超聲時間增加，超聲波機械振動會加大其他雜質的溶出量，溶劑溫度升高，致使多糖被分解，多糖得率下降[22]。

2.3 單性木蘭葉多糖的提取工藝優化結果與分析

2.3.1 正交試驗結果

正交試驗設計方案與結果見表2。

由表2可知，不同因素對單性木蘭葉中多糖得率的影響不同，超聲功率的影響最大，超聲時間的影響次之，超聲溫度的影響最小，影響順序為超聲功率>超聲時間>固液比>超聲溫度。最優提取條件是C2B2A3D3，即超聲功率為420 W，超聲時間為20 min，固液比為1∶90 （g/mL），超聲溫度為80 ℃。

2.3.2 優化驗證試驗結果與分析

在提取功率420 W、超聲時間20 min、固液比1∶90 （g/mL）、超聲溫度80 ℃的條件下，平行試驗5次，單性木蘭葉多糖得率為5.04%。比文獻[8]報道的用熱水回流法提取的得率稍低，這可能與采摘原料、提取方法有關。

2.4 單性木蘭葉多糖的穩定性能分析

2.4.1 光照條件對單性木蘭葉多糖穩定性的影響

由圖3可知，隨著光照時間的增加，室內自然光和室外太陽光條件對單性木蘭葉多糖保留率的影響明顯，即試驗溶液中多糖量變化大，說明光照環境對單性木蘭葉多糖穩定性的影響較大；且室外太陽光的影響強于室內自然光的影響。另外，在室外太陽光條件下，單性木蘭葉多糖的穩定性強于葡萄糖；在室內自然光條件下，單性木蘭葉多糖的穩定性弱于葡萄糖。因此，在保存單性木蘭葉多糖時最好短期避光處理。

2.4.2 溫度對單性木蘭葉多糖穩定性的影響

由圖4可知，單性木蘭葉多糖的保留率與溫度變化呈負相關，單性木蘭葉多糖的保留率在40 ℃時為96.12%；溫度為80 ℃時單性木蘭葉多糖的保留率為86.49%，說明溫度的升高會破壞單性木蘭葉多糖的結構，致使單性木蘭葉多糖的保留率下降，所以單性木蘭葉多糖對溫度的耐熱性差，儲存使用時不宜高溫。

2.4.3 過氧化氫對單性木蘭葉多糖穩定性的影響

由圖5可知，在過氧化氫溶液濃度為0.01 mol/L時，單性木蘭葉多糖的保留率為97.83%；而在過氧化氫溶液濃度為0.05 mol/L時保留率為91.32%，兩者相比較，保留率差值達到了6.51%，說明單性木蘭葉多糖在過氧化氫溶液濃度為0.01～0.05 mol/L范圍內有一定的抗氧化性。在試驗范圍內，單性木蘭葉多糖對過氧化氫的穩定性強于葡萄糖。

2.4.4 亞硫酸鈉對單性木蘭葉多糖穩定性的影響

由圖6可知，單性木蘭葉多糖的保留率與亞硫酸鈉溶液濃度呈負相關。在亞硫酸鈉溶液濃度為0.01～0.05 mol/L時，單性木蘭葉多糖的保留率先急劇下降而后緩慢下降，這是因為單性木蘭葉多糖與還原劑亞硫酸鈉大量反應，在亞硫酸鈉濃度為0.03 mol/L時，單性木蘭葉多糖中不穩定的多糖基本與亞硫酸鈉反應完，說明單性木蘭葉多糖的抗還原性較差，且弱于葡萄糖。

3 結論

單性木蘭葉多糖是一種可再生的綠色資源，可開發成調味品應用到功能性添加劑或新型藥物中。研究單性木蘭葉多糖的提取條件及穩定性，可以對天然食品添加劑提供應用的數據理論。

提取單性木蘭葉多糖時，采用超聲波輔助并經正交試驗法優化，得出影響因素對多糖得率的影響次序為超聲功率>超聲時間>固液比>超聲溫度；在提取功率420 W、超聲時間20 min、固液比1∶90（g/mL）、超聲溫度80 ℃的最優提取條件下，單性木蘭葉多糖得率為5.04%。單性木蘭葉多糖受光照環境、溫度的影響較大，在氧化劑、還原劑中，單性木蘭葉多糖的抗氧化性強于葡萄糖，而其抗還原性弱，說明單性木蘭葉多糖具有較好的穩定性，為單性木蘭在食品、藥品、化妝品等行業中的應用提供參考依據，促進林業經濟發展。

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收稿日期：2023-06-20

基金項目：2020年廣西自然科學基金項目（2020JJB120001）；2021年廣西高校中青年教師基礎能力提升項目（2021KY0773）；廣西民族師范學院科研項目（2020YB011，2020FG002）

作者簡介：鄭燕菲（1987－），女，副教授，博士，研究方向：天然產物化工及功能食品開發。

*通信作者：張貞發（1982—），男，副教授，碩士，研究方向：工業分析。