盾叶薯蓣皂苷酸解液中鼠李糖的提取研究

刘树兴，侯 屹，*，李 祥，彭书翰

(1.陕西科技大学生命科学与工程学院，陕西西安710021; 2.陕西科技大学化学与化工学院，陕西西安710021)

盾叶薯蓣皂苷酸解液中鼠李糖的提取研究

刘树兴1，侯 屹1，*，李 祥2，彭书翰2

(1.陕西科技大学生命科学与工程学院，陕西西安710021; 2.陕西科技大学化学与化工学院，陕西西安710021)

以盾叶薯蓣为原料，研究了从皂苷酸解液中提取鼠李糖的工艺。通过正交实验确定了脱色最佳工艺为:活性炭加入量为1.5%，脱色时间为40min，脱色温度为70℃，酸解液pH为2。在酵母加入量2%，温度36℃的条件下，发酵5h能除去葡萄糖，获得鼠李糖，得率为1.5%。且实验排放水符合国家标准，对提高经济价值、降低皂素工业污染有一定意义。

盾叶薯蓣，薯蓣皂苷，鼠李糖，提取

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

盾叶薯蓣 陕西省安康市采购;鼠李糖标准品(批号:20080928) 北京毕特博生物技术有限责任公司;活性干酵母 安琪酵母股份有限公司;硫酸、氢氧化钙、甲醇、葡萄糖、活性炭、丙三醇、乙酸乙酯、冰醋酸等 均为分析纯。

SC-Ⅲ型多频声化学发生器 成都市九洲机电工程研究所;BS2202S型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;旋转蒸发器 上海申生科技有限公司;7230G型可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;实验室常用设备。

1.2 酸解液的制备［12］

干黄姜经粉碎研磨(粗粉40～60目)，准确称取10g，以体积分数30%的乙醇为萃取剂，与用量为17.408×10-3mol/L的十二烷基硫酸钠混匀。在黄姜与乙醇的质量比为1∶10，超声波频率为25.8kHz，超声时间为40min的条件下，进行总皂苷的提取，完毕后抽滤，将滤液浓缩，加入浓度为1.5mo/L的硫酸20mL，于电热套内水解4h，完毕后抽滤，滤渣冲洗至中性后烘干，可于索氏提取器内提取制备皂苷元，滤液即为酸解液，保存备用。

1.3 鼠李糖的提取

酸解液中加入Ca(OH)2调节pH至中性或者偏酸性，过滤除去CaSO4沉淀，于滤液中加入活性炭进行脱色，过滤除去色素，得到无明显颜色的滤液。然后加入2%的活化酵母，36℃恒温发酵，用薄层色谱法跟踪测定葡萄糖，待其耗尽即可终止发酵，过滤除去杂质，将滤液进行鼠李糖含量测定并计算得率。滤液浓缩后用甲醇重结晶，可得鼠李糖晶体。

1.4 脱色条件优化

对中和后的酸解液进行脱色，脱色效果好坏直接影响产品的获得，是本实验的一个重要步骤。以波长为446nm下的吸光度为指标［13］，来衡量脱色效果。分别以脱色温度、活性炭用量、脱色时间和酸解液pH四个条件做单因素实验，然后设计L9(34)正交实验对脱色条件进行优化。

脱色率(%)=(酸解液吸光度-脱色液吸光度)/酸解液吸光度×100%

1.5 鼠李糖的测定与分析

1.5.1 鼠李糖含量的测定 采用DNS法进行鼠李糖含量的测定［14］。标准曲线的建立:分别取0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mL的葡萄糖标准溶液置于试管中，用蒸馏水补足到0.5mL，然后分别加入1.5mL的DNS试剂，混匀后于沸水中加热5min，冷却后再分别加入4mL蒸馏水，混匀，以未加葡萄糖标准液的试管为对照，在540nm的波长下测定吸光度，以葡萄糖浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。结果表明，葡萄糖在0～0.498g/L的范围内与吸光度(A)呈良好的线性关系。回归方程为:y=0.50543x-0.01005，R2=0.9987。

得率的计算:得率(%)=鼠李糖质量/盾叶薯蓣原料质量×100%

1.5.2 薄层色谱分析 薄层色谱条件为:展开剂:V (乙酸乙酯)∶V(甲醇)∶V(醋酸)∶V(水)=60∶15∶15∶10;显色剂:10%硫酸乙醇溶液;Rf值=0.76，斑点为圆形且无拖尾;喷湿润后于100℃烘烤10min，得到鼠李糖斑点，与标准品斑点一致［15］。

1.6 处理后水质测定

分别对酸解液和处理后的排放液进行各项指标的测定，查看是否符合国家标准。各项指标测定方法为:化学需氧量的测定:参照文献［16］;铵含量的测定:参照文献［17］;氯化物含量的测定:参照文献［18］;色度的测定:参照文献［19］。

2 结果与分析

2.1 酸解液脱色条件的优化

2.1.1 脱色温度对脱色效果的影响 在pH为6，脱色时间为40min，活性炭用量为1%的条件下，分别改变脱色温度，考察脱色温度与吸光度之间的关系。由图1可知，温度在60℃以下时，脱色效果不好，但吸光度随着温度的增加呈下降趋势。当温度到达60℃以后，吸光度基本持平，达到一个较平稳的状态。说明在相对低温时不利于活性炭的吸附作用，考虑经济因素，选用60℃为最佳脱色温度。

图1 脱色温度与吸光度的关系

2.1.2 活性炭用量对脱色效果的影响 在pH为6，脱色温度为60℃，脱色时间为40min的条件下，分别改变活性炭的用量，考察活性炭用量与吸光度之间的关系。由图2可知，当活性炭用量较小时，脱色效果并不好，随着用量增加达到1.5%时，继续增加用量，脱色效果差别不大。可以推测，在活性炭用量达到1.5%以后，色素已经基本吸附完全，考虑经济因素，选用1.5%为最佳活性炭用量。

图2 活性炭用量与吸光度的关系

2.1.3 脱色时间对脱色效果的影响 在pH为6，脱色温度为60℃，活性炭用量为1.5%的条件下，分别改变脱色时间，考察脱色时间与吸光度之间的关系。由图3可知，随着脱色时间的增加，吸光度逐渐减少，脱色效果越来越好，当脱色40min后，脱色效果基本达到平稳状态，选用40min为最佳脱色时间。

表3 水质测定结果

图3 脱色时间与吸光度的关系

2.1.4 酸解液pH对脱色效果的影响 在脱色温度为60℃，活性炭用量为1.5%，脱色时间为40min的条件下，分别改变酸解液pH，考察酸解液pH与吸光度之间的关系。由图4可知，pH较高时反而脱色效果不好，在pH为3左右时，能得到较好的脱色效果，因此最佳酸解液pH为3。

图4 酸解液pH与吸光度的关系

2.1.5 正交实验优化 正交实验的各因素和水平选择如表1所示。

表1 正交实验的因素与水平

正交实验结果与极差分析如表2所示。各因素影响次序为A＞C＞D＞B，即对脱色效果影响最大的因素是活性炭加入量，然后依次是脱色温度，酸解液pH和脱色时间;根据正交实验结果与极差分析，得到的优化条件为 A2B2C3D1，即活性炭加入量为1.5%，脱色时间为40min，脱色温度为70℃，酸解液pH为2。

根据优化工艺条件，进行3次验证实验，吸光度分别为0.010、0.011、0.013，平均吸光度为0.0113，表明工艺稳定可靠。经测定，未脱色酸解液的吸光度为1.569，根据1.4的脱色率计算公式，得到平均脱色率为99.28%。

表2 正交实验结果

2.2 鼠李糖测定结果与分析

在脱色液里放入酵母发酵，可以有效地除去葡萄糖。根据酵母生产商的建议，确定发酵温度为36℃，酵母用量为2%，pH在中性或偏酸性左右。发酵时间用薄层色谱法跟踪观察确定，当发酵5h后，平板上葡萄糖斑点完全消失，因此确定发酵时间为5h。

根据1.5.1的测定方法，分别对未发酵糖液和发酵后糖液进行还原糖测定，测定结果为，盾叶薯蓣总还原糖的得率为2.19%，鼠李糖得率为1.5%。

2.3 处理后水质测定结果

根据各项标准，对酸解液和排放液进行了测定，结果如表3所示。工业上采用直接酸解法生产皂素，其废液的各项污染指标都十分惊人。本实验采用预分离法生产皂素，虽然减少了酸污染，但酸解液的各项指标仍然不合格，无法达到国家直接排放标准的要求。然而，通过对酸解液进行鼠李糖的提取后，仅排放水洗液，则各项指标皆符合国家标准。

3 结论

3.1 本实验研究了从盾叶薯蓣皂苷酸解液中提取鼠李糖的方法，通过中和、脱色以及发酵等一系列手段，成功地获得了鼠李糖，鼠李糖得率达1.5%。

3.2 通过单因素实验和正交实验，确定了脱色的最佳优化方案:活性炭加入量为1.5%，脱色时间为40min，脱色温度为70℃，酸解液pH为2，平均脱色率可达99.28%。

3.3 在预分离法获得高得率皂苷元的基础上，通过对酸解液的处理，既得到了具有经济价值的鼠李糖，又对强污染的酸解液进行了处理，为减少污染，合理利用盾叶薯蓣资源提供了一种新思路。

3.4 通过对排放水的化学需氧量、氨氮、氯化物、pH、色度等标准的测定，确定符合国家行业标准，为本工艺的可行性提供了实验基础及理论依据。

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Study on extraction of rhamnose from dioscin hydrolyzation liquid of Dioscorea zingiberensis C.H.Wright

LIU Shu-xing1，HOU Yi1，*，LI Xiang2，PENG Shu-han2
(1.College of Life Science and Engineering，Shaanxi University of Science＆Technology，Xi’an 710021，China; 2.College of Chemistry＆Chemical Engineering，Shaanxi University of Science＆Technology，Xi’an 710021，China)

The technology of rhamnose extraction from dioscin hydrolyzation liquid was studied with Dioscorea zingiberensis C.H.Wright as the raw material.The rhamnose was successful obtained through a set of methods as crushing，dioscin extraction，acid hydrolysis，neutralization，decolorization and fermentation.Optimized process by orthogonal experiments was obtained for the best decolor conditions as active carbon addition at 1.5%，40min of decolor time，70℃ of decolor temperature，pH of hydrolyzation liquid at 2.With the conditions of 2%yeast addition and temperature of 36℃，glucose can be removed through 5h fermentation，obtained rhamnose with a yield of 1.5%.Experimental discharge water conforms to national standards，had a certain sense to improve economic value and reduce saponin industrial pollution.

Dioscorea zingiberensis C.H.Wright;dioscin;rhamnose;extraction

TS255.1

B

1002-0306(2011)09-0239-04

盾叶薯蓣(Dioscorea zingiberensis C.H.Wright)俗称黄姜，为我国特有的薯蓣科薯蓣属植物。其根茎富含薯蓣皂苷元(diosgenin)，是合成甾体激素和避孕类药物的主要原料［1］。目前，工业上生产薯蓣皂苷元主要还是采用直接酸水解法，该法水解耗酸量大，对环境污染严重，且许多资源没有得到应用［2-3］。采用预分离法，先从黄姜中提取薯蓣皂苷，然后再进行酸水解提取皂苷元［4］。这样不但能减少酸的污染，而且能够对淀粉和糖类资源进行利用，从而降低成本。生产皂苷元后残余的酸解液是一种强酸性高浓度的有机废水，其主要污染物是酸、葡萄糖、鼠李糖和色素［5］。其中皂苷水解后的糖链中包含一个葡萄糖和两个鼠李糖，可作为一种生产鼠李糖的原料［6］。鼠李糖作为一种还原糖，主要应用于生化研究和医药食品等领域。它是许多药物的重要中间体，能用于合成香料，也可作为甜味剂，添加到高档咖啡、饮料和肉质品中，具有较高的经济价值［7-8］。本实验在获得高得率的皂苷元的前提下，对水解后的酸解液进行了处理。利用中和法和活性炭吸附作用可以除去酸和色素，应用葡萄糖的可发酵性，以及鼠李糖溶于甲醇而葡萄糖不溶于甲醇的特性［9-10］，可以除去葡萄糖，从而得到鼠李糖产品。这样不但提高了皂苷元产业的经济效益，而且经过处理后出水水质符合《皂素工业水污染物排放标准》［11］。

2010-11-19 *通讯联系人

刘树兴(1962-)，男，硕士，教授，主要从事食品加工与食品添加剂的研究。

陕西省自然科学基金(2007C125);陕西省科技厅重点实验室建设项目。