微波辅助提取香椿多糖工艺研究

李秀信，张军华，关红玲，唐成黎，吴孟银

（西北农林科技大学林学院，陕西杨凌712100）

香椿[Toona sinensis（A.Juss.）Roem]又名春芽树，在《植物名实图考》中称为红椿，属楝科香椿属落叶乔木[1]。张仲平[2]等人对香椿叶中的挥发油成分进行了研究。邓春兰[3]、陈丛瑾[4]、王明艳[5]等对香椿叶多糖类化合物进行了较为深入的研究。

微波辅助萃取技术（microwave-assisted extractiontechnique）是自1986年以来新发展起来的一种方法，与传统的萃取方法如回流提取、有机溶剂萃取等方法比较，微波萃取技术具有操作简便、节省溶剂、快速高效、节能、省时等优点，已被广泛应用于各种天然活性成分的提取[6-8]。本试验将微波辅助提取技术应用于香椿多糖的提取工艺研究，通过正交设计试验，探求微波辅助提取多糖的最佳工艺条件，为其工业化生产和利用提供参考。

1 材料与仪器

1.1 材料

材料：香椿叶于2009年9月采自西北农林科技大学南校区家属院内，阴干，粉碎。

试剂：浓硫酸、苯酚、葡萄糖均为分析纯；实验用水为蒸馏水。

1.2 仪器与设备

754 型紫外可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；旋转薄膜蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；HH.S21-8 电热恒温水浴锅：上海博讯实业有限公司，微波炉：GalanzWD800G-BL20 型家用微波。

2 方法

2.1 5%苯酚溶液的配制

取苯酚100 g，加铝片0.1 g 和碳酸氢钠0.05 g，常压蒸馏，收集180 ℃～184 ℃馏分。称取5 g 置100 mL棕色容量瓶内，加水至刻度，摇匀，转移至棕色试剂瓶，置于冰箱中备用。

2.2 提取工艺流程及得率计算

称取2.0 g 香椿叶，加入一定体积的水，预煮（90 ℃、10 min），根据设计方案的条件进行微波间歇提取（加热30 s，停30 s），抽滤，用分光光度计于490 nm 处测定吸光值，计算得率。

得率=多糖质量/香椿叶质量×100%

2.3 香椿粗多糖含量测定

2.3.1 标准曲线的绘制

准确称取恒温干燥至恒重葡萄糖200 mg，置于500 mL 容量瓶中，加入水至刻度，分别吸取0.0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 mL 葡萄糖溶液分置于11 个100 mL 容量瓶中，加水至刻度，分别移取2 mL 于相应编号的25 mL 比色管，加1 mL 5%苯酚和5 mL 浓硫酸，室温放置5 min，沸水浴10 min 后，冰水浴10 min，于490 nm 处测定吸光值。以葡萄糖含量x（μg/mL）为横坐标，吸光值y 为纵坐标，绘制得到标准曲线：y=0.025 5x+0.062 2，R2=0.998 9。

2.3.2 样品测定

移取样液2.0 mL 于25 mL 比色管中，然后加入5%苯酚1.0 mL，浓硫酸5.0 mL ，摇匀，室温放置5 min，沸水浴10 min 后，冰水浴10 min，于490 nm 处测定吸光值。

2.4 微波提取多糖单因素试验

2.4.1 微波提取液料比

称取香椿叶2.0 g，分别以10、15、20、25、30（mL/g）液料比加入水，预煮，在560 W 微波处理5 min。

2.4.2 微波处理时间

称取香椿叶2.0 g，以25 液料比加入水，预煮，在560 W 微波分别处理2、3、4、5、6 min。

2.4.3 微波提取功率

称取香椿叶2.0 g，以25 液料比加入水，预煮，分别在微波功率70、10、350、560、700 W 处理5 min。

2.4.4 提取次数

称取香椿叶2.0 g，以25 液料比加入水，预煮，在微波炉功率210 W，分别提取1、2、3、4、5 次，每次5 min。

2.5 微波提取多糖正交试验

微波提取多糖正交试验按照微波提取多糖单因素试验结果，进行三因素三水平正交试验，正交表选择L9（34），各组提取液抽滤、定容后，测定吸光值，选出微波提取香椿多糖最优的工艺参数。

2.6 对比试验[9-10]

为了验证采用微波辅助提取香椿多糖工艺的强化作用，采用不同提取方法进行对比试验并测定香椿溶液粗多糖得率。

表1 正交试验因素与水平Table 1 Factor and levels in orthogonal array design for optimizing extraction conditions of polysaccharide

试验1：采用经典粗多糖提取方法。取2 g 香椿叶，置于80 ℃水浴条件下恒温提取6 h。

试验2：取2 g 香椿叶，依次用石油醚、70%乙醇回流，过滤，渣用水按A2B2C3D2工艺提取多糖。

试验3：取2 g 香椿叶，依次用乙醚、70%乙醇回流，过滤，渣用水按A2B2C3D2工艺提取多糖。

试验4：取2 g 香椿叶，依次用石油醚、乙醚、70%乙醇回流，过滤，渣用水按A2B2C3D2工艺提取多糖。

3 结果与分析

3.1 微波辅助提取单因素试验结果

3.1.1 液料比对多糖提取的影响

液料比对多糖提取的影响见图1。

图1 液料比对多糖提取的影响Fig.1 Effects of the ratio of solvent to material on the polysaccharide extraction

如图1 所示，液料比从10 到25，提取液多糖得率随液料比增加而上升，到25 达到最大；然后随着液料比增大而减小。选择液料比25 为宜。

3.1.2 微波时间对提取多糖的影响

微波时间对提取多糖的影响见图2。

图2 提取时间对微波提取多糖的影响Fig.2 Effects of extracting time on the polysaccharide extraction

由图2 得，随着提取时间增加多糖得率增加，微波处理5 min 时多糖得率达到最大；然后随着微波时间的增加多糖得率减小。说明不是提取时间越长提取效果就越好，因为提取时间过长会使温度过高，造成溶液剧烈沸腾溢出容器而不利于提取，甚至会破坏有效成分，反之，无法使有效成分充分溶出。故提取时间选择5 min 为宜。

3.1.3 微波功率对多糖提取的影响

微波功率对多糖提取的影响见图3。

图3 微波功率对多糖提取的影响Fig.3 Effects of microwave power on the polysaccharide extraction

由图3 可知，随着微波功率的增大，对多糖提取有较大的影响。210 W 以前，功率越大，提取多糖得率越高。当微波达到210 W 时，多糖得率达到最大值；辐射功率越高，物质吸收的微波能越多，物质升温越快，对物料细胞破坏越大，有利于有效成分的浸出，但也促进了有效成分的分解，导致多糖得率下降。所以微波炉功率选择210 W。

3.1.4 提取次数对多糖提取的影响

提取次数对多糖提取的影响见图4。

图4 提取次数对多糖提取的影响Table 4 Effect of extraction times on the extraction of polysacchardes

由图4 可知，开始，随着提取次数的增加，多糖得率增大，提取3 次时多糖得率达到最大值；然后随着提取次数的增加，多糖得率有所下降。

3.1.5 微波提取香椿多糖正交试验结果

由表2 正交试验结果极差分析可知微波提取香椿多糖的影响因素的主次为A＞D＞B＞C，即微波功率对提取影响最大，其次是提取次数、微波时间和液料比。最佳工艺为A2B2C3D2，即微波功率350 W，微波时间5 min，液料比25，提取次数3。验证实验表明提取工艺A2B2C3D2多糖得率为8.545%。

表2 正交试验结果Table 2 Results of orthogonal array design experiments for optimizing extraction conditions of polysacchardes

3.1.6 对比试验

对比试验结果如表3 所示。

多糖得率之大小顺序为试验4＞试验3＞试验2＞试验1。本试验提取工艺A2B2C3D2多糖得率8.545%，比试验1 高出0.274%，节省时间24 倍；比试验2、试验3、试验4 分别高出0.599%、1.122%、1.416%。

由于试验1 只是将原料置于80 ℃水浴条件下恒温提取6 h，没有对原料做任何预处理，导致多糖得率最低。说明施加微波辅助提取对多糖得率有明显的效果，其原因是微波对极性分子的作用，迫使其按照电磁场作用方式运动，每秒变化2.45×109次，正是由于分子的剧烈运动，致使植物细胞的膜遭到破坏，有助于有效成分的溶出；同时微波的致热效应也有助于这一过程的实现[11]。

试验2 用石油醚脱脂[12]、70%乙醇脱去黄酮[13]（含量达4.20%）、单糖等成分，然后结合本试验提取工艺使多糖成分容易流出，导致得率高于试验。

试验3 先用乙醚脱去了以烯烃、萜类及烯醇类物质为主的中极性成分[14-15]，再用70%乙醇脱去黄酮类、单糖等成分，然后结合本试验提取工艺提取，得率高于试验2；也由此说明对提取香椿多糖而言，乙醚的脱脂效果要比石油醚好一些。

试验4 依次用石油醚、乙醚、70%乙醇回流，脱去非极性、中极性、黄酮类、单糖等成分，然后结合本试验提取工艺使多糖成分很容易流出，导致得率最高，是因为香椿叶表面非极性、中极性和黄酮类等成分被清除，细胞壁容易破裂，极性较大的多糖类在微波辅助作用下容易流出，致使多糖得率最高。总之，试验4是切实可行的香椿多糖微波辅助提取的最佳工艺，适合工业化生产。

4 结论

微波辅助提取香椿多糖正交试验中的4 个影响因素的主次顺序为微波功率＞提取次数＞微波萃取时间＞液料比；通过正交试验得到最佳的提取工艺条件为微波功率350 W，微波时间5 min，液料比25，提取次数3。采用此条件试验，多糖的得率达8.545%；将香椿叶表面非极性、中极性和黄酮类等成分被清除，再用最佳提取工艺条件提取多糖的方法，是切实可行的，适合工业化生产。

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