红雪茶多糖过氧化氢脱色工艺优化

赵艳　王白娟　杨青松　秦向东

摘要：【目的】优化红雪茶多糖过氧化氢（H2O2）脱色工艺条件，为红雪茶多糖的纯化及其资源深度开发提供技术支持。【方法】在单因素试验基础上，选择脱色时间、脱色温度、H2O2体积分数为影响因素，以多糖脱色率为考察指标，采用正交试验优化红雪茶多糖的H2O2脱色工艺，确定最优工艺参数。【结果】3个因素对红雪茶多糖脱色效果影响的排序为：H2O2体积分数>脱色温度>脱色时间，其中H2O2体积分数有极显著影响（P<0.01）。红雪茶多糖的最佳H2O2脱色工艺条件为：脱色温度55 ℃、脱色时间20 min、H2O2体积分数20%，在此条件下脱色率为81.55%。【结论】H2O2脱色法对红雪茶多糖的脱色效率较高，且成本低廉、工藝稳定，是红雪茶多糖脱色的可行方法。

关键词： 红雪茶；多糖；过氧化氢（H2O2）；脱色

中圖分类号： R284.2 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）05-0710-05

Abstract：【Objective】The present experiment was conducted to optimize decolorization process of Lethariella spp. polysaccharides with hydrogen peroxide（H2O2）， in order to provide theoretical and experimental basis for purification and further development of Lethariella spp. polysaccharides. 【Method】Based on single-factor experiment， the conditions of decolorization process of Lethariella spp. polysaccharides were optimized by orthogonal test， with decolorization temperature and time， H2O2 volume fraction as influence factors， and decolorization rate as index， so as to determine optimum process parameters. 【Result】The results showed that， the primary and secondary sequence of 3 factors affecting decolorization rate of Lethariella spp. polysaccharides were as follows： H2O2 volume fraction>decolorization temperature>decolorization time， especially H2O2 volume fraction with extremely significant influence（P<0.01）. The optimal extraction conditions were as follows： decolorization temperature of 55 ℃， decolorization time of 20 min， and H2O2 volume fraction of 20%. Under the optimal conditions， the decolorization rate could reach up to 81.55%. 【Conclusion】It is feasible that H2O2 is used to discolor Lethariella spp. polysaccharides， due to its low cost， stability and hight decolorization efficiency.

Key words： Lethariella spp.； polysaccharides； hydrogen peroxide（H2O2）； decolorization

0 引言

【研究意义】雪茶大多生长于海拔4000 m以上的雪域高原地区（韩碧群和彭勇，2012），传统藏医学发现雪茶中的红雪茶（Lethariella spp.）具有补益、清肝明目、生津止渴、养心安神等功效，可用于治疗咽炎、肺热、中暑和神经衰弱及对抗高原反应等（唐丽等，2009；毛贵元，2012）。红雪茶富含粗蛋白质、粗脂肪、总糖、可溶性糖、灰分等营养成分（付惠等，2005）。植物多糖具有多种生物活性作用，如参与调节免疫功能、细胞间物质的识别、物质在细胞间的运输等（谭周进和谢达平，2002；王如涛等，2013；尚军等，2014）。但多糖中的色素会直接影响多糖的纯度和外观颜色（阚建全等，2001），前期研究结果也表明红雪茶粗多糖颜色较深（杨青松等，2013）。因此，研究其脱色工艺对深入开发红雪茶资源具有重要意义。【前人研究进展】目前有关红雪茶多糖的研究较少，主要为多糖含量测定及其提取工艺优化。庄筱葳等（2012）通过测定红雪茶总糖和还原糖含量、计算两者差值的方法，确定红雪茶多糖含量为63.6%。杨蓉生等（2012）利用复合酶法提取红雪茶粗多糖，其提取率为8.91%。杨青松等（2013）利用响应面法优化红雪茶水溶性多糖的水浸提法工艺条件，发现在提取温度82 ℃、料液比1∶20的条件下提取2 h，提取率为5.8%。脱色是粗多糖精制的重要步骤之一，常用的脱色方法有活性炭吸附法、化学脱色法、大孔树脂脱色法等（蒋俊等，2013）。在工业生产上常使用氧化脱色剂进行多糖脱色，包括次氯酸盐、过氧化氢（H2O2）等（张亨，1999）。次氯酸盐脱色时主要为氧化反应，也伴有氯化反应的发生，常用于纸浆、纺织品、化学纤维和淀粉等的脱色（张亨，1999；赖喆和宗刚，2010）。采用H2O2进行漂白脱色是通过氧化剂的氧化作用，使有色物质经氧化作用后分解，该方法具有脱色后不易复色的特点，主要适用于色素多且含有不饱和双键、羟基和芳香环的物质（王文彤等，2014；金路等，2014；宫春宇等，2015；孟迪等，2015；秦亚东等，2015）。【本研究切入点】目前尚未见有关红雪茶多糖脱色工艺的研究报道。【拟解决的关键问题】选择脱色时间、脱色温度、H2O2体积分数为影响因素，以多糖脱色率为考察指标，在单因素试验的基础上，利用正交试验设计对红雪茶多糖的H2O2脱色条件进行优化，为红雪茶多糖的纯化及其资源深度开发提供技术支持。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

红雪茶购自云南省香格里拉县山原土特产品经销店，干燥后经小型植物试样粉碎机粉碎，过80目筛，置于干燥器密封保存备用。葡萄糖、氯仿、正丁醇、无水乙醇、H2O2均为分析纯，购自重庆川东化学试剂厂。主要仪器设备：722型紫外分光光度计（山东高密仪器分析厂）、数显恒温水浴锅（上海双捷实验设备有限公司）、电子天平（北京赛多利斯天平有限公司）、低速离心机（常州澳华仪器有限公司）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 红雪茶粗多糖提取 参照杨青松等（2013）的方法，具体工艺流程为：1.0 g红雪茶粉碎样品→热水提取（80 ℃、2 h、料液比1∶20）→离心取上清液（4000 r/min离心10 min）→上清液浓缩→80%乙醇溶液沉淀（3倍体积）→粗多糖样品→Sevage法除蛋白→待脱色样品（蒸馏水复溶，0.1 mg/mL）。

1. 2. 2 单因素试验 准确移取5.0 mL稀释后的待脱色溶液5份，以450 nm波长处测定的吸光值为指标，考察H2O2体积分数（1%、6%、10%、15%和20%）、脱色时间（10、15、20、25和30 min）和脱色温度（35、45、55、65和75 ℃）3个因素对红雪茶多糖脱色率的影响。重复3次。脱色率计算公式为：

脱色率（%）=（A1-A2）/A1×100

式中，A1、A2分别为红雪茶多糖溶液在脱色前、后的吸光值。

1. 2. 3 正交试验 结合单因素试验结果，选择H2O2体积分数、脱色温度、脱色时间为考察因素，以多糖脱色率为考察指标，采用L16（43）正交表进行正交试验设计，以优化红雪茶多糖脱色工艺。每个因素选取4个水平，如表1所示。

1. 3 统计分析

单因素试验采用SPSS 19.0对试验数据进行统计分析，正交試验采用正交试验设计助手V 3.1进行方差分析。

2 结果与分析

2. 1 H2O2体积分数对红雪茶多糖脱色效果的影响

由图1可知，随着H2O2体积分数的增大，红雪茶多糖脱色率逐渐提高。当H2O2体积分数由1%增至10%时，红雪茶多糖脱色率提高了1.6倍；H2O2体积分数超过10%后，多糖脱色率的增加趋势变缓，体积分数达20%时，脱色率为体积分数1%时的2.9倍。随着H2O2体积分数增大，多糖溶液存在过氧化、降解等风险，同时考虑成本问题，故选择6%、10%、15%和20% 4个水平进行正交试验。

2. 2 脱色温度对红雪茶多糖脱色效果的影响

由图2可以看出，脱色温度对红雪茶多糖脱色率的影响与H2O2体积分数对多糖脱色率的影响趋势相似，随着脱色温度的升高，多糖脱色率呈逐渐增加趋势，超过55 ℃后，脱色率增长幅度变小；脱色温度升至55 ℃时，其脱色率为35 ℃时的2.6倍，升至75 ℃时，脱色率为35 ℃时的2.7倍。从能源损耗方面考虑，选择35、45、55和65 ℃ 4个水平进行正交试验。

2. 3 脱色时间对红雪茶多糖脱色效果的影响

从图3可以看出，红雪茶多糖脱色率随脱色时间的延长呈先升高后降低的变化趋势，在脱色时间10～20 min范围内，脱色率随脱色时间的延长而提高，在20～30 min范围内脱色率呈缓慢下降趋势。表明脱色时间超过20 min后，随着脱色时间的继续延长，红雪茶多糖脱色效果变差。因此，选择15、20、25和30 min 4个水平进行正交试验。

2. 4 正交试验结果

根据极差R可知，3个因素对红雪茶多糖脱色效果影响的排序为：C>A>B，即H2O2体积分数影响最大，其次是脱色温度，而脱色时间的影响相对较小（表2）。显著性分析结果（表3）表明，H2O2体积分数对红雪茶多糖脱色率影响极显著（P<0.01），脱色温度和脱色时间对多糖脱色率无显著影响（P>0.05）。根据正交试验K值可知，理论优化方案为A4B4C4，但根据生产实际及脱色率的综合考虑，选择优化方案为A3B2C4，即脱色温度55 ℃、脱色时间20 min、H2O2体积分数20%，在实际进行的16组试验中，该条件下红雪茶多糖的脫色效率最高。

2. 5 最佳工艺验证试验结果

为验证上述脱色工艺的稳定性和可信度，在选择的优化条件下进行3次平行验证试验，测得红雪茶脱色率为（81.47±1.20）%，与正交试验结果（81.55%）较接近。3次平行测定结果差异较小，说明该脱色工艺稳定、可行。

3 讨论

脱色是化工生产中产品精制的主要工艺过程之一。Gao等（2004）研究表明，粗多糖经精制后，抗氧化活性明显提高。因此，对多糖进行脱色纯化研究尤为重要，可提高粗多糖有效成分的纯度，同时经纯化获得的均一多糖组分可为后续的结构分析、药理和构效关系提供试验条件。不同脱色方法的脱色效果存在明显差异，陈健等（2010）采用树脂脱色法和H2O2脱色法对香菇多糖进行脱色，结果表明，H2O2脱色时间短、香菇多糖保留率高、影响香菇多糖降解作用较小，脱色效果优于树脂，且香菇多糖分子量不受H2O2脱色工艺的影响；蒋俊等（2013）对比活性炭吸附法、H2O2脱色法和大孔树脂法对猴头菌多糖的脱色效果，结果表明，大孔树脂的脱色率最高，活性炭最低，高浓度H2O2脱色效果能达到与大孔树脂相当的水平。可见，H2O2脱色法是一种成本低、效率高的脱色方法。

本研究选取脱色温度、脱色时间及H2O2体积分数为影响因素，结合单因素试验结果，设计了3因素4水平的正交试验方案，以优化H2O2法脱除红雪茶多糖色素的最佳工艺。结果表明，在脱色温度55 ℃、脱色时间20 min、H2O2体积分数20%的优化条件下，红雪茶多糖H2O2脱色的脱色率达81.55%，通过验证试验测得红雪茶脱色率为（81.47±1.20）%，两者差异小，表明红雪茶多糖H2O2脱色工艺稳定可行、脱色效率高，与前人研究结果（陈健等，2010；蒋俊等，2013）一致。考察脱色温度、脱色时间及H2O2体积分数对红雪茶多糖脱色效果的影响，结果发现H2O2体积分数的影响最大，达极显著水平，与孟迪等（2015）的研究结果一致； H2O2具有强氧化性，既可对多糖进行脱色，也可能造成多糖的氧化或破坏，故下一步将结合多糖保留率指标筛选H2O2的更优水平。此外，H2O2脱色法的实质是利用H2O2对发色基团进行不可逆地破坏（张亨，1999），可能会降低脱色多糖的免疫活性（冯慎等，2010），因此，下一步还需开展红雪茶多糖脱色后体外免疫活性的分析。

4 结论

本研究通过正交试验法优化红雪茶多糖H2O2脱色工艺，确定其最佳工艺条件为：脱色温度55 ℃、脱色时间20 min、H2O2体积分数20%，该条件下脱色率达81.55%。H2O2脱色法对红雪茶多糖的脱色效率较高，且成本低廉、工艺稳定，是红雪茶多糖脱色的可行方法。

参考文献：

陈健，耿安静，徐晓飞. 2010. 香菇多糖的过氧化氢脱色工艺研究[J]. 食品工业科技，31（3）：293-295.

Chen J，Geng A J，Xu X F. 2010. Study on decolorizing techno-

logy of lentinan by hydrogen peroxide[J]. Science and Technology of Food Industry，31（3）：293-295.

冯慎，陈爽，李妍，李晓光. 2010. 植物多糖的纯化工艺研究进展[J]. 天津化工，24（6）：5-8.

Feng S，Chen S，Li Y，Li X G. 2010. Process of work in polysaccharides purification[J]. Tianjin Chemical Industry，24（6）：5-8.

付惠，王立松，陈玉惠，廖戎. 2005. 云南两种地衣茶：白雪茶（Thamnolia spp.）和红雪茶（Lethariella spp.）的营养成分分析[J]. 天然产物研究与开发，17（3）：340-343.

Fu H，Wang L S，Chen Y H，Liao R. 2005. A study on nutritio-

nal components of two different lichen teas from Yunnan[J]. Natural Product Research and Development，17（3）：340-343.

宮春宇，余世锋，郑喜群. 2015. 响应面法优化玉米须多糖氧化脱色工艺[J]. 粮食与油脂，28（8）：31-34.

Gong C Y，Yu S F，Zheng X Q. 2015. Optimization of deco-

lorization process of oxidation method of polysaccharide from stigma maydis by response surface methodology[J]. Cereals & Oils，28（8）：31-34.

韩碧群，彭勇. 2012. 雪茶的应用历史与研究现状[J]. 中国现代中药，14（6）： 62-67.

Han B Q，Peng Y. 2012. Application history and current status of icetea[J]. Modern Chinese Medicine，14（6）： 62-67.

蒋俊，杨焱，罗玺，吴迪，唐庆九，张劲松，冯志勇. 2013. 猴头菌多糖不同脱色方法的研究[J]. 天然产物研究与开发，25（9）：1180-1184.

Jiang J，Yang Y，Luo X，Wu D，Tang Q J，Zhang J S，Feng Z Y. 2013. Study on different decolorization methods of Hericium erinaceus polysaccharide[J]. Natural Product Research and Development，25（9）：1180-1184.

金路，严鹏，李红玉. 2014. 栉孔扇贝多糖提取方法的優化及脱色工艺[J]. 食品与发酵工业，41（2）：233-236.

Jin L，Yan P，Li H Y. 2014. Optimization for extraction and decolorization process of Chlamys farreri[J]. Food and Fermentation Industries，41（2）：233-236.

阚建全，王雅茜，陈宗道，贺稚非，王光慈. 2001. 甘薯活性多糖抗突变作用的体外实验研究[J]. 中国粮油学报，16（1）：23-27.

Kan J Q，Wang Y Q， Chen Z D，He Z F，Wang G C. 2001. Antimutagenic activities of active polysaccharide extract from sweet potato based on ames test[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，16（1）：23-27.

赖喆，宗刚. 2010. 高铁酸钠溶液的现场制备及其对染料的脱色作用[J]. 化学工程与装备，（2）：12-14.

Lai Z，Zong G. 2010. On-site preparation of ferrate solution and its decolorization[J]. Chemical Engineering & Equipment，（2）：12-14.

毛贵元. 2012. 红雪茶及其多糖降脂保肝作用的实验研究[D]. 南宁：广西医科大学.

Mao G Y. 2012. Experimental study of Lethariella cladonioides and polysaccharide effect in decreasing blood lipid and protecting liver[D]. Nanning：Guangxi Medical University.

孟迪，乔长晟，宋玉民，范栩嘉，徐硕涵. 2015. 双氧水对聚苹果酸脱色效果探究[J]. 食品研究与开发，36（16）：34-39.

Meng D，Qiao C S，Song Y M，Fan X J，Xu S H. 2015. Study of decoloration effect on poly malic acid by H2O2[J]. Food Research and Development，36（16）：34-39.

秦亚东，汪荣斌，周娟娟. 2015. 白芍多糖脱色工艺研究[J]. 中成药，37（12）：2783-2787.

Qin Y D，Wang R B，Zhou J J. 2015. Decolorization of polysaccharide from Paeonia lactiflora Pall. root[J]. Chinese Traditional Patent Medicine，37（12）：2783-2787.

尚军，李建菊， 张国燕. 2014. 藏药旺拉多糖对小鼠免疫功能的影响[J]. 西南农业学报，27（3）：1305-1308.

Shang J，Li J J，Zhang G Y. 2014. Effects of Coeloglossum polysaccharide on immunoregulatory function of mice[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，27（3）：1305-1308.

谭周进，谢达平. 2002. 多糖的研究进展[J]. 食品科技，（3）：10-12.

Tan Z J，Xie D P. 2002. Research advancements of polysaccharomyces[J]. Food Science and Technology，（3）：10-12.

唐麗，杨林，马瑛，毕学，常嘉，黄菊阳. 2009. 藏药雪茶的民族植物学研究[J]. 中央民族大学学报（自然科学版），18（2）：83-86.

Tang L，Yang L，Ma Y，Bi X，Chang J，Huang J Y. 2009. Ethnobotanical study of Tibetan medicine icetea[J]. Journal of the Central University for Nationalities（Natural Sciences Edition），18（2）：83-86.

王如涛，吴绵斌，林建平，杨立荣. 2013. 植物多糖分离提取技术的研究进展[J]. 中国生物工程杂志，33（7）：118-123.

Wang R T，Wu M B，Lin J P，Yang L R. 2013. Recent advances in extraction and isolation of plant polysaccharides[J]. China Biotechnology，33（7）：118-123.

王文彤，张岩，陶遵威. 2014. 正交试验优化苦豆子多糖的双氧水脱色工艺研究[J]. 现代药物与临床，（11）：1234-1237.

Wang W T，Zhang Y，Tao Z W. 2014. Optimization of deco-

lorization technology of Sophora alopecuroides polysaccharide with H2O2 by orthogonal test[J]. Drugs & Clinic，（11）：1234-1237.

杨青松，赵艳，王莹，屈睿. 2013. 响应面法优化藏药红雪茶多糖提取工艺[J]. 食品工业，34（8）：44-48.

Yang Q S，Zhao Y，Wang Y，Qu R. 2013. Optimization extraction conditions of ploysaccharide from Tibetan medicine Letharie-

lla spp. by response surface method[J]. Food Industry，34（8）：44-48.

杨蓉生，陈炼红，唐俊妮，陈娟，唐艳琼. 2012. 复合酶法提取红雪茶粗多糖工艺优化研究[J]. 食品工业科技，33（12）：285-288.

Yang R S，Chen L H，Tang J N，Chen J，Tang Y Q. 2012. Optimization of polysaccharide extraction from Lethariella cladonioides by compound enzymes method[J]. Science and Technology of Food Industry，33（12）：285-288.

张亨. 1999. 化学脱色研究进展[J]. 现代化工，19（9）：15-18.

Zhang H. 1999. Progress in research of chemical decolorization[J]. Modern Chemical Industry，19（9）：15-18.

庄筱葳，刘秀芳，毛贵元，陈本超，蔡光明，夏新华. 2012. 西藏红雪茶多糖含量测定[J]. 中国实验方剂学杂志，18（4）：103-106.

Zhuang X W，Liu X F，Mao G Y，Chen B C，Cai G M，Xia X H. 2012. Determination of Lethariella cladonioides polysaccharide from Tibet[J]. Chinese Journal of Experimental Traditional Medicine Formulae，18（4）：103-106.

Gao Y H，Tang W B，Gao H，Chan E L，Lan J，Zhou S F. 2004. Ganoderma lucidum polysaccharide fractions accelerate healing of acetic acid-induced ulcers in rats[J]. Journal of Medicinal Food，7（4）：417-421.

（責任编辑 罗 丽）