江香薷多糖的过氧化氢脱色研究

孙涛涛,蔡为荣,谢亮亮,许惠玲,孙 建

(安徽工程大学生物与化学工程学院,安徽芜湖 241000)



江香薷多糖的过氧化氢脱色研究

孙涛涛,蔡为荣∗,谢亮亮,许惠玲,孙 建

(安徽工程大学生物与化学工程学院,安徽芜湖 241000)

摘要:为了除去江香薷多糖中的色素,以过氧化氢为脱色剂,多糖脱色率和多糖保留率为指标,考察了脱色温度、脱色时间、p H值、过氧化氢用量对江香薷多糖脱色效果的影响,在单因素试验的基础上采用正交试验对脱色条件进行优化．试验结果表明,采用脱色温度为70℃、脱色时间为150 min、p H值为10、过氧化氢用量为16．5%(体积分数)的条件下,多糖脱色率可达到82．83%,多糖保留率为80．52%;红外谱图定性分析,脱色前后江香薷多糖红外吸收谱型基本相同,过氧化氢用量为16．5%时,脱色前后江香薷多糖红外谱图含有α-型糖苷键吸收峰．过氧化氢用量达到40%时,脱色后江香薷多糖红外谱图中α-型糖苷键吸收峰消失．

关 键 词:多糖;脱色;过氧化氢;正交试验

香薷(Herba Moslae)为唇形科植物江香薷(Mosla chinensis＇jiangxiangru＇)或石香薷(Mosla chinesis Maxim)的干燥地上部分,分布于辽宁、山东、江苏、四川、江西、贵州、云南、陕西等地,始载于《名医别录》,具有发汗解暑、和中利湿的功能．中医主要用于恶寒发热、头痛无汗、腹痛吐泻、小便不利等症的暑湿感冒[1]．江香薷作为香薷的道地药材,开发价值更大．近期研究表明,江香薷含有的化学成分包括挥发油、苯丙素类、黄酮类化合物、多糖等[2],其多糖成分具有清除自由基等抗氧化作用[3],然而,江香薷水提醇沉后得到的多糖呈现黑红色,阻碍江香薷多糖进一步分离纯化、化学结构、作用机理及构效关系等研究,因此,有必要对江香薷多糖脱色．

植物来源的多糖,其色素多数呈现负性离子,过氧化氢在水溶液中可电离出过氧氢根离子攻击色素,在碱性介质中电离度增大,脱色作用增强,因此,对于负性离子有很好的脱色作用．采用过氧化氢氧化脱色,以多糖脱色率和多糖保留率为评价指标,在单因素试验的基础上采用正交试验优化脱色工艺,采用红外谱图对脱色后江香薷多糖的糖苷键损伤进行定性鉴别．

1 材料与方法

1．1 材料试剂与仪器设备

香薷购自于成都市荷花池中药材批发市场,经鉴定为唇形科植物江香薷;AB-8大孔树脂(天津南开大学化工厂);颗粒活性炭、30%过氧化氢、葡萄糖、浓硫酸、苯酚等均为国产分析纯．

旋转蒸发器RE-52(上海青浦沪西仪器厂);HH-6数显恒温水浴锅(国华电器有限公司);真空冷冻干燥机(美国SIM公司);L-550离心机(湘仪离心机仪器有限公司);L3S可见分光光度计(上海仪电分析仪器有限公司);p H计(上海雷磁仪器厂);FTIR-650傅里叶变换红外光谱仪(天津港东科技发展股份有限公司)．

1．2 方法

(1)江香薷多糖供试液的制备．江香薷经粉碎后过120目筛网得到江香薷粉末．准确称量60．00 g江香薷粉末,加入15倍超纯水,混匀,85℃提取3 h,过滤后收集滤液,浓缩到30～40 m L,采用Sevag法除蛋白,反复操作至无蛋白层为止,以80%的比例添加无水乙醇,搅拌均匀,4℃条件下静置8 h,经4 000 r/min离心,收集醇沉物,经真空冷冻干燥后得到江香薷多糖(JXR)．准确称取300．00 mg江香薷多糖,超纯水充分溶解后,250 m L容量瓶定容,作为供试江香薷多糖溶液A．

(2)多糖含量的测定[2]．

(3)多糖保留率的测定．多糖保留率＝M前/M后×100%,式中,M前、M后分别为脱色前后多糖含量．

(4)脱色率的测定[5]．

(5)不同脱色剂脱色．AB-8大孔树脂脱色:取5 m L多糖溶液A于三角瓶中,加入处理后的大孔树脂2．5 g,混合均匀后,45℃条件下恒温振荡3 h,抽滤后除去树脂残渣,8 000 r/min离心10 min,取上清液测定脱色率和多糖保留率．活性炭颗粒脱色:量取5 m L多糖溶液A于三角瓶中,加入活性炭颗粒0．8 g, 45℃恒温振荡3 h,8 000 r/min离心20 min,去除活性炭残渣,取上清液测定脱色率和多糖保留率．过氧化氢脱色:量取5 m L多糖溶液A于三角瓶中,调节p H＝8,加入30%过氧化氢溶液的量为16．5%,混合均匀后,50℃条件下加热3 h,8 000 r/min离心15 min,取上清液测定脱色率和多糖保留率．

2 结果与分析

2．1 脱色剂的选择

分别采用AB-8大孔树脂、活性炭颗粒、过氧化氢对江香薷多糖脱色,其脱色率和多糖保留率如表1所示．由表1可知,采用过氧化氢脱色时,脱色率和多糖保留率都最高;采用AB-8大孔树脂和活性炭颗粒对江香薷多糖脱色,其多糖保留率远低于采用过氧化氢脱色．综合考虑脱色率和多糖保留率,选择过氧化氢作为脱色剂,并采用单因素试验和正交试验优化脱色工艺．

表1 3种脱色方法脱色效果比较

2．2 江香薷多糖过氧化氢脱色的单因素试验

(1)过氧化氢用量对脱色效果的影响．分别取5 m L多糖溶液A于各三角瓶中,p H 5．6、50℃条件下脱色60 min,不同过氧化氢用量条件下多糖脱色率及多糖保留率比较如图1所示．由图1可知,脱色率随过氧化氢用量的增加而增加,多糖保留率随过氧化氢用量增加而降低．过氧化氢用量:由7%提高到14%,脱色率提高2．4%,多糖保留率下降了1．1%;由14%提高到19%,脱色率提高14．3%,多糖保留率下降4．6%;由19%提高到24%,脱色率提高4．7%,多糖保留率下降12．0%;由24%上升到29%,脱色率提高2．4%,多糖保留率下降2．5%．当过氧化氢用量达到19%以后,脱色率增长趋势变缓,多糖保留率下降趋势急剧增加．由于多糖结构中含有羟基、醛基等活泼基团,过氧化氢的用量过大导致多糖损失变大．综合考虑脱色率和多糖保留率,初步选定过氧化氢用量为16．5%．

(2)脱色时间对脱色效果的影响．分别取5 m L多糖溶液A于各三角瓶中,过氧化氢用量为16．5%, p H 5．6、50℃条件下脱色,不同脱色时间条件下多糖脱色率和多糖保留率比较如图2所示．由图2可知,随着脱色时间的增加,脱色率增加,240 min左右脱色效果最佳,多糖保留率降低但趋势不明显．15～120 min范围内,脱色率提高了35．7%,增加趋势明显;120～240 min范围内,脱色率提高了4．8%,脱色率增加趋势变缓,120 min处为脱色率增加趋势转折点;15～240 min范围内,多糖保留率降低了0．5%．综合考虑脱色率和多糖保留率及降解等因素,使脱色尽可能充分,初步选择脱色时间为180 min．

图1 不同过氧化氢用量对脱色效果的影响

图2 不同脱色时间对过氧化氢脱色效果的影响

(3)p H值对脱色效果的影响．分别取5 m L多糖溶液A于各三角瓶中,过氧化氢用量16．5%、50℃条件下脱色180 min,不同p H值条件下多糖脱色率和多糖保留率比较如图3所示．由图3可知,脱色率随着p H值的增大呈上升的趋势,在p H＝9左右达到最佳脱色效果,随着碱性的进一步增强(p H＝10),p H值的影响减弱,脱色率变化不大,多糖保留率急剧降低,这可能是偏碱条件下,造成多糖的部分降解．初步选择p H值为9．

(4)脱色温度对脱色效果的影响．分别取5 m L多糖溶液A于各三角瓶中,调p H为9、过氧化氢用量为16．5%、脱色时间为180 min,不同脱色温度条件下多糖脱色率和多糖保留率比较如图4所示．由图4可知,随着温度的升高,脱色率逐渐增加,多糖保留率降低．当温度升高到60℃时,脱色率增长幅度开始变得很缓．继续升高温度,多糖保留率降低趋势显著．可见,多糖脱色有一定的最适温度范围,超过该范围以后,温度升高,脱色率增加,但是多糖损失较大．因此,60℃为最佳脱色温度．

图3 p H值对过氧化氢脱色效果影响

图4 不同脱色温度对过氧化氢脱色效果的影响

2．3 江香薷多糖脱色正交试验及结果分析

由单因素试验结果可见,p H值、过氧化氢用量、脱色温度及脱色时间都是影响过氧化氢氧化脱色的重要因素．在单因素试验的基础上,采用正交试验确定江香薷多糖过氧化氢氧化脱色最佳工艺条件,选择L9(34)表进行4因素3水平的正交设计试验,试验因素水平如表2所示,正交试验结果如表3所示,脱色率极差分析如表4所示,多糖保留率极差分析如表5所示．

由表4可知,过氧化氢用量对脱色率的影响较大,其次是p H值和脱色温度,时间对脱色率的影响最小．理论优化方案为A3B1C3D2,即脱色温度70℃、时间150 min、p H值为10、过氧化氢用量16．5%,该条件下过氧化氢脱色率最高．

由表5可知,过氧化氢用量对多糖保留率影响较大,可能是因为过氧化氢造成多糖的部分降解,因而,过氧化氢的用量要适当;其次是时间和温度,p H值对多糖保留率的影响最小．综合考虑,得出最佳脱色条件为A1B1C2D1,即脱色温度50℃、脱色时间150 min、p H值为9、过氧化氢用量为14．0%．综合考虑脱色率和多糖保留率两个指标,得出最佳脱色工艺条件为脱色温度70℃、脱色时间150 min、p H值为10、过氧化氢用量16．5%．最佳工艺条件下,多糖脱色率为82．83%,多糖保留率为80．52%．

2．4 红外光谱分析

分别取脱色前江香薷多糖JXR、脱色后江香薷多糖JXR-A(16．5%过氧化氢脱色)及JXR-AA(40%过氧化氢脱色)干燥样品2 mg左右,KBr混合压片,4 000～400 cm－1范围内进行红外光谱扫描,结果如图5所示．由图5a可以看出,采用过氧化氢脱色前后江香薷多糖的红外吸收谱型基本相同:3 413 cm－1附近的宽吸收峰,是由糖分子内或分子间的O－H伸缩振动引起的;2 929 cm－1附近的弱吸收峰,是由次甲基中的C－H伸缩振动引起的;1 614 cm－1附近的吸收峰是由O－H的弯曲振动引起的;1 417 cm－1附近存在的吸收峰,属于＝CH2的变形吸收峰;1 078 cm－1附近的吸收峰属于醇羟基的变角振动吸收峰．

由图5b可以看出,843 cm－1(JXR)及839 cm－1(JXR-A)处的吸收峰是α-型糖苷键的吸收峰,表明采用过氧化氢脱色前江香薷多糖存在α-型糖苷键,这与报道的相一致[6]．采用16．5%的过氧化氢脱色以后,江香薷多糖中存在α-型糖苷键;当采用40%的过氧化氢对江香薷多糖脱色以后(JXR-AA),α-型糖苷键的吸收峰消失,这表明α-型糖苷键被破坏,这与过氧化氢能够破坏糖苷键的报道相一致[7]．

表2 正交因素水平表

表3 江香薷多糖过氧化氢氧化脱色正交试验结果

表4 脱色率的极差分析表

表5 多糖保留率的极差分析表

3 结论

过氧化氢对江香薷多糖的脱色效果优于AB-8大孔树脂和颗粒活性炭．以过氧化氢为脱色剂,采用单因素试验和正交试验对脱色条件进行优化,得到最佳工艺条件为脱色温度70℃、时间150 min、p H＝10、过氧化氢用量为16．5%,该条件下,脱色率达到82．83%,多糖保留率为80．52%,脱色前后江香薷多糖红外吸收谱型基本相同,含有α-型糖苷键的吸收峰．继续增加过氧化氢用量至40%时,江香薷多糖红外谱图中α-型糖苷键吸收峰消失．

图5 过氧化氢脱色前后江香薷多糖的红外谱图

参考文献:

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[7]F Tian,Y Liu,K Hu,et al．The depolymerization mechanism of chitosan by hydrogen peroxide[J]．Journal of Materials Science,2003,38(23):4 709-4 712．

Decoloration of polysaccharide from Mosla chinensis-jiangxiangru by hydrogen peroxide

SUN Tao-tao,CAI Wei-rong∗,XIE Liang-liang,XU Hui-ling,SUN Jian
(College of Biological and Chemical Engineering,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China)

Abstract:In order to decolorize crude polysaccharide from Mosla chinensis-jiangxiangru,hydrogen peroxide wasselected as the bleaching agent．To study the effects of bleaching temperature,bleaching time, p H,hydrogen peroxide dosage on decolorization of crude polysaccharide,polysaccharide decolorization rate and polysaccharide retention rate were considered as the indexes．Decolorization conditions were optimized by orthogonal experiment on the basis of single factor experiments．The results showed that the optimal decolorization temperature,duration,p H and decolorant dosage were 70℃,150 min,10 and volume fraction of 16．5%,respectively．Under these conditions,the decoloration rate was 82．83%and the polysaccharides holding rate was 80．52%．Qualitative analysis showed that the polysaccharides had similar infrared absorption spectrum．The polysaccharide hadα-type glycoside bond absorption peak．The polysaccharide was bleached by hydrogen peroxide of 16．5%and its infrared absorption spectrum hadα-type glycoside bond absorption peak．Theα-type glycoside bond absorption peak disappeared when the amount of hydrogen peroxide reached 40%．

Key words:polysaccharide;decolorization;hydrogen peroxide;orthogonal test

中图分类号:TQ461

文献标识码:A

收稿日期:2015-12-02

基金项目:安徽省自然科学基金项目(1408085 MC52)

作者简介:孙涛涛(1988-),男,河南平顶山人,硕士研究生．

通讯作者:蔡为荣(1963-),男,安徽芜湖人,教授,硕导．