微波辅助提取枸杞多糖工艺条件优化

庞亚茹，朱风涛，吴茂玉，古静燕，陈义伦，马超（.山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安708；.中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南5004）



微波辅助提取枸杞多糖工艺条件优化

庞亚茹1，2，朱风涛2，吴茂玉2，古静燕2，陈义伦1，马超2
（1.山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安271018；2.中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南250014）

摘要：采用微波辅助提取法从枸杞中提取枸杞多糖。以粗多糖得率为量化指标，利用单因素试验和正交试验设计法优化枸杞多糖的微波最佳提取工艺为：料液比1∶20（g/mL）、温度85℃、微波时间45 min、微波功率200 W。粗多糖的最终得率可达到7.22%。

关键词：枸杞多糖；微波；提取工艺

枸杞（Lycium barbarum）属茄科落叶灌木，其果实为卵圆形红浆果，食药兼用。据《本草汇言》载：“枸杞能使气可充，血可补，阳可生，阴可长，火可降，风湿可去，有十全之妙用焉。”枸杞营养成分非常丰富，除蛋白质、脂肪、碳水化合物、类胡萝卜素和抗坏血酸之外，还含有多种微量元素、维生素和氨基酸，有广阔的市场前景和发展空间。

枸杞多糖（Lycium Barbarum Polysaccharides，LBP）作为枸杞中重要的一类有效活性成分，具有免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、降血压、降血脂、降血糖、护肝、抗疲劳、耐缺氧以及保护生精细胞等生物活性作用，是当前枸杞研究领域内的热点。枸杞多糖易溶于热水或稀酸、稀碱溶液，能被乙醇、丙酮等有机溶剂析出，干燥后为白色纤维状疏松固体［1］，其提取过程大致可以分为：预处理→多糖浸提→多糖醇沉→脱蛋白→干燥。枸杞多糖提取的方法有很多，较为传统的有水提醇沉法、碱液提取法和酶提取法，近年来常用的方法有微波辅助提取法、超声波辅助提取法以及超声波-微博联合萃取等方法。本课题主要研究微波辅助法提取枸杞中的多糖。

微波辅助提取是利用微波能强化溶剂萃取效率，即利用微波加热来加速溶剂对固体样品中目标萃取物（主要是有机化合物）的萃取过程。微波具有波动性、高频特性以及热特性或非热特性（生物效应）等特点［2］。邱志敏［3］等利用响应面法优化枸杞多糖的微波辅助水提取工艺得到最佳提取工艺为微波功率300 W，微波时间1.8 min，液料比26∶1（g/mL），枸杞粗多糖得率可以达到9.57%。在此工艺条件下微波辅助提取枸杞多糖的DPPH清除率比BHA低5%左右，但ORAC值及抗油脂酸败能力略高于BHA，总体来说抗氧化活性与水提多糖相近。微波辅助法提取枸杞多糖在缩短提取时间、提高提取率、降低成本等各方面具有显著作用。

1　材料与方法

1.1材料

精河枸杞：新疆博州精河县出产。

1.2主要试剂与设备

苯酚（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；硫酸（优级纯）：山东济南化学研究院；无水乙醇（分析纯）：天津市富宇精细化工有限公司；丙酮（优级纯）：天津市化学试剂二厂；葡萄糖（优级纯）：天津市科密欧化学试剂开发中心。

1.3仪器设备

电热鼓风干燥箱BGR-240：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；高速万能粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；XH-300A祥鹄电脑微波超声波组合合成/萃取仪：北京祥鹄科技发展有限公司；Heraeus sepatech高转速离心机：德国Heraeus公司；Rotavapor R-3旋转蒸发仪：瑞士BUCHI有限公司；IKA RH basic 1电加热器：德国IKA公司；PL2002精密天平：瑞士Mettler Toledo公司 ；TU-1810紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；数显式电热恒温水浴锅：上海迅博实业有限公司医疗设备厂；KQ-500E型超声波清洗器：舟山市超声仪器有限公司；SHB-3循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司。

2　方法

2.1枸杞粗多糖提取工艺

新鲜枸杞→烘干→粉碎→加一定体积纯水→微波辅助萃取→枸杞提取液→离心→抽滤→滤液蒸发浓缩→4倍乙醇沉淀→4℃过夜静置→离心→粗提物→无水乙醇、丙酮洗涤→70℃条件下干燥→枸杞粗多糖→计算得率。

2.2枸杞粗多糖含量的测定

采用苯酚-硫酸法测定枸杞中粗多糖含量［4］。

2.2.1葡萄糖标准曲线的绘制

精密称取105℃干燥恒重的标准葡萄糖0.1 g（精确到0.000 1 g），加水溶解并定容至1 000 mL即得。精密吸取此溶液0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，分置于具塞试管中，各加蒸馏水使体积为2.0 mL，再各加苯酚液1.0 mL，摇匀，迅速滴加硫酸5.0 mL，摇匀后放置5 min，置沸水浴中加热15 min，取出冷却至室温；另以蒸馏水2.0mL，加苯酚和硫酸，同上操作为空白对照。于490 nm处测定吸光度，绘制标准曲线。

2.2.2多糖的测定

准确吸取待测液一定量（视待测液浓度而定），加蒸馏水至2 mL，以下操作按标准曲线绘制下的方法测定吸光度，根据标准曲线查出显色液中葡萄糖含量。

2.2.3测定结果的计算

式中：W为多糖含量，%；ρ为显色液中葡萄糖含量，μg；V1为样液定容体积，mL；f为3.19葡萄糖换算多糖的换算因素；m为试样质量，g；V2为吸取待测液的体积，mL。

每个试样取两个平行进行测定，以其算术平均值为测定结果，允许相对偏差为5%。

2.4单因素试验

2.4.1温度对枸杞多糖得率的影响

称取枸杞干粉10 g，在功率350 W，料液比1∶10（g/mL）的条件下，设置温度为60、70、80、90℃，提取35 min，每个温度做3个平行试验，最后取平均值，比较不同温度对枸杞多糖提取效果的影响。结果见图1。

图1　温度对粗多糖得率的影响Fig.1　The effect of extraction temperature on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

结果如图1所示，随着温度的升，高多糖含量不断提高，这是因为随着温度的增加，多糖分子剧烈的做无规则运动，使反应更加充分，从而增加了多糖的溶出。由图可以看出，温度从80℃增加至90℃时多糖溶出量明显高于从60℃至80℃的增加幅度，因此选择温度为90℃。

2.4.2功率对枸杞多糖得率的影响

称取枸杞干粉10 g，在85℃，料液比1∶10（g/mL）条件下，设置功率为100、200、300、400W，提取35min，每个功率做3个平行试验，最后取平均值，比较不同功率对枸杞多糖提取效果的影响。结果见图2。

结果如图2所示，随着功率的提高多糖含量不断提高，这是因为随着功率的增加，使枸杞细胞破碎更加充分，将更多的多糖从枸杞原料中溶出。从综合得率和降低能耗等方面因素，最终选择功率为400 W。

2.4.3料液比对枸杞多糖得率的影响

称取枸杞干粉10 g，在85℃，功率350W条件下，设置料液比为1∶10、1∶15、1∶20、1∶25（g/mL），提取35 min，每个料液比做三个平行试验，最后取平均值，比较不同料液比对枸杞中多糖提取效果的影响。结果见图3。

图2　微波功率对粗多糖得率的影响Fig.2　The effect of microwave power on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

图3　 料液比对粗多糖得率的影响Fig.3　The effect of extraction solid-liquid ratio on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

结果如图3所示，料液比在1∶20（g/mL）时多糖提取率达到最高，因此选择料液比为1∶20（g/mL）。

2.4.4时间对枸杞多糖得率的影响

称取枸杞干粉10 g，在85℃，功率350 W，料液比为1∶10（g/mL）条件下，设置时间为5、10、20、30、40min，每个时间组做3个平行试验，最后取平均值，比较不同提取时间对枸杞中多糖提取效果。结果见图4。

图4　 时间对粗多糖得率的影响Fig.4　The effect of extraction time on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

结果如图4所示，随着时间的增加多糖提取率不断提升高，可能是因为时间越久，枸杞细胞破碎越完全，析出多糖的量越多，因此选择时间为40 min。

2.5正交试验

2.5.1正交试验各因素选择

在单因素试验的基础上选择温度、功率、料液比、时间、进行正交试验。

2.5.2正交试验结果

枸杞多糖微波辅助提取正交试验设计因素与水平表见表1，正交试验设计与结果见表2。

表1　枸杞多糖提取的正交设计因素与水平表Table 1　Factors and levels for orthogonal test

表2　正交试验设计与结果Table 2　Results of orthogonal test

由表2可以直观看出A因素影响显著，4个因素对试验的影响顺序是：A＞D＞B＞C，即温度＞料液比＞时间＞功率。理论最优组合为A1D2B3C2，即温度为85℃，时间45 min，功率200 W，料液比1∶20（g/mL）。

在此条件下做验证试验，得到的多糖含量为7.22%，说明在微波辅助提取工艺中，这一参数组合的确最佳。

3　结论

本试验以新疆精河枸杞为试验原料，采用微波辅助萃取法提取水溶性多糖，温度是影响提取效率的一个关键因素，随着温度的升高，由于分子热运动的加剧，可以促进多糖的溶出。时间是影响提取效率的另一关键因素，随着时间的延长，多糖的得率会增加，但是当分子的扩散达到平衡以后，提取时间的延长对于多糖的得率就不会再有任何的影响作用。水的用量对提取过程有较大的影响，如果用量过小，大量的多糖就会存留在枸杞粉的残渣中，但是料液比过大耗时又耗能，会给浓缩工作带来很大的负担，降低提取的效率。微波功率对多糖的提取也有一定影响，随着功率的提高多糖含量不断提高，这是因为随着功率的增加，使枸杞细胞破碎更加充分，将更多的多糖从枸杞原料中溶出。但是从设备参数设置和能耗等方面考虑，过高或过低都不理想。因此，综合以上分析以及通过单因素试验和正交试验的结果分析可以得出，影响枸杞粗多糖提取率的因素顺序是：提取温度＞料液比＞提取时间＞功率，最优的提取工艺条件是：温度为85℃，时间45 min，功率200 W，料液比1∶20（g/mL），最优方案的枸杞粗多糖的得率是7.22%。

参考文献：

［1］黄秋婷，陈远锋.枸杞多糖的研究及其进展［J］.食品研究与开发，2006，127（1）：172-174

［2］胡冠九，徐明华.微波萃取在环境有机分析样品中的应用［J］.江苏环境科技，1997（1）：31-33，36

［3］邱志敏，芮汉明.微波辅助提取枸杞多糖的工艺优化及其抗氧化性研究［J］.食品工业科技，2012，33（7）：220-227

［4］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 18672-2014附录A枸杞多糖测定［S］.北京：中国标准出版社，2014：5-6

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.11.012

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划“枸杞等西北特产资源生态高值利用技术研究与产品开发”（2012BAD36B04）

作者简介：庞亚茹（1991—），女（汉），硕士研究生在读，研究方向：果蔬采后深加工与综合利用。

收稿日期：2015-04-28

Microwave-assisted Extraction of Lycium barbarum Polysaccharides

PANG Ya-ru1，2，ZHU Feng-tao2，WU Mao-yu2，GU Jing-yan2，CHEN Yi-lun1，MA Chao2

（1.College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Tai'an 271018，Shandong，China；2.China Technology&Research of Storage&Processing of Fruit&Vegetable（CTCF），Jinan 250014，Shandong，China）

Abstract：Single factor experiment and orthogonal experiment design was used to optimize microwave extraction of polysaccharide from Lycium barbarum，to put the polysaccharide yield as a evaluation index.Results showed that the best extraction conditionsas flows：the highest yield（7.22%）of the polysaccharide was obtained under 200 W of microwave power for 45 minutes at solid-solution rate of 1∶20（g/mL）at 85℃.

Key words：Lycium barbarum polysaccharide；microwave；extraction technology