芒果皮渣多糖的超声波辅助提取及其抗氧化活性研究

张莉++赵巧丽++刘翠芳++胡会刚

摘 要 为研究芒果皮渣中多糖的提取工艺及其抗氧化活性，在单因素试验的基础上，通过正交试验优化芒果皮渣多糖的提取工艺参数，同时利用清除DPPH·法、·OH法和O2-·法评价其体外抗氧化活性。结果表明，超声波辅助提取芒果皮渣多糖的最佳工艺条件为提取温度80℃、超声功率160 W、提取时间90 min、料液比1∶2 g/mL、提取次数2次，在此条件下多糖提取率可达0.81%。体外抗氧化试验表明，芒果皮渣多糖对DPPH·、·OH和O2-·均有一定的清除能力，随着质量浓度的增加，清除能力逐渐增强。当浓度为1.0 mg/mL时，他们的清除率分别达到93.1%、94.5%和8.89%。本研究建立了新鲜芒果皮渣多糖的提取工艺，并评价了其体外抗氧化活性，可为芒果资源的充分利用、研究开发等提供理论依据。

关键词 芒果皮渣 ；多糖 ；超声波 ；提取工艺 ；抗氧化活性

中图分类号 S667.7 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.10.016

Analysis of Antioxidant Activities of Polysaccharides Extracted from

Mango Peels by Ultrasonic Extraction Process

ZHANG Li1） ZHAO Qiaoli1） LIU Cuifang2） HU Huigang1）

（1 South Subtropical Crops Research Institute/Key Laboratory of tropical fruit biology，

Ministry of Agriculture， CATAS， Zhanjiang， Guangding 524091；

2 College of Agriculture， Guangdong Ocean University， Zhanjiang， Guangding 524001）

Abstract In order to explore the extraction technology of polysaccharides from mango peels and evaluate their antioxidant activities， polysaccharides were extracted from mango peels to optimize their extraction parameters and develop their extraction method by orthogonal test on the basis of single factor experiments， and their antioxidant activities were evaluated by scavenging assays against DPPH， hydroxyl radicals and superoxide radicals. The results showed that the optimum extraction conditions were obtained using two extraction cycles at 80℃ with a solid-to-liquid ratio of 1∶2 g/mL， an extraction time of 90 min， and an ultrasonic power of 160 W. Under these conditions， the extraction yield of polysaccharides was 0.81%. In vitro antioxidant experiment showed that the mango polysaccharides possessed some scavenging capacity against DPPH， hydroxyl radicals and superoxide radicals， which enhanced with the concentration of the polysaccharides. When the concentration of the mango polysaccharides was 1.0 mg/mL the antioxidant scavenging rates were 93.1%， 94.5% and 8.89% for DPPH， hydroxyl radicals and superoxide radicals， respectively. An optimal technology for extracting polysaccharides from mango peels was established， and the antioxidant activities of the polysaccharides were evaluated， which would provide a theoretical reference for further research and development and efficient utilization of mango resources.

Keywords mango peels ； polysaccharides ； ultrasonic ； extraction technology ； antioxidant

芒果（Mangifera indica），又名蜜望、悶果，是漆树科常绿乔木，含有丰富的糖类、蛋白质、矿物质、维生素等营养成分，素有“热带水果之王”之称[1]。据统计，中国热带亚热带地区芒果种植面积达8 600 hm2，总产量达几十万吨，并有数家果肉加工厂，但芒果不可食用的果皮约占鲜果重9%～16%，由于加工利用技术和相关研究的匮乏，导致大量皮渣被丢弃成为农业废弃物[2]，不仅造成资源浪费，还加重了环境污染。因此，研究芒果皮渣的深加工和利用，对于拉长芒果产业链，开发天然抗氧化剂，提高芒果的经济价值具有重要的现实意义[3]。endprint

多糖是一类由单糖通过糖苷键链接而成的生物大分子，广泛存在于植物、动物细胞膜、微生物及海藻细胞壁中[1]。植物多糖由于来源安全，并具有抗氧化[4]、抗肿瘤[5]、降血糖[6]、降血脂、增强机体免疫力[7]等多重功效而备受关注。此外，植物多糖作为天然抗氧化剂已被广泛用于食品工业。多糖的提取方法主要有热水提取[8]，微波辅助提取[9-10]、超声波辅助提取[11-15]和酶法辅助提取[16]等，其中热水浸提法是最常用的提取方法，但此法所需提取时间长，能耗大[17]。超声波因其具有能耗低、提取时间短、提取温度低、操作简单等优点而在天然产物活性成分提取中具有广泛的应用[18]。目前，国内对芒果果皮多糖的提取工艺研究报道较少，特别是直接以新鲜果皮做提取材料的研究尚未见报道。因此，本研究以芒果新鲜皮渣为试材，采用超声波辅助提取法，在单因素试验的基础上，通过正交试验优化芒果皮渣多糖的最佳提取工艺条件，并通过其对DPPH·、·OH和O2-·的清除能力探讨其体外抗氧化活性，旨在为芒果皮渣的高效利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验材料

凯特芒果，采自四川攀枝花锐华公司果园，选取无损伤、无病害的成熟果实，取皮渣，清洗，切片，沸水浴灭活2 min，以1∶5 g/mL料液比于捣碎机中匀浆，4℃冷藏备用。

1.1.2 试剂

1，1-二苯基-2-苦肼基（DPPH）、标准葡萄糖购自美国sigma公司；抗坏血酸（Vc）购自广东光华化学试剂厂；苯酚、浓硫酸、丙酮、乙醚、硫酸亚铁、过氧化氢、K3Fe（CN）6、水杨酸等均为分析纯，购自深圳市富宇精细化工有限公司。

1.1.3 仪器与设备

DHG 9140A電热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；GL-20G-II高速冷冻离心机（美国Thermo公司）；RE-3000B旋转蒸发仪（德国海道尔夫公司）；UV-2550型紫外分光光度计（日本岛津公司）；PS-30ALD超声波清洗仪（深圳市洁康清净电器有限公司）；SHZ-D（III）循环水式多用真空泵（巩义市英峪高科仪器）；HH-4恒温水浴锅（金坛区华城润华实验仪器厂）；FD-10N冷冻干燥机（上海慈弦生物科技有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 芒果皮渣多糖的提取

取一定量的芒果皮渣浆，以蒸馏水为提取剂，按试验设定的浸提条件于超声波清洗仪中提取，随后以5 000 r/min离心10 min，收集上清液，残渣重复提取1次。合并上清液，真空减压浓缩至一定体积，加入4倍体积95%乙醇于4℃冰箱静置过夜，4 000 r/min离心10 min，所得沉淀依次用无水乙醇、丙酮、乙醚洗涤2～3次，得到透明胶状多糖。将多糖复溶于蒸馏水中，用Sevag法（正丁醇∶氯仿=1∶4）脱蛋白，后将多糖溶液转移至透析袋中，流动蒸馏水透析48 h，最后将透析液在-55℃、15 Pa的压力条件下冷冻干燥即得芒果粗多糖。

1.2.2 多糖含量的测定

采用苯酚-硫酸法[19]测定多糖含量。以葡萄糖标准品溶液浓度为横坐标，于490 nm处测得的吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线，得到回归方程：y=0.013 9x+0.165 7，R2=0.931 3。

多糖提取率=芒果皮渣中多糖质量/原料总质量×100%

1.2.3 单因素试验

在提取时间60 min、超声功率160 W、料液比1∶3 g/mL、提取次数2次的条件下，考察不同提取温度（40、50、60、70、80℃）对多糖提取率的影响；在提取温度80℃、超声功率160 W、料液比1∶3 g/mL、提取次数2次的条件下，考察不同提取时间（30、60、90、120、150 min）对多糖提取率的影响；在提取温度80℃、提取时间90 min、料液比1∶3 g/mL、提取次数2次的条件下，考察不同超声功率（40、80、120、160、200 W）对多糖提取率的影响；在提取温度80℃、提取时间90 min、超声功率160 W、提取次数2次的条件下，考察不同料液比（1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5 g/mL）对多糖提取率的影响；在提取温度80℃、提取时间90 min、超声功率160 W、料液比1∶2 g/mL的条件下，考察不同提取次数（1、2、3、4、5次）对多糖提取率的影响。

1.2.4 正交试验

在单因素试验的基础上，为简化试验工艺，固定提取次数为2次，以提取温度、提取时间、超声功率和料液比为自变量，以多糖提取率为考察指标，进行4因素3水平正交优化试验，因素水平见表1。

1.2.5 芒果皮渣多糖抗氧化活性分析

（1）清除DPPH·自由基活性测定

参照王丽波等[20]研究方法，分别吸取不同浓度多糖溶液（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL）各2 mL，加入2 mL 0.2 mmol/L DPPH溶液，摇匀，避光反应30 min，于517 nm处测定吸光度Ai。以无水乙醇代替DPPH溶液测定吸光度Aj，以蒸馏水代替多糖溶液测定吸光度A0。平行测定3次，以Vc作阳性对照。清除率计算公式如下：

式中，Ai为不同多糖浓度下的吸收度；Aj为不同浓度多糖溶液本底吸光度；A0为空白对照吸光度。

（2）清除羟自由基活性测定

分别吸取1 mL不同浓度多糖溶液（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL），依次加入2 mmol/L FeSO4溶液、1 mmol/L H2O2溶液各3 mL，静置10 min，再加入3 mL 6 mmol/L水杨酸，摇匀，静置30 min，于510 nm处测定吸光度Ai，用蒸馏水代替水杨酸测定不同浓度多糖溶液吸光度Aj，用蒸馏水代替多糖样品测定吸光度A0。平行测定3次，以Vc作阳性对照。清除率计算公式如下：endprint

式中，Ai为不同多糖浓度下的吸收度；Aj为不同多糖溶液本底吸光度；A0为空白对照吸光度。

（3）清除超氧阴离子活性测定

参照刘玉芬等[21]研究方法，在10 mL比色管中加入pH 8.2的Tris-HCl缓冲液（50 mmol/L）4.0 mL，不同浓度的多糖溶液（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL）1.0 mL，于25℃水浴中放置10 min，加入25 mmol/L邻苯三酚0.1 mL，混匀于25℃保温5 min，立即加入10 mol/L HCl 2滴终止反应，于325 nm处测吸光度。以Tris-HCl缓冲液作参比，Vc为对照。清除率计算公式如下：

式中，A0为空白对照液吸光度；Ax为样品溶液的吸光度；Ax0为不加邻苯三酚的样品溶液吸光度。

（4）还原力的测定

按照罗建平等[22]研究方法，分别吸取2.5 mL不同浓度多糖溶液（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL），依次加入0.2 mol/L磷酸盐缓冲溶液（pH 6.6）、1% K3Fe（CN）6溶液各2.5 mL，混匀，50℃水浴20 min，加入2.5 mL 10%TCA终止反应，3 000 r/min离心10 min，取2.5 mL上清液，加入2.5 mL蒸馏水、0.5 mL 0.1% FeCl3溶液，混匀，静置10 min，在700 nm下比色，以Vc作阳性对照，平行测定3次。

2 结果与分析

2.1 提取温度对多糖提取率的影响

由图1可知，芒果皮渣中多糖的提取量随着浸提温度的升高逐渐增大。当浸提温度在40～70℃时，多糖含量增加迅速，呈明显的上升趋势；当浸提温度达到70℃后，多糖含量增加趨势变缓；在温度达到80℃时多糖提取率达到最大。由此说明，温度的适度提高对植物组织的浸润具有一定的促进作用[2]，有利于多糖的溶出，故最佳提取温度选择80℃。

2.2 提取时间对多糖提取率的影响

由图2可知，随着提取时间的延长，多糖提取率呈先增大后减小趋势。提取时间在30～90 min内，多糖提取率显著增加，提取时间为90 min时，多糖提取率达到最大；当提取时间超过90 min时，多糖提取率却随之下降。这可能是因为随着提取时间的延长，超声波的空化作用加强，细胞壁破碎程度加大，进而使得多糖提取率不断增大。但提取时间过长，溶出的多糖长时间暴露在外，化学结构易遭破坏，最终影响多糖的得率。另外，提取时间越长，能耗及经济成本也越高，因此选取提取时间为90 min。

2.3 超声功率对多糖提取率的影响

由图3可知，多糖提取率随超声功率的增大先增大后减小，当超声功率为160 W时，多糖提取率达到最大。当超声功率小于160 W时，随着超声功率的增大，超声波产生的空化效应和振动加强，对细胞壁的破碎作用增大，有利于多糖的扩散溶出；当功率高于160 W时，多糖的溶出达到饱和状态，在超声波的作用下，溶出的多糖结构可能遭破坏，进而影响了多糖的稳定性。故选择最佳超声功率为160 W。

2.4 料液比对多糖提取率的影响

由图4可知，当料液比小于1∶2 g/mL时，多糖提取率随着料液比的增大而增大，在料液比为1∶2 g/mL时达到最大，此后继续增大料液比，多糖提取率逐渐降低。这可能是因为当样品质量一定时，料液比过小，导致物料黏度大，多糖溶出受阻[23]；随着溶剂量的增加多糖浸提越完全，当多糖完全溶出时，继续增加溶剂量对提取率影响不大，但料液比过大，后期的离心、醇沉等步骤造成多糖损失较多，且浓缩工序耗时耗力，因此选取料液比为1∶2 g/mL。

2.5 提取次数对多糖提取率的影响

由图5可知，多糖提取率随着提取次数的增加缓慢增大，浸提2次后，多糖提取率为0.56%，此后继续增加提取次数，多糖提取率增加不显著。为了简化试验工艺，选择最佳提取次数为2次。

2.6 正交试验结果

由表2可知，影响芒果皮渣多糖浸提效果的因素主次顺序为：A>B>C>D，即提取温度对多糖提取率影响最大，其次为提取时间，再次是超声功率，料液比对多糖提取率的影响最小。超声波辅助提取芒果皮渣多糖的最佳工艺条件为A3B2C2D2，即提取温度80℃，提取时间90 min，超声功率160 W，料液比1∶2 g/mL。对正交试验结果进行方差分析，结果见表3。由于料液比引起的偏差平方和最小，故选料液比为误差所在列；因素A、B对多糖提取率影响显著，C影响不显著。在优化的最佳工艺条件下进行3次验证试验，测得超声波辅助提取芒果皮渣多糖的提取率为0.81%。

2.7 芒果皮渣多糖抗氧化活性分析

2.7.1 对DPPH·的清除能力

DPPH·能与抗氧化物提供的一个电子配对使其特征紫色消失，可根据其褪色程度来间接评价抗氧化物的抗氧化能力[24]。由图6可知，芒果皮渣多糖对DPPH·自由基的清除能力随着多糖质量浓度的增加逐渐增大，并呈现明显的量效关系。当浓度为1.0 mg/mL时，清除率达到93.1%，略低于同浓度的Vc，说明芒果皮渣多糖具有很好的体外抗氧化能力。

2.7.2 羟自由基清除能力

由图7可知，随着芒果皮渣多糖质量浓度的增大，对·OH自由基的清除率也逐渐增大，在浓度达到0.8 mg/mL后，其对·OH自由基的清除率大于Vc，当浓度为1.0 mg/mL时，清除率达到94.5%，表明芒果皮渣多糖具有很强的·OH清除能力。

2.7.3 超氧离子自由基清除能力

由图8可知，在测定的质量浓度范围内，随着芒果皮渣多糖质量浓度的增大，对超氧离子自由基的清除率呈缓慢增大趋势，在整个测定的质量浓度范围内，其对超氧离子自由基的清除率均小于Vc。当浓度为1.0 mg/mL时，清除率仅为8.89%。endprint

2.7.4 还原力

抗氧化剂的还原力与其抗氧化活性之间存在关联，其通过自身的还原作用给出电子来清除自由基，还原力越大，抗氧化能力越强[3]。由图9可知，随着芒果皮渣多糖质量浓度的增加，还原力逐渐增大，但在整个测定的质量浓度范围内，芒果皮渣多糖的还原力远低于Vc，1.0 mg/mL的芒果皮渣多糖还原力仅为0.37，而0.2 mg/mL的Vc溶液还原力为1.96。

3 结论与讨论

本研究在单因素试验的基础上，采用正交试验优化芒果皮渣中多糖的超声波辅助提取工艺，得到影响芒果皮渣多糖提取率的因素主次顺序为：提取温度>提取时间>超声功率>料液比，超声波辅助提取芒果皮渣浆多糖的最佳工艺条件为：提取温度80℃、提取时间90 min、超声功率160W、料液比1∶2 g/mL，在此条件下多糖提取率为0.81%。目前，有关芒果皮渣中多糖的提取研究报道较少，王维民等[7]采用提取温度90℃，料液比1∶5 g/mL，提取时间2 h的条件提取芒果皮干粉中的多糖，提取率为3.54%；胡会刚等[1]在提取温度70℃、料液比1∶25 g/mL、提取时间2 h、提取次数3次的条件下提取芒果果皮及果胚干粉中的多糖，多糖得率分别可达6.62%和3.42%。采用超声波辅助提取芒果新鲜皮渣的多糖，相对传统热水提取法而言缩短了提取时间，为后续芒果多糖的高效提取提供了一种新思路。

芒果皮渣多糖对DPPH·、·OH和O2-·均具有一定的清除能力，且清除能力高低与芒果皮渣多糖的质量浓度呈明显的量效关系，在多糖浓度为1.0 mg/mL时，清除率分别为93.1%、94.5%和8.89%，此时，还原力为0.37。说明芒果皮渣多糖具有一定的体外抗氧化活性，同时，本研究也为芒果皮渣的高效利用提供了理论参考。但在本工艺条件下制得的芒果皮渣多糖颜色较深，有待后续深入进行脱色研究。

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