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超声法提取大枣多糖的工艺研究

2019-09-10宋俊梅方慧高玉荣

赤峰学院学报·自然科学版 2019年10期
关键词:提取正交试验超声波

宋俊梅 方慧 高玉荣

摘 要:目的:利用超声波的热效应、机械效应及空化效应提取大枣多糖并且进行工艺探究.方法:以大枣粉为原料,多糖得率为评价指标,采用单因素试验和L9(33)正交试验考察超声过程中的提取时间、超声功率、料液比、温度对大枣多糖提取效果的影响.结果:大枣多糖最佳的提取工艺条件为:温度70℃,提取时间30min,料液比1:10(g:mL),超声功率40%,该工艺参数下的大枣多糖提取率为4.90%.结论:探索了超声法提取大枣多糖的最佳提取工艺,稳定性良好,为工业化生产提供参考.

关键词:超声波;大枣多糖;单因素试验;正交试验;提取

中图分类号:O426.9  文献标识码:A  文章编号:1673-260X(2019)10-0015-03

大枣外形呈椭圆形,有香味,口感甜,是具有药食价值的植物.我国的大枣资源相对比较充足[1].大枣中含有多种珍贵的天然产物,如多糖、黄酮类、皂苷类、环磷酸腺苷等[2].大枣多糖具有重要的药理作用,可以广泛地应用于生物医药、保健和功能型食品、化妆品等领域的开发,具有十分广泛的经济前景[3-5].在传统提取中,利用热水浸没大枣粉末通过回流的方式来提取大枣多糖,虽方便操作,但提取时间过于漫长、提取效率不高,不适用于大枣多糖的工业化生产.本实验拟借助超声波的热效应、机械效应及空化效应破坏大枣的细胞壁,增加多糖分子的溶出速度,多糖含量使用硫酸-苯酚法进行测定,为工业化大规模提取大枣多糖提供依据和参考.

1 材料与仪器

1.1 实验材料

1.2 仪器与设备

2 方法与结果

2.1 葡萄糖标准曲线的制备

按照《中国药典》2015版中硫酸-苯酚法,以葡萄糖为对照品进行测定.

用精密天平精确称量葡萄糖10.0mg,定容至10mL.再从中分别移取0.3mL,0.5mL,0.7mL,0.9mL,1.1mL溶液到10mL容量瓶中,用纯化水进行定容,配成以下浓度的葡萄糖溶液:30μg/mL,50μg/mL,70μg/mL,90μg/mL,110μg/mL.取各浓度标准品溶液0.5mL于试管中,加1mL 5%苯酚溶液,摇匀后加5mL浓硫酸溶液[6].快速摇晃后,30℃水浴加热30min,室温下放置10min后于490nm下测吸光度.空白对照中加入与标准品溶液相同量的蒸馏水,不加多糖溶液,重复上述的操作.以葡萄糖浓度为横坐标,A490nm为纵坐标绘制标准曲线,详见图1.所得的方程为A=0.006C-0.0049,R2=0.9987,在30~110μg/mL范围内的浓度与吸光度成正相关.

2.2 大枣总多糖的提取及测定

2.2.1 供试品溶液的制备 称取过80目筛的大枣粉10.0g,置于250mL烧杯中,按所要求的料液比量取对应的蒸馏水,加入烧杯中并不断搅拌使之溶解,设置好超声时间、温度、功率.超声结束后,将烧杯冷却至室温于4000r/min离心5min.量取上清液体积后再将之倒入茄形瓶.调整水浴温度及转速,将上清液浓缩到45mL左右,缓慢加入95%乙醇,搅拌至出现絮状沉淀,25℃下静置数小时,再次离心后弃上清,留多糖沉淀.多糖沉淀置于烘箱中干燥2至3天(烘箱温度不要超过60℃).将其干燥至恒重后,取样品约10mg,配成0.1mg/mL的溶液.

2.2.2 样品中总多糖的测定 取0.5mL的0.1mg/mL的样品溶液于试管中,按照《中国药典》2015版中硫酸-苯酚法进行紫外测定,计算相应的多糖提取率%.

2.3 单因素实验

2.3.1 提取时间对大枣多糖提取率的影响 称取10g的过筛红枣粉,控制功率为50%,温度为50℃,料液比为1:10.从10-50min中每隔10min设置一个水平,即10min,20min,30min,40min,50min,考察不同提取时间对大枣多糖提取率的影响.由图2可知,随着提取时间的延长,多糖提取率逐渐增加,在提取时间为30min时,提取的多糖含量达到最高.这是因为在提取的开始阶段,多糖在两相中含量有着明显的差异,较大的含量差可以促进多糖的提取.当提取时间超过30min时,多糖提取率明显降低.所以提取时间以30min为宜.

2.3.2 超声功率对大枣多糖提取率的影响 称取10g的过筛红枣粉,控制温度为50℃,料液比1:10,温度为30min.因本实验所用的超声清洗器功率可调范围只能从40%开始,超声清洗仪的最高功率为500W,故从40%-80%中每隔10%设置一个水平,考察不同超声功率对大枣多糖提取率的影响.由图3可知,随着超声功率的逐渐增大,提取的多糖含量在明显地下降,功率为40%时多糖提取率最高,可能是超声功率过高对已提取出来的粗多糖造成破坏[7],又因为本设备最低只能调到40%,故最佳的超声功率是40%.因功率40%所提取的多糖含量明显高于其他功率组,故将功率40%条件进行固定,在后续正交实验中不再考虑.

2.3.3 料液比對大枣多糖提取率的影响 称取10g的过筛红枣粉,控制温度为50℃,功率为40%,提取时间为30min.根据参考文献和实际情况,料液比选择以下五个水平:1:5,1:10,1:15,1:20,1:3.由图4可知,从1:5至1:15,随着料液比的增加,粗多糖提取率明显上升,1:15达到最大;但料液比超过1:15后,粗多糖提取率逐渐下降,故最佳料液比选择为1:15.

2.2.4 温度对大枣多糖提取率的影响 称取10g的过筛红枣粉,固定提取时间为30min,超声功率为40%,料液比为1:15.设置超声提取温度为30℃,40℃,50℃,60℃,70℃,以红枣溶液实际温度为准,用温度计实时进行测量控制.结果表明,从30℃-60℃,随着提取温度的上升,多糖提取率明显提高.可能是在该温条件下多糖分子运动得快.超过60℃,多糖提取率急剧下降,可能是多糖提取液的温度变高,对提取出来的多糖结构造成了一定的破坏,导致多糖含量下降;且温度升高会导致水分蒸发,减少溶剂,会降低多糖提取率[7].故最佳的温度设置为60℃(图5).

3 正交试验

3.1 正交试验设计

选定超声功率为40%的前提条件下,结合单因素实验数据及参考文献[8,9],按照L9(33)正交试验设计表,以多糖提取率为评价指标,对超声提取大枣多糖的提取工艺进行正交试验优化.因素与水平表见表1.

3.2 正交试验结果分析

超声提取大枣多糖的正交试验结果见表2,方差分析见表3.

由表2可知,三个因素对多糖提取率的影响程度是不同的,温度>料液比>提取时间.温度70℃为最佳,其次是温度为60℃,最后是温度50℃.提取时间30min为最佳,其次是提取时间为20min,最后是提取时间40min.料液比为1:10的最佳,其次是料液比为1:20,最后是料液比1:15.这些数据说明了超声提取大枣多糖的最佳组合为温度70℃,时间30min,料液比1:10,超声功率为40%.

3.3 正交试验的验证

经过三组平行实验验证,表明了最佳工艺组合为超声功率40%,温度70℃,提取时间30min,料液比1:10,该条件下的多糖提取率为4.90%.详见表4.

4 结论

本实验通过单因素实验与L9(33)正交试验探索了超声法提取大枣多糖的最佳提取工艺.实验结果表明:超声提取大枣多糖的最佳工艺条件为温度70℃,提取时间30min,料液比1:10,超声功率为40%.在最佳条件下,大枣多糖的平均提取率为4.90%.但本实验未能对大枣多糖的各种提取方法进行比较,也未能对多糖的抗氧化性质进行探究,后期需要进一步探讨.

参考文献:

〔1〕Ji X,Peng Q,Yuan Y,et al. Isolation, structures and bioactivities of the polysaccharides from jujube fruit (Ziziphus jujuba Mill): A review[J]. Food Chemistry,2017,227:349-357.

〔2〕吴瑞红,陈灵智,张彦,等.大枣多糖的提取及抗氧化活性测试[J].当代化工研究,2017(10):124-125.

〔3〕巴特.大枣多糖提取纯化工艺研究进展[J].农业科技与装备,2015(11):52-54.

〔4〕吴国泰,何小飞,牛亭惠,等.大枣的化学成分、药理及应用[J].中国果菜,2016,36(10):25-28.

〔5〕朱玮,孙兰.大枣多糖氧化活性测试分析[J].现代食品,2019(1):122-124.

〔6〕魏然,陈义伦,邹辉,等.超声波提取条件对圆铃大枣多糖提取率的影响[J].食品与发酵工业,2013,39(11):253-257.

〔7〕Gharibzahedi,Taghi S M. Ultrasound-mediated nettle oil nanoemulsions stabilized by purified jujube polysaccharide: Process optimization, microbial evaluation and physicochemical storage stability[J]. Journal of Molecular Liquids,2017,234:240-248.

〔8〕李慧華,余江南,徐希明.苦瓜籽粗多糖的提取工艺及其体外抗氧化活性[J].江苏大学学报(医学版),2018,28(4):339-344

〔9〕姚瑞祺,高敏.多频超声波辅助提取大枣多糖的工艺研究[J].山西农业科学,2017,45(4):627-630.

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