基于苦瓜多糖规模化提取影响因素的考察及工艺的优化

杨税

(苏州卫生职业技术学院，江苏 苏州 215009)

1 背景

苦瓜多糖(momordicacharantia polysaccharide，简称MCP)是多糖中的一种，是由鼠李糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖组成的杂多糖，苦瓜多糖常常用于降血糖、抗氧化、抗肿瘤和抑菌等临床疾病[1-2]。苦瓜多糖来源于苦瓜，而苦瓜是人们生活中一种很常见的蔬菜，中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所对新鲜苦瓜的营养成分和含量分析显示鲜苦瓜中具有近20种成分，成分复杂，主要成分为水，其次是碳水化合物，即苦瓜多糖，苦瓜多糖本身是一种杂多糖，百分含量为2.60%～3.50%[3]。由于鲜苦瓜中苦瓜多糖含量低、成分复杂，所以其提取要求高，难度大，目前常见的提取方法有热水浸提法、超声波辅助提取法、微波萃取、双酶水解法、超声波提取法等[4]。通过对苦瓜多糖提取物的纯度进行比较，选取最佳提取方法为双酶水解法，如图1。

鉴于苦瓜多糖的临床应用价值，本文在原有的工艺上，通过进一步多因素考察，建立新工艺，减少了生产过程对环境的污染，简化了生产环节，降低了生产成本，打开了规模化生产的途径。

图1 不同提取方法苦瓜多糖粗品的纯度对比图

2 仪器与和试剂

2.1 仪器 SHZ-D循环水式真空泵(河南巩义市英峪豫华仪器厂)；112GKC控温水浴锅(上海苏达实验仪器有限公司)；MS-DS10A1豆浆机(广东省精品电器制造有限公司)；海尔冰箱BCD-190WDPT(海尔集团)；R-30电动搅拌器(上海玛尼仪器设备有限公司)；实验室提取浓缩机组(济宁荣汇超声波设备有限公司)；循环水式多用真空泵(郑州长城仪器有限公司)；766-0A型远红外快速干燥箱(上海新诺仪器设备有限公司)；TU-1800紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)。

2.2 材料和试剂 苦瓜：市售，来自苏州农贸市场。80%乙醇、纯化水、纤维素酶、果胶酶、木瓜蛋白酶、稀盐酸、活性炭、葡萄糖、浓硫酸以及蒽酮试剂等。

3 方法与结果

3.1 提取工艺的选择依据 薛美香等[5]在苦瓜多糖提取工艺的研究报道称，苦瓜在干燥过程中有糖分的破坏和转化，故选择新鲜苦瓜为原料进行试验更好。杨税等[6]在不同类型苦瓜在苦瓜多糖提取上的比较性研究中对苦瓜多糖的提取方法进行比较(如图1)中得出结论：苦瓜多糖提取最佳方法为双酶水解法。杨税等[7-9]在苦瓜多糖提取工艺的考察与优化中得到苦瓜多糖的工艺(如图2)和葡萄糖的标准曲线(如图3)。杨税等[10]在不同类型苦瓜在苦瓜多糖提取上的比较性研究中对不同类型，不同时间段的苦瓜进行苦瓜多糖的提取和分析，得出结论：苦瓜选择白(老)条形苦瓜。由此确定苦瓜多糖的来源，苦瓜多糖的提取方法，苦瓜多糖的工艺，葡萄糖的标准曲线以及苦瓜多糖的类型。

图2 苦瓜多糖提取的工艺

图3 葡萄糖标准曲线——吸光度与糖含量的标准曲线

3.2 苦瓜多糖生物酶提取工艺的进一步优化

3.2.1 反应条件的优化 结合酶的活性、大规模生产的实际条件，原材料自身特点等因素，在原有的提取工艺基础上，进一步优化反应条件，酶的类型和比例为10 000 U·g-1纤维素酶，10 000 U·g-1果胶酶和木瓜蛋白酶(3∶1∶6)，机械搅拌(80 r·min-1)，pH值调节为5，水浴加热温度为50 ℃，浸提时间为1 h。

3.2.2 酶用量的确定 对酶的类型和比例不变，酶用量缩小为原来1/5做对照试验考察酶用量的影响。两份1 000 g水料比1∶1(mL∶g)的苦瓜浆分别加入10 000 U·g-1的纤维素酶，10 000 U·g-1的果胶酶和木瓜蛋白酶，用量比为3 g∶1 g∶6 g(优化后用量)和15 g∶5 g∶30 g(优化前用量)按照图2工艺流程进行试验，结果见表1。

表1 酶不同用量提取苦瓜多糖百分含量的对比

在酶的类型和比例不变的情况下对酶用量的考察显示，多糖的含量和提取量基本上无差异，为了节约酶用量，最终确定10 000 U·g-1的纤维素酶，10 000 U·g-1的果胶酶和木瓜蛋白酶，用量为3 g∶1 g∶6 g。

3.2.3 水料比的确定 对不同水料比做对照进行试验考察水料比的影响。水料比为1∶1，5∶1和10∶1的苦瓜浆1 000 g按照图2工艺流程进行试验，结果见表2。

表2 不同水料比提取苦瓜多糖百分含量的对比

在反应条件固定的情况下，对新鲜苦瓜的不同水料比考察显示，多糖的含量和提取量基本上无差异，为了考虑充分使用匀浆和提取设备，减少资源浪费，最终确定水料比为1∶1。

3.2.4 新鲜苦瓜贮存条件的确定 由于苦瓜属于季节性蔬菜，贮存时间短，贮存不当易出现成分流失。因此，对-25 ℃冷冻48 h苦瓜和常温苦瓜做对照试验考察苦瓜的贮存条件。两份1 000 g水料比1∶1的不同贮存条件下的苦瓜浆分别按照图2工艺流程进行试验，结果见表3。

在反应条件固定的情况下，对新鲜苦瓜和冷冻苦瓜考察显示，多糖的含量和提取量基本上无差异，苦瓜虽然是时令蔬菜，这验证了低温储藏苦瓜对苦瓜多糖的提取无影响。

表3 -25 ℃冷冻48 h苦瓜和常温苦瓜提取苦瓜多糖百分含量的对比

3.3 苦瓜多糖提取方法的优化 结合“3.2”项下苦瓜多糖生物酶提取因素考察结果，对苦瓜多糖提取工艺进一步优化，具体如下：选择白条苦瓜，低温冰箱-25 ℃冷冻48 h，取出解冻，去籽去瓤，洗净切片，苦瓜与水按1∶1进行匀浆，取1 000 g苦瓜浆加入容量为2 000 mL圆底烧瓶中，加入10 000 U·g-1纤维素酶3 g，10 000 U·g-1果胶酶1 g和木瓜蛋白酶6 g，机械搅拌(80 r·min-1)，pH值调节为5，水浴加热温度为50 ℃，浸提时间为1 h，浸提结束后冷却至常温，抽滤，残渣1∶1加水按原条件再次浸提，结束后合并滤液，浓缩至约100 mL，加入活性炭3 g，机械搅拌20 min(80 r·min-1)，抽滤，滤液常温加入5倍量80%乙醇，摇匀密封放置5 ℃冰箱48 h低温静置，抽滤，用80%乙醇洗2次，沉淀物用红外干燥，得到苦瓜多糖。优化提取工艺流程如图4所示。

图4 苦瓜多糖生物酶提取的优化工艺

3.4 结果及结论 对“3.3”项下苦瓜多糖提取的优化方法进行试验，得到苦瓜多糖的量为14.6 g，苦瓜量为500 g，得出提取率为2.92%，已非常接近由中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所发布的对新鲜苦瓜的营养成分和含量分析中碳水化合物百分含量(2.60%～3.50%)，将制得的苦瓜多糖配制标准溶液测出吸光度A=4.404，代入图3 葡萄糖标准曲线——吸光度与糖含量的标准曲线，得到苦瓜多糖纯度为94.6%，得出结论：苦瓜多糖生物酶提取的优化工艺适合于苦瓜多糖的规模化提取。

4 总结

本试验以水做溶媒，食用级果胶酶和纤维素酶为催化剂提取苦瓜多糖，木瓜蛋白酶去蛋白，活性炭除带电和有色杂质，提高了苦瓜多糖的质量，减少了有机溶媒使用，避免了对环境的污染，同时进一步考察了酶用量的影响，水料比的影响，苦瓜的贮存条件的影响，结合苦瓜的特性和规模化生产的特点优化了苦瓜多糖生物酶提取的工艺，减少了苦瓜多糖的提取步骤，简化了生产环节，节约了生产成本，为规模化生产提供了新的途径。