柠檬酸提取法中液料比对海带多糖提取率的影响及其保湿性研究

2022-03-07李琪王琤韡

粮油与饲料科技 2022年1期

李琪，王琤韡

(江西科技师范大学生命科学学院,南昌 330013)

海带，又名昆布，是一种大型可食用藻。海带含有丰富的矿物质和一定含量的蛋白质，是一种理想的海洋食品。海带多糖因其具有降血脂、降血压、改善肾功能等药用价值，常作为饲料添加剂应用于动物生产当中，取得的效果也较为可观。海带多糖的提取是一项程序复杂，成本高的技术。使用各种方法以最大限度地提取海带中的粗多糖，增加动物生产方面的效益，具有极大的意义。现在常用的海带多糖提取方法有热水浸提法、酸提取法、酶提取法、超声波提取法、微波法等[1]。酸提取法是相对来说成本较低且多糖得率较好的方法。在酸提取法中，适当增加液料比，延长浸提时间，提高温度等都会使多糖提取率增加。本实验针对液料比这一因素，研究用柠檬酸提取海带多糖，不同液料比下的海带多糖得率，并在此基础上研究粗多糖的保湿性能，以期对畜牧业的生产实践提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

1.1.1 试验材料

干海带购自江西科技师范大学附近市场。

1.1.2 试验试剂

柠檬酸、葡萄糖、无水乙醇、氢氧化钾、浓硫酸、甘油、硅胶干燥剂、去离子水，均为国产分析纯。

1.1.3 试验仪器

电子天平（FA-1004），上海力辰邦西仪器科技有限公司；恒温水浴锅（SYG-4），上海助蓝科技有限公司；高速离心机（HC-2062），安徽中科中佳科学仪器有限公司；移液枪（M-1000），宁波市群安实验仪器有限公司；鼓风恒温干燥箱（101-2B），唯恒机械设备有限公司；可见分光光度计（UV-722），上海佑科仪器仪表有限公司；予华牌循环水式真空泵（SHZ-DⅢ），长沙明杰仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 葡萄糖标准曲线的绘制

将100mg葡萄糖置于1L容量瓶中定容，配制浓度为100mg/L的标准葡萄糖溶液，分别取0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00mL 100mg/L标准葡萄糖溶液于试管中，用蒸馏水将各试管溶液补至1.00mL。然后向各试管中加入1.00mL 5%苯酚溶液、5.00mL浓硫酸溶液，待混匀后静置5min，沸水浴反应15min，冷却后在490nm下测量各试管中溶液的吸光值。

测得吸光值后，以每组葡萄糖的质量浓度为横坐标，相应的OD值为纵坐标，绘制葡萄糖标准曲线。

1.2.2 海带多糖提取工艺流程

参考卢茳虹[2]等研究所得试验方法进行海带粗多糖的提取，将干海带粉碎，柠檬酸溶液（pH=2）与海带粉末以液料比（mL/g）为25:1、30:1、35:1、40:1、45:1分别在100℃水浴浸取，浸提液经6层纱布过滤后进行5000r/min离心10min，得上清液，并将其用氢氧化钾调节pH为中性，浓缩。在4℃静置8h进行3次醇沉（乙醇最终浓度为80%），醇沉后经抽滤得到沉淀物，用无水乙醇洗涤脱水，经干燥箱烘干得到海带粗多糖。

1.2.3 保湿性实验

取0.5000g在液料比为40:1(mL/g)条件下提取的海带粗多糖样品和同等质量的甘油，分别置于两个小烧杯中，各加入3倍样品质量的去离子水，轻轻晃动烧杯，使多糖将去离子水充分吸收，将小烧杯放入装有硅胶干燥剂的大烧杯中，用保鲜膜封口。于室温下放置，测量含水样品的初始重量，并在2、4、8、12、24、36 h后测量样品质量。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 提取率

利用苯酚-硫酸法，将烘干后的粗多糖用蒸馏水进行溶解，并稀释一定倍数，在490nm下测量获得吸光度，将吸光度数值代入葡萄糖标准曲线得到多糖含量，再利用以下公式进行提取率的计算。

提取率=浸提液中多糖含量/所用干海带粉末的质量×100%

1.3.2 保湿性

在各时间段测量样品质量，各时间段的样品重量与含水样品的初始重量的比值即保湿率。保湿能力按照如下公式计算：

保湿率=Wn/W0×100%

其中：Wn——不同时间段样品的重量；W0——含水样品的初始重量。

1.4 数据处理

使用Excel对所有数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同液料比的多糖得率

在不同的液料比的浸提条件下，海带多糖的提取率见表1，海带多糖的提取变化见图1。观察图1可知，随着液料比的增加，多糖的提取率关于液料比的曲线呈先上升后下降的趋势，海带多糖的提取率在液料比（mL/g）为40:1时以54.94%达到最高，液料比（mL/g）为45:1是多糖得率为39.21%，低于前一数值，由此表明，用于提取海带多糖的液料比（mL/g）最好条件是40:1。

表1 海带多糖的提取率

图1 柠檬酸不同液料比浸提的海带多糖得率

2.2 海带多糖的保湿性

随着时间的增加，海带粗多糖的保湿率总体呈现较为缓慢的下降趋势（见图2）。甘油也是如此，海带粗多糖的保湿性能与保湿剂甘油的保湿性能相近。

图2 海带多糖的保湿性

3 讨论

3.1 液料比对海带多糖提取率的影响

海带因其具有的各种营养价值成为了生活中极为常见的食品。目前了解的海带多糖有褐藻糖胶、褐藻胶和褐藻淀粉。其中褐藻胶在海带中的占比最高，褐藻糖胶占比最少[3]。海带的降血脂、降血压、降血糖等功能与海带中的多糖密切相关，这使得提取海带多糖成为研究热点。在常用的提取方法中，热水浸提法虽步骤简单、价格低廉，但所花费的时间很长，且长时间的高温易导致多糖变性，影响提取效果[4]。酶提取法是目前较为新型的方法，专一且高效，但酶的成本高，仅适用一种酶很难使海带多糖的细胞壁和细胞膜破裂，多糖不易溶出，技术不如其他提取方法成熟。超声波提取法常与其他提取方法一并使用，但其成本通常高昂[5]。微波法易使海带多糖发生降解，且微波功率密度越高，其降解作用越强[6]。酸提取法相较于热水浸提法，海带多糖的提取率较高。其原理主要是在酸的作用下，海带细胞的细胞壁破裂，多糖因此溶出。海带中含有丰富的亲水性褐藻酸钠，若用水提取，提取液常呈凝胶状，大量多糖仍存于海带渣中；若用酸提取，褐藻糖胶会在酸性条件下发生部分水解，多糖易溶出[7]。提取时常用的酸有盐酸、硫酸和磷酸等，长时间的浓酸条件下，海带多糖易降解。柠檬酸是一种有机弱酸，使整个提取环境处于稳定的酸性中，可有效地控制多糖水解程度，使残留在海带渣中的多糖得以降解；还可降解部分核苷键，获得具有较高活性的小分子物多糖，可在一定程度上提高多糖得率和抗氧化活性[7]。用稀酸提取海带多糖时，可适当增加提取的时间和温度使得部分糖苷键得以断裂，增加溶出的多糖分子的生物活性。王智荣等[8]通过用柠檬酸提取海带多糖的实验表明，影响海带多糖得率的因素中pH的影响效果最大，液料比其次；而且还表明，当提取环境pH=1.5时，多糖得率较高，可能是因为较低的pH有利于降解海带多糖的细胞壁，增加多糖的溶出。

本实验选用柠檬酸溶液（pH=2）提取海带多糖，探究液料比对多糖得率的影响。结果显示海带多糖的提取率随液料比的增加呈先增加后减少的趋势，且液料比（mL/g）为40:1时柠檬酸对海带多糖的提取率最高。这可能是由于随着液料比的增大，多糖分子的转移及其渗透扩散的能力不断增强，多糖得率会随着液料比不断增加。但海带多糖具有一定黏性，液料比过高，多糖溶出能力会受到阻碍，分子渗透扩散作用也受到阻碍，液料比的增大不能使多糖得率提高，且增加后期的处理成本。林国荣[9]等用盐酸作为提取溶剂，在液料比（mL/g）30:1之前，海带多糖的提取率增长较快，在这之后增长缓慢，几乎呈现平稳不变的现象，与本实验结果相差不大。这可能是因为盐酸是强酸，实验所需的酸液含量低，且在长时间的浓酸作用下，多糖的溶出受到影响，提取率增长较为缓慢。

3.2 海带多糖的保湿性

目前，关于海带粗多糖的保湿性能的研究报道较少。海带多糖在动物生产方面应用广泛，而其优良的保湿性可在生产当中发挥一定作用。蔡婉静[10]等人研究乙酰化降解海带多糖的保湿性，多糖样品的保湿性随时间呈先快后慢的下降趋势，且优于保湿剂甘油的保湿性。本次粗多糖的保湿性实验表明，随着在干燥环境下放置时间的增加，粗多糖的保湿性能呈逐渐下降的趋势。保湿性下降的速度持续缓慢可能是由于干燥剂出现一定程度的变质，吸收水分的能力有所下降；也可能是由于粗多糖在实验的过程中结构受到一定的破坏，影响实验效果。海带粗多糖持水能力与甘油相差不大，可作为一种天然保湿剂。