辣木叶多糖的提取工艺与含量测定及其口服液制备
2022-06-14隋志方刘延奇秦令祥
隋志方，刘延奇，秦令祥
1. 鹤壁市质量技术监督检验测试中心（鹤壁 458030）；2. 郑州轻工业大学食品与生物工程学院（郑州 450002）；3. 漯河市食品研究院有限公司（漯河 462300）
辣木（Moringa oleifera），系多年生热带亚热带落叶乔木，属辣木科辣木属，又称鼓槌树，起源于印度北部[1]。辣木的叶、茎、根和种子等富含营养和功能成分，是一种功能性植物，有“奇迹之树”“素食黄金”“植物钻石”[2-4]之称。2012年11月，辣木叶被国家卫生健康委员会（原卫生部）批准为新资源食品[5]。研究发现，辣木叶中富含多糖、黄酮和多酚，具有提高免疫力、抗肿瘤、抗炎、降血脂、降胆固醇、降血压、抗氧化等作用[6-12]。辣木叶多糖（Moringa oleiferaleaves polysaccharides，MOLP）是辣木叶中重要的生物活性成分之一，具有增强免疫力[13]、促消化[14]、调节血糖[15]的作用。
植物多糖的提取方法主要有水提法[16]、酶解法[17]、酸碱提取法[18]、超声波辅助法[19]和微波辅助法[20]。然而，上述提取方法都存在提取率低、不环保、提取时间长等缺点。因此，此次试验采用超声波协同超高压提取MOLP，利用超声波和超高压产生的机械效应、空化效应和物理效应破坏细胞壁，使多糖溶出，其具有提取率高、提取时间短、环保等优点，以期为MOLP的提取提供一种新方法。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
辣木叶（海南大药山商贸有限公司）；柠檬酸、葡萄糖、硫酸、无水乙醇、苯酚、磷酸氢二钠（均为分析纯，四川佰春科技有限责任公司）。
1.2 仪器与设备
HN-1000Y超声波细胞粉碎机（上海达洛科学仪器有限公司）；UHP900×2-Z型超高压处理设备（包头文天科技有限责任公司）；RE-3000A旋转蒸发器（上海耀特仪器设备有限公司）；760CRT紫外-可见分光光度计（上海仪电分析仪器有限公司）。
1.3 试验方法
1.3.1 超声波协同超高压提取MOLP的方法
辣木叶→烘干→粉碎（过80目，即0.180 mm筛）→辣木叶粉→加一定比例的水，混匀→装袋、密封→超高压提取→取出→再超声波提取→离心（5 000 r/min，10 min）→上清液减压浓缩→醇沉（3倍体积95%的乙醇）→静置（4 ℃冰箱，24 h）→离心（5000 r/min，10 min）→真空干燥→辣木叶粗多糖
1.3.2 MOLP含量的测定
采用苯酚-硫酸法[21]。
1.3.3 MOLP提取率的计算
式中：c为由标准曲线计算得出的MOLP质量浓度，mg/mL；V为定容体积，mL；N为稀释倍数；m为辣木叶干粉质量，g。
1.3.4 MOLP提取的试验设计
1.3.4.1 超声波协同超高压提取MOLP的单因素试验设计
称取5份10 g的辣木叶粉，按照1.3.1的方法进行超声波协同超高压提取MOLP，研究不同因素对MOLP提取率的影响。固定其中3个因素水平，对剩下1个因素设计5个不同水平的试验，固定条件：超高压压力400 MPa，保压时间4.5 min，超声波功率500 W，超声时间40 min。分别设定超高压压力（100，200，300，400和500 MPa）、保压时间（3，3.5，4，4.5和5 min）、超声波功率（200，300，400，500和600 W）、超声时间（25，30，35，40和45 min）进行单因素试验。每组重复3次，取平均值。
1.3.4.2 超声波协同超高压提取MOLP的正交试验设计
根据预试验并在单因素试验的基础上，选择表1所列的4个因素，采用L9(34)正交试验进行优化。正交试验水平设计见表1。
表1 正交试验因素水平表
1.3.5 MOLP口服液的制备方法
1.3.5.1 工艺流程
MOLP→混合调配→定容→UHT→均质→灌装封盖→高温杀菌→冷却→成品
1.3.5.2 操作要点
1) MOLP：按照1.3.1方法制备得到MOLP。
2) 混合调配：将MOLP提取液、蓝莓浓缩汁、木糖醇、柠檬酸、果胶按一定比例添加。
3) UHT：调配好的溶液进行超高温瞬时灭菌，温度136 ℃，时间6 s。
4) 均质：料液在65 ℃、压力40 MPa的条件下，均质1次。
5) 灌装封盖：均质好的料液经灌装机灌装封盖，灌装温度控制在85 ℃。
6) 高温杀菌：灌装好的口服液放入高压杀菌锅，杀菌温度121 ℃，时间20 min。
7) 冷却、成品：高温杀菌好的口服液进行分段冷却，冷却后检验，合格即为成品。
1.3.6 感官评分
随机挑选10名专业人员组成评定小组，对MOLP口服液进行感官评价，感官评价标准见表2。
表2 MOLP口服液感官评价标准
1.3.7 MOLP口服液制备的试验设计
1.3.7.1 MOLP口服液制备的单因素试验设计
称取5份10 g辣木叶多糖，按照1.3.6的方法制备MOLP口服液，研究不同因素对感官评分的影响。固定其中3个因素水平，对剩下1个因素设计5个不同水平的试验，固定条件：MOLP添加量20%，蓝莓浓缩汁10%，木糖醇8%，柠檬酸0.08%，果胶0.06%。分别加入MOLP（5%，10%，15%，20%和25%）、木糖醇（2%，4%，6%，8%和10%）、柠檬酸（0.02%，0.04%，0.06%，0.08%和0.10%）、果胶（0.03%，0.04%，0.05%，0.06%和0.07%）进行单因素试验。每组重复3次，取平均值。
1.3.7.2 MOLP口服液制备的正交试验设计
在单因素试验基础上，选取表3所列的4个影响因素，采用L9(34)的正交试验对MOLP口服液制备进行工艺优化。试验水平设计见表3。
表3 正交试验因素水平表 单位：%
1.4 数据处理
试验所得数据均为3个平行测定结果的平均值。试验数据采用Excel整理，数据分析采用正交设计助手进行。
2 结果与分析
2.1 超声波协同超高压提取MOLP工艺条件优化
2.1.1 超高压压力
由图1可以看出，压力≤400 MPa时，MOLP提取率随着压力增大而不断升高，压力＞400 MPa后，提取率有所降低。这是因为：当压力≤400 MPa时，压力增大，细胞壁被破坏的比例增多，多糖溶出增多，提取率升高；压力超过400 MPa后，细胞壁基本破坏完全，并且过大的压力促使细胞中的杂质溶出，提取率降低。因此，选择超高压压力400 MPa为宜。
图1 压力对提取率的影响
2.1.2 保压时间
由图2可以看出，MOLP提取率随着保压时间的增加而逐渐升高并最后趋于稳定。这是因为：保压时间增加，细胞壁破裂程度和数量增多，提取率升高；保压时间超过4.5 min后，多糖溶出基本完全，提取率无明显变化。因此，选择保压时间4.5 min为宜。
图2 保压时间对提取率的影响
2.1.3 超声波功率
由图3可以看出，MOLP提取率随着超声波功率增大先升高后略有降低。这是因为：超声波功率增大，它的空化和机械作用增大，细胞壁破裂增多，多糖溶出增多，提取率升高；功率超过500 W后，过大的超声波功率，导致多糖部分降解，提取率会略有降低。因此，选择超声波功率500 W为宜。
图3 超声波功率对多糖提取率的影响
2.1.4 超声时间
由图4可以看出，MOLP提取率随着超声时间增加先升高后降低。这是因为：超声时间增加，细胞壁破裂数量和程度增大，多糖溶出增多，提取率升高；超声时间超过40 min后，由于长时间的超声作用，多糖结构遭到部分破坏，提取率降低。因此，选择超声时间40 min为宜。
图4 超声时间对多糖提取率的影响
2.1.5 超声波协同超高压提取MOLP正交试验结果
由表4和表5数据分析可知，4个因素的影响关系为A＞C＞D＞B，最优组合为A2C3D2B2。超高压压力对MOLP提取率的影响达到显著水平，其他不显著，通过R值的分析，超声波协同超高压提取MOLP的最佳工艺参数为超高压压力400 MPa、超声功率600 W、超声时间40 min、保压时间4.5 min。在此最佳条件下做验证试验，平行3次，MOLP提取率为16.24%（3次平均值）。
表4 正交试验结果
表5 方差分析结果
2.2 MOLP口服液制备工艺条件优化
2.2.1 MOLP添加量
由图5可以看出，随着MOLP添加量增加，感官评分先增大后降低。MOLP添加量20%时，感官评分最高。MOLP添加量较低时，口服液口感和组织状态较差，MOLP添加量过大时，辣木味太重，影响口感、滋味和气味。因此，选择MOLP添加量20%为宜。
图5 MOLP添加量对感官评分的影响
2.2.2 木糖醇添加量
由图6可以看出，随着木糖醇添加量增加，感官评分先增大后降低。木糖醇添加量8%时，感官评分最高。木糖醇添加量较低时，甜味较低，味道偏酸，木糖醇添加量过大时，口感偏甜。因此，选择木糖醇添加量8%为宜。
图6 木糖醇添加量对感官评分的影响
2.2.3 柠檬酸添加量
由图7可以看出，随着柠檬酸添加量增加，感官评分先增大后降低。柠檬酸添加量0.08%时，感官评分最高。柠檬酸添加量较低时，味道偏甜，酸味不足，口感较差，柠檬酸添加量过大时，口感偏酸。因此，选择柠檬酸添加量0.08%为宜。
图7 柠檬酸添加量对感官评分的影响
2.2.4 果胶添加量
由图8可以看出，随着果胶添加量增加，感官评分先增大后降低。果胶添加量0.06%时，感官评分最高。果胶添加量较低时，有分层现象，果胶添加量过大时，口服液黏度太大，口感发黏。因此，选择果胶添加量0.06%为宜。
图8 果胶添加量对感官评分的影响
2.2.5 MOLP口服液制备配方优化试验结果
由表6和表7数据分析可知，4个因素的影响关系为A＞D＞C＞B，最佳组合为A2D2C2B3。MOLP添加量的影响达到了显著水平，其他不显著，通过R值的分析，MOLP口服液制备最佳工艺参数为MOLP添加量20%、果胶添加量0.06%、柠檬酸添加量0.08%、木糖醇添加量10%。在此最佳条件下做验证试验，平行3次，MOLP口服液感官评分为85分（3次平均值）。
表6 正交试验结果
表7 方差分析结果
3 结论
此次试验研究了超声波协同超高压提取辣木叶多糖及其口服液制备的最佳工艺条件。以辣木叶多糖提取率和感官评分为指标，采用单因素试验和正交试验，确定最佳工艺参数。结果表明，超声波协同超高压提取的最佳工艺参数为超高压压力400 MPa、超声波功率600 W、超声时间40 min、保压时间4.5 min，在此条件下，辣木叶多糖提取率为16.24%。辣木叶多糖口服液制备的最佳工艺参数为辣木叶多糖添加量20%、果胶添加量0.06%、柠檬酸添加量0.08%、木糖醇添加量10%。该条件下辣木叶多糖口服液感官评分为85分。此次试验结论可为辣木叶的开发、推广及应用提供一定的参考。
