香菜多糖的提取及其抗氧化特性研究

2023-05-30刘艳红翟辛敏张云云范美迪章芊杨丹丹赵胡

中国调味品 2023年5期

刘艳红翟辛敏张云云范美迪章芊杨丹丹赵胡

摘要：以香菜为原料，对香菜多糖的提取工艺及其抗氧化特性进行研究。采用纤维素酶辅助水提醇沉法提取香菜多糖，探究料液比、纤维素酶添加量、酶解时间和料液pH值对香菜多糖提取率的影响，并对香菜多糖提取物的抗氧化特性进行研究。结果表明，香菜多糖的最佳提取工艺参数为料液比1∶35 （g/mL）、料液pH值5.5、纤维素酶添加量5%、酶解时间30 min，此条件下香菜多糖提取率为8.85%，且香菜多糖对DPPH自由基和羟基自由基均具有较好的清除作用。

关键词：香菜；多糖；提取工艺；抗氧化特性

中图分类号：TS202.1 文献标志码：A 文章编号：1000-9973（2023）05-0194-04

Abstract： Using coriander as the raw material， the extraction process and antioxidant properties of coriander polysaccharide are studied. Coriander polysaccharide is extracted by cellulase-assisted water extraction and alcohol precipitation method.The effects of solid-liquid ratio， cellulase addition amount， enzymatic hydrolysis time and pH value of liquid on the extraction rate of coriander polysaccharide are studied， and the antioxidant properties of coriander polysaccharide extract are studied. The results show that the optimal extraction process parameters of coriander polysaccharide are as follows： the solid-liquid ratio is 1∶35（g/mL）， the pH value of liquid is 5.5， the addition amount of cellulase is 5%， and the enzymatic hydrolysis time is 30 min. The extraction rate of coriander polysaccharide under such conditions is 8.85%， and coriander polysaccharide has good scavenging effects on DPPH free radicals and hydroxyl free radicals.

Key words： coriander; polysaccharide; extraction process; antioxidant properties

收稿日期：2022-12-08

基金項目：安徽省质量工程项目（2020jyxm1421，2020sjjd089）；安徽省高等学校自然科学基金重点项目（KJ2021A0683）；国家级大学生创新创业训练计划项目（202213619003）；安徽省大学生创新创业训练计划项目（s20211361904）；阜阳师范大学校级项目（FXG2021ZY02，2021FXJY05）；阜阳师范大学-阜阳市2021年度市校合作科技专项项目（SXHZ202107）；2020年度高校优秀拔尖人才培育资助项目（gxgwfx2020049）；阜阳地方农产品食品工艺开发科研创新团队资助（FX2020KCT02）

作者简介：刘艳红（1989－），女，讲师，硕士，研究方向：天然产物提取及应用。

*通信作者：赵胡（1977－），男，副教授，博士，研究方向：天然产物提取及应用。

香菜，别名芫荽、香荽等，伞形科，是人类历史上应用最早的一种具有强烈清香气味的芳香蔬菜，因其芳香的口感受到人们的广泛喜爱[1-2]。现在我国东北、江苏、山东、安徽等地均有栽培。目前，国内外学者研究发现香菜中含有黄酮、多酚[3-4]、芦丁[5]、精油[6-7]和绿原酸[8]等多种对人体有益的活性物质，具有抗氧化[9]、抗肿瘤[10]、抗焦虑[11]、抗糖尿病[12]、抑菌[13]和抑制铅沉积[14]等重要的生理功能。因此，香菜具有较高的食用价值和药用价值。

植物多糖普遍存在于自然界植物体中。研究表明，许多植物多糖具有降血糖、降血脂、抗辐射、抗菌、抗病毒、抗肿瘤、免疫调节和保护肝脏等保健作用和生物活性[15-17]。目前关于植物多糖提取工艺及抑菌抗氧化活性的研究较多，如闫旭宇等[18]研究了水提醇沉法提取薏米多糖及其对羟自由基的清除作用；杨顺雨等[19]研究了酶解法提取积雪草粗多糖及降血糖作用，张美玉等[20]研究了中药鸦胆子多糖的超声提取。

但是，目前关于香菜多糖提取工艺及抗氧化特性的研究较少，且香菜多糖的抑菌及抗氧化特性尚不清楚。因此，本研究拟通过对香菜多糖的提取进行研究，同时对香菜多糖的抗氧化特性进行研究，以期为香菜的应用和香菜产品的开发提供一定的理论基础。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

香菜为本地超市购买；蒸馏水为实验室自制；试验用到的其他试剂均为分析纯；纤维素酶（酶活力为10 000 U/g）：上海麦克林生化科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

FA20048型电子分析天平；HH-4J型数显恒温水浴锅；RE-52型旋转蒸发器；UV-1950型紫外分光光度计；Alpha 1-2LD Plus型台式冻干机；3-18KS型超速冷冻离心机；XJA-100A型高速粉碎机。

1.3 试验方法

1.3.1 香菜粉的制备

香菜清洗后，干燥粉碎，过100目筛，密封保存备用。

1.3.2 葡萄糖标准曲线的制作

采用苯酚-硫酸法测定香菜多糖含量[21-22]。以葡萄糖含量（μg/mL）为横坐标、吸光值（A）为纵坐标，绘制葡萄糖标准曲线。所得标准曲线回归方程为y＝0.017 5x+0.010 9，相关系数R2=0.998 8，可信度较高。

1.3.3 香菜多糖的提取

根据张玉娜等[23]的方法并稍加改进，并按照式（1）计算香菜多糖的提取率。

X=cvfm×10-6×100%。（1）

式中：X为样品中多糖提取率，%；c为待测液的質量浓度，μg/mL；v为待测液的体积，mL；f为稀释倍数；m为样品质量，g。

1.3.4 单因素试验设计

根据参考文献[24-27]，设计了以下的单因素试验。在其他条件不变的情况下，分别研究料液比（1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40，g/mL）、pH值（4.5，5.0，5.5，6.0，6.5）、酶解时间（10，20，30，40，50 min）和酶添加量（3%、4%、5%、6%、7%，以1 g香菜粉作为标准，酶量占香菜粉量的比例为酶添加量）4个因素对香菜多糖提取效果的影响。

1.3.5 正交试验设计

在单因素试验的基础上，采用正交试验L9（34）优化香菜多糖的提取工艺参数，因素水平设计见表1。

1.3.6 香菜多糖抗氧化试验

根据冯康[28]的方法进行优化，设计抗氧化活性试验。

1.3.6.1 DPPH自由基清除能力测定

DPPH自由基清除率按照式（2）进行计算：

DDPH清除率=（1－A3－A2A1）×100%。（2）

式中：A1为用无水甲醇代替样品的吸光值；A2为用无水甲醇代替DPPH溶液的吸光值；A3为DPPH溶液和样品混合反应后的吸光值。

1.3.6.2 羟基自由基清除活性测定

羟基自由基清除率按照式（3）进行计算：

羟基自由基清除率=A4－A5A4×100%。（3）

式中：A4为不添加样品的吸光度；A5为添加样品反应后的吸光度。

1.3.7 数据统计分析

每个试验均做3次平行试验，试验结果采用Excel 2016进行数据统计和分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 不同料液比对香菜多糖提取率的影响

由图2可知，当料液比为1∶35 （g/mL）时，香菜多糖的提取率最高。当料液比在1∶30～1∶35 （g/mL）时，多糖提取率呈上升趋势，当料液比在1∶35～1∶40 （g/mL）时，香菜多糖提取率呈下降趋势。原因可能是料液比过低时，样品粉末溶解不完全，导致提取不完全；随着料液比不断增大，样品内细胞与溶剂形成的浓度差成为传送多糖的推动力，从而使多糖提取率不断升高；但当料液比过高时，浓度差过高导致传送推动力反而减小，使得多糖提取率逐渐降低[29]。

2.1.2 不同pH对香菜多糖提取率的影响

由图3可知，当pH为6时，香菜多糖提取率最高；当pH在5.5～6时，多糖提取率有显著上升趋势；当pH在6～6.5时，多糖提取率呈现下降趋势。说明纤维素酶在pH值为6时，对酶的构象和活性产生的影响较小，此时酶的活性达到最佳，酶与底物结合较牢固，反应较充分，故提取率较高；当pH低于或高于6时，酶的构象和活性基团会遭到不同程度的破坏而发生变化，造成酶与底物的结合不稳定，或者导致酶活性降低甚至失活，从而导致香菜多糖的提取率不高[30]。

2.1.3 不同酶添加量对香菜多糖提取率的影响

由图4可知，随着纤维素酶添加量的增加，香菜多糖的提取率呈先升高后下降的趋势。这可能是因为介质中酶含量过高反而不利于其活性的发挥[31]。因此，酶添加量为5％时，多糖提取率最高。

2.1.4 不同酶解时间对香菜多糖提取率的影响

由图5可知，随着酶解时间的增加，香菜多糖提取率呈先增大后减小的趋势。当酶解时间为20 min时，香菜多糖的提取率最高。这可能是因为随着酶解时间的延长，纤维素酶与样品的反应时间也会延长，使得其细胞壁被充分地破坏，有利于多糖的溶出，但当酶解时间过长时，其他物质也会被提取出来，反而抑制了多糖的提取，导致提取率降低[32]。

2.2 正交试验结果与分析

由表2可知，香菜多糖的最佳提取工艺组合为A2B1C2D3，即酶解时间30 min，料液比1∶35 （g/mL）、pH值5.5和酶添加量5%。由极差分析结果可知：RD＞RA＞RB>RC，即酶解时间对香菜多糖提取率的影响最大，其次依次是料液比、pH和酶添加量。由表3正交试验方差分析结果可知，A、B、C、D 4个因素对本试验结果均有影响，但均不显著。

香菜多糖提取验证试验结果：在酶解时间30 min、料液比1∶35 （g/mL）、pH 5.5和酶添加量5%的条件下进行试验，得到香菜多糖提取率为8.85%，与正交试验结果一致。因此，确定A2B1C2D3为香菜多糖的最佳提取工艺参数组合。

2.3 香菜多糖抗氧化特性结果与分析

2.3.1 DPPH自由基清除能力测定

由图6可知，随着香菜多糖浓度的增加，其对DPPH的清除率逐渐增大。在香菜多糖浓度达到8 mg/mL时，对DPPH自由基的清除率达到64.66%。由此可知，香菜多糖对DPPH自由基有较好的清除效果。

2.3.2 羟基自由基清除能力测定

由图7可知，随着香菜多糖浓度的增加，其对羟基自由基的清除率呈先增大后趋于平缓的趋势。在香菜多糖浓度为8 mg/mL时，香菜多糖对羟基自由基的清除率达到91.63%，基本与抗坏血酸对羟基自由基的清除率相持平。因此，香菜多糖对羟基自由基有着极强的清除能力。

3 结论

本试验研究了香菜多糖的提取工艺及抗氧化特性，香菜多糖的最优提取工艺参数为料液比1∶35 （g/mL）、pH 5.5、酶添加量5%和酶解时间30 min。此条件下，香菜多糖提取率为8.85%。通过对香菜多糖体外抗氧化能力研究可知，香菜多糖提取物对DPPH自由基和羟基自由基均具有较好的清除作用，且当香菜多糖浓度为8 mg/mL时，对DPPH自由基和羟基自由基的清除率分別是64.66%和91.63%。

但是，本研究对香菜多糖的抑菌特性和对果蔬的贮藏保鲜功效尚未研究，后期可进一步对香菜多糖的抑菌特性和果蔬的贮藏保鲜效果及其作用机理进行研究，以便为香菜相关产品的开发和技术应用提供更深入的理论基础。

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