超声波辅助提取木棉花多糖.doc

超声波辅助提取木棉花多糖
摘要：利用超声波辅助提取木棉［gossampinus malabarica (dc.) merr.］花多糖，先考察了不同料液比、超声波功率、提取时间、提取温度和提取次数对木棉花多糖提取率的影响，然后利用正交试验优化木棉花多糖的提取工艺，并对结果进行分析。结果显示，木棉花多糖最佳提取工艺参数为，料水质量比１∶６０、提取温度６０ ℃、超声波功率２５０ｗ、提取时间２０ ｍｉｎ、提取２次。
关键词：木棉［gossampinus malabarica (dc.) merr.］花；多糖；超声波辅助提取；提取工艺
supersonic wave assisted polysaccharide extraction from bombax flower
ｌｉ ｆｅｎ－ｌｉｎｇ，ｃａｉ ｈａｎ－ｑｕａｎ，cheng tong-bin，ｃａｉ ｘｉａｏ－ｙｕ
（ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｈａｎｓｈａｎ ｎｏｒｍａｌ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｃｈａｏｚｈｏｕ ５２１０４１，ｇｕａｎgｄｏｎｇ，ｃｈｉｎａ）
ａｂｓｔｒａｃｔ： ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ ｗａｓ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｂｏｍｂａｘ［gossampinus malabarica （dc.） merr.］ ｆｌｏｗｅｒ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ａｓｓｉｓｔｅｄ extraction ｍｅｔｈｏｄ． ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｏｍｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｓｏｌｉｄ－ｓｏｌｖｅｎｔ ｒａｔｉｏ， ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｉｍｅ， ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ， ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ， ｓｏｌｉｄ－ｓｏｌｖｅｎｔ ｒａｔｉｏ， １∶６０（ｍ／ｖ，ｇ∶ｍｌ）； uｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ６０ ℃； uｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｐｏｗｅｒ， ２５０ ｗ； uｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆｏｒ ２０ ｍｉｎ ｔｗｉｃｅ．
ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： bombax [gossampinus malabarica （dc.） merr.] flower ； ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ ； ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ assisted ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
木棉［gossampinus malabarica（dc.）merr.］为木棉科木棉属植物，是华南地区特有的植物资源，主要分布于广西、广东、四川、贵州和云南等省。其花性味甘、淡、凉，有清热利湿以及解暑的功能，可治肠炎、痢疾。民间多在初春时拾其落花，晒干煎水服用。用来祛风除湿，活血消肿，散结止痛，治疗胃癌、食管癌等消化道肿瘤［１］。近年来，植物、海洋生物及菌类等来源的多糖已作为有生物活性的天然产物中的一个重要类型出现。而在菌多糖得到广泛研究的背景下，越来越多的工作人员将目光投向植物多糖，据文献报道，已有１００种植物多糖被分离提取出来［２］。但对于木棉花的文献报道多是研究其药理作用，而对其多糖提取工艺的研究却鲜见报道。因此木棉花多糖的提取方法也日益成为人们关注的焦点。为了促进中国对木棉花的开发利用，有人对木棉花化学成分和药理作用进行了一些研究。
多糖的提取方法有碱提法、水提法、微波法、酶提法和超声波辅助提取法等。本试验采用的是超声波辅助提取法，它是应用超声波强化提取植物多糖的方法，是一种物理破碎过程。与常规提取法相比，超声波辅助提取可缩短提取时间，提高提取效率，所以超声波辅助提取法在植物多糖的提取中得到广泛应用［３］。
采用苯酚－硫酸法测定多糖的含量，苯酚－硫酸法简单、快速、灵敏重现性好，且生成的颜色持久。用苯酚－硫酸法测定多糖含量时需注意苯酚浓度不宜太高［４］，过高浓度的苯酚会使反应的稳定性不好且易产生操作误差。本试验采用50 g/l的苯酚，同时保持较高的硫酸浓度，因此该呈色反应是以对多糖的水解和糠醛反应为基础的，硫酸浓度降低会影响两种反应的进行。测定吸光度时所用葡萄糖标准溶液与木棉花多糖都需现配现用才能保证结果的稳定性及准确性，每组需平行测定３次。用紫外分光光度法测定木棉花中多糖的浓度，此方法简单、准确率高［５］。
１ 材料与方法
１．１ 材料
１．１．１ 原料 将木棉［gossampinus malabarica (dc.) merr.］花去除花蕊，在６０ ℃左右烘干，粉碎，用５００ ｍｌ石油醚（６０～９０ ℃）回流脱脂２次，１ ｈ／次。再用体积分数为８０％的乙醇溶液回流提取２次，２ ｈ／次，除去单糖和低聚糖，将其烘干备用［６］。
１．１．２ 仪器与试剂 ｊｙ９６－ⅱ超声波细胞粉碎机（上海新芝生物技术研究所／宁波新芝科器研究所）；ｆａ２００４ｎ精科电子分析天平（郑州南北仪器设备有限公司）；７５２ｓ紫外分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；ｔｄｌ８０－２ｂ型离心机（广州广一科学仪器有限公司）；ｋｄｍ型调温电热套（山东省鄄城永兴仪器厂）；ｓｈｚ－ｄ（ⅲ）循环水式真空泵（巩义市英峪予华仪器厂）；ｄｊ－１０ａ倾倒式粉碎机（上海定久中药机械制造有限公司）；１０１－１ａ型数显电热鼓风干燥箱（上海协达计控设备公司通州医科仪器厂）；玻璃仪器气流烘干器（巩义市予华仪器有限责任公司）；ｅｔ－ｑ型气浴恒温振荡器（常州荣冠实验分析仪器厂）。离心管、试管、容量瓶、碘量瓶若干；葡萄糖标准品、铝片、碳酸氢钠、氯仿、正丁醇、苯酚、浓硫酸、无水乙醇、体积分数为９５％的乙醇溶液、石油醚均为分析纯。
１．２ 方法
１．２．１ 多糖含量测定方法的建立
１）葡萄糖标准溶液的配制［７］。精确称取葡萄糖标准品０．１１２ ３ ｇ，置于１００ ｍｌ容量瓶中，加去离子水溶解后稀释至刻度，配成浓度为１.123 ｍｇ／ｍｌ标准葡萄糖溶液备用，在使用前稀释至葡萄糖浓度为０．１12 3 ｍｇ／ｍｌ。
２）５％苯酚溶液的制备［５］。取苯酚１００ ｇ，加铝片０．１ ｇ，碳酸氢钠０．０５ ｇ，蒸馏收集１８２ ℃馏分，称取此馏分７．５ ｇ，加去离子水定容至１５０ ｍｌ混匀，置棕色瓶中放冰箱备用。
３）标准曲线的制备［７，８］。吸取葡萄糖标准溶液（０．１１２ ３ ｍｇ／ｍｌ）０．２、０．４、０．６、０．８、１．０、１．２ ｍｌ，分别置于具塞试管中，各加去离子水使体积为２．０ ｍｌ，再加5%苯酚溶液１．０ ｍｌ摇匀，迅速滴加浓硫酸５．０ ｍｌ，摇匀后放置５ ｍｉｎ，置沸水浴加热１５ ｍｉｎ，取出冷却至室温；以去离子水为空白，于４９０ ｎｍ处测吸光度（表１）。根据所得吸光度和相应葡萄糖浓度得标准曲线回归方程。以葡萄糖标准溶液系列浓度（ｃ）为横坐标，对应吸光度（ａ）为纵坐标作图，结果如图１。所得回归方程为■＝１１．８９２ ０ｃ＋０．１０２ ９，相关系数ｒ＝０．９９６ ４。式中ｃ为葡萄糖溶液的浓度（ｍｇ／ｍｌ），ａ为吸光度。

１．２．２ 木棉花多糖提取工艺流程 采用超声波辅助提取木棉花多糖，根据试验设计，准确称取１．００ ｇ木棉花样品进行预处理（平行２份），放入碘量瓶中，按一定比例加入去离子水，在合适的提取温度和超声波功率下超声波辅助提取数小时，提取结束后趁热减压抽滤，收集滤液。相同条件下，再将滤渣洗入三角瓶中二次提取，提取数次后，合并滤液，浓缩至原溶液的１／４，加入溶液１／５体积的高岭土进行脱色，抽滤。向滤液中加入４倍体积的体积分数为９５％的乙醇溶液，放置过滤，离心，去除上清液，收集沉淀［５］。沉淀用体积分数为８０％的乙醇溶液洗涤，如此重复数次，直到乙醇溶液接近无色，得到的沉淀即为粗多糖。得到的粗多糖加５０ ｍｌ的去离子水使其重新溶解，加入ｓｅｖａｇｅ试剂（正丁醇∶氯仿＝１∶５，ｖ／ｖ），振荡３０ ｍｉｎ，静置，脱去蛋白质，过滤，取其滤液，用去离子水溶解后定容于１００ ｍｌ容量瓶中，利用苯酚－硫酸法测其吸光度（ａ），根据回归方程可算出多糖得率［２］。多糖得率＝ｖ×ｃ／（１ ０００×ｍ）×１００％，式中，ｃ为标准曲线上查得的葡萄糖浓度（ｍｇ／ｍｌ），ｖ为木棉花多糖溶液的体积（ｍｌ），ｍ为木棉花质量（ｇ）。
1.2.3 单因素试验 ①料液比对木棉花多糖得率的影响。称取５份粉碎的干燥的木棉花样品各１．００ ｇ，选择超声波功率为３５０ ｗ，提取温度为５０ ℃，提取时间为２０ ｍｉｎ，在料水质量比分别为１∶３０、１∶４０、１∶５０、１∶６０、１∶７０下各提取１次，比较不同料液比对木棉花多糖得率的影响。②提取温度对木棉花多糖得率的影响。称取５份粉碎的干燥的木棉花样品各１．００ ｇ，选择料水质量比为１∶６０，提取时间为２０ ｍｉｎ、超声波功率为３５０ ｗ，在提取温度分别为３０、４０、５０、６０、７０ ℃下各提取一次，比较不同提取温度对木棉花多糖得率的影响。③超声波功率对木棉花多糖得率的影响。称取５份粉碎的干燥的木棉花样品各１．００ ｇ，选择料水质量比为１∶６０，提取温度为５０ ℃，提取时间为２０ ｍｉｎ，在超声波功率分别为２００、２５０、３００、３５０、４００ ｗ下各提取１次，比较不同超声波功率对木棉花多糖得率的影响。④提取时间对木棉花多糖得率的影响。称取５份粉碎的干燥的木棉花样品各１．００ ｇ，按照料水质量比为１∶６０，超声波功率为２５０ ｗ，提取温度为５０ ℃，在提取时间分别为１０、２０、３０、４０、５０ ｍｉｎ下提取各１次，比较不同提取时间对木棉花多糖得率的影响。⑤提取次数对木棉花多糖得率的影响。称取３份粉碎的干燥的木棉花样品各１．００ ｇ，选择料水质量比为１∶６０、提取温度为５０ ℃、提取时间为２０ ｍｉｎ、超声波功率为２５０ ｗ，分别提取１~３次，研究多糖提取次数对木棉花多糖得率的影响。
１．２．４ 正交试验 影响超声波辅助提取法的主要因素有超声波功率、提取时间、提取温度、提取次数、料水质量比等因素［９，１０］，通过单因素试验结果分析得出，提取次数虽然会对多糖得率有所影响，随着提取次数的增加多糖得率自然而然会增大，但考虑到回收转移较困难，加上浓缩的成本较高、操作时间过久，所以在单因素试验的基础上，选择超声波功率、料水质量比、提取温度、提取时间这４个因素作为考察对象，并结合生产实际，每因素选取３个水平（表２），以多糖得率为指标进行ｌ９（３４）正交试验，优选最佳工艺。

２ 结果与分析
２．１ 单因素试验结果分析
２．１．１ 料水质量比对木棉花多糖得率的影响 从图２可以看出，在料水质量比从１∶５０变到１∶６０时，木棉花的多糖得率增加比较快，在料水质量比为１∶６０时木棉花的多糖得率达到最大。提取多糖时料水质量比太大，提取不完全；料水质量比太小，回收、过滤、转移困难，造成浪费，并且后期浓缩成本高。本试验结果显示，料水质量比为１∶６０时提取多糖较为充分，效果较好。
２．１．２ 提取温度对木棉花多糖得率的影响 由图３可以看出，当提取温度为５０ ℃时，多糖得率最高。当提取温度小于５０ ℃时，因为其提取温度不够，导致多糖未能完全被提取出来，所以多糖得率随提取温度的升高而增加，当提取温度大于５０ ℃时，由于提取温度较高，部分多糖被降解或破坏，因此多糖得率开始下降。
２．１．３ 超声波功率对木棉花多糖得率的影响 从图４可以看出，木棉花多糖得率先是随着超声波功率的增加而增大，超声波功率为３００ ｗ时多糖得率最大。随着超声波功率的加大，超声波的热效应能够快速地提升提取液的温度，有利于待提物质扩散到溶剂中，而且超声波具有穿透特性，使木棉花细胞破壁，让水易浸入，多糖有效成分容易浸出。但当超声波功率大于３００ ｗ时，多糖得率开始降低。一方面可能由于超声波功率过高，提取液较长时间处于高温条件下，对多糖会产生一定的降解作用。另一方面，无限制的增加超声波功率，导致空化泡在声波中压缩相内来不及发生破裂，破坏细胞壁结构这一过程不够完全，从而不利于提取，导致多糖得率减少。由于超声波功率为２５０～３００ ｗ的多糖得率增幅不大，因此，本试验认为超声波功率为２５０ ｗ效果较好。从经济学角度选择超声波功率为２５０ ｗ。
２．１．４ 提取时间对木棉花多糖得率的影响 根据图５可知，超声波辅助提取２０ ｍｉｎ时多糖得率是最高的，提取时间小于２０ ｍｉｎ，多糖提取不充分，提取时间大于２０ ｍｉｎ，随着提取时间的延长，多糖得率逐渐降低，可能与较高温度下提取时间过长导致多糖降解有关［２］。
２．１．５ 提取次数对木棉花多糖得率的影响 由图６可以看出，木棉花的多糖得率随提取次数的增加而增大，但是增幅不大。因此，本试验认为提取２次已经较充分，效果较好。

２．２ 正交试验结果分析
从表３的极差值ｒ分析可知，多糖提取条件因素的主次顺序为ｂ＞ｃ＞ａ＞ｄ，即提取温度＞超声波功率＞料水质量比＞提取时间。根据最优水平确定最佳的超声波辅助提取木棉花多糖工艺条件为ａ２ｂ３ｃ２ｄ２，即料水质量比１∶６０、提取温度６０ ℃、超声波功率２５０ ｗ、提取时间２０ ｍｉｎ。由于该组合未出现在试验中，需要测定该条件下木棉花的多糖得率，经测定，木棉花在该条件下的多糖得率达到０．８７５ ５％，高于正交试验中出现的最高得率，说明正交试验确定的最佳超声波辅助提取工艺条件是合理的。
３ 结论
以水作为提取剂，采用超声波辅助提取木棉花中可溶性多糖具有安全快速的特点。本试验从木棉花中提取木棉花多糖，并确定了木棉花多糖的最优提取工艺条件。研究结果表明，影响木棉花多糖提取的主要因素分别是提取温度、提取时间、超声波功率和料液比，其次序为提取温度＞超声波功率＞料液比＞提取时间。超声波辅助提取木棉花多糖的最佳工艺条件为料水质量比１∶６０、提取温度６０ ℃、超声波功率２５０ ｗ、提取时间２０ ｍｉｎ、提取2次。在此工艺条件下，木棉花的多糖得率高达０．８７５ ５％。
参考文献：
［1］ 王 辉，唐慧娟． 木棉花多糖含量的初步测定［ｊ］． 广州化工，２０００，２８（３）：３２－３３．
［2］ 许燕燕． 植物多糖的提取方法和工艺［ｊ］．福建水产，２００６，３（３）：３２－３６．
［３］ 李小平． 红枣多糖提取工艺研究及其生物功能初探［ｄ］． 西安：陕西师范大学，２００４．
［４］ 董 群． 改良的苯酚－硫酸法测定多糖和寡糖含量的研究［ｊ］． 中国药学杂志，１９９６，３１（９）：５５０-553．
［５］ 勾建刚，刘春红． 白茅根多糖超声提取的优化［ｊ］． 时珍国医国药，２００７，１８（１１）：２７４９－２７５０．
［６］ 张 桂，赵国群． 超声波萃取植物多糖的研究［ｊ］． 食品科技，２００５，26（9）：302-304．
［７］ 宋 茹，韦荣编． 微波法萃取柑桔皮多糖的研究［ｊ］． 粮油食品科技，２００８，16（２）：24-26．
［８］ 孙 俊，邓 红，仇农学． 南瓜多糖超声提取工艺的优化［ｊ］． 西北农业学报，２００７，１６（２）：１９８－２０２．
［9］ 郭守军，杨永利，施楚彬，等． 超声波辅助提取龙须菜多糖的工艺优化［ｊ］． 食品研究与开发，２００６，27（10）：14-16．
［１0］ 赵二劳，李满秀，梁兴红． 超声波提取南瓜多糖的研究［ｊ］．声学技术，２００８，27（1）：58-60．