甘蔗葉多糖超聲波提取工藝研究

史 娟

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001）

甘蔗屬禾本科甘蔗屬植物甘蔗（Sacharumsinense Roxb.）的莖桿，是世界上最好的能源和糖料作物之一，但每年也由此帶來(lái)大量甘蔗廢棄物。僅甘蔗葉我國(guó)每年甘蔗葉總產(chǎn)量高達(dá)千萬(wàn)t。而目前能被開發(fā)利用的甘蔗葉卻不到20%，且利用形式簡(jiǎn)單，基本上在田間就地焚燒，嚴(yán)重資源浪費(fèi)且污染大氣環(huán)境。因此實(shí)現(xiàn)甘蔗葉的綜合開發(fā)利用，提高其使用價(jià)值，對(duì)甘蔗的種植和深加工具有重大意義。實(shí)驗(yàn)研究表明，甘蔗葉提取物具有抗氧化性[2]、降血糖[3]及體外抗腫瘤活性等作用[4]。中醫(yī)認(rèn)為，甘蔗葉入藥可治療因熱病引起的傷津，心煩口渴；肺燥引發(fā)的咳嗽氣喘等癥。目前，甘蔗葉多糖的研究報(bào)道僅涉及到多糖的熱水浸提及含量測(cè)定[5~7]。因多糖類化合物極性較高，易溶于水，但對(duì)溫度、酸等條件敏感的特點(diǎn)。選擇合適方法對(duì)甘蔗葉多糖多糖提取進(jìn)行系統(tǒng)研究，對(duì)甘蔗葉多糖的深加工具有重要意義。超聲波輔助提取技術(shù)，可加快植物胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散及溶解，提高收率；并能避免較高溫度對(duì)植物有效成分的破壞。本實(shí)驗(yàn)利用超聲技術(shù)對(duì)甘蔗葉多糖進(jìn)行單因素及正交試驗(yàn)，在不同的提取溫度、提取時(shí)間、提取次數(shù)和料液比條件下探討甘蔗葉多糖的提取工藝，為甘蔗葉多糖的深入研究和開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

葡萄糖、無(wú)水乙醚、無(wú)水乙醇、三氯甲烷、正丁醇、苯酚、濃硫酸、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋁、氯化鈣、檸檬酸、苯甲酸鈉、30%H2O2、亞硫酸鈉、濃鹽酸、氫氧化鈉等試劑均為分析純。自制蒸餾水和超純水。

DGG-9140B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，F(xiàn)W117粉碎機(jī)，AL204-IC型電子分析天平，SB-200DT 超聲波清洗機(jī)，TDL-5臺(tái)式離心機(jī)，RE-2A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，721型分光光度計(jì)，PHS-3S型pH酸度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 提取工藝流程

甘蔗葉→自然陰干→粉碎過0.42mm篩→乙醚、乙醇脫脂→烘干→超聲輔助水提→離心→減壓濃縮→Sevag法除蛋白→乙醇沉淀→過濾→低溫干燥→多糖。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確稱取葡萄糖1.0000g于1000mL容量瓶中，蒸餾水定容；分別吸取 2.0、4.0、8.0、12.0、16.0、20.0、24.0、28.0mL于100mL容量瓶中，蒸餾水定容；再分別吸取上述各溶液1.0mL于25mL比色管中，加入1.0mL 2%苯酚和5.0mL濃硫酸；搖勻，沸水浴加熱15min后，冰水浴中冷至室溫，以蒸餾水為空白，在波長(zhǎng)490nm處測(cè)吸光度。以吸光度A為縱坐標(biāo)，葡萄糖的質(zhì)量濃度C（μg·mL-1）為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程：A=3.4465C+0.0362，R2=0.9985。

1.2.3 甘蔗葉多糖超聲波提取及含量測(cè)定

稱取1.0000g甘蔗葉粉末，加入適量體積的水，靜置潤(rùn)濕30min。潤(rùn)濕樣品放入超聲儀中，在固定超聲波功率下，按照相應(yīng)的超聲時(shí)間浸提一定時(shí)間。浸提液在4000r·min-1的條件下離心20min后，將離心液濃縮約至原體積1/3，再加入4倍體積的Sevag試劑（氯仿∶正丁醇=4∶1）除蛋白，搖勻，加95%乙醇析出多糖，沉淀物用蒸餾水復(fù)溶后進(jìn)行二次醇沉，重復(fù)3次后，將沉淀用無(wú)水乙醇洗滌，真空干燥，得甘蔗葉多糖樣品。

梨樹南北皆有，主人從樹上摘下，望著遠(yuǎn)處的山和天空，與朋友說(shuō)些送梨之外的家常話，談及天氣，說(shuō)今年雨雪姍姍來(lái)遲。

多糖含量測(cè)定采用將待測(cè)多糖樣品加水溶解并稀釋適當(dāng)倍數(shù)后，進(jìn)行與標(biāo)準(zhǔn)曲線制作相同的操作，并對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線求得其多糖含量。甘蔗葉多糖提取率/%＝（C×V）/W×D×10-3×100%，其中C為按標(biāo)準(zhǔn)曲線得出的多糖溶液濃度，V為多糖溶液體積，W為原料質(zhì)量，D為稀釋倍數(shù)。

1.3 甘蔗葉多糖提取的單因素實(shí)驗(yàn)

1.3.1 提取溫度對(duì)甘蔗葉多糖提取率的影響

準(zhǔn)確稱取1.0000g甘蔗葉粉末5份，分別加入 30mL 蒸餾水，在 40、50、60、70、80℃下超聲提取60min。按照1.2.3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察提取溫度對(duì)多糖提取率的影響，重復(fù)3次，計(jì)算提取率。

1.3.2 提取時(shí)間對(duì)甘蔗葉多糖提取率的影響

準(zhǔn)確稱取1.0000g甘蔗葉粉末5份，分別加入30mL 蒸餾水，在 60℃下超聲提取 20、40、60、80、100min。按照1.2.3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察提取時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響，重復(fù)3次，計(jì)算提取率。

1.3.3 料液比對(duì)甘蔗葉多糖提取率的影響

準(zhǔn)確稱取1.0000g甘蔗葉粉末5份，分別加入 20、30、40、50、60mL 蒸餾水，在 60℃下超聲提取60min。按照1.2.3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察料液比對(duì)多糖提取率的影響，重復(fù)3次，計(jì)算提取率。

1.3.4 提取次數(shù)對(duì)甘蔗葉多糖提取率的影響

準(zhǔn)確稱取1.0000g甘蔗葉粉末，加入50mL蒸餾水，在 60℃下超聲提取 1、2、3、4、5 次，每次提取60min。按照1.2.3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察提取次數(shù)對(duì)多糖提取率的影響，重復(fù)3次，計(jì)算提取率。

1.4 甘蔗葉多糖提取工藝優(yōu)化

根據(jù)單因素結(jié)果選擇超聲提取溫度、提取時(shí)間、料液比、提取次數(shù)進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，確定甘蔗葉多糖超聲提取的最佳工藝條件。

表1 四因素三水平正交試驗(yàn)表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 提取溫度對(duì)甘蔗葉多糖提取率的影響

由圖1可知，隨著超聲提取溫度的升高，甘蔗葉多糖提取率先增后減，在60℃時(shí)提取率最高。這是因?yàn)檩^低浸提溫度下，多糖在水中的溶解度較小，提取不夠充分；而提取溫度過高易使多糖分解，降低提取率。故選擇浸提溫度60℃較適宜。

圖1 提取溫度對(duì)多糖提取率的影響

2.1.2 提取時(shí)間對(duì)甘蔗葉多糖提取率的影響

由圖2可知，甘蔗葉多糖提取率隨超聲提取時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸增加，1h時(shí)提取率最大；此后，提取率開始逐漸下降。這是因?yàn)樘崛r(shí)間過長(zhǎng)可能造成多糖分解，故而提取率下降。故最佳的浸提時(shí)間為60min。

圖2 提取次數(shù)對(duì)多糖提取率的影響

2.1.3 料液比對(duì)甘蔗葉多糖提取率的影響

在圖3中，當(dāng)料液比低于1∶40時(shí)，增大料液比，甘蔗葉多糖提取率隨之增加；1∶40之后，提取率減小。這是因?yàn)槿軇┯昧可?，干原料?xì)胞組織不能完全被濕潤(rùn)；而溶劑用量過多時(shí)，超聲波輻射被溶劑吸收較多，作用于物料相對(duì)減少，因而影響多糖的析出。因此選擇料液比1∶40為宜。

圖3 料液比對(duì)多糖提取率的影響

2.1.4 提取次數(shù)對(duì)甘蔗葉多糖提取率的影響

由圖4可知，隨著提取次數(shù)的增加，多糖提取率逐漸增加，但增幅不大。對(duì)甘蔗葉進(jìn)行第3次提取所得提取率與第2次差別較小，當(dāng)進(jìn)行第4次提取時(shí)，多糖提取率明顯下降?？紤]到提取2次所得產(chǎn)率相對(duì)較高，且耗時(shí)耗力小，選故擇最佳提取次數(shù)選為2次。

圖4 提取時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響

2.2 正交結(jié)果與分析

由表2和表3可知，影響甘蔗葉多糖提取的主次因素為：提取時(shí)間＞提取次數(shù)＞料液比＞溫度，通過正交實(shí)驗(yàn)可以看出，甘蔗葉多糖的最佳提取條件是A2B2C3D2，即提取時(shí)間為60min、提取次數(shù)為2次，提取時(shí)的料液比1∶50，提取溫度 60 ℃。在此條件下提取甘蔗葉多糖，平行3次，多糖提取率平均值為1.973%。

表 2 甘蔗葉多糖提取正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 甘蔗葉多糖提取正交實(shí)驗(yàn)方差分析

3 結(jié)論

采用超聲波法，經(jīng)單因素實(shí)驗(yàn)研究提取溫度、提取時(shí)間、料液比和提取次數(shù)對(duì)山茱萸多糖提取率的影響；用正交實(shí)驗(yàn)確定甘蔗葉多糖最佳提取工藝條件為： 提取溫度 60℃，提取時(shí)間為 60min，提取次數(shù)為 2 次，提取時(shí)的料液比1∶50。甘蔗葉在生產(chǎn)中利用較少，來(lái)源廣泛，成本低廉，可作為大規(guī)模提取多糖的原料。本文為甘蔗葉多糖的綜合開發(fā)利用提供了可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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