微波輔助提取香椿多糖工藝研究

李秀信，張軍華，關(guān)紅玲，唐成黎，吳孟銀

（西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，陜西楊凌712100）

香椿[Toona sinensis（A.Juss.）Roem]又名春芽樹，在《植物名實(shí)圖考》中稱為紅椿，屬楝科香椿屬落葉喬木[1]。張仲平[2]等人對(duì)香椿葉中的揮發(fā)油成分進(jìn)行了研究。鄧春蘭[3]、陳叢瑾[4]、王明艷[5]等對(duì)香椿葉多糖類化合物進(jìn)行了較為深入的研究。

微波輔助萃取技術(shù)（microwave-assisted extractiontechnique）是自1986年以來新發(fā)展起來的一種方法，與傳統(tǒng)的萃取方法如回流提取、有機(jī)溶劑萃取等方法比較，微波萃取技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、節(jié)省溶劑、快速高效、節(jié)能、省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各種天然活性成分的提取[6-8]。本試驗(yàn)將微波輔助提取技術(shù)應(yīng)用于香椿多糖的提取工藝研究，通過正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)，探求微波輔助提取多糖的最佳工藝條件，為其工業(yè)化生產(chǎn)和利用提供參考。

1 材料與儀器

1.1 材料

材料：香椿葉于2009年9月采自西北農(nóng)林科技大學(xué)南校區(qū)家屬院內(nèi)，陰干，粉碎。

試劑：濃硫酸、苯酚、葡萄糖均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

1.2 儀器與設(shè)備

754 型紫外可見分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；HH.S21-8 電熱恒溫水浴鍋：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司，微波爐：GalanzWD800G-BL20 型家用微波。

2 方法

2.1 5%苯酚溶液的配制

取苯酚100 g，加鋁片0.1 g 和碳酸氫鈉0.05 g，常壓蒸餾，收集180 ℃～184 ℃餾分。稱取5 g 置100 mL棕色容量瓶?jī)?nèi)，加水至刻度，搖勻，轉(zhuǎn)移至棕色試劑瓶，置于冰箱中備用。

2.2 提取工藝流程及得率計(jì)算

稱取2.0 g 香椿葉，加入一定體積的水，預(yù)煮（90 ℃、10 min），根據(jù)設(shè)計(jì)方案的條件進(jìn)行微波間歇提取（加熱30 s，停30 s），抽濾，用分光光度計(jì)于490 nm 處測(cè)定吸光值，計(jì)算得率。

得率=多糖質(zhì)量/香椿葉質(zhì)量×100%

2.3 香椿粗多糖含量測(cè)定

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確稱取恒溫干燥至恒重葡萄糖200 mg，置于500 mL 容量瓶中，加入水至刻度，分別吸取0.0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 mL 葡萄糖溶液分置于11 個(gè)100 mL 容量瓶中，加水至刻度，分別移取2 mL 于相應(yīng)編號(hào)的25 mL 比色管，加1 mL 5%苯酚和5 mL 濃硫酸，室溫放置5 min，沸水浴10 min 后，冰水浴10 min，于490 nm 處測(cè)定吸光值。以葡萄糖含量x（μg/mL）為橫坐標(biāo)，吸光值y 為縱坐標(biāo)，繪制得到標(biāo)準(zhǔn)曲線：y=0.025 5x+0.062 2，R2=0.998 9。

2.3.2 樣品測(cè)定

移取樣液2.0 mL 于25 mL 比色管中，然后加入5%苯酚1.0 mL，濃硫酸5.0 mL ，搖勻，室溫放置5 min，沸水浴10 min 后，冰水浴10 min，于490 nm 處測(cè)定吸光值。

2.4 微波提取多糖單因素試驗(yàn)

2.4.1 微波提取液料比

稱取香椿葉2.0 g，分別以10、15、20、25、30（mL/g）液料比加入水，預(yù)煮，在560 W 微波處理5 min。

2.4.2 微波處理時(shí)間

稱取香椿葉2.0 g，以25 液料比加入水，預(yù)煮，在560 W 微波分別處理2、3、4、5、6 min。

2.4.3 微波提取功率

稱取香椿葉2.0 g，以25 液料比加入水，預(yù)煮，分別在微波功率70、10、350、560、700 W 處理5 min。

2.4.4 提取次數(shù)

稱取香椿葉2.0 g，以25 液料比加入水，預(yù)煮，在微波爐功率210 W，分別提取1、2、3、4、5 次，每次5 min。

2.5 微波提取多糖正交試驗(yàn)

微波提取多糖正交試驗(yàn)按照微波提取多糖單因素試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，正交表選擇L9（34），各組提取液抽濾、定容后，測(cè)定吸光值，選出微波提取香椿多糖最優(yōu)的工藝參數(shù)。

2.6 對(duì)比試驗(yàn)[9-10]

為了驗(yàn)證采用微波輔助提取香椿多糖工藝的強(qiáng)化作用，采用不同提取方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)并測(cè)定香椿溶液粗多糖得率。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factor and levels in orthogonal array design for optimizing extraction conditions of polysaccharide

試驗(yàn)1：采用經(jīng)典粗多糖提取方法。取2 g 香椿葉，置于80 ℃水浴條件下恒溫提取6 h。

試驗(yàn)2：取2 g 香椿葉，依次用石油醚、70%乙醇回流，過濾，渣用水按A2B2C3D2工藝提取多糖。

試驗(yàn)3：取2 g 香椿葉，依次用乙醚、70%乙醇回流，過濾，渣用水按A2B2C3D2工藝提取多糖。

試驗(yàn)4：取2 g 香椿葉，依次用石油醚、乙醚、70%乙醇回流，過濾，渣用水按A2B2C3D2工藝提取多糖。

3 結(jié)果與分析

3.1 微波輔助提取單因素試驗(yàn)結(jié)果

3.1.1 液料比對(duì)多糖提取的影響

液料比對(duì)多糖提取的影響見圖1。

圖1 液料比對(duì)多糖提取的影響Fig.1 Effects of the ratio of solvent to material on the polysaccharide extraction

如圖1 所示，液料比從10 到25，提取液多糖得率隨液料比增加而上升，到25 達(dá)到最大；然后隨著液料比增大而減小。選擇液料比25 為宜。

3.1.2 微波時(shí)間對(duì)提取多糖的影響

微波時(shí)間對(duì)提取多糖的影響見圖2。

圖2 提取時(shí)間對(duì)微波提取多糖的影響Fig.2 Effects of extracting time on the polysaccharide extraction

由圖2 得，隨著提取時(shí)間增加多糖得率增加，微波處理5 min 時(shí)多糖得率達(dá)到最大；然后隨著微波時(shí)間的增加多糖得率減小。說明不是提取時(shí)間越長(zhǎng)提取效果就越好，因?yàn)樘崛r(shí)間過長(zhǎng)會(huì)使溫度過高，造成溶液劇烈沸騰溢出容器而不利于提取，甚至?xí)茐挠行С煞?，反之，無法使有效成分充分溶出。故提取時(shí)間選擇5 min 為宜。

3.1.3 微波功率對(duì)多糖提取的影響

微波功率對(duì)多糖提取的影響見圖3。

圖3 微波功率對(duì)多糖提取的影響Fig.3 Effects of microwave power on the polysaccharide extraction

由圖3 可知，隨著微波功率的增大，對(duì)多糖提取有較大的影響。210 W 以前，功率越大，提取多糖得率越高。當(dāng)微波達(dá)到210 W 時(shí)，多糖得率達(dá)到最大值；輻射功率越高，物質(zhì)吸收的微波能越多，物質(zhì)升溫越快，對(duì)物料細(xì)胞破壞越大，有利于有效成分的浸出，但也促進(jìn)了有效成分的分解，導(dǎo)致多糖得率下降。所以微波爐功率選擇210 W。

3.1.4 提取次數(shù)對(duì)多糖提取的影響

提取次數(shù)對(duì)多糖提取的影響見圖4。

圖4 提取次數(shù)對(duì)多糖提取的影響Table 4 Effect of extraction times on the extraction of polysacchardes

由圖4 可知，開始，隨著提取次數(shù)的增加，多糖得率增大，提取3 次時(shí)多糖得率達(dá)到最大值；然后隨著提取次數(shù)的增加，多糖得率有所下降。

3.1.5 微波提取香椿多糖正交試驗(yàn)結(jié)果

由表2 正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析可知微波提取香椿多糖的影響因素的主次為A＞D＞B＞C，即微波功率對(duì)提取影響最大，其次是提取次數(shù)、微波時(shí)間和液料比。最佳工藝為A2B2C3D2，即微波功率350 W，微波時(shí)間5 min，液料比25，提取次數(shù)3。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明提取工藝A2B2C3D2多糖得率為8.545%。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal array design experiments for optimizing extraction conditions of polysacchardes

3.1.6 對(duì)比試驗(yàn)

對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

多糖得率之大小順序?yàn)樵囼?yàn)4＞試驗(yàn)3＞試驗(yàn)2＞試驗(yàn)1。本試驗(yàn)提取工藝A2B2C3D2多糖得率8.545%，比試驗(yàn)1 高出0.274%，節(jié)省時(shí)間24 倍；比試驗(yàn)2、試驗(yàn)3、試驗(yàn)4 分別高出0.599%、1.122%、1.416%。

由于試驗(yàn)1 只是將原料置于80 ℃水浴條件下恒溫提取6 h，沒有對(duì)原料做任何預(yù)處理，導(dǎo)致多糖得率最低。說明施加微波輔助提取對(duì)多糖得率有明顯的效果，其原因是微波對(duì)極性分子的作用，迫使其按照電磁場(chǎng)作用方式運(yùn)動(dòng)，每秒變化2.45×109次，正是由于分子的劇烈運(yùn)動(dòng)，致使植物細(xì)胞的膜遭到破壞，有助于有效成分的溶出；同時(shí)微波的致熱效應(yīng)也有助于這一過程的實(shí)現(xiàn)[11]。

試驗(yàn)2 用石油醚脫脂[12]、70%乙醇脫去黃酮[13]（含量達(dá)4.20%）、單糖等成分，然后結(jié)合本試驗(yàn)提取工藝使多糖成分容易流出，導(dǎo)致得率高于試驗(yàn)。

試驗(yàn)3 先用乙醚脫去了以烯烴、萜類及烯醇類物質(zhì)為主的中極性成分[14-15]，再用70%乙醇脫去黃酮類、單糖等成分，然后結(jié)合本試驗(yàn)提取工藝提取，得率高于試驗(yàn)2；也由此說明對(duì)提取香椿多糖而言，乙醚的脫脂效果要比石油醚好一些。

試驗(yàn)4 依次用石油醚、乙醚、70%乙醇回流，脫去非極性、中極性、黃酮類、單糖等成分，然后結(jié)合本試驗(yàn)提取工藝使多糖成分很容易流出，導(dǎo)致得率最高，是因?yàn)橄愦蝗~表面非極性、中極性和黃酮類等成分被清除，細(xì)胞壁容易破裂，極性較大的多糖類在微波輔助作用下容易流出，致使多糖得率最高。總之，試驗(yàn)4是切實(shí)可行的香椿多糖微波輔助提取的最佳工藝，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

4 結(jié)論

微波輔助提取香椿多糖正交試驗(yàn)中的4 個(gè)影響因素的主次順序?yàn)槲⒉üβ剩咎崛〈螖?shù)＞微波萃取時(shí)間＞液料比；通過正交試驗(yàn)得到最佳的提取工藝條件為微波功率350 W，微波時(shí)間5 min，液料比25，提取次數(shù)3。采用此條件試驗(yàn)，多糖的得率達(dá)8.545%；將香椿葉表面非極性、中極性和黃酮類等成分被清除，再用最佳提取工藝條件提取多糖的方法，是切實(shí)可行的，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

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