洋蔥水溶性粗多糖的提取工藝優(yōu)化

李萍+胡矗垚+舒展+張?zhí)m+閆靜坤+汪青青

摘 要：采用水提醇沉法提取洋蔥水溶性粗多糖，以粗多糖提取率和多糖含量的綜合評分為指標，利用正交試驗優(yōu)化提取工藝。結(jié)果表明：最佳提取工藝條件為時間3 h，料液比1∶30 g·mL-1，溫度90 ℃，物料粉碎度0.25～0.40 mm（篩孔徑），在此條件下粗多糖提取率達到5.886%，多糖含量為54.547%。影響粗多糖提取效果的因素次序為：溫度>料液比>物料粉碎度>時間，溫度的變化對粗多糖提取效果具有顯著影響。相同提取條件下，紫皮洋蔥粗多糖提取率比黃皮洋蔥高出1.681%，多糖含量比黃皮洋蔥高出21.429%，紫皮洋蔥更適用于粗多糖的提取且營養(yǎng)價值更高?？傊?，水提醇沉法提取洋蔥水溶性粗多糖，成本低廉，操作簡便，易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

關鍵詞：洋蔥；水溶性粗多糖；水提醇沉；提取率；多糖含量；工藝優(yōu)化

中圖分類號： 文獻標識碼： DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.

Optimization of Extraction Process of Water-soluble Crude Polysaccharide from Onion

LI Ping， HU Chuyao， SHU Zhan， ZHANG Lan， YAN Jingkun， WANG Qingqing

（College of Basic Science， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384， China）

Abstract：Water extraction and ethanol precipitation method were applied to extract water-soluble crude polysaccharide from onion. Orthogonal experiment was used to optimize extraction process with the integrated score of the extraction rate of crude polysaccharide and polysaccharide content as index. The eesults showed that the optimum extraction conditions were as follows： extraction time 3 h， ratio of material to solvent 1∶30 g？mL-1， extraction temperature 90 ℃， powder granularity of the material was 0.25～0.40 mm， and under these conditions the extraction rate could reach 5.886% and the polysaccharide content was 54.547%. Factors affecting the extraction effect of crude polysaccharide were in the order of extraction temperature> ratio of material to solvent> powder granularity of the material> extraction time， and the extraction temperature had a significant effect on extraction effect. Water-soluble crude polysaccharide extracted from purple onion contained higher extraction rate and polysaccharide content with 1.681% and 21.429% improvement than that from yellow onion， respectively， which indicating that purple onion was more suitable for the extraction of crude polysaccharide and contained higher nutritional value. In conclusion， water extraction and ethanol precipitation method to extract water-soluble crude polysaccharide from onion was simple to operate and easy to realize industrial production with low cost.

Key words：onion；water-soluble crude polysaccharide；water extraction and ethanol precipitation；extraction rate；polysaccharide content；process optimization

植物多糖是存在于植物細胞中的一類大分子物質(zhì)，具有廣泛的生理活性，其中以水溶性多糖最為重要[1]。洋蔥是百合科草本，高產(chǎn)耐貯，供應期長，具有降血糖、預防心血管疾病、防癌、抗癌等藥用價值[2]，是很好的食療品，也是食品加工業(yè)的重要原料。研究表明，洋蔥中含有豐富的多糖類物質(zhì)[3-4]，然而大量洋蔥加工廢料的產(chǎn)生對環(huán)境造成很大影響，尋找簡單易行的多糖提取方法，對洋蔥加工后的廢料進行利用，可以減少環(huán)境污染并創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

多糖的提取方法有水提醇沉法[5]、酶解法[6]、超聲波法[7]和微波法[8]等。酶解法條件溫和，提取率高，但提取溫度過高時會對酶的活性產(chǎn)生影響；超聲波法提取率高，但對設備要求較高，且超聲波的衰減問題不利于規(guī)?；a(chǎn)；微波法提取時間短，但提取溫度不易控制，提取物組分復雜，后續(xù)分離較困難；水提取法不需要特殊設備，生產(chǎn)成本低，是提取多糖最常用的方法。先前的文獻報道中，研究洋蔥多糖提取工藝多以粗多糖提取率為評價指標[5-7]，很少考慮粗多糖的純度（即多糖的含量），具有一定的局限性。本研究采用水提醇沉法提取洋蔥水溶性粗多糖，并利用苯酚–硫酸法測定其中的多糖含量，以粗多糖提取率和多糖含量的綜合評分為指標，在單因素試驗基礎上，利用正交試驗優(yōu)化提取工藝，旨在為洋蔥水溶性粗多糖的提取及開發(fā)利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 原料與試劑

新鮮洋蔥：購于超市；葡萄糖、95%乙醇、苯酚、濃硫酸均為國產(chǎn)分析純。

1.2 試驗儀器與設備

粉碎機（北京燕山正德機械設備有限公司）；1800型紫外–可見分光光度計（日本島津公司）；恒溫水浴鍋（天津市華北儀器有限公司）；離心機（上海安亭科學儀器廠）；R-215型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（瑞士Buchi公司）；電熱鼓風干燥箱（天津市華北實驗儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 洋蔥水溶性粗多糖的提取 材料預處理：洋蔥去皮、洗凈、切絲，80 ℃烘干，粉碎，過篩。不同粉碎度的洋蔥粉末按文獻[9]的方法，用醇除去脂溶性雜質(zhì)、單糖和低聚糖等，殘渣將醇揮干之后用于粗多糖提取。

粗多糖提取：稱取1 g預處理的洋蔥粉末，按照一定料液比加入蒸餾水，水浴加熱提取，冷至室溫，離心，取上清液，記錄體積；旋轉(zhuǎn)濃縮至半，加入3倍濃縮液體積的乙醇，靜置過夜；離心，沉淀，50 ℃干燥，得粗多糖，稱重。按公式（1）計算提取率。

粗多糖提取率=粗多糖質(zhì)量（g）/洋蔥粉末質(zhì)量（g）×100% （1）

1.3.2 多糖含量的測定 分光光度法是多糖含量測定的有效方法。其中，苯酚–硫酸法操作簡便，靈敏度高，被普遍采用[10-11]。

標準曲線的制作及最大吸收波長的選擇：吸取濃度為100 μg·mL-1的葡萄糖標準溶液0、0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL置于試管中（葡萄糖含量分別為0，20，40，60，80，100 μg），分別加水至2.0 mL，加入5%苯酚各1.0 mL，搖勻；冰水浴中緩慢加入濃硫酸各5.0 mL，搖勻；放置5 min，沸水浴加熱10 min。以空白為對照，在400～800 nm范圍進行波長掃描并測定各溶液吸光度，繪制標準曲線。

多糖含量的測定：取適量提取的粗多糖固體，加水溶解并定容至100 mL，得待測樣品溶液。取適量待測溶液置于試管中，補水至2.0 mL，按上述方法顯色并測定吸光度。由回歸方程計算溶液中的葡萄糖含量，按公式（2）計算樣品中的多糖含量。

多糖含量=m/W×稀釋倍數(shù)×100%（2）

式中：m為按照回歸方程計算得到的葡萄糖含量，μg；W為粗多糖質(zhì)量，μg。

1.3.3 粗多糖提取的試驗設計 通過單因素試驗考察時間、料液比、溫度、物料粉碎度對粗多糖提取效果的影響。在此基礎上，以粗多糖提取率和多糖含量綜合評分為指標，用L9（34）正交試驗優(yōu)化提取工藝。

綜合評分=粗多糖提取率×70%+多糖含量×30% （3）

2 結(jié)果與分析

2.1 多糖含量測定波長的選擇及標準曲線的制作

苯酚–硫酸法測定多糖含量吸收波長掃描結(jié)果見圖1，苯酚–硫酸法標準曲線如圖2所示。

由圖1和圖2可知，不同濃度的葡萄糖溶液經(jīng)顯色后均在波長490 nm處有最大吸收，因此，選為多糖含量的測定波長。葡萄糖含量m（μg）與吸光度A的線性回歸方程為： A=0.008 3m+0.006 5，相關系數(shù)R2=0.999 0。

2.2 粗多糖提取的單因素試驗結(jié)果與分析

2.2.1 時間對粗多糖提取效果的影響 洋蔥粉末（0.25～0.40 mm，篩孔徑）按液料比1∶30（g·mL-1）加入蒸餾水，70 ℃水浴提取，時間分別為1，2，3，4，5，6 h，按1.3.1中的方法提取粗多糖，考察時間對粗多糖提取效果的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，粗多糖提取率和多糖含量均隨著提取時間的延長而增加，但4 h之后提取率和多糖含量增幅均變緩，說明再增加提取時間，能源消耗加大，效果增加不明顯。因此，選擇提取時間3，4，5 h作為正交試驗水平。

2.2.2 料液比對粗多糖提取效果的影響 洋蔥粉末（0.25～0.40 mm，篩孔徑）分別按液料比1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35，1∶40 g·mL-1加入蒸餾水，70 ℃水浴提取4 h，按1.3.1的方法提取粗多糖，考察料液比對粗多糖提取效果的影響，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，隨著溶劑用量的增加，粗多糖提取率增大，但液料比為1∶30之后提取率增幅緩慢且多糖含量在料液比為1∶30時達到最大，此后下降。結(jié)合粗多糖提取率和多糖含量的測定結(jié)果，選擇液料比為1∶25，1∶30和1∶35作為正交試驗水平。

2.2.3 溫度對粗多糖提取效果的影響 洋蔥粉末（0.25～0.40 mm，篩孔徑）按液料比1∶30 g·mL-1加入蒸餾水，提取4 h，水浴溫度分別為40，50，60，70，80，90 ℃，按1.3.1的方法提取粗多糖，考察溫度對粗多糖提取效果的影響，結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，粗多糖提取率隨著溫度的升高而增大，80 ℃時達到最大，此后下降，多糖含量測定結(jié)果具有相同的規(guī)律。這可能是因為溫度升高粗多糖溶解度增大，提取率和多糖含量增加，但溫度過高時會導致多糖的水解，提取率和含量呈現(xiàn)下降趨勢，因此，80 ℃為最佳粗多糖水浴提取溫度，選擇70，80和90 ℃作為正交試驗水平。

2.2.4 物料粉碎度對粗多糖提取效果的影響 洋蔥粉末（<0.15 mm、0.15～0.19 mm、0.19～0.25 mm、0.25～0.40 mm、0.40～0.80 mm、>0.80 mm，篩孔徑）按液料比1∶30 g·mL-1加入蒸餾水，水浴80 ℃提取4 h，按1.3.1的方法提取粗多糖，考察物料粉碎度對粗多糖提取效果的影響，結(jié)果見圖6。

由圖6可知，粗多糖提取率和多糖含量均隨著物料粉碎程度的增加而增大，0.19～0.25 mm達到最大，此后均呈現(xiàn)下降趨勢。這可能是因為物料粒度小，可以增加與溶劑的接觸面積，利于多糖的溶出，但過大的粉碎度會造成物料顆粒間的粘連，不利于提取過程。因此，選擇0.19～0.25 mm（篩孔徑）為最佳物料粉碎度，0.15～0.19 mm、0.19～0.25 mm、0.25～0.40 mm（篩孔徑）作為正交試驗水平。

2.3 粗多糖提取的正交試驗結(jié)果與分析

2.3.1 正交試驗結(jié)果 在單因素試驗基礎上，以粗多糖提取率和多糖含量的綜合評分為指標，采用正交試驗優(yōu)化洋蔥水溶性粗多糖的提取工藝條件，因素及水平見表1，結(jié)果見表2，方差分析見表3。

由表2可知，洋蔥水溶性粗多糖最佳提取工藝條件為：A1B2C3D1，即提取時間3 h、料液比1∶30 g·mL-1、溫度90 ℃，物料粉碎度0.25～0.40 mm（篩孔徑）。極差分析表明，影響粗多糖提取效果的因素次序為：C>B>D>A，溫度>料液比>物料粉碎度>時間。方差分析（表3）表明，溫度的變化對粗多糖提取效果具有顯著影響。

2.3.2 驗證試驗 對最佳工藝條件進行5次驗證，結(jié)果顯示，粗多糖平均提取率為5.886%，相對標準偏差為0.41%，多糖含量平均值為54.547%，相對標準偏差為0.62%。這表明最佳工藝條件正確、穩(wěn)定，筆者采用水提醇沉法提取洋蔥水溶性粗多糖的提取率與郭梅[5]和馬釗[9]報道的結(jié)果基本一致，而多糖含量略高于李茵萍等[2]報道的結(jié)果，這可能與使用的洋蔥原料有關。

此外，在最佳工藝條件下，比較了紫皮洋蔥和黃皮洋蔥水溶性粗多糖的提取率和多糖含量。結(jié)果表明，紫皮洋蔥粗多糖提取率比黃皮洋蔥（4.205%）高出1.681%，多糖含量比黃皮洋蔥（33.118%）高出21.429%，說明紫皮洋蔥更適用于粗多糖的提取，且營養(yǎng)價值更高。

3 結(jié) 論

采用水提醇沉法提取洋蔥水溶性粗多糖，以粗多糖提取率和多糖含量綜合評分為指標，優(yōu)化了提取工藝。結(jié)果表明：最佳提取工藝條件為時間3 h、料液比1∶30 g·mL-1、溫度90 ℃，物料粉碎度0.25～0.40 mm（篩孔徑），在此條件下粗多糖提取率達到5.886%，多糖含量為54.547%。影響粗多糖提取效果的因素次序為：溫度>料液比>物料粉碎度>時間，溫度的變化對粗多糖提取效果具有顯著影響。相同提取條件下，紫皮洋蔥粗多糖提取率比黃皮洋蔥高出1.681%，多糖含量比黃皮洋蔥高出21.429%，紫皮洋蔥更適用于粗多糖提取，且營養(yǎng)價值更高?？傊?，水提醇沉法提取洋蔥水溶性粗多糖，成本低廉，操作簡便，易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

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