苦豆子膠熱水提取工藝研究

葉 林 蒲云峰 黃 強

苦豆子(Sophora Alopecuroides L.)是豆科，槐屬植物，多年生草本植物，別名布亞(維語譯名)、歐苦參、苦豆草等，藥用根、莖、全草及種子。苦豆子多生長在干旱、陽光充足、排水良好的石灰性土壤或沙丘上，廣泛分布于我國新疆、甘肅、青海、寧夏、內蒙古等西部省區［1］［2］。

近年來，國內外許多專家對苦豆子進行了大量研究。研究發現，苦豆子的主要化學成分有生物堿、黃酮類、有機酸、氨基酸、蛋白質和果膠［3，4］。生物堿和黃酮類是苦豆子中主要的活性成分，并有較為系統的研究［5］。苦豆子的種子、莖和根中都含有豐富的苦豆子膠，其主要成分是半乳甘露聚糖，半乳甘露聚糖具有清熱解毒、抗菌消炎、止痛殺蟲、平喘止咳等功效［6］。黃啟華［7］等和艾連中［8］的研究表明，苦豆子種子中含有苦豆子多糖12.8%，紅外光譜數據表明有α－型和β－型的糖甙鍵的特征峰，多糖經完全水解后，用紙層析及酚硫酸比色法測定，主要成分為D－半乳糖和D－甘露糖，做了研究，結果表明:苦豆子種子中含有苦豆子膠主要成分是α－D－半乳糖和β－D－甘露糖，還有鼠李糖、核糖、木糖、阿拉伯糖和葡萄糖。二者的摩爾比為1∶2.37。王維通、于海妮［9］等人以苦豆子原膠為實驗材料，對苦豆子膠成分結構

本試驗以苦豆子種子為原料，采用沸水浴浸提法，優化苦豆子膠提取工藝，為苦豆子資源綜合利用提供理論依據。

1 試驗材料和儀器

1.1 試驗材料

苦豆子種子、根、莖，2009年9月采自新疆阿克蘇地區。

1.2 試驗試劑

葡萄糖(AR);無水乙醇(AR);95%乙醇(AR);氫氧化鈉(AR);濃硫酸(AR);苯酚(AR);硫酸鋁(AR);無水硫酸鈉(AR);無水硫酸銅(AR)等。

1.3 試驗儀器

AR2140型電子天平:奧豪斯公司;PH211C型臺式酸度計:北京哈納科技有限公司;LXJ－IIB型低速大容量多管離心機:北京安亭儀器廠;DL－1型電子萬用爐:北京市永光明醫療儀器廠;756型紫外可見分光光度計:上海光譜儀器有限公司;C203L型烘干箱:鞏義市領科儀器廠;KX－UP－UV－20型超純水器:成都康寧實驗專用純水設備廠。

2 試驗方法

2.1 原料預處理

將新鮮的苦豆子根、莖及種子清洗后(苦豆子根和莖切成2～3cm小段)，均勻鋪在托盤上，置于鼓風干燥箱65℃條件下，干燥48 h，然后取出放置冷卻至室溫，粉碎后過80目篩，放置在冰箱冷藏室備用。

2.2 標準曲線制備

準確稱取在105℃的條件下干燥至恒重的葡萄糖100 mg，置于100 ml容量瓶中，溶解并定容。吸取 0.10 ml、0.20 ml、0.40 ml、0.60 ml、0.80 ml、1.00 ml、1.50 ml、2.00 ml分別置于具塞試管中，加蒸餾水定容至10 ml，各加5%苯酚溶液5 ml搖勻，并且迅速加濃硫酸25 ml，搖勻靜止10 min，然后置于沸水浴中加熱15 min，取出冷卻至室溫。另取10 ml蒸餾水，加5%苯酚溶液5 ml，并加濃硫酸25ml，沸水浴中加熱 15 min作為空白對照，于485 nm波長處對樣品測定吸光度，以濃度C對吸光度A進行回歸分析得回歸方程。以濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制標準曲線(見圖1)，得線性方程，R2=0.997 2，線性范圍為10.0～200 μg/ml。

圖1 葡萄糖的標準曲線

2.2 換算因子的測定

精密稱取苦豆子膠100 mg，置于200 ml容量瓶中，用蒸餾水溶解并定容;吸取200μL配制好的多糖溶液，向其中加蒸餾水1.8 mL，吸取5%苯酚溶液1 ml，并迅速加濃硫酸5 ml，搖勻靜止10 min，然后置于沸水浴中加熱15 min，取出冷卻至室溫，通過分光光度計測定吸光度，平均吸光度A=0.013 2(n=5)，按下式計算換算因子，計算得F=2.222 4。

W:苦豆子膠的質量，μg;

C:苦豆子膠稀釋液中每毫升葡萄糖的含量，μg;

D:苦豆子膠的稀釋倍數。

2.3 樣品含量的測定

吸取苦豆子膠提取液1.0 mL，按照標準曲線的繪制方法測定樣品吸光度，按下式計算樣品中苦豆子膠提取率。

C:供試液中葡萄糖的濃度，μg/mL;

D:供試溶液的稀釋后的總體積，mL;

F:換算因子;

W:供試樣品中苦豆子膠含量，mg。

3 結果與分析

3.1 苦豆子不同組織膠含量

稱取經粉碎過80目篩的苦豆子根、莖和種子粉10.0 g，按1:25的料液比加入蒸餾水，沸水浴浸提5 h，過濾收集濾液。殘渣按照上述操作條件重復多次浸提，直到浸提液膠含量接近0。將多次浸提液合并，濃縮定容備用，按2.3方法測得多糖含量，結果見表1。

表1 苦豆子根、莖、種子中苦豆子膠含量

由表1可以看出，苦豆子種子中含膠量最高，可達到12.64±0.09%，其次是苦豆子根，含膠量10.17±0.20%，苦豆子莖含膠量最低，含膠量為4.39±0.24%。雖然苦豆子莖含膠量低，但它的產量是種子的5～7倍，另外苦豆子根雖然含膠量也高，但苦豆子是多年生植物，不宜以根為要原料提取苦豆子膠。因此，對于苦豆子資源的開發利用，應以苦豆子莖和種子為原料的開發利用為主。

3.2 提取次數對苦豆子膠提取率的影響

由圖2可以看出，隨著提取次數的增加，苦豆子膠提取率逐漸增加，提取次數為2次提取率比1次高20.2%，3次比2次提取率高3.8%，4次比3次提取率高1.5%，提取次數越多，苦豆子膠的提取率增加得越少，因此從節約成本和充分利用原料的角度考慮，從苦豆子種子中提取苦豆子浸提兩次是比較合理的。

3.3 溫度對提取率的影響

由圖3可以看出，隨著提取溫度逐漸增加，提取率逐漸增加，溫度越高提取率增加越緩慢，當提取溫度超過80℃，苦豆子膠提取率變化不明顯。在一定的范圍內，提取溫度高，分子熱運動加快，傳質速率也隨之變快，提取率顯著增加，當溫度高到一定值時，提取率已經達到最大值，增加提取溫度，對提取率影響就不顯著了。因而，提取溫度選擇在85～95℃范圍內較為適宜。

3.4 浸提時間對苦豆子膠提取率的影響

由圖4可以看出，隨著浸提時間延長，提取率逐漸提高，處理時間為7 h時，提取率達到最大，當處理時間7 h后，提取率有不同程度的下降。處理時間短，苦豆子莖中的苦豆子膠未能充分溶脹形成水溶性膠，所以提取率低;處理時間延長，提取率提高;但若處理時間過長，部分苦豆子膠會被降解，導致提取率下降。因此，浸提時間在7 h附近較為適宜。

3.5 液料比對苦豆子膠提取得率的影響

由圖5可以看好出，液料比對苦豆子膠提取率的影響十分顯著，隨著液料比增加，提取率顯著增加。當液料比達到25時，繼續增大液料比，提取率增加不明顯，因此適宜的液料比以25較好。

3.6 正交試驗

3.6.1 正交因素水平表

在以上單因素試驗結果的基礎上，對影響苦豆子種子膠提取率的主要因素浸提次數、浸提溫度、浸提時間和液料比四個因素進行正交試驗。正交試驗因素水平表見表2。

表2 正交試驗因素水平

3.6.2 正交試驗結果

以浸提次數、浸提溫度、浸提時間和液料比進行四因素三水平的L9(43)正交試驗，苦豆子膠提取工藝優化試驗設計和結果見表3。

表3 正交試驗結果

由表3可以看出得到各因素對苦豆子膠提取率的影響主要順序依次為浸提次數＞浸提溫度＞液料比＞浸提時間，最優組合為A3B3D3C3，即浸提3次，浸提溫度100℃，浸提時間8 h，液料比27.5。

表4 方差分析結果

由表4可以看出，在苦豆子膠提取正交試驗中所選定的因素和水平內，浸提次數對提取率的影響達到顯著水平(P≤0.05)，而浸提溫度、浸提時間和液料比對提取率的影響卻不顯著。因此，從節約資源的角度考慮，苦豆子膠浸提的最佳工藝應為A3B1C1D1。

3.6.3 驗證試驗

對正交試驗最佳工藝為A3B1C1D1進行驗證試驗，即:浸提次數3次，浸提溫度90℃，浸提時間6 h，液料比22.5，重復三次，獲得平均提取率為94.50±0.46%。

4 討論

目前，我國食用膠的年需求量為3至4萬噸，而我國食用膠的產量為1萬噸左右，遠遠不能滿足我國食用膠的需求，只能從國外進口，因此，開發和利用新型食用膠是我們研究的重點。苦豆子種子中含有較多的水溶性多糖，主要成分是半乳甘露聚糖，具有較好的增稠、穩定、凝膠作用。通過對我國苦豆子中苦豆子膠的含量測定和提取工藝研究，可以為我國苦豆子資源綜合利用提供新的研究方向，為今后苦豆子的綜合利用提供有力依據。

［1］ 李珂璟，王小龍.苦豆子及其利用［J］.甘肅農業科技，2010，(2):46 －47.

［2］ 陽翠，楊飛，馬宏瑋等.苦豆子種質資源調查及種子生物學特性研究［J］.中國中藥雜志，2010，35(7):817－820.

［3］ Munekazu Iinuma，Masayoshi Ohyama，Toshiyuki Tanaka.Six flavonostilbenes and a flavanone in roots of Sophora alopecuroides［J］.Phytochemistry，1995，389(2):519－525.

［4］ Yu Yunqiu，Ding Peilan，Chen Daofeng.Determination of quinolizidine alkaloids in Sophora medicinal plants by capillary electrophoresis［J］.Analytica Chimica Acta，2004，523(1):15－20.

［5］ 萬傳星，白紅進，張利莉.苦豆子生物堿對乳草蝽的殺蟲活性［J］.塔里木大學學報.2007，19(4):11 －13.

［6］ 付文艷，李霞，王雪飛等.苦豆子生物堿抗腫瘤作用的研究進展［J］.畜牧與飼料科學，2009，30(10):153－155.

［7］ 郭建新，陳虹，李靈芝等.苦參堿抗腫瘤作用研究進展［J］.天津藥學，2001，13(6):36 －38.

［8］ 艾連中.響應面分析法優化苦豆子多糖提取工藝［J］.食品科學，2010，31(12):141 －143.

［9］ 王維通，于海妮.苦豆子膠多糖化學結構的測定［J］.分析化學，2001，(10):666 －672.