微波輔助提取枸杞多糖工藝條件優化

龐亞茹，朱風濤，吳茂玉，古靜燕，陳義倫，馬超（.山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安708；.中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南5004）

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微波輔助提取枸杞多糖工藝條件優化

龐亞茹1，2，朱風濤2，吳茂玉2，古靜燕2，陳義倫1，馬超2
（1.山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安271018；2.中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南250014）

摘要：采用微波輔助提取法從枸杞中提取枸杞多糖。以粗多糖得率為量化指標，利用單因素試驗和正交試驗設計法優化枸杞多糖的微波最佳提取工藝為：料液比1∶20（g/mL）、溫度85℃、微波時間45 min、微波功率200 W。粗多糖的最終得率可達到7.22%。

關鍵詞：枸杞多糖；微波；提取工藝

枸杞（Lycium barbarum）屬茄科落葉灌木，其果實為卵圓形紅漿果，食藥兼用。據《本草匯言》載：“枸杞能使氣可充，血可補，陽可生，陰可長，火可降，風濕可去，有十全之妙用焉?！辫坭綘I養成分非常豐富，除蛋白質、脂肪、碳水化合物、類胡蘿卜素和抗壞血酸之外，還含有多種微量元素、維生素和氨基酸，有廣闊的市場前景和發展空間。

枸杞多糖（Lycium Barbarum Polysaccharides，LBP）作為枸杞中重要的一類有效活性成分，具有免疫調節、抗腫瘤、抗氧化、抗衰老、降血壓、降血脂、降血糖、護肝、抗疲勞、耐缺氧以及保護生精細胞等生物活性作用，是當前枸杞研究領域內的熱點。枸杞多糖易溶于熱水或稀酸、稀堿溶液，能被乙醇、丙酮等有機溶劑析出，干燥后為白色纖維狀疏松固體［1］，其提取過程大致可以分為：預處理→多糖浸提→多糖醇沉→脫蛋白→干燥。枸杞多糖提取的方法有很多，較為傳統的有水提醇沉法、堿液提取法和酶提取法，近年來常用的方法有微波輔助提取法、超聲波輔助提取法以及超聲波-微博聯合萃取等方法。本課題主要研究微波輔助法提取枸杞中的多糖。

微波輔助提取是利用微波能強化溶劑萃取效率，即利用微波加熱來加速溶劑對固體樣品中目標萃取物（主要是有機化合物）的萃取過程。微波具有波動性、高頻特性以及熱特性或非熱特性（生物效應）等特點［2］。邱志敏［3］等利用響應面法優化枸杞多糖的微波輔助水提取工藝得到最佳提取工藝為微波功率300 W，微波時間1.8 min，液料比26∶1（g/mL），枸杞粗多糖得率可以達到9.57%。在此工藝條件下微波輔助提取枸杞多糖的DPPH清除率比BHA低5%左右，但ORAC值及抗油脂酸敗能力略高于BHA，總體來說抗氧化活性與水提多糖相近。微波輔助法提取枸杞多糖在縮短提取時間、提高提取率、降低成本等各方面具有顯著作用。

1　材料與方法

1.1材料

精河枸杞：新疆博州精河縣出產。

1.2主要試劑與設備

苯酚（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；硫酸（優級純）：山東濟南化學研究院；無水乙醇（分析純）：天津市富宇精細化工有限公司；丙酮（優級純）：天津市化學試劑二廠；葡萄糖（優級純）：天津市科密歐化學試劑開發中心。

1.3儀器設備

電熱鼓風干燥箱BGR-240：上海博訊實業有限公司醫療設備廠；高速萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；XH-300A祥鵠電腦微波超聲波組合合成/萃取儀：北京祥鵠科技發展有限公司；Heraeus sepatech高轉速離心機：德國Heraeus公司；Rotavapor R-3旋轉蒸發儀：瑞士BUCHI有限公司；IKA RH basic 1電加熱器：德國IKA公司；PL2002精密天平：瑞士Mettler Toledo公司 ；TU-1810紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；數顯式電熱恒溫水浴鍋：上海迅博實業有限公司醫療設備廠；KQ-500E型超聲波清洗器：舟山市超聲儀器有限公司；SHB-3循環水式多用真空泵：鄭州長城科工貿有限公司。

2　方法

2.1枸杞粗多糖提取工藝

新鮮枸杞→烘干→粉碎→加一定體積純水→微波輔助萃取→枸杞提取液→離心→抽濾→濾液蒸發濃縮→4倍乙醇沉淀→4℃過夜靜置→離心→粗提物→無水乙醇、丙酮洗滌→70℃條件下干燥→枸杞粗多糖→計算得率。

2.2枸杞粗多糖含量的測定

采用苯酚-硫酸法測定枸杞中粗多糖含量［4］。

2.2.1葡萄糖標準曲線的繪制

精密稱取105℃干燥恒重的標準葡萄糖0.1 g（精確到0.000 1 g），加水溶解并定容至1 000 mL即得。精密吸取此溶液0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，分置于具塞試管中，各加蒸餾水使體積為2.0 mL，再各加苯酚液1.0 mL，搖勻，迅速滴加硫酸5.0 mL，搖勻后放置5 min，置沸水浴中加熱15 min，取出冷卻至室溫；另以蒸餾水2.0mL，加苯酚和硫酸，同上操作為空白對照。于490 nm處測定吸光度，繪制標準曲線。

2.2.2多糖的測定

準確吸取待測液一定量（視待測液濃度而定），加蒸餾水至2 mL，以下操作按標準曲線繪制下的方法測定吸光度，根據標準曲線查出顯色液中葡萄糖含量。

2.2.3測定結果的計算

式中：W為多糖含量，%；ρ為顯色液中葡萄糖含量，μg；V1為樣液定容體積，mL；f為3.19葡萄糖換算多糖的換算因素；m為試樣質量，g；V2為吸取待測液的體積，mL。

每個試樣取兩個平行進行測定，以其算術平均值為測定結果，允許相對偏差為5%。

2.4單因素試驗

2.4.1溫度對枸杞多糖得率的影響

稱取枸杞干粉10 g，在功率350 W，料液比1∶10（g/mL）的條件下，設置溫度為60、70、80、90℃，提取35 min，每個溫度做3個平行試驗，最后取平均值，比較不同溫度對枸杞多糖提取效果的影響。結果見圖1。

圖1　溫度對粗多糖得率的影響Fig.1　The effect of extraction temperature on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

結果如圖1所示，隨著溫度的升，高多糖含量不斷提高，這是因為隨著溫度的增加，多糖分子劇烈的做無規則運動，使反應更加充分，從而增加了多糖的溶出。由圖可以看出，溫度從80℃增加至90℃時多糖溶出量明顯高于從60℃至80℃的增加幅度，因此選擇溫度為90℃。

2.4.2功率對枸杞多糖得率的影響

稱取枸杞干粉10 g，在85℃，料液比1∶10（g/mL）條件下，設置功率為100、200、300、400W，提取35min，每個功率做3個平行試驗，最后取平均值，比較不同功率對枸杞多糖提取效果的影響。結果見圖2。

結果如圖2所示，隨著功率的提高多糖含量不斷提高，這是因為隨著功率的增加，使枸杞細胞破碎更加充分，將更多的多糖從枸杞原料中溶出。從綜合得率和降低能耗等方面因素，最終選擇功率為400 W。

2.4.3料液比對枸杞多糖得率的影響

稱取枸杞干粉10 g，在85℃，功率350W條件下，設置料液比為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25（g/mL），提取35 min，每個料液比做三個平行試驗，最后取平均值，比較不同料液比對枸杞中多糖提取效果的影響。結果見圖3。

圖2　微波功率對粗多糖得率的影響Fig.2　The effect of microwave power on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

圖3　 料液比對粗多糖得率的影響Fig.3　The effect of extraction solid-liquid ratio on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

結果如圖3所示，料液比在1∶20（g/mL）時多糖提取率達到最高，因此選擇料液比為1∶20（g/mL）。

2.4.4時間對枸杞多糖得率的影響

稱取枸杞干粉10 g，在85℃，功率350 W，料液比為1∶10（g/mL）條件下，設置時間為5、10、20、30、40min，每個時間組做3個平行試驗，最后取平均值，比較不同提取時間對枸杞中多糖提取效果。結果見圖4。

圖4　 時間對粗多糖得率的影響Fig.4　The effect of extraction time on the rate of Lycium barbarum polysaccharide

結果如圖4所示，隨著時間的增加多糖提取率不斷提升高，可能是因為時間越久，枸杞細胞破碎越完全，析出多糖的量越多，因此選擇時間為40 min。

2.5正交試驗

2.5.1正交試驗各因素選擇

在單因素試驗的基礎上選擇溫度、功率、料液比、時間、進行正交試驗。

2.5.2正交試驗結果

枸杞多糖微波輔助提取正交試驗設計因素與水平表見表1，正交試驗設計與結果見表2。

表1　枸杞多糖提取的正交設計因素與水平表Table 1　Factors and levels for orthogonal test

表2　正交試驗設計與結果Table 2　Results of orthogonal test

由表2可以直觀看出A因素影響顯著，4個因素對試驗的影響順序是：A＞D＞B＞C，即溫度＞料液比＞時間＞功率。理論最優組合為A1D2B3C2，即溫度為85℃，時間45 min，功率200 W，料液比1∶20（g/mL）。

在此條件下做驗證試驗，得到的多糖含量為7.22%，說明在微波輔助提取工藝中，這一參數組合的確最佳。

3　結論

本試驗以新疆精河枸杞為試驗原料，采用微波輔助萃取法提取水溶性多糖，溫度是影響提取效率的一個關鍵因素，隨著溫度的升高，由于分子熱運動的加劇，可以促進多糖的溶出。時間是影響提取效率的另一關鍵因素，隨著時間的延長，多糖的得率會增加，但是當分子的擴散達到平衡以后，提取時間的延長對于多糖的得率就不會再有任何的影響作用。水的用量對提取過程有較大的影響，如果用量過小，大量的多糖就會存留在枸杞粉的殘渣中，但是料液比過大耗時又耗能，會給濃縮工作帶來很大的負擔，降低提取的效率。微波功率對多糖的提取也有一定影響，隨著功率的提高多糖含量不斷提高，這是因為隨著功率的增加，使枸杞細胞破碎更加充分，將更多的多糖從枸杞原料中溶出。但是從設備參數設置和能耗等方面考慮，過高或過低都不理想。因此，綜合以上分析以及通過單因素試驗和正交試驗的結果分析可以得出，影響枸杞粗多糖提取率的因素順序是：提取溫度＞料液比＞提取時間＞功率，最優的提取工藝條件是：溫度為85℃，時間45 min，功率200 W，料液比1∶20（g/mL），最優方案的枸杞粗多糖的得率是7.22%。

參考文獻：

［1］黃秋婷，陳遠鋒.枸杞多糖的研究及其進展［J］.食品研究與開發，2006，127（1）：172-174

［2］胡冠九，徐明華.微波萃取在環境有機分析樣品中的應用［J］.江蘇環境科技，1997（1）：31-33，36

［3］邱志敏，芮漢明.微波輔助提取枸杞多糖的工藝優化及其抗氧化性研究［J］.食品工業科技，2012，33（7）：220-227

［4］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 18672-2014附錄A枸杞多糖測定［S］.北京：中國標準出版社，2014：5-6

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.11.012

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃“枸杞等西北特產資源生態高值利用技術研究與產品開發”（2012BAD36B04）

作者簡介：龐亞茹（1991—），女（漢），碩士研究生在讀，研究方向：果蔬采后深加工與綜合利用。

收稿日期：2015-04-28

Microwave-assisted Extraction of Lycium barbarum Polysaccharides

PANG Ya-ru1，2，ZHU Feng-tao2，WU Mao-yu2，GU Jing-yan2，CHEN Yi-lun1，MA Chao2

（1.College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Tai'an 271018，Shandong，China；2.China Technology&Research of Storage&Processing of Fruit&Vegetable（CTCF），Jinan 250014，Shandong，China）

Abstract：Single factor experiment and orthogonal experiment design was used to optimize microwave extraction of polysaccharide from Lycium barbarum，to put the polysaccharide yield as a evaluation index.Results showed that the best extraction conditionsas flows：the highest yield（7.22%）of the polysaccharide was obtained under 200 W of microwave power for 45 minutes at solid-solution rate of 1∶20（g/mL）at 85℃.

Key words：Lycium barbarum polysaccharide；microwave；extraction technology