超聲波-微波協同提取西瓜皮多糖及體外抗氧化活性研究

◎ 王秀杰，相 艷，金 杰

（江蘇省徐州醫藥高等職業學校 制藥工程系，江蘇 徐州 221116）

西瓜皮富含多種氨基酸和糖類，以及一些豐富的礦物質和維生素C等[1-2]，營養價值高，具有保健作用[3-4]。大量研究表明，植物多糖除有免疫調節、抗腫瘤[5]生物學效應外，還有抗衰老[6]、降血糖、抗凝血[7]等作用，且對機體毒副作用小。目前西瓜皮多糖提取一般采用溶劑浸提法[8]，酸、堿提取法[9]，酶提取法[10]，超濾法[11]，微波提取法[12]和超聲波提取法[13]。本研究采用超聲波-微波協同法提取西瓜皮多糖，用單因素和正交試驗法確定西瓜皮多糖提取的最佳工藝，并進行了質量評價和抗氧化能力測定，為提高西瓜皮的綜合利用價值，進一步加強農副產品資源高效利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

JA50038電子分析天平：上海精科天美科學有限公司；UV-2000紫外可見分光光度計：尤尼柯上海儀器有限公司；CW-2000型超聲波微波協同萃取裝置：新拓分析儀科技有限公司；HX-10N-50B試驗型冷凍干燥機：上海滬析實業有限公司。

T-AOC測定試劑盒，購于南京建成生物試劑公司。其他試劑均為分析純試劑。

1.2 材料

京欣西瓜，購于徐州市大潤發超市。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

西瓜皮多糖工藝提取流程為西瓜皮→清洗干燥→粉碎過篩→加入提取溶液→（超聲波-微波輔助浸提）→離心分離→過濾→醇沉→脫除蛋白→二次醇沉→真空干燥→粗多糖。

1.3.2 試驗方案設計

（1）西瓜皮多糖提取方法設計。西瓜皮粉碎過100目篩，準確稱取1 g于錐形瓶中，加入40 mL蒸餾水，用超聲波-微波協同反應器進行提取，設置超聲功率200 W，提取溫度70 ℃，提取時間300 s進行試驗。離心后取上清液并稀釋后，測定吸光度。①單因素試驗。分別考察西瓜皮粉的料液比為1∶20 （g∶mL）、1∶30 （g∶mL）、1∶40 （g∶mL）、1∶50 （g∶mL）和1∶60 （g∶mL）；超聲功率為100 W、150 W、200 W、250 W和300 W；提取溫度為50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃；提取時間為100 s、200 s、300 s、400 s和500 s對西瓜皮多糖提取效果的影響。②正交試驗。在選定單因素試驗的基礎上，考慮到因素之間的交互影響，設計4因素3水平正交試驗，對西瓜皮多糖提取工藝進行研究。

（2）西瓜皮多糖得率測定。采用蒽酮硫酸法對提取的多糖進行測定[14]，分別取0 mL、0.30 mL、0.60 mL、0.90 mL和1.20 mL，濃度為0.1 mg·mL-1的葡萄糖標準溶液，補加蒸餾水至1.20 mL，分別加入蒽酮-硫酸溶液6.80 mL，混勻后，沸水浴加熱10 min，立即在冷流水下進行冷卻，并在紫外可見分光光度計波長620 nm下測定吸光度。多糖得率測定為：

式中：X為西瓜皮多糖得率，%；Cx為樣品多糖測定濃度，μg·mL-1；V為樣品定容測定體積，mL；F為樣品測定稀釋倍數；m為樣品質量，g。

（3）西瓜皮多糖提取物的質量評價。按照西瓜皮多糖最佳提取工藝得到的提取液進行離心得到上清液后，分別進行兩次Sevege法除蛋白和兩次醇沉后，進行真空冷凍干燥得到西瓜皮多糖成品，參照《枸杞多糖》產品標準[15]進行西瓜皮多糖提取物的質量評價。

（4）西瓜皮多糖提取物總抗氧化能力測定。選用常用的食品抗氧化劑維生素C和BHA，在相同條件下選用總抗氧化能力（T-AOC）測定試劑盒同本試驗得到的西瓜皮多糖粉進行總抗氧化能力比較測定。總抗氧化能力計算公式為：

2 結果與分析

2.1 蒽酮-硫酸法測定多糖標準曲線

根據1.3.2（1）方法，采用蒽酮硫酸法進行西瓜皮多糖得率測定，其標準曲線繪制，如圖1所示。由圖1可知，蒽酮-硫酸法測定多糖的線性擬合方程為：y=0.044 5x+0.002 4，相關系數r達到了0.999 9，科學研究中標準曲線的相關系數r通常要求不低于0.999即可。因此，本試驗多糖測定的標準曲線能完全滿足多糖檢驗要求。

圖1 蒽酮硫酸法測定多糖標準曲線圖

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 料液比對西瓜皮多糖提取率的影響

按照1.3.2（1）試驗方案設計進行料液比單因素試驗，考察料液比對西瓜皮多糖提取效果的影響，結果如圖2所示。由圖2可知，隨著料液比的增加，西瓜皮多糖得率呈現先降低后增加再降低現象，在料液比為1∶50 （g∶mL）時，西瓜皮多糖得率達到了最大值。料液比增加，多糖的溶出量隨之增加，西瓜皮多糖得率升高；當料液比繼續增大，多糖溶出可能達到飽和，但加入的物料質量在增加，導致得率降低[16]。所以本試驗選擇料液比1∶50 （g∶mL）為最佳。

圖2 不同料液比對西瓜皮多糖得率的影響圖

2.2.2 超聲功率對西瓜皮多糖得率的影響

按照1.3.2（1）試驗方案設計進行超聲功率單因素試驗，考察超聲功率對西瓜皮多糖得率效果的影響，結果如圖3所示。

圖3 不同超聲功率對西瓜皮多糖得率的影響圖

由圖3可知，隨著超聲功率的增加，西瓜皮多糖得率不斷增大，當超聲功率為250 W時，西瓜皮多糖得率達到最大值，隨著超聲功率的繼續增加，西瓜皮多糖得率開始下降，這可能是由于超聲功率過高會導致空化泡在聲波的壓縮相內來不及發生破裂，使得細胞壁破壞不完全，從而不利于提取，導致西瓜皮多糖得率減少，所以選定微波功率250 W為最佳[17]。

2.2.3 提取時間對西瓜皮多糖得率的影響

按照1.3.2（1）試驗方案設計進行提取時間單因素試驗，考察提取時間對西瓜皮多糖得率的影響，結果見圖4。

圖4 不同提取時間對西瓜皮多糖得率的影響圖

由圖4可知，隨著提取時間的延長，西瓜皮多糖得率不斷增加，當提取時間為300 s時，西瓜皮多糖得率達到最大值，隨著提取時間的進一步延長，多糖得率逐漸降低，可能是由于超聲波具有較強的機械剪切作用，使大分子多糖的糖苷鍵斷裂，從而導致多糖含量下降，所以選定提取時間300 s為最佳[18]。

2.2.4 提取溫度對西瓜皮多糖得率的影響

按照1.3.2（1）試驗方案設計進行提取溫度單因素試驗，考察提取溫度對西瓜皮多糖得率的影響，結果見圖5。

圖5 不同溫度對西瓜皮多糖得率的影響圖

由圖5可知，隨提取溫度的增加，西瓜皮多糖得率出現先增加后減小現象，當提取溫度為80 ℃時，西瓜皮多糖得率達到最大值，這是由于提取溫度過高可能使多糖結構發生改變，導致已溶出多糖的降解，從而使西瓜皮多糖得率降低，所以選定提取溫度80 ℃為最佳[19]。

2.3 西瓜皮多糖提取正交試驗

根據單因素試驗結果，以料液比、溫度、功率和時間為影響因素，以西瓜皮多糖得率為考察指標，進行4因素3水平正交試驗設計，并對西瓜皮多糖的提取工藝進行優化。正交試驗結果見表1。

表1 西瓜皮多糖提取正交試驗表

由表1可知，在超聲波微波協同法提取西瓜皮多糖的正交試驗中第4組A2B1C2D3的西瓜皮多糖得率最高，達到了13.0%；根據k值分析，對西瓜皮多糖得率影響因素的大小順序為D＞C＞B＞A。根據k值可知，西瓜皮多糖提取的最優組合為A2B2C2D3，核對正交試驗表1中沒有符合的試驗號，因此有必要與4號試驗組得率最高的A2B1C2D3組合進行驗證試驗，結果見表2。由表2可知，A2B2C2D3比A2B1C2D3的得率高，最終選定西瓜皮多糖提取得最佳組合為A2B2C2D3，即料液比1∶50（g∶mL），提取溫度80 ℃，超聲功率250 W，提取時間400 s。

表2 驗證試驗表

2.4 西瓜皮多糖提取物質量評價

將得到的西瓜皮多糖成品與《枸杞多糖》（QB/T 5176—2017）標準進行主要指標比較，并進行質量評價，結果見表3。

表3 西瓜皮多糖提取物的質量評價表

2.5 西瓜皮多糖提取物總抗氧化能力測定

將食品抗氧化劑維生素C和BHA同得到的西瓜皮多糖提取物進行總抗氧化能力比較。試驗中均準確稱量0.030 g維生素C、BHA和西瓜皮多糖提取物，溶解并稀釋后，采用總抗氧化能力試劑盒進行測定，平行測定3次，取其平均值，結果見圖6。

圖6 不同物質總抗氧化能力的比較圖

如圖6所示，3種物質中本試驗提取的西瓜皮多糖的總抗氧化能力最高，其抗氧化能力比常見的抗氧化劑BHA和維生素C的抗氧化能力分別高出23%和131%。

3 結論與討論

3.1 結論

（1）通過正交試驗和單因素確定了提取西瓜皮多糖的最佳工藝條件西瓜皮粉碎度為100目，料液比為1∶50 （g∶mL），功率250 W，溫度80 ℃，時間400 s，溶劑pH=7時，多糖提取得率最好。

（2）在最佳條件下得到的西瓜皮多糖的成品為顏色一致的黃褐色粉末狀，無異味，多糖含量達到62%，并對其進行質量評價，符合《枸杞多糖》（QB/T 5176—2017）的國家標準要求。

（3）本試驗得到的西瓜皮多糖提取物有較強的抗氧化活性，其抗氧化能力比常見的抗氧化劑BHA和維生素C的抗氧化能力分別高23%和131%。

3.2 討論

微波提取技術是指使用適合的溶劑在微波反應器中從天然藥用植物、礦物、動物組織中提取各種化學成分的技術和方法，該技術與現有其他提取技術相比優勢明顯,可有效提取物料中的有用成分,對提取物具有高選擇性,并具有提取快、產率高、省時、耗能低、溶劑用量少、生產線組成簡單、節省投資和無污染等優點。本研究以超聲微波輔助提取得到的西瓜皮多糖得率較高，并且西瓜皮多糖具有強體外抗氧化活性，本試驗優化的西瓜皮多糖提取工藝合理可行,可為西瓜皮多糖的研究與開發提供一定的理論依據。本研究后期會繼續對提取得到的西瓜皮多糖進行進一步純化，進行多糖種類和性質的深入研究，以盡快實現對西瓜皮多糖的工業化應用。