贾光锋，赵晨，陆文总，伊康，苏加强

（西安工业大学电子信息工程学院生物医学工程系，陕西西安710032）

超声波辅助提取白芸豆α-淀粉酶抑制剂的研究

贾光锋，赵晨，陆文总，伊康，苏加强

（西安工业大学电子信息工程学院生物医学工程系，陕西西安710032）

a-淀粉酶抑制剂（AAI）具有明显的降血糖和减肥功效。本研究利用超声波技术提取白芸豆中的AAI，探讨了碱液浓度、液固比、超声温度、超声功率和超声时间5个因素对AAI产量的影响，通过正交实验，确定了最佳工艺参数为：超声温度37℃、超声功率110W和超声时间20min。超声波技术可以快速高效地提取白芸豆中的AAI，并保持其生物活性，具有绿色环保的现实意义。

超声波；白芸豆；a-淀粉酶抑制剂

α-淀粉酶抑制剂（alpha amylase inhibitor，简称AAI）是一种能降低α-1，4糖苷水解酶活性的抑制剂。它可以通过抑制肠道内唾液淀粉酶和胰淀粉酶的活性，阻碍食物中碳水化合物的水解和消化，减少糖分的吸收，从而降低人体血糖和血脂含量水平，具有防治糖尿病[1]、肥胖[2]、高血脂[3]等病症的作用。

天然来源的AAI以其副作用低、作用明显和生物相容性高的特点已受到越来越多医患的青睐，尤其是白芸豆AAI的生物效价较高[4]，对哺乳动物的胰α-淀粉酶有较强的抑制作用。目前，传统的加热溶剂浸提法在制备AAI时，具有能耗高、溶剂消耗大、生产周期长、环保压力大、产品质量低、生产成本高等缺点。本研究将联合使用超声强化萃取技术和微波快速灭酶技术，旨在提高AAI的产量和活性，具有显著的现实意义。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

1.1.1原料

白芸豆（市售，能够发芽）粉碎成60目，备用。

1.1.2主要试剂及仪器

猪胰α-淀粉酶：sigma公司；可溶性淀粉、麦芽糖、3，5-二硝基水杨酸（DNS）、氢氧化钠和葡萄糖等均为分析纯。KQ3200DE超声波清洗机：昆山超声仪器；ER-761MD微波炉：青岛海尔；UV-1700可见-紫外分光光度计：日本岛津。

1.2方法

1.2.1提取AAI

称取白芸豆粉1.0 g按照一定液固比分散于特定浓度的NaOH溶液中，超声处理一定时间，10 000 r/min离心20min，取上清液用微波炉加热使酶灭活，冷却至室温，10 000 r/min离心30min，上清液用70%乙醇于4℃沉淀，过滤，减压干燥，即得AAI粗品，称重，结果为3次平行实验的平均值。

1.2.2单因素试验

利用超声波提取白芸豆中的AAI时，主要分别讨论液固比、碱液浓度、超声功率、超声时间、超声温度5个因素对AAI产量的影响。

1.2.3正交试验设计

基于单因素实验结果，设计了超声温度（A）、超声时间（B）和超声功率（C）三因素三水平L9（34）正交试验，探讨各因素的相互交叉影响，以α-AI产量为指标，优化提取工艺。

表1　L9（34）正交试验表Table1 Orthogonal test design L9（34）

1.3.4AAI的活性测定—DNS法[5]

AAI（样品）和水（对照品）分别与α-淀粉酶在37℃下反应15min后，再加入淀粉溶液准确反应5min，最后利用DNS溶液沸水反应5min，冷却至室温，在470 nm波长下分别测定显色液的吸光度OD和OD′值，计算AAI的抑制率。

AAI的抑制率（%）=（OD′-OD）/OD′

2　结果与讨论

2.1单因素结果分析

2.1.1碱液浓度对提取效果的影响

在液固比5∶1、超声温度30℃、超声时间15min、超声功率120W条件下，研究碱液（NaOH）浓度对AAI产量的影响，实验结果如图1所示。

图1　碱液浓度对AAI产量的影响Fig.1 Effect of base solution concentration on the yield of AAI

由图1可以看出，随碱液浓度的升高，AAI的产量随之增加，但当碱液浓度超过4%后，AAI产量几乎不再增加，说明白芸豆中的AAI已经完全萃取出来。因此，选择4%的碱液浓度足够提取白芸豆中的AAI。

2.1.2液固比对提取效果的影响

在超声温度30℃、超声时间15min、超声功率120W、碱液浓度4%条件下，研究不同液固比对AAI产量的影响，实验结果如图2所示。

图2　液固比对AAI产量的影响Fig.2 Effect of liquid-solid ratio on the yield of AAI

由图2可以看出，当液固比低于10∶1（mL/g）时，随着液固比的增大，AAI的产量呈线性显著增加；当液固比超过10∶1（mL/g）时，AAI产量趋于平稳，这可能是AAI的溶出度已达到最大值，其产量不再受提取溶剂量的增加而升高。故选择液固比10∶1（mL/g）较为合适。

2.1.3超声功率对提取效果的影响

在超声温度30℃、超声时间15 min、液固比7∶1（mL/g）、碱液浓度4%条件下，研究超声功率对白芸豆AAI产量的影响，实验结果如图3所示。

图3　超声功率对AAI产量的影响Fig.3 Effect of ultrasound power on the yield of AAI

由图3可知，随超声功率的增大，AAI产量出现先增加后减小的变化。当超声功率为120W时，AAI的产量达到最大值（57.7mg），但当超声功率升高到150W时，AAI产量迅速降低。这可能是因为过高的超声功率容易产生大量的热能，导致非耐热型AAI变性。所以，提取白芸豆AAI的超声功率为120W。

2.1.4超声时间对提取效果的影响

在超声功率120W、超声温度30℃、液固比7∶1（mL/g）、碱液浓度4%的条件下，研究不同超声时间对白芸豆AAI产量的影响，结果如图4所示。

图4　超声时间对AAI产量的影响Fig.4 Effect of ultrasound time on the yield of AAI

由图4可知，随超声时间的增加，AAI产量先快速增加后缓慢下降；且在20min时，AAI的产量达到最大值（61.7mg）。可能因为当超声时间超过20min时，随着时间的延长，不断积累的超声热能引起部分AAI变性。因此，超声反应时间为20min左右可以获得高产的AAI。

2.1.5超声温度对提取效果的影响

在超声功率120W、超声时间15min、液固比7∶1（mL/g）、碱液浓度4%条件下，研究超声温度对AAI产量的影响，实验结果如图5所示。

图5　超声温度对AAI产量的影响Fig.5 Effect of ultrasound temperature on the yield of AAI

由图5可知，随着超声温度的升高，AAI产量先增加后减小；且在35℃时，产量达到最大值（60.9mg）。但当超声温度超过35℃时，AAI产量缓慢下降，同样可能是因为热变性引起的。因此，为了获得高产的AAI，超声反应温度应为35℃。

2.2正交试验结果分析

2.2.1正交试验

基于单因素实验中各因素对α-AI提取效果影响研究的实验结果，选取超声温度、超声时间和超声功率3个因素，以产量和抑制率为指标进行L9（34）正交试验，极差分析和方差分析结果如表2和表3所示。

表2　L9（34）正交实验结果Table2 Results of orthogonal experiment

由表2可以看出：3个因素对AAI的产量影响显著性顺序为：A＞C＞B，最佳工艺参数组合为A3B2C1，即超声温度37℃，超声功率110W；超声时间20min。由表3的方差分析结果可以看出：超声温度和超声功率对AAI产量影响显著，而超声时间影响不显著。

表3　方差分析结果Table3 Analysis on variance about orthogonal test data

2.2.2验证实验

为了进一步确定正交分析的最佳工艺条件，现对A3B2C1参数组合重复实验3次，加以验证，结果如表4所示。

表4　验证实验结果Table4 Results of verification test

由表4可知：验证结果与正交实验分析结果完全一致，说明正交实验分析不存在偶然性或误差。因此，超声波提取白芸豆AAI的最佳工艺条件为A3B2C1，即超声温度37℃、超声功率110W和超声时间20min。在此条件下，1 g白芸豆可以提取出约72mg AAI粗品，其抑制率均值约为43%。

3　结论

利用超声波提取白芸豆中的AAI时，探讨碱液浓度、液固比、超声功率、超声温度和超声时间对AAI产量的影响，并在此基础上，通过正交实验，确定最佳工艺参数为：超声温度37℃、超声功率110W和超声时间20min。在此条件下，可以获得高产量和高抑制活性的白芸豆AAI。

[1]Spadafranca A,Rinelli S,Riva A,et al.Phaseolus vulgaris extract affects glycometabolic and appetite control in healthy human subjects[J].British Journal of Nutrition,2013,109(10)：1789-1795

[2]陈一昆,李钦,赵琎,等.芸豆提取物α-淀粉酶抑制剂对SD大鼠的减肥效果研究[J].食品科技,2012,37(10)：207-210

[3]Barrett ML,Udani JK.A proprietary alpha-amylase inhibitor from white bean(Phaseolus vulgaris)：a review of clinical studies on weight loss and glycemic control[J].Nutr J,2011,10(1)：24

[4]Obiro WC,Zhang T,Jiang B.The nutraceutical role of the Phaseolus vulgaris a-amylase inhibitor[J].British Journal of Nutrition,2008, 100(1)：1-12

[5]赵蓉,李多伟,任涛,等.DNS比色法测定白芸豆中α-淀粉酶抑制剂的活性的方法研究[J].中成药,2013,35(3)：573-576

Investigation on Alpha Amylase Inhibitor Extracted from White Kidney Bean by Ultrasound

JIA Guang-feng，ZHAO Chen，LU Wen-zong，YI Kang，SU Jia-qiang
（Department of Biomedical Engineering，School of Electronics and Information Engineering，Xi'an Technological University，Xi'an 710032，Shaanxi，China）

Alpha amylase inhibitor（AAI）plays a role in regulating blood sugar and reducing weight obviously. Ultrasound was utilized to extract AAI from white kidney bean in this investigation.A serious of factors including base concernment，liquid-solid ratio，ultrasound temperature，ultrasound power and ultrasound time were analyzed about their effects on the yield of AAI.On that basis，the subsequent orthogonal experiment was carried out to optimize the following process parameters:ultrasonic temperature 37℃，ultrasonic power 110 W and ultrasonic time 20min.Ultrasound extraction technology could quickly and efficiently extract AAI from white kidney bean and keep its bioactivity，which will play the practical significance to the environmental protection.

ultrasound；white kidney bean；alpha amylase inhibitor

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.16.010

2014-08-05

陕西省教育厅科学研究计划项目（12JK596）；陕西省大学生创新创业训练项目（1374）

贾光锋（1977—），男（汉），副教授，博士，主要研究方向：天然产物的分离与纯化。