热水提取及碱法提取对南瓜多糖提取率的影响

2020-03-17张彦军

榆林学院学报 2020年2期

张彦军，李梅

(榆林学院化学与化工学院，陕西榆林 719000)

南瓜在我国种植面积广泛，具有非常重要的食疗保健价值，对南瓜的产品的开发和利用已经得到人们的广泛关注和重视[1]。南瓜中含有很多功能性物质，对治疗和预防某些疾病(如癌症等)有良好的效果。赵婧、张高帆等通过临床实践，得出南瓜多糖可以直接参与降血糖及调节血脂的活动，对预防糖尿病有一定的作用[2-4]。研究南瓜及其深加工、各有效成分的提取及应用成为各个科研团队及科研工作者的热门方向。而目前对南瓜的研究主要集中在南瓜多糖提取效率，寻求南瓜多糖含量最高的南瓜品种以及南瓜多糖的抗氧化活性、清除自由基的能力及相关分子修饰对抗氧化功能等方面[3-6]。

本实验分别采用热水提取法和碱法提取法提取南瓜多糖，通过单因素实验和正交实验的设计探究不同提取方法的最佳提取条件，并对这两种提取方法进行了比较。

1 实验部分

1.1 材料试剂与仪器设备

材料及试剂：本实验南瓜是榆林当地产无变质、成熟的牛腿南瓜；氢氧化钠，苯酚，浓硫酸，无水乙醇，葡萄糖等均为分析纯。

仪器及设备：FA2004型分析天平(上海良平有限公司)、722可见光分光光计(上海棱光技术有限公司)、HH-4数显恒温水浴锅(金坛市丹阳门石英玻厂)、SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)、TGL-4G型台式离心机(上海安亭科学仪器厂)、TGL-16G型高速台式离心机(上海安亭科学仪器厂)、101-2Y型鼓风恒温干燥箱(杭州蓝天化验仪器厂)。

1.2 实验方法

1.2.1 标准曲线绘制

准确称取标准葡萄糖100mg，将其转移至1000mL的容量瓶中，加入蒸馏水至容量瓶的刻度线，摇匀。分别量取0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8mL的葡萄糖溶液置于试管中，各试管加蒸馏水至2.0mL，然后加入6%苯酚1.0mL和浓硫酸5.0mL，充分震荡后静置5分钟，然后在490 nm处测相应的吸光值，并以2.0mL水样的试管做空白试验，绘制出标准曲线，如图1所示。得到线性方y=0.0629x+0.2296，精度较高(R2= 0.9996)。

图1 葡萄糖标准曲线

1.2.2实验步骤

(1)实验原料的预处理：将从榆林学院附近的农贸市场买来的新鲜成熟南瓜清洗并削皮，切成薄片以便于在榨汁机中进一步加工处理。

(2)将已处理过的南瓜薄片用电子天平准确称取5g，放入榨汁机中，再按照设计的试验计划，加入一定比例的蒸馏水(碱法提取则加入一定比例的0.4mol/L氢氧化钠溶液)，开启榨汁机，加工处理10min。

(3)将在榨汁机中破碎处理过的南瓜汁液放入恒温水浴锅中，在温度分别为50 ℃，60 ℃，70 ℃，80 ℃，90 ℃水浴加热1 h，2 h，3 h，4 h，5 h。

(4)把水浴加热后的南瓜汁液进行过滤或抽滤，用四层纱布过滤，得到沉淀量较少的南瓜多糖溶液。在有需要的时候可以将抽滤和过滤结合进行操作。

(5)将上一步得到的南瓜多糖溶液进行离心操作，在4000 r/min的转速下离心操作10min，取得上清液。

(6)再将离心得到上清液中加入一定量的95%无水乙醇，由于多糖溶于水不溶于无水乙醇，所以得到的沉淀就是南瓜多糖。

(7)把得到的南瓜多糖干燥，研磨，就可以得到南瓜的多糖粉末。

1.3 南瓜多糖提取率的计算方法

取实验步骤(4)中南瓜多糖溶液上清液加入1mL配置好的6%的苯酚溶液，再加入5mL的浓硫酸溶液，静置，水浴冷却二十分钟后，加入一定量的蒸馏水进行稀释，用可见分光光度计检测其吸光度，通过标准方程算出提取率:

(1)

式中：c——南瓜多糖溶液的浓度，g/mL；

V——南瓜多糖溶液的体积，mL；

m——南瓜的质量，g。

2 结果分析与讨论

2.1热水提取南瓜多糖的实验结果分析

为了确定热水法提取南瓜多糖最佳工艺参数，分别进行了料液比，提取温度，提取时间的单因素实验，进一步设计正交试验，确定出提取南瓜多糖的最佳工艺参数。热水提取南瓜多糖单因素实验结果见图2。

图2(a)为料液比对多糖提取率的影响图。由图可知，随着料液比的增加，多糖提取率呈现先增加后减小的趋势。可能因为当料液比愈大，后期通过离心分离、醇沉等方法处理时造成的多糖损失愈多，使得多糖得率减小。

图2 热水提取南瓜多糖单因素实验结果

图2(b)为提取时间对多糖提取率的影响图，由图可知，随着时间的增加呈先增后减趋势。这可能由于当时间超过4小时后，导致多糖分解或者破坏多糖细胞，影响了多糖的提取率。

图2(c)为提取温度对多糖提取率的影响图，由图可知，随温度升高多糖提取率随温度的增加呈现先增加后减小趋势。当提取温度为80 ℃时，多糖提取率达到最大，为1.88%，而提取温度超过80 ℃时，多糖提取率开始下降。当提取温度达到90 ℃时，进行水浴加热的南瓜多糖溶液出现了与其他几组不同的颜色变化，颜色变深，表现为深褐色，并且出现了一种焦糊的味道，这表明提取温度超过80℃，可能因为温度过高破坏了南瓜的多糖细胞，因此影响了南瓜多糖的提取率。

在单因素实验的基础上，选取料液比(A)、提取时间(B，h)和提取温度(C，℃)为自变量，以多糖提取率(D，%)为测定指标，设计三因素三水平的正交试验。其因素水平见表1。

表1 热水提取法正交试验的水平因素

热水浸提醇沉法提取南瓜多糖的正交试验设计见表2。由表4可知影响因素的主次顺序是料液比>提取温度>提取时间。因为ka3>ka1>ka2，kb1>kb2> kb3，kc2>kc3>kc1，所以优化工艺条件A3B1C2为优水平因素，即料液比为1∶5，提取时间为1个小时，提取温度为65℃，经验证提取率为2.86%。

表2 热水提取法正交试验设计

2.2 碱法提取南瓜多糖的实验结果分析

采取同样的方式探究碱法提取南瓜多糖的最佳工艺条件，实验结果如图3所示。

图3(a)为料液比对多糖提取率的影响图，由图可知，随着料液比的增加，多糖的提取率也在增加，在料液比超过1∶5之后，多糖的提取率出现了下降趋势。在料液比较大的情况下，破碎之后的南瓜汁液有一种焦糊的味道，可能是由于氢氧化钠的含量增大，对南瓜的多糖细胞产生了影响，使得多糖得率减小。

图3(b)为提取时间对多糖提取率的影响图，由图可知，随着时间的增加呈先增后减趋势，过3小时之后，多糖的提取率增加缓慢，在提取时间超过4小时后，甚至出现了微小的下降。因此南瓜多糖提取时间不宜超过3小时。可能是由于提取时间过长，南瓜细胞遭到了破坏，导致多糖分解或多糖细胞被破坏，影响并降低了南瓜多糖的提取率。

图3 碱法提取南瓜多糖单因素实验结果

图3(c)为提取温度对多糖提取率的影响图，由图可知，多糖提取率随温度的增加呈现先增加后减小趋势。提取温度从50℃升高到70℃的过程中，提取率逐渐升高。说明温度的升高对破碎南瓜细胞起到了积极的作用，增大了多糖的提取率。但从80℃到90℃，南瓜多糖提取率迅速下降。实验现象表明，此时的提取液变得十分粘稠，这可能是南瓜中的淀粉在此温度下糊化。这种浓稠的糊状提取液，给分离造成很大的困难，黏在反应容器上无法进行清理。分离这种粘度很大的固液混合物难度很大，对于增大提取率是非常不利的。因此，在工业化生产南瓜多糖时，建议温度控制在90℃以下，可降低分离难度，提高提取率；而提取液粘稠也可能是高温使得南瓜细胞处于溶解的状态造成的。

在单因素实验的基础上，选取料液比(A)、提取时间(B，h)和提取温度(C，℃)为自变量，以多糖提取率(D，%)为测定指标，设计三因素三水平的正交试验。其因素水平见表3。