王勤瑤，王慧，張強，魏學智（山西師范大學生命科學學院，山西臨汾041004）

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蕤核多糖脫色素工藝的優(yōu)化研究

王勤瑤，王慧，張強，魏學智*
（山西師范大學生命科學學院，山西臨汾041004）

摘要：對蕤核多糖脫色素工藝進行優(yōu)化研究。通過均勻設(shè)計試驗法U5（54），對多糖溶液pH、樹脂添加量、吸附時間、震蕩轉(zhuǎn)速4個因素進行了研究，以脫色率和多糖回收率為衡量指標，得到最佳的提取工藝。研究結(jié)果表明最佳提取工藝參數(shù)為，多糖溶液pH=4.0、樹脂添加量4 g、吸附時間4 h、振蕩頻率100 r/min，在此條件下，蕤核果實多糖溶液的脫色率和多糖回收率可達82.7%、80.2%。

關(guān)鍵詞：蕤核多糖；大孔樹脂；脫色素；均勻試驗設(shè)計

蕤核（Prinsepia uniflora）又名蕤仁（甘肅、山西等地），馬茹，為薔薇科（Rosaceae）李亞科（Prunoideae Focke）單花扁核木，多年生落葉灌木［1］，分布于河谷等地的稀疏灌叢。蕤核的果實營養(yǎng)豐富，研究發(fā)現(xiàn)果實中含16種氨基酸以及維生素和多種無機元素［2］。蕤仁可入藥，據(jù)中國藥典記載，蕤核仁有疏風散熱，養(yǎng)肝明目的功效。對蕤核的研究已有很多，大多集中在研究蕤核仁的黃酮、生物堿的含量和作用，以及蕤核油的理化性質(zhì)［3］。蕤核果實中含有大量色素，但對蕤核多糖溶液脫色素的研究較少。本文對蕤核的脫色素方法進行了研究，為蕤核的進一步開發(fā)利用提供了一定的技術(shù)支持［4］。

1　材料與方法

1.1材料

2013年5月在山西省臨汾市襄汾縣南辛店鄉(xiāng)西梁村采摘成熟的蕤核果實。將果實沖洗干凈，60℃下烘干，粉碎成粉末。

1.2試劑

葡萄糖、蒽酮、濃硫酸、無水乙醇、磷酸、氫氧化鈉、鹽酸等均為分析純；D-101：國藥集團化學試劑有限公司；AB-8、X-5、DM-130、D-101 4種型號的大孔樹脂：滄州寶恩化工有限公司。

1.3儀器

101-3BS型電熱鼓風干燥箱：金壇市榮華儀器制造有限公司；KQ-500E型超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；TG16-WS臺式高速離心機：湖南賽特湘儀離心機儀器有限公司；SHB-III型循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；THZ-C型恒溫振蕩器：太倉市實驗設(shè)備廠；WFJ-7200型可見分光光度計：上海龍尼柯儀器有限公司。

2　方法

2.1蕤核果核的預處理

將蕤核果實沖洗干凈，在電熱鼓風干燥箱內(nèi)60℃烘干，粉碎，脫脂，干燥，過60目篩，備用［5］。

2.2蕤核果實粗提液的提取流程

蕤核果實→預處理→超聲波震蕩→離心→過濾→濃縮→醇沉→復溶→去蛋白→脫色→醇沉→離心→干燥→蕤核果核粗多糖［6］

2.3大孔樹脂的預處理

燒杯中放入適量樹脂，加入與其體積比為1∶2的乙醇溶液，浸泡24 h。再用乙醇洗滌樹脂數(shù)次，至取少量樹脂加3倍體積的蒸餾水不渾濁。再用蒸餾水洗滌樹脂數(shù)次至無醇味兒，將樹脂浸泡于蒸餾水中保存?zhèn)溆茫?］。

本試驗選擇了X-5、AB-8、DM-130、D101 4種大孔樹脂，4種樹脂的各項指標如表1所示。

表1　四種樹脂的各項指標Table 1 The indexes of four kinds of resin

2.4脫色樹脂的篩選

用X-5、AB-8、DM-130、D-101 4種樹脂對蕤核多糖提取液進行脫色。取4個三角瓶，準確稱取3 g濕重樹脂置于瓶中，再加入脫蛋白后的粗多糖溶液20mL，置于搖床上，室溫，140 r/min，吸附2 h。過濾后用少量蒸餾水洗滌樹脂，將濾液定容至25 mL。蒸餾水作對照，用蒽酮-濃硫酸法測定溶液在450 nm處的吸光值及脫色前和脫色后的多糖含量，計算多糖回收率和脫色率，篩選出最合適的一種樹脂進行脫色優(yōu)化［8］。

2.5脫色工藝最優(yōu)值的確定

根據(jù)均勻試驗設(shè)計，以蕤核溶液脫色后多糖回收率為指標，依次將溶液pH、振蕩頻率、吸附時間、脂添加量4個因素作為影響因子進行分析，試驗設(shè)計的水平編碼見表2。

表2　均勻試驗因素水平Table 2 Uniform experimental factor level

3　分析方法

3.1蕤核多糖含量的測定

蒽酮-濃硫酸法測定多糖含量，葡萄糖標品制作標準曲線。將葡萄糖標準品在烘箱中105℃干燥至恒重。稱取葡萄糖標品固體0.1 g至于燒杯中，加蒸餾水溶解，定容至1 000 mL，晃動均勻。用移液管分別吸取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL葡萄糖溶液于5個試管中，在每個試管中加蒸餾水至1.0 mL，空白對照組為1.0 mL的蒸餾水，在每個試管中分別加入4.0 mL配制好的蒽酮-濃硫酸溶液，搖勻，冷卻至常溫后，沸水浴加熱10 min，再冷卻至常溫，在可見分光光度計626 nm處測定吸光度。繪制標準曲線，見圖1。經(jīng)線性回歸，得回歸方程：y=0.587x-0.000 13，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 4。

圖1　葡萄糖標準曲線Fig.1 Standard curve of glucose

3.2脫色率的測定

蕤核多糖提取液脫色前后均為橙黃色，根據(jù)互補色原理，溶液吸收光的顏色于其呈現(xiàn)的顏色互補，因此，多糖溶液主要吸收可見光的藍色波段，即橙黃色的互補色。因此選擇檢測波長為藍色波段中心的450 nm，測定脫色前后多糖溶液的吸光值，按下式計算脫色率［9］。

式中：OD1表示蕤核多糖溶液脫色前吸光值；OD2表示蕤核多糖溶液脫色后吸光值。

3.3多糖回收率的測定

用下式計算脫色后溶液的多糖回收率。

式中：m1表示蕤核多糖溶液脫色后多糖含量，%；m2表示蕤核多糖溶液脫色前多糖含量，%。

3.4脫色試驗評分標準

評分標準：將每個指標的值除以該指標中最大的值再乘以100，為這個指標的得分。設(shè)定多糖脫色率和多糖回收率兩者的權(quán)重系數(shù)均為0.5，對兩個指標進行加權(quán)求和［10］。通過公式，求得綜合評分。

式中：z表示綜合評分；x表示溶液脫色率得分；y表示脫色后多糖回收率得分。

4　結(jié)果分析

4.1脫色樹脂的篩選

4種樹脂對蕤核多糖溶液的脫色結(jié)果如表3所示。

表3　4種樹脂對蕤核果實多糖溶液的脫色效果Table 3 The decolorization effect of four kinds of resin of Prinsepia uniflora Batal fruit polysaccharide solution

由表3可知，AB-8脫色率最高，其次為X-5，說明蕤核果實粗多糖溶液中的色素可能是弱極性分子。此外，樹脂的孔徑、比表面積等都對吸附有影響，孔徑較大才能吸附大分子物質(zhì)，X-5的孔徑、比表面積最大，脫色率達75.53%，由此推測蕤核果實多糖色素可能是大分子物質(zhì)。綜合多糖回收率，選用X-5進行樹脂脫色工藝優(yōu)化研究。

4.2均勻試驗設(shè)計

均勻試驗設(shè)計方案如表4。

表4　多糖溶液脫色素均勻試驗設(shè)計U5（54）Table 4 The polysaccharide solution depigmentation of uniform experiment design U5（54）

用DPS 13.0軟件，以提溶液pH、振蕩頻率、吸附時間、樹脂添加量為變量，以蕤核多糖溶液的脫色率和多糖回收率為參數(shù)，對表4的數(shù)據(jù)進行處理，得到表5方差分析表和表6回歸系數(shù)表，利用軟件進行二元多項式回歸擬合，得到的預測模型如下：

多糖含量=0.028 475 731 14-0.008 460 139 136X1+ 0.005 014 286 198X2+ 0.008 016 198 428X3+ 0.022 070 712 928X4

表5　方差分析表Table 5 Analysis of variance table

表6　回歸系數(shù)表Table 6 Regression coefficients table

表5為回歸分析結(jié)果，方差分析結(jié)果表明回歸模型具有顯著的統(tǒng)計學意義（P＜0.05），決定系數(shù)R2= 0.999 2，表示該回歸模型擬合性較好，可用于蕤核多糖脫色工藝試驗的預測。

4.3各因素在均勻試驗設(shè)計下的具體分析

4.3.1溶液pH對蕤核果實多糖溶液脫色素效果的影響

量取20 mL預處理過的蕤核粗多糖溶液按均勻試驗設(shè)計方案，pH由酸性到堿性，分別為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，在此pH梯度下，得出蕤核果實多糖溶液脫色效果與pH的關(guān)系，如圖2所示。

圖2　pH對脫色效果的影響Fig.2 Effects of pH on the decolorations

由圖2可知，隨著多糖溶液的pH不斷增大，脫色率和多糖回收率都呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，溶液的pH為4時，樹脂的脫色率及多糖的回收率為最高水平。

4.3.2振蕩頻率對蕤核果實多糖溶液脫色效果的影響

量取20 mL預處理過得蕤核粗多糖溶液，按均勻試驗設(shè)計的方案，振蕩頻率分別為60、80、100、120、140 r/min，在此梯度下，得出蕤核果實多糖溶液脫色效果與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，如圖3所示。

圖3　轉(zhuǎn)速對脫色效果的影響Fig.3 Effects of rotation speed on the decolorations

由圖3可知，當轉(zhuǎn)速低于100 r/min的時候，樹脂的脫色效果隨轉(zhuǎn)速增加而增強，轉(zhuǎn)速高于100 r/min時，樹脂的脫色效果隨轉(zhuǎn)速的增加而減弱。這可能是由于低轉(zhuǎn)速時，樹脂與多糖溶液不能接觸，而轉(zhuǎn)速過高容易造成樹脂掛壁也無法和溶液充分接觸，綜合脫色率與多糖回收率，轉(zhuǎn)速選100 r/min為最佳。

4.3.3吸附時間對蕤核果實多糖溶液脫色效果的影響

量取20 mL預處理過得蕤核粗多糖溶液按均勻試驗設(shè)計的方案，吸附時間分別為1、2、3、4、5 h，在此梯度下，得出蕤核果實多糖溶液脫效果與吸附時間的關(guān)系，如圖4所示。

圖4　吸附時間對脫色效果的影響Fig.4 Effects of time on the decolorations

由圖4可知，隨吸附時間的不斷增加，脫色率不斷增大，而多糖回收率不斷降低。3 h左右脫色率與回收率達到動態(tài)平衡。為節(jié)約時間，降低試驗的成本，吸附時間3 h為最佳條件。

4.3.4樹脂添加量對蕤核果實多糖溶液脫色效果的影響

量取20 mL預處理過得蕤核粗多糖溶液按均勻試驗設(shè)計的方案，樹脂添加量分別為1、2、3、4、5 g，在此梯度下，得出蕤核果實多糖溶液脫色效果與樹脂添加量的關(guān)系，如圖5所示。

圖5　樹脂添加量對脫色效果的影響Fig.5 Effects of resin dosage on the decolorations

由圖5可知，隨著樹脂添加量的不斷增加，多糖脫色率不斷增大，而多糖回收率呈下降趨勢。當樹脂添加量大于4 g時，脫色率的增加速度減緩，而多糖回收率明顯下降。故選擇樹脂添加量最佳條件為4 g。

4.3.5最佳提取工藝的重復驗證試驗

采用均勻試驗設(shè)計得出的最佳提取工藝條件，雖然沒有在優(yōu)化設(shè)計的組合之列，但是為了驗證均勻設(shè)計優(yōu)化理論的可行性，在得出的最佳提取工藝條件下將試驗重復，同時將均勻設(shè)計各組合中脫色素同時多糖回收率最高的試驗條件設(shè)置為對照組，結(jié)果見表7。

表7　最優(yōu)試驗條件下重復試驗結(jié)果Table 7 The optimal experimental conditions to repeat the test results

由表7可見均勻試驗設(shè)計優(yōu)化的最佳工藝條件多糖的回收率最高，驗證了均勻設(shè)計優(yōu)化理論的可行性［12］。通過采取均勻試驗設(shè)計，在最高指標時各個因素組合時得到最佳的脫色率為79.3%，多糖回收率為82.4%，經(jīng)過重復驗證試驗，得到實際的平均值是脫色率82.7%，多糖回收率80.2%，檢驗值與理論值比較，說明試驗設(shè)計合理（P＜0.05）。

5　結(jié)論

X-5型大孔樹脂有較大的比表面積，適用于蕤核多糖脫色素工藝的初步純化。大孔樹脂X-5對于蕤核孔樹脂是非極性共聚體，果實脫色素吸附的最佳工藝：溶液pH=4，振蕩頻率100 r/min，吸附時間4.0 h，樹脂添加量4.0 g。在此條件下溶液的脫色率和多糖回收率分別可達82.7%、80.2%。

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Study on Optimization of Prinsepia uniflora Batal Polysaccharide Depigmentation Process

WANG Qin-yao，WANG Hui，ZHANG Qiang，WEI Xue-zhi*
（School of Life Science，Shanxi Normal University，Linfen 041004，Shanxi，China）

Abstract：The polysaccharide of Prinsepia uniflora Batal depigmentation process optimization was researched.The uniform experimental design method U5（54），4 factors on the polysaccharide solution pH，adding amount of resin，adsorption time，shock speed was studied. The decolorization rate and the recovery rate of polysaccharides were measured，the best extraction process was achieved. The research results showed that the optimum extraction process parameters were as follow：the polysaccharide solution with pH of 4，the shock speed 90 r/min，the adsorption time 5 h，the resin addition amount of 5 g . Under these conditions，decolorization of Prinsepia uniflora Batal fruit polysaccharide solution was up to 82.7%，80.2%rate of recovery of polysaccharide.

Key words：polysaccharide from Prinsepia uniflora Batal；macroporous resin；depigmentation；uniform experimental design

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.09.025

基金項目：國家自然科學基金-酸棗對極端干旱氣候響應(yīng)機理研究（30972396）；山西省自然科學基金項目-酸棗對干旱脅迫響應(yīng)機制研究（2009011041-1）

作者簡介：王勤瑤（1991—），女（漢），碩士研究生，主要從事植物研究與開發(fā)。

*通信作者

收稿日期：2015-03-05