孫濤濤,蔡為榮,謝亮亮,許惠玲,孫 建

(安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院,安徽蕪湖 241000)

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江香薷多糖的過(guò)氧化氫脫色研究

孫濤濤,蔡為榮?,謝亮亮,許惠玲,孫 建

(安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院,安徽蕪湖 241000)

摘要:為了除去江香薷多糖中的色素,以過(guò)氧化氫為脫色劑,多糖脫色率和多糖保留率為指標(biāo),考察了脫色溫度、脫色時(shí)間、p H值、過(guò)氧化氫用量對(duì)江香薷多糖脫色效果的影響,在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用正交試驗(yàn)對(duì)脫色條件進(jìn)行優(yōu)化．試驗(yàn)結(jié)果表明,采用脫色溫度為70℃、脫色時(shí)間為150 min、p H值為10、過(guò)氧化氫用量為16．5%(體積分?jǐn)?shù))的條件下,多糖脫色率可達(dá)到82．83%,多糖保留率為80．52%;紅外譜圖定性分析,脫色前后江香薷多糖紅外吸收譜型基本相同,過(guò)氧化氫用量為16．5%時(shí),脫色前后江香薷多糖紅外譜圖含有α-型糖苷鍵吸收峰．過(guò)氧化氫用量達(dá)到40%時(shí),脫色后江香薷多糖紅外譜圖中α-型糖苷鍵吸收峰消失．

關(guān) 鍵 詞:多糖;脫色;過(guò)氧化氫;正交試驗(yàn)

香薷(Herba Moslae)為唇形科植物江香薷(Mosla chinensis＇jiangxiangru＇)或石香薷(Mosla chinesis Maxim)的干燥地上部分,分布于遼寧、山東、江蘇、四川、江西、貴州、云南、陜西等地,始載于《名醫(yī)別錄》,具有發(fā)汗解暑、和中利濕的功能．中醫(yī)主要用于惡寒發(fā)熱、頭痛無(wú)汗、腹痛吐瀉、小便不利等癥的暑濕感冒[1]．江香薷作為香薷的道地藥材,開發(fā)價(jià)值更大．近期研究表明,江香薷含有的化學(xué)成分包括揮發(fā)油、苯丙素類、黃酮類化合物、多糖等[2],其多糖成分具有清除自由基等抗氧化作用[3],然而,江香薷水提醇沉后得到的多糖呈現(xiàn)黑紅色,阻礙江香薷多糖進(jìn)一步分離純化、化學(xué)結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理及構(gòu)效關(guān)系等研究,因此,有必要對(duì)江香薷多糖脫色．

植物來(lái)源的多糖,其色素多數(shù)呈現(xiàn)負(fù)性離子,過(guò)氧化氫在水溶液中可電離出過(guò)氧氫根離子攻擊色素,在堿性介質(zhì)中電離度增大,脫色作用增強(qiáng),因此,對(duì)于負(fù)性離子有很好的脫色作用．采用過(guò)氧化氫氧化脫色,以多糖脫色率和多糖保留率為評(píng)價(jià)指標(biāo),在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用正交試驗(yàn)優(yōu)化脫色工藝,采用紅外譜圖對(duì)脫色后江香薷多糖的糖苷鍵損傷進(jìn)行定性鑒別．

1 材料與方法

1．1 材料試劑與儀器設(shè)備

香薷購(gòu)自于成都市荷花池中藥材批發(fā)市場(chǎng),經(jīng)鑒定為唇形科植物江香薷;AB-8大孔樹脂(天津南開大學(xué)化工廠);顆?；钚蕴俊?0%過(guò)氧化氫、葡萄糖、濃硫酸、苯酚等均為國(guó)產(chǎn)分析純．

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RE-52(上海青浦滬西儀器廠);HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋(國(guó)華電器有限公司);真空冷凍干燥機(jī)(美國(guó)SIM公司);L-550離心機(jī)(湘儀離心機(jī)儀器有限公司);L3S可見(jiàn)分光光度計(jì)(上海儀電分析儀器有限公司);p H計(jì)(上海雷磁儀器廠);FTIR-650傅里葉變換紅外光譜儀(天津港東科技發(fā)展股份有限公司)．

1．2 方法

(1)江香薷多糖供試液的制備．江香薷經(jīng)粉碎后過(guò)120目篩網(wǎng)得到江香薷粉末．準(zhǔn)確稱量60．00 g江香薷粉末,加入15倍超純水,混勻,85℃提取3 h,過(guò)濾后收集濾液,濃縮到30～40 m L,采用Sevag法除蛋白,反復(fù)操作至無(wú)蛋白層為止,以80%的比例添加無(wú)水乙醇,攪拌均勻,4℃條件下靜置8 h,經(jīng)4 000 r/min離心,收集醇沉物,經(jīng)真空冷凍干燥后得到江香薷多糖(JXR)．準(zhǔn)確稱取300．00 mg江香薷多糖,超純水充分溶解后,250 m L容量瓶定容,作為供試江香薷多糖溶液A．

(2)多糖含量的測(cè)定[2]．

(3)多糖保留率的測(cè)定．多糖保留率＝M前/M后×100%,式中,M前、M后分別為脫色前后多糖含量．

(4)脫色率的測(cè)定[5]．

(5)不同脫色劑脫色．AB-8大孔樹脂脫色:取5 m L多糖溶液A于三角瓶中,加入處理后的大孔樹脂2．5 g,混合均勻后,45℃條件下恒溫振蕩3 h,抽濾后除去樹脂殘?jiān)?8 000 r/min離心10 min,取上清液測(cè)定脫色率和多糖保留率．活性炭顆粒脫色:量取5 m L多糖溶液A于三角瓶中,加入活性炭顆粒0．8 g, 45℃恒溫振蕩3 h,8 000 r/min離心20 min,去除活性炭殘?jiān)?取上清液測(cè)定脫色率和多糖保留率．過(guò)氧化氫脫色:量取5 m L多糖溶液A于三角瓶中,調(diào)節(jié)p H＝8,加入30%過(guò)氧化氫溶液的量為16．5%,混合均勻后,50℃條件下加熱3 h,8 000 r/min離心15 min,取上清液測(cè)定脫色率和多糖保留率．

2 結(jié)果與分析

2．1 脫色劑的選擇

分別采用AB-8大孔樹脂、活性炭顆粒、過(guò)氧化氫對(duì)江香薷多糖脫色,其脫色率和多糖保留率如表1所示．由表1可知,采用過(guò)氧化氫脫色時(shí),脫色率和多糖保留率都最高;采用AB-8大孔樹脂和活性炭顆粒對(duì)江香薷多糖脫色,其多糖保留率遠(yuǎn)低于采用過(guò)氧化氫脫色．綜合考慮脫色率和多糖保留率,選擇過(guò)氧化氫作為脫色劑,并采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化脫色工藝．

表1 3種脫色方法脫色效果比較

2．2 江香薷多糖過(guò)氧化氫脫色的單因素試驗(yàn)

(1)過(guò)氧化氫用量對(duì)脫色效果的影響．分別取5 m L多糖溶液A于各三角瓶中,p H 5．6、50℃條件下脫色60 min,不同過(guò)氧化氫用量條件下多糖脫色率及多糖保留率比較如圖1所示．由圖1可知,脫色率隨過(guò)氧化氫用量的增加而增加,多糖保留率隨過(guò)氧化氫用量增加而降低．過(guò)氧化氫用量:由7%提高到14%,脫色率提高2．4%,多糖保留率下降了1．1%;由14%提高到19%,脫色率提高14．3%,多糖保留率下降4．6%;由19%提高到24%,脫色率提高4．7%,多糖保留率下降12．0%;由24%上升到29%,脫色率提高2．4%,多糖保留率下降2．5%．當(dāng)過(guò)氧化氫用量達(dá)到19%以后,脫色率增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩,多糖保留率下降趨勢(shì)急劇增加．由于多糖結(jié)構(gòu)中含有羥基、醛基等活潑基團(tuán),過(guò)氧化氫的用量過(guò)大導(dǎo)致多糖損失變大．綜合考慮脫色率和多糖保留率,初步選定過(guò)氧化氫用量為16．5%．

(2)脫色時(shí)間對(duì)脫色效果的影響．分別取5 m L多糖溶液A于各三角瓶中,過(guò)氧化氫用量為16．5%, p H 5．6、50℃條件下脫色,不同脫色時(shí)間條件下多糖脫色率和多糖保留率比較如圖2所示．由圖2可知,隨著脫色時(shí)間的增加,脫色率增加,240 min左右脫色效果最佳,多糖保留率降低但趨勢(shì)不明顯．15～120 min范圍內(nèi),脫色率提高了35．7%,增加趨勢(shì)明顯;120～240 min范圍內(nèi),脫色率提高了4．8%,脫色率增加趨勢(shì)變緩,120 min處為脫色率增加趨勢(shì)轉(zhuǎn)折點(diǎn);15～240 min范圍內(nèi),多糖保留率降低了0．5%．綜合考慮脫色率和多糖保留率及降解等因素,使脫色盡可能充分,初步選擇脫色時(shí)間為180 min．

圖1 不同過(guò)氧化氫用量對(duì)脫色效果的影響

圖2 不同脫色時(shí)間對(duì)過(guò)氧化氫脫色效果的影響

(3)p H值對(duì)脫色效果的影響．分別取5 m L多糖溶液A于各三角瓶中,過(guò)氧化氫用量16．5%、50℃條件下脫色180 min,不同p H值條件下多糖脫色率和多糖保留率比較如圖3所示．由圖3可知,脫色率隨著p H值的增大呈上升的趨勢(shì),在p H＝9左右達(dá)到最佳脫色效果,隨著堿性的進(jìn)一步增強(qiáng)(p H＝10),p H值的影響減弱,脫色率變化不大,多糖保留率急劇降低,這可能是偏堿條件下,造成多糖的部分降解．初步選擇p H值為9．

(4)脫色溫度對(duì)脫色效果的影響．分別取5 m L多糖溶液A于各三角瓶中,調(diào)p H為9、過(guò)氧化氫用量為16．5%、脫色時(shí)間為180 min,不同脫色溫度條件下多糖脫色率和多糖保留率比較如圖4所示．由圖4可知,隨著溫度的升高,脫色率逐漸增加,多糖保留率降低．當(dāng)溫度升高到60℃時(shí),脫色率增長(zhǎng)幅度開始變得很緩．繼續(xù)升高溫度,多糖保留率降低趨勢(shì)顯著．可見(jiàn),多糖脫色有一定的最適溫度范圍,超過(guò)該范圍以后,溫度升高,脫色率增加,但是多糖損失較大．因此,60℃為最佳脫色溫度．

圖3 p H值對(duì)過(guò)氧化氫脫色效果影響

圖4 不同脫色溫度對(duì)過(guò)氧化氫脫色效果的影響

2．3 江香薷多糖脫色正交試驗(yàn)及結(jié)果分析

由單因素試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn),p H值、過(guò)氧化氫用量、脫色溫度及脫色時(shí)間都是影響過(guò)氧化氫氧化脫色的重要因素．在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用正交試驗(yàn)確定江香薷多糖過(guò)氧化氫氧化脫色最佳工藝條件,選擇L9(34)表進(jìn)行4因素3水平的正交設(shè)計(jì)試驗(yàn),試驗(yàn)因素水平如表2所示,正交試驗(yàn)結(jié)果如表3所示,脫色率極差分析如表4所示,多糖保留率極差分析如表5所示．

由表4可知,過(guò)氧化氫用量對(duì)脫色率的影響較大,其次是p H值和脫色溫度,時(shí)間對(duì)脫色率的影響最小．理論優(yōu)化方案為A3B1C3D2,即脫色溫度70℃、時(shí)間150 min、p H值為10、過(guò)氧化氫用量16．5%,該條件下過(guò)氧化氫脫色率最高．

由表5可知,過(guò)氧化氫用量對(duì)多糖保留率影響較大,可能是因?yàn)檫^(guò)氧化氫造成多糖的部分降解,因而,過(guò)氧化氫的用量要適當(dāng);其次是時(shí)間和溫度,p H值對(duì)多糖保留率的影響最?。C合考慮,得出最佳脫色條件為A1B1C2D1,即脫色溫度50℃、脫色時(shí)間150 min、p H值為9、過(guò)氧化氫用量為14．0%．綜合考慮脫色率和多糖保留率兩個(gè)指標(biāo),得出最佳脫色工藝條件為脫色溫度70℃、脫色時(shí)間150 min、p H值為10、過(guò)氧化氫用量16．5%．最佳工藝條件下,多糖脫色率為82．83%,多糖保留率為80．52%．

2．4 紅外光譜分析

分別取脫色前江香薷多糖JXR、脫色后江香薷多糖JXR-A(16．5%過(guò)氧化氫脫色)及JXR-AA(40%過(guò)氧化氫脫色)干燥樣品2 mg左右,KBr混合壓片,4 000～400 cm－1范圍內(nèi)進(jìn)行紅外光譜掃描,結(jié)果如圖5所示．由圖5a可以看出,采用過(guò)氧化氫脫色前后江香薷多糖的紅外吸收譜型基本相同:3 413 cm－1附近的寬吸收峰,是由糖分子內(nèi)或分子間的O－H伸縮振動(dòng)引起的;2 929 cm－1附近的弱吸收峰,是由次甲基中的C－H伸縮振動(dòng)引起的;1 614 cm－1附近的吸收峰是由O－H的彎曲振動(dòng)引起的;1 417 cm－1附近存在的吸收峰,屬于＝CH2的變形吸收峰;1 078 cm－1附近的吸收峰屬于醇羥基的變角振動(dòng)吸收峰．

由圖5b可以看出,843 cm－1(JXR)及839 cm－1(JXR-A)處的吸收峰是α-型糖苷鍵的吸收峰,表明采用過(guò)氧化氫脫色前江香薷多糖存在α-型糖苷鍵,這與報(bào)道的相一致[6]．采用16．5%的過(guò)氧化氫脫色以后,江香薷多糖中存在α-型糖苷鍵;當(dāng)采用40%的過(guò)氧化氫對(duì)江香薷多糖脫色以后(JXR-AA),α-型糖苷鍵的吸收峰消失,這表明α-型糖苷鍵被破壞,這與過(guò)氧化氫能夠破壞糖苷鍵的報(bào)道相一致[7]．

表2 正交因素水平表

表3 江香薷多糖過(guò)氧化氫氧化脫色正交試驗(yàn)結(jié)果

表4 脫色率的極差分析表

表5 多糖保留率的極差分析表

3 結(jié)論

過(guò)氧化氫對(duì)江香薷多糖的脫色效果優(yōu)于AB-8大孔樹脂和顆?；钚蕴浚赃^(guò)氧化氫為脫色劑,采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)脫色條件進(jìn)行優(yōu)化,得到最佳工藝條件為脫色溫度70℃、時(shí)間150 min、p H＝10、過(guò)氧化氫用量為16．5%,該條件下,脫色率達(dá)到82．83%,多糖保留率為80．52%,脫色前后江香薷多糖紅外吸收譜型基本相同,含有α-型糖苷鍵的吸收峰．繼續(xù)增加過(guò)氧化氫用量至40%時(shí),江香薷多糖紅外譜圖中α-型糖苷鍵吸收峰消失．

圖5 過(guò)氧化氫脫色前后江香薷多糖的紅外譜圖

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Decoloration of polysaccharide from Mosla chinensis-jiangxiangru by hydrogen peroxide

SUN Tao-tao,CAI Wei-rong?,XIE Liang-liang,XU Hui-ling,SUN Jian
(College of Biological and Chemical Engineering,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China)

Abstract:In order to decolorize crude polysaccharide from Mosla chinensis-jiangxiangru,hydrogen peroxide wasselected as the bleaching agent．To study the effects of bleaching temperature,bleaching time, p H,hydrogen peroxide dosage on decolorization of crude polysaccharide,polysaccharide decolorization rate and polysaccharide retention rate were considered as the indexes．Decolorization conditions were optimized by orthogonal experiment on the basis of single factor experiments．The results showed that the optimal decolorization temperature,duration,p H and decolorant dosage were 70℃,150 min,10 and volume fraction of 16．5%,respectively．Under these conditions,the decoloration rate was 82．83%and the polysaccharides holding rate was 80．52%．Qualitative analysis showed that the polysaccharides had similar infrared absorption spectrum．The polysaccharide hadα-type glycoside bond absorption peak．The polysaccharide was bleached by hydrogen peroxide of 16．5%and its infrared absorption spectrum hadα-type glycoside bond absorption peak．Theα-type glycoside bond absorption peak disappeared when the amount of hydrogen peroxide reached 40%．

Key words:polysaccharide;decolorization;hydrogen peroxide;orthogonal test

中圖分類號(hào):TQ461

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

收稿日期:2015-12-02

基金項(xiàng)目:安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(1408085 MC52)

作者簡(jiǎn)介:孫濤濤(1988-),男,河南平頂山人,碩士研究生．

通訊作者:蔡為榮(1963-),男,安徽蕪湖人,教授,碩導(dǎo)．