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(1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所，農(nóng)業(yè)部熱帶果樹生物學(xué)重點實驗室,廣東湛江 524091;2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,廣東湛江 524001)

芒果,又名蜜望、檬果,是漆樹科常綠喬木,含有豐富的糖類、蛋白質(zhì)、維生素、類胡蘿卜素和鈣質(zhì)等營養(yǎng)成分[1],素有“熱帶水果之王”之稱[2-4]。多糖是芒果皮渣的主要活性成分之一,研究表明,芒果多糖具有抗氧化[5-7]、抗癌[8]、抗肝毒[9]、抗菌[10]等作用。游離蛋白質(zhì)和色素是芒果皮渣多糖提取過程中的主要雜質(zhì),不但影響多糖的純度和生物活性,而且對其分離純化及結(jié)構(gòu)表征研究帶來很大困難[11]。因此,尋求一種除蛋白效果好、脫色率高、對多糖損失少的脫蛋白和脫色工藝尤為重要。目前,植物多糖常用的脫蛋白方法有Sevage法、三氯乙酸(TCA)法、酶法、鹽酸法和鞣酸法等,由于單獨使用一種方法蛋白質(zhì)脫除率較低,因而也有將幾種方法聯(lián)用來進(jìn)行脫蛋白[12]。脫色方法主要有活性炭法[13]、殼聚糖法、H2O2法[14]、聚酰胺法、大孔吸附樹脂法[15]等,活性炭由于吸附能力強,脫色成本低且不易影響提取物的生物活性而在工業(yè)化生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用?；诖?本研究以實驗室自制的芒果皮渣多糖為原料,采用9種方法對其進(jìn)行脫蛋白處理,選擇活性炭對TCA-正丁醇法脫蛋白后的多糖溶液進(jìn)行脫色,并尋求最佳的脫蛋白和脫色工藝,為進(jìn)一步分離純化芒果皮渣多糖提供理論參考。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

臺農(nóng)1號芒果 購自廣西百色;粉末活性炭 廣東韓研活性炭制造有限公司;HPD100、HPD-100A、HPD300、AB-8、X-5、D3520、D4020、S-8、NKA-9、NKA-II大孔吸附樹脂 鄭州華溢科技新材料股份有限公司;牛血清白蛋白、考馬斯亮藍(lán)(G-250) 美國Sigma公司;木瓜蛋白酶 Solarbio公司;葡萄糖、苯酚、三氯乙酸、鹽酸 天津市福晨化學(xué)試劑廠;濃硫酸 廉江市愛廉化試劑有限公司;無水乙醇、正丁醇、30% H2O2天津市富宇精細(xì)化工有限公司;氯仿、丙酮 廣州蘇喏化工有限公司。

DHG 9140A電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;GL-20G-II高速冷凍離心機 美國Thermo公司;EL 104電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;RE-3000B旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 德國海道爾夫公司;FD-1C-50型真空冷凍干燥機 上海喬躍電子有限公司;UV-2550型紫外分光光度計 日本島津公司;MAXQ800型恒溫?fù)u床 美國Thermo公司;79-1型磁力攪拌器 新康醫(yī)療器械有限公司;SHZ-D(III)循環(huán)水式多用真空泵 鞏義市英峪高科儀器;HH-4恒溫水浴鍋 常州澳華儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1 芒果皮渣多糖的制備 取成熟、無腐爛的芒果皮渣,清洗,55 ℃烘干24 h,粉碎,過40目篩,備用。稱取一定重量的芒果皮渣粉,以蒸餾水為提取劑,按照本實驗室優(yōu)化的工藝參數(shù)進(jìn)行提取(料液比1∶40 g/mL、水浴溫度98 ℃,水浴時間4 h),隨后以6000 r/min離心10 min,收集上清液,殘渣重復(fù)提取1次。合并上清液,減壓濃縮至原體積1/5,加入濃縮液4倍體積95%乙醇,4 ℃靜置過夜,3000 r/min離心10 min,沉淀依次用無水乙醇、丙酮、乙醚洗滌2～3次,冷凍干燥即得芒果皮渣粗多糖。

1.2.2 芒果皮渣多糖脫蛋白

1.2.2.1 不同脫蛋白方法的比較 配制5 mg/mL芒果皮渣多糖溶液,取30 mL,分別采用9種不同的方法進(jìn)行脫蛋白。

三氯乙酸(TCA)法[16]:加入30 mL 20% TCA(m/V),160 r/min振蕩2 h,4000 r/min離心10 min,取上清液分別測定蛋白質(zhì)含量和多糖含量。

TCA-正丁醇法[17-18]:加入60 mL TCA-正丁醇溶液[TCA(20%)∶正丁醇=1∶10 (V/V)],160 r/min振蕩2 h,倒入分液漏斗中靜置2 h,待分層后取下層溶液,分別測定蛋白質(zhì)含量和多糖含量。

Sevage法[19]:加入7.5 mL Sevage試劑[氯仿∶正丁醇=4∶1(V/V)],180 r/min振蕩60 min,4000 r/min離心10 min,棄去下層有機相和中間層膠狀變性蛋白質(zhì),取上層溶液分別測定蛋白質(zhì)含量和多糖含量。

TCA+Sevage法:用TCA法脫除一次,再用Sevage法脫除一次,分別測定蛋白質(zhì)含量和多糖含量。

木瓜蛋白酶法[20]:配制1 mg/mL木瓜蛋白酶溶液,取1.5 mL加入到多糖溶液中,調(diào)節(jié)pH為6.5,65 ℃水浴振蕩水解3 h,沸水浴滅酶5 min,冷卻后4000 r/min離心10 min,取上清液分別測定蛋白質(zhì)含量和多糖含量。

木瓜蛋白酶+Sevage法[21]:用木瓜蛋白酶法脫除一次,再用Sevage法脫除一次,分別測定蛋白質(zhì)含量和多糖含量。

木瓜蛋白酶+TCA法[26]:依次用木瓜蛋白酶法和TCA法脫蛋白,分別測定蛋白質(zhì)含量和多糖含量。

木瓜蛋白酶+TCA-正丁醇法[22]:依次用木瓜蛋白酶法和TCA-正丁醇法脫蛋白,分別測定蛋白質(zhì)含量和多糖含量。

HCl法[23]:加入30 mL 1 mol/L HCl,160 r/min振蕩2 h,4000 r/min離心10 min,取上清液分別測定蛋白質(zhì)含量和多糖含量。

1.2.2.2 TCA-正丁醇法脫蛋白工藝優(yōu)化 選取對TCA-正丁醇法脫蛋白效果影響較大的3個因素TCA-正丁醇與樣液體積比(A)、TCA與正丁醇體積比(B)和振蕩時間(C),按L9(34)正交表安排實驗,因素水平見表1。數(shù)據(jù)處理采用綜合加權(quán)評分法[24],評分標(biāo)準(zhǔn)為:分別測定蛋白質(zhì)脫除率和多糖保留率,將各項指標(biāo)除以該列最大值再乘以100,為該項得分,設(shè)定蛋白質(zhì)脫除率和多糖保留率兩者的權(quán)重系數(shù)均為0.5,對兩項指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)求和,按下式計算綜合評分。

式中,X為蛋白質(zhì)脫除率,Y為多糖保留率,Xmax為蛋白質(zhì)脫除率最大值,Ymax為多糖保留率最大值。

表2 活性炭脫色單因素實驗Table 2 Univariate experiments on decoloration by active carbon

表1 TCA-正丁醇法脫蛋白正交實驗因素及水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test on deproteinzation by TCA-n-butanol method

1.2.3 活性炭脫色

1.2.3.1 單因素實驗 取20 mL經(jīng)TCA-正丁醇法脫蛋白后的多糖溶液,以脫色率和多糖保留率為評價指標(biāo),分別探討活性炭添加量、脫色溫度、脫色時間和樣液pH對芒果皮渣多糖溶液脫色效果的影響,每個水平做3個重復(fù)。其單因素實驗水平設(shè)計見表2。

1.2.3.2 正交實驗 根據(jù)單因素實驗結(jié)果,選取脫色溫度(D)、脫色時間(E)、活性炭添加量(F)、樣液pH(G)4個因素,每個因素設(shè)置3個水平,按L9(34)正交表設(shè)計實驗(見表3),以脫色率和多糖保留率為考察指標(biāo)進(jìn)行條件優(yōu)化。進(jìn)行綜合評分時以指標(biāo)的最大值為參照將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化,脫色率和多糖保留率的權(quán)重系數(shù)各為0.5。

表3 活性炭脫色正交實驗因素水平表Table 3 Factors and levels of orthogonal test on decoloration by active carbon

1.2.4 分析方法

1.2.4.1 多糖保留率的測定 采用苯酚-硫酸法[25]測定多糖含量。以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到回歸方程:y1=0.0110x1-0.0002,式中x1為葡萄糖濃度,y1為吸光度,R2=0.9994,線性范圍為0～0.07 mg/mL。多糖保留率按下式計算。

多糖保留率(%)=脫蛋白(脫色素)后多糖含量/脫蛋白(脫色素)前多糖含量×100

式(1)

1.2.4.2 蛋白質(zhì)脫除率的測定 采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測定蛋白質(zhì)含量。以牛血清白蛋白標(biāo)準(zhǔn)品含量為橫坐標(biāo),于595 nm處測得的吸光度值為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到回歸方程y2=0.0007x2+0.0057,式中x2為蛋白質(zhì)含量,y2為吸光度,R2=0.9996,即蛋白質(zhì)含量在0～1.0 mg范圍內(nèi)與吸光度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。蛋白質(zhì)脫除率按下式計算。

蛋白質(zhì)脫除率(%)=脫蛋白前蛋白質(zhì)含量-脫蛋白后蛋白質(zhì)含量/脫蛋白前蛋白質(zhì)含量×100

式(2)

1.2.4.3 脫色率的測定 將經(jīng)TCA-正丁醇法脫蛋白后的芒果皮渣多糖溶液于200～600 nm波長范圍內(nèi)進(jìn)行紫外-可見光譜全波長掃描,結(jié)果表明多糖溶液在310 nm下有最大吸收峰,故選擇310 nm為檢測波長測定芒果皮渣多糖溶液脫色前后的吸光度,并按下式計算脫色率。

脫色率(%)=脫色前吸光度-脫色后吸光度/脫色前吸光度×100

式(3)

2 結(jié)果與分析

2.1芒果皮渣多糖脫蛋白

2.1.1 不同脫蛋白方法的比較 由圖1可知,9種方法對芒果皮渣多糖均有一定的脫蛋白效果,但在脫除蛋白質(zhì)的同時,造成不同程度的多糖損失。從脫蛋白效果來看,TCA-正丁醇法和木瓜蛋白酶+TCA-正丁醇結(jié)合法對粗多糖中蛋白質(zhì)脫除效果較好,脫除率均高于80%,且后者稍高于前者,這可能是由于蛋白酶除了酶解多糖溶液中的游離蛋白質(zhì)外,還對與多糖結(jié)合的蛋白質(zhì)產(chǎn)生了酶解作用。從多糖的損失方面來看,木瓜蛋白酶+TCA-正丁醇結(jié)合法略高于TCA-正丁醇法,這可能是由于多次操作造成部分多糖損失。此外,TCA法、TCA+Sevage法、HCl法和木瓜蛋白酶+TCA法對芒果皮渣多糖的蛋白質(zhì)脫除率均高于45%,但多糖損失嚴(yán)重;而Sevage法、木瓜蛋白酶法和木瓜蛋白酶+Sevage法的多糖損失較少,但脫蛋白效果較差,脫除率均低于10%。綜上所述,選擇TCA-正丁醇法對芒果皮渣多糖進(jìn)行脫蛋白處理。

圖1 不同方法對蛋白質(zhì)脫除率與多糖保留率的影響Fig.1 Effect of different methods on the rate of deproteinization and polysaccharide retention

表4 TCA-正丁醇法脫蛋白正交實驗結(jié)果Table 4 Results of orthogonal test on deproteinization by TCA-n-butanol

表5 方差分析和顯著性檢驗結(jié)果Table 5 Results on analysis of variance and significance test

注:F0.05(2,2)=19.00;F0.01(2,2)=99.00;**表示差異極顯著(p<0.01);*表示差異顯著(p<0.05);表7同。

2.1.2 TCA-正丁醇法脫蛋白工藝條件優(yōu)化 由表4可知,影響TCA-正丁醇法脫蛋白效果的因素大小順序為:A>B>C,即TCA-正丁醇與樣液的體積比對脫蛋白效果影響最大,其次為TCA與正丁醇的體積比,振蕩時間對脫蛋白效果影響最小。TCA-正丁醇法脫蛋白的最佳工藝條件為A1B3C2,即TCA-正丁醇與樣液體積比為2∶1,三氯乙酸與正丁醇體積比為1∶20,振蕩時間為2 h。對正交實驗結(jié)果進(jìn)行方差分析,結(jié)果如表5所示。由表5可知,因素A、B對蛋白質(zhì)脫除率有非常顯著的影響,因素C對蛋白質(zhì)脫除率有顯著影響。在最佳工藝條件下進(jìn)行3次驗證實驗,得出蛋白質(zhì)脫除率為90.08%,多糖保留率為96.40%,此時綜合得分為99.90。

2.2活性炭脫色工藝研究

2.2.1 活性炭添加量對芒果皮渣多糖脫色效果的影響 由圖2可知,隨著活性炭添加量的增加,脫色率不斷增大,當(dāng)活性炭添加量大于1.0%時,脫色率增大趨勢減緩。而多糖保留率隨著活性炭添加量的增加呈逐漸降低的趨勢,綜合考慮,選擇活性炭添加量為1.0%。

圖2 活性炭添加量對脫色率和多糖保留率的影響Fig.2 Effect of amounts of active carbon on decoloration and polysaccharide retention

2.2.2 脫色溫度對芒果皮渣多糖脫色效果的影響 由圖3可知,隨著脫色溫度的升高,脫色率呈先增大后減小趨勢,當(dāng)溫度為50 ℃時,脫色率達(dá)到最大。脫色溫度在30～40 ℃內(nèi),多糖保留率顯著增加,當(dāng)溫度為40 ℃時,多糖保留率達(dá)到最大,此后繼續(xù)升高溫度,多糖保留率逐漸降低。這可能是因為溫度較低,分子擴散運動不明顯,色素分子與活性炭不能很好的接觸吸附;溫度過高,部分多糖喪失活性,進(jìn)而影響多糖含量。綜合考慮,選擇脫色溫度為50 ℃。

圖3 脫色溫度對脫色率和多糖保留率的影響Fig.3 Effect of decolorating temperature on decoloration and polysaccharide retention

2.2.3 脫色時間對芒果皮渣多糖脫色效果的影響 由圖4可知,隨著脫色時間的延長,脫色率呈先增加后減小趨勢,當(dāng)脫色時間為60 min時,脫色率達(dá)到最大;多糖保留率隨著脫色時間的延長緩慢降低,在60～100 min的范圍內(nèi)降低趨勢較平緩,這可能是由于多糖被活性炭產(chǎn)生吸附的緣故。綜合考慮選擇最佳脫色時間為60 min。

圖4 脫色時間對脫色率和多糖保留率的影響Fig.4 Effect of decolorating time on decoloration and polysaccharide retention

2.2.4 樣液pH對芒果皮渣多糖脫色效果的影響 由圖5可知,在測定pH范圍內(nèi),脫色率隨著樣液pH的增加逐漸降低。樣液pH在3.0～5.0范圍內(nèi),多糖保留率顯著增加,pH為5.0時,多糖保留率達(dá)到最大;此后繼續(xù)增大樣液pH,多糖保留率變化不大。以上結(jié)果表明酸性條件有利于活性炭的吸附脫色作用,而多糖在堿性條件下比在酸性條件下穩(wěn)定。綜合考慮脫色率和多糖保留率,選擇樣液pH為3.0～5.0來開展后續(xù)實驗。

表6 活性炭脫色正交實驗結(jié)果Table 6 Results of orthogonal test on decoloration by active carbon

圖5 樣液pH對脫色率和多糖保留率的影響Fig.5 Effect of sample pH on decoloration and polysaccharide retention

2.2.5 正交實驗結(jié)果 由表6和表7分析可知,影響活性炭脫色綜合評分的因素大小順序為:D>F>E>G,即脫色溫度對綜合評分影響最大,其次為活性炭添加量,再次是脫色時間,樣液pH對脫色效果影響最小?；钚蕴棵撋淖罴压に嚄l件為D2E3F3G1,即脫色溫度50 ℃,脫色時間75 min,活性炭添加量1.5%,樣液pH3.0。按優(yōu)化的工藝條件進(jìn)行3次驗證實驗,得到脫色率為70.98%,多糖保留率為92.77%,綜合評分為93.66,表明實驗所確定的工藝條件為最優(yōu)脫色工藝條件。

3 結(jié)論

本實驗采用9種不同的方法對實驗室自制的芒果皮渣多糖進(jìn)行脫蛋白研究,結(jié)果表明TCA-正丁醇法的脫蛋白效果較好。

表7 活性炭脫色方差分析表Table 7 Analysis of variance of decoloration by active carbon

為探索TCA-正丁醇法脫蛋白的適宜條件,選取TCA-正丁醇與樣液體積比、TCA與正丁醇體積比、振蕩時間3個因素安排正交實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)3個因素對脫蛋白效果的影響主次順序為:TCA-正丁醇與樣液體積比>TCA與正丁醇體積比>振蕩時間,適宜的脫蛋白工藝為TCA-正丁醇與樣液體積比2∶1,TCA與正丁醇體積比1∶20,振蕩時間2 h,在此條件,蛋白質(zhì)脫除率為90.08%,多糖保留率為96.40%。采用活性炭對經(jīng)TCA-正丁醇法脫蛋白后的多糖溶液進(jìn)行脫色處理,分別考察了脫色溫度、脫色時間、活性炭添加量和樣液pH對脫色效果的影響,在單因素實驗的基礎(chǔ)上通過正交實驗優(yōu)化最佳脫色工藝,結(jié)果表明,當(dāng)調(diào)節(jié)樣液pH為3.0,添加1.5%的活性炭,50 ℃振蕩吸附75 min,脫色率為70.98%,多糖保留率為92.77%。本方法降低了粗多糖中蛋白質(zhì)和色素含量,改善了其外觀,提高了多糖的純度,為后續(xù)芒果皮渣多糖的進(jìn)一步研究提供了參考。

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