微波辅助提取枸杞多糖的工艺优化及其抗氧化性研究

邱志敏，芮汉明

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640)

微波辅助提取枸杞多糖的工艺优化及其抗氧化性研究

邱志敏，芮汉明*

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640)

利用响应面法优化枸杞多糖的微波辅助水提取工艺，得到最佳提取工艺为：微波功率300W，微波时间1.8min，液料比26∶1，枸杞粗多糖得率可以达到9.57%（w/w)。在此工艺条件下，微波提取枸杞多糖的DPPH·清除率比BHA低5%左右（0.1mg/mL浓度除外)，但ORAC值及抗油脂酸败能力略高于BHA，总体来说抗氧化活性与水提多糖相近。

微波辅助提取，枸杞多糖，得率，抗氧化活性

枸杞子作为我国名贵的中药材，具有很高的保健价值。枸杞多糖是枸杞中的主要生物活性成分，其组分之一LBP-4具有抑制人肝癌细胞增殖的作用[1]。枸杞多糖的提取一直是研究的热点，使用最多的方法是水循环提取，虽然近年来也出现了超声波[2-4]、微波[5]等技术辅助提取的报道，但仅限于得率方面的研究。微波提取最大的特点是速度快、节省溶剂、节省时间等，有利于避免长时间高温引起的热不稳定物质的分解破坏，特别适合用于天然物质活性成分的提取[6]。自然界中氧化反应很多都是有害反应，如油脂变质、食物褪色等，降低了食物的感官品质和营养价值，甚至损害人体健康[7]。人体内也存在很多自由基参与的氧化反应，可损害机体的组织和细胞，引起慢性疾病及衰老效应，而抗氧化剂能阻止氧化反应的发生。在C.L.Lin[8]等的研究中，枸杞多糖对DPPH、ABTS等自由基具有很好的清除率，Bin Liang[9]等发现枸杞多糖能保护皮肤免受氧化损伤，故枸杞多糖的抗氧化研究及应用将成为今后的热点。因此，本文应用响应面法对微波辅助水提取枸杞多糖的工艺进行了优化，并在此基础上对其抗氧化特性进行了研究。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

枸杞 产于宁夏中宁;DPPH Sigma公司;荧光素钠、ABAP 沈阳试剂三厂;其他试剂 均为分析纯。

台式离心机 上海安亭科学仪器厂;722S型分光光度计 上海棱光技术有限公司;旋转蒸发仪 上海青浦沪西仪器厂;电子分析天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;微波化学反应器MCR-3 巩义市予华仪器有限责任公司;CHRIST冷冻干燥机 博励行仪器有限公司;雷勃MK3酶标仪 上海普林斯顿生物科技发展有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 枸杞多糖提取工艺 微波法：枸杞子，干燥至水分含量6%，粉碎过60目筛，称取5g以80%乙醇脱单糖，将脱单糖后的枸杞与不同比例的水混合置于微波化学反应器中处理，然后将提取液过滤离心（4000r/min，10min)，使用硫酸-苯酚法测量多糖得率。

水提法：枸杞子，干燥至水分含量6%，粉碎过60目筛，称取5g以80%乙醇脱单糖，80℃条件下热水回流提取2h，测量步骤同微波法。

1.2.2 枸杞多糖的分离纯化 枸杞多糖提取液旋转蒸发至原体积的1/5，加5倍体积95%乙醇，离心分离，滤渣加5倍体积的丙酮-石油醚混合液（体积比1∶1)脱色，过滤，得沉淀，以体积分数95%乙醇，无水乙醇，丙酮洗涤，真空干燥，得到LBP粗品。LBP粗品以Seveg法脱蛋白[11-12]，连续三次，弃掉中间蛋白层，取上清液，浓缩，透析，冷冻干燥得精制LBP。

1.2.3 枸杞多糖微波提取单因素实验 称取60目枸杞粉1g，以水为溶剂，分别考察微波功率、微波时间、料液比对多糖提取率的影响，确定各因子的影响效果和适宜范围。单因素实验设计表见表1。

表1 微波辅助提取单因素实验设计Table 1 Single factor experiment design of microwave-assisted extraction

1.2.4 枸杞多糖微波辅助提取响应面实验 以单因素实验结果为参考，采用Box-Behnken实验设计，分别以微波功率、微波时间和料液比为考察对象，以枸杞多糖得率为响应值，设计三因素三水平响应面分析，因素与水平设计见表2。

表2 微波辅助提取响应面实验Table 2 Response surface experiment of microwave-assisted extraction

1.2.5 枸杞多糖清除自由基能力的测定

1.2.5.1 清除DPPH自由基的测定[11]将枸杞多糖、BHA和VC分别配成1mg/mL的溶液，备用，另配制0.15mmol/L的DPPH乙醇溶液，避光保存。取相应体积待测液加入2mL DPPH溶液于25℃反应15min后，在517nm处测定吸光度As，以蒸馏水代替试样为空白对照A0，蒸馏水代替DPPH溶液为样品对照Ax，每个试样作三个平行样，取其平均值。清除自由基活性的计算公式：

1.2.5.2 ORAC值的测定 配制样液、各缓冲溶液与标准溶液[13]，加20μL样品、空白、Trolox标准或200μL荧光素溶液（F孔)到96孔板中反应10min，每孔中加200μL荧光素溶液（除F孔之外)，盖上96孔板，37℃反应20min，加20μL ABAP溶液到每孔中，然后检测荧光强度，每隔2min检测一次，共检测35次，记录荧光强度值，计算荧光熄灭曲线下面积。

1.2.6 抗氧化实验

1.2.6.1 枸杞多糖在植物油贮藏期间的抗氧化效果采用Schaal烘箱法[14]，称取20g若干份大豆油，一份作为空白，其余分别加入枸杞多糖和BHA 2g，搅拌均匀后置于（60±0.5)℃恒温培养箱中强化保存，每隔24h交换它们在培养箱中的位置，按GB/T5009.37-2003每隔3d取出部分测定其过氧化值（POV值)。

2 结果与分析

2.1 微波辅助提取条件对枸杞多糖得率的影响研究

2.1.1 微波功率对枸杞多糖得率的影响 由图1可以看出，随着微波功率的提高，枸杞多糖得率呈现出先上升后下降的趋势，且在微波功率为400W时得率最高。400W以后多糖得率下降的原因可能是因为过高的微波功率使多糖发生了分解[15]，且容易发生爆沸，造成多糖损失。黄文书[5]等也有相同的实验结果，因此确定微波功率为400W。

图1 微波功率对枸杞多糖得率的影响Fig.1 Influence of microwave power on the yield of polysaccharide from Lycium barbarum

2.1.2 微波处理时间对枸杞多糖得率的影响 由图2可以看出，随着微波时间的延长，枸杞多糖得率也是呈现出先上升后下降的趋势。在微波时间0.5～1.5min内多糖得率显著上升，微波时间在1.5～2min时，枸杞多糖得率最高，但2min与1.5min的结果没有显著差别，微波时间超过2min时，多糖得率又明显下降。这可能是由于时间过长导致多糖水解程度增大，使得测量结果偏低。故从能耗及多糖得率方面考虑响应面实验选取最佳微波时间为1.5min。

图2 微波处理时间对枸杞多糖得率的影响Fig.2 Influence of microwave time on the yield of polysaccharide from Lycium barbarum

2.1.3 液料比对微波提取枸杞多糖得率的影响 图3中多糖得率随着液料比的升高先升高而后降低，液料比小于20∶1时多糖得率增加不明显，液料比从20∶1增加到30∶1时增加显著，大于30∶1时又开始下降，液料比为40∶1时的多糖得率与30∶1时有显著差别（p＜0.05)，所以响应面实验选取最佳液料比为30∶1，这样既能保证一定的得率，又能减少后续浓缩操作难度，节省材料和能耗。

图3 液料比对枸杞多糖得率的影响Fig.3 Influence of solution－solid ratio on the yield of polysaccharide from Lycium barbarum

2.2 微波提取枸杞多糖响应面实验

根据单因素实验结果，采用响应面设计实验，对微波功率（A)、微波时间（B)及液料比（C)作如下变换：X1=（A－400)/100，X2=（B－1.5)/0.5，X3=（C－30)/10。以X1、X2、X3为自变量，以枸杞多糖得率（Y)为响应值，实验方案及结果见表3。

表3 响应面实验方案及结果Table 3 Program and result of response surface experiment

各因素经二次多项回归拟合后，得到枸杞多糖得率对微波功率、微波时间、液料比3个因素的二次多项回归方程：

对该模型进行方差分析，结果见表4。由表4方差分析（ANOVA)可以看出：F回归=9.05＞F0.01（9，7)=6.72，p值=0.0042＜0.01表明回归方程极显著，不同处理组的差异显著;而F失拟=1.65＜F0.05（3，4)=24.26，失拟项的p值=0.3138＞0.05，故其不显著;模型的确定系数（RSquared)R2=0.9208，说明该模型能解释92.08%响应值的变化，因而该模型拟合程度良好，实验误差比较小，可以用此模型对优化水提取枸杞多糖进行分析和预测。由回归方程系数及其显著性检验可知，三个因素对枸杞多糖得率的影响顺序为：微波时间＞液料比＞微波功率，X2、X3、X32项极显著，X22、X1X3项显著，说明微波功率和液料比的交互作用影响显著。通过回归方程来绘制响应面立体分析图和等高线图如图4，考察所拟合的响应曲面的形状。等高线的形状反映出交互作用的强弱，椭圆形表示两因素交互作用显著，而圆形则相反。当液料比保持30∶1不变时，微波功率与微波时间对枸杞多糖得率的交互影响如图4A所示，当提取时间不变时，枸杞多糖得率随着微波功率的增大而先增大后减小，但影响不显著;多糖得率随提取时间的增大而先增大后趋于平缓。微波功率与液料比的交互作用对枸杞多糖得率的影响显著，如图4B所示，较小的液料比改变就会引起较大的多糖得率变化。为进一步确定最佳的提取工艺，在模型范围内对各工艺参数进行优化，得到枸杞多糖的最佳提取工艺为微波功率300W，微波时间1.8min，液料比26∶1，在此工艺条件下枸杞多糖的得率为9.57%，比枸杞多糖在最佳水提工艺条件下的得率7.34%高30%。

表4 回归方程及方差分析Table 4 Regression equation and variance analysis

图4 因素及其交互作用响应面图Fig.4 Response surface figure of factors and interaction

2.3 微波辅助提取所得枸杞多糖清除自由基的研究

图5 枸杞多糖与其他抗氧化剂对DPPH·的清除效果Fig.5 DPPH·clearance of polysaccharide from Lycium barbarum and other antioxidants

由图5可以看出，对于不同的抗氧化剂，随着浓度的提高其DPPH自由基清除效果都逐渐提高。在低浓度范围内（0.1～0.2mg/mL)水提LBP的抗氧化活性较其他三种差，当浓度升高时，其抗氧化活性增加显著，超过了BHA和微波提取LBP的抗氧化活性。VC的抗氧化活性最高，其DPPH·清除率在80%以上，微波提取LBP的抗氧化活性与BHA相当[8]，相差在5%之间（0.1mg/mL浓度除外)。

图6 枸杞多糖与其他抗氧化剂对氧自由基的清除效果Fig.6 Oxygen radical clearance of polysaccharide from Lycium barbarum and other antioxidants

ORAC（Oxgen Radical Absorbance Capacity)指氧自由基吸收能力，已经越来越多的被用来作为衡量物质的抗氧化性标准。由图6可以看出，四种抗氧化剂对氧自由基都有一定的吸收能力，其中以VC的吸收能力最强，其ORAC值显著高于其他三种抗氧化剂。微波提取LBP的ORAC值比水提LBP高9.35%，比BHA高3.46%，但差异不显著（p>0.05)。

2.4 微波辅助提取所得枸杞多糖对油脂的抗氧化性能研究

由图7可知，抗氧化物质能显著降低大豆油在储藏过程中的过氧化值。其中，VC对油脂过氧化值的降低作用最为明显，添加了微波提取枸杞多糖与添加水提枸杞多糖的油脂过氧化值相似，其抗氧化能力与BHA相当，说明三者抗油脂酸败能力相近。

图7 枸杞多糖与其他抗氧化剂对大豆油在60℃下过氧化值的影响Fig.7 Influence on soybean oil’s peroxide value at 60℃of polysaccharide from Lycium barbarum and other antioxidants

3 结论

3.1 利用微波辅助水提取枸杞多糖，以多糖得率为指标，使用响应面法对提取工艺进行优化，得出最佳提取工艺为微波功率300W，微波时间1.8min，液料比26∶1，多糖得率9.57%，在此条件下进行3次验证实验，平均相对误差为2.19%。

3.2 采用多种体系对微波提取枸杞多糖的抗氧化性能进行考察，结果表明微波法、水提法枸杞多糖与BHA具有相近的抗氧化能力，其DPPH·清除率、ORAC值及抗油脂酸败能力在100%±10%之间，但弱于VC的抗氧化能力。

3.3 微波法提取枸杞多糖能有效提高提取率，降低能耗，抗氧化活性与水提法相当。

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Study on optimization of microwave-assisted extraction of polysaccharide from Lycium barbarum and research of its antioxidizability

QIU Zhi-min，RUI Han-ming*
（College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

Response surface analysis method was used to optimize microwave extraction of polysaccharide fromLycium barbarum.Results showed that the best extraction conditions were as follows：the highest yield（9.57%（w/w))of the polysaccharide was obtained under 300W of microwave power for 1.8min at solution-solid ratio of 26∶1（mL/g).The DPPH·clearance rate of the polysaccharide yielded under optimum conditions was 5% lower than BHA（0.1mg/mL concentration except)，but the ORAC value and reducing power of the polysaccharide were slightly higher.On the whole，its antioxidizability was close to the polysaccharide yield by water extraction.

microwave-assisted extraction;polysaccharide ofLycium Barbarum;yield;antioxidizability

TS201.1

B

1002-0306（2012)07-0220-05

2011－07－18 *通讯联系人

邱志敏（1988－)，男，硕士研究生，研究方向：食品加工与保藏。