莲藕多糖的碱法提取工艺优化与抗氧化活性评价_张召.pdf

第 14 卷 第 2 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.14 No.2 2023 年 1 月 Journal of Food Safety and Quality Jan.,2023 基金项目:武汉轻工大学科研项目(2021Y01)、湖北省农产品加工与转化重点实验室开放课题项目(2020HBSQGDKFB18)、川菜发展研究中心科研项目(C21Z10)Fund:Supported by the Scientific Research Project of Wuhan Polytechnic University(2021Y01),the Open Project of Hubei Key Laboratory of Agricultural Products Processing and Transformation(2020HBSQGDKFB18),and the Scientific Research Project of Sichuan Cuisine Development Research Center(C21Z10)*通信作者:孙莹,博士,讲师,主要研究方向为天然多糖的提取与功能评价。E-mail:*Corresponding author:SUN Ying,Ph.D,Lecturer,School of Food Science and Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430048,China.E-mail: 莲藕多糖的碱法提取工艺优化与 抗氧化活性评价 张 召1,易 阳1,2,彭凯迪1,2,侯温甫1,2,孙 莹1,2*(1.武汉轻工大学食品科学与工程学院,武汉 430048;2.湖北省荆楚特色食品产业技术研究院,荆州 434000)摘摘 要要:目的目的 优化莲藕多糖的碱法提取工艺并评价其抗氧化活性。方法方法 以多糖提取率为指标,以料液比、NaOH 浓度、提取时间和提取温度为考察因素进行单因素实验,结合响应面法对提取工艺进行优化,并分析所得莲藕多糖的纯度、相对分子质量和自由基清除能力。结果结果 响应面优化结果显示,除料液比以外,NaOH 浓度、提取时间和提取温度对莲藕多糖提取率均具有显著影响(P0.05)。确定最佳工艺条件为:料液比 1:16(g/mL)、NaOH 浓度 0.04 mol/L、提取时间 1.3 h、提取温度 57,此条件下的多糖提取率达 13.07%,与预测值 13.52%相近。该碱法提取多糖的纯度达 73.66%,平均相对分子质量为 1.727105 Da。抗氧化活性评价结果显示,莲藕多糖具有清除 1,1-二苯基-2-三硝基苯自由基和羟基自由基的能力,且清除率与多糖浓度成正比。结论结论 优化了碱提莲藕多糖的提取工艺,且提取得到的多糖具有较好的抗氧化活性,为莲藕资源的开发利用提供了理论依据。关键词关键词:莲藕;多糖;响应面分析法;碱法提取;抗氧化活性 Optimization of alkaline extraction technology and evaluation of antioxidant activity of Nelumbo nucifera Gaertn.polysaccharide ZHANG Zhao1,YI Yang1,2,PENG Kai-Di1,2,HOU Wen-Fu1,2,SUN Ying1,2*(1.School of Food Science and Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430048,China;2.Hubei Industrial Technology Research Institute of Jingchu Special Foods,Jingzhou 434000,China)ABSTRACT:Objective To optimize the alkaline extraction technology of Nelumbo nucifera Gaertn.polysaccharide and evaluate its antioxidant activity.Methods The extraction rate of polysaccharide was taken as the index,the single factor experiment was carried out with the ratio of solid to liquid,NaOH concentration,extraction time and extraction temperature as the factors.The response surface methodology was used to optimize the extraction process,and the purity,molecular weight and free radical scavenging ability of the obtained Nelumbo nucifera Gaertn.polysaccharide were analyzed.Results The results of response surface optimization showed that NaOH concentration,extraction time and extraction temperature had significant effects on the extraction yield of polysaccharides(P0.05)except for ratio of solid to liquid.The optimal extraction conditions were as follows:The solid-liquid ratio of 1:16(g/mL),the DOI:10.19812/ki.jfsq11-5956/ts.2023.02.040第 2 期 张 召,等:莲藕多糖的碱法提取工艺优化与抗氧化活性评价 257 NaOH concentration 0.04 mol/L,the extraction time of 1.3 h and the extraction temperature of 57.Under these conditions,the extraction rate of polysaccharide was the highest,up to 13.07%,which was close to the predicted value of 13.52%.The purity of the polysaccharide extracted by the alkali method reached 73.66%,and the average relative molecular mass was 1.727105 Da.The results of antioxidant activity evaluation showed that Nelumbo nucifera Gaertn.polysaccharide had the ability to scavenge 1,1-diphenyl-2-picryhydrazyl radical and hydroxyl radical,and the ability to scavenging rate was proportional to the concentration of polysaccharide.Conclusion The extraction process of Nelumbo nucifera Gaertn.polysaccharides is optimized,and it has good antioxidant activity,which provides a theoretical basis for the development and utilization of Nelumbo nucifera Gaertn.resources.KEY WORDS:Nelumbo nucifera Gaertn.;polysaccharide;response surface analysis method;alkaline extraction;antioxidant activity 0 引 言 莲藕作为一种水生蔬菜,以其特有的风味及营养物质广受消费者青睐1,在我国种植面积达 40 万 hm2以上,主要集中在长江流域及其以南地区2,其中湖北省的莲藕种植面积和产量居全国首位3。莲藕具有较高的营养价值,富含多糖、多酚、蛋白质、维生素、矿物质等48。古籍记载,莲藕具有消炎、止泻、解暑、开胃、安神等功效9,而现代药理学研究表明,莲藕及其提取物在免疫调节、降血脂、降血压、降血糖、抗氧化、抑菌等方面都具备良好功效1013,表明莲藕在功能食品和生物医药领域具有良好的利用价值。莲藕多糖作为莲藕中重要的生物大分子,是莲藕功效活性发挥的重要来源,因此,莲藕多糖的提取与应用对莲藕资源开发具有重要意义。目前,莲藕多糖的提取往往直接采用热水提取法1415。在提取过程中,部分莲藕淀粉溶出由于高温发生糊化,导致提取体系黏度升高,不利于多糖的溶出,且使莲藕多糖的提取率和纯度普遍偏低。另外,水提之后剩余的藕渣通常直接被丢弃,其中还存在许多不能被水提出的多糖未得到充分挖掘。碱法提取是多糖提取常用的一种方法,相比于水提,碱法提取对细胞壁结构破坏程度更高,更有利于多糖溶出1617。窦佩娟等18采用热水提取法得到水提茶树菇多糖,然后利用水提后剩余残渣用碱法提取得到碱提茶树菇多糖,比较了两种多糖结构特征以及生物活性,为茶树菇多糖的开发和资源充分利用提供了实验依据。另外相关文献表明,-淀粉酶可以水解淀粉及纤维素,使细胞壁破裂从而有效提高多糖的提取率1920,但需在酶解后利用高温使酶失活。张梦洁等10采用热水联合-淀粉酶提取得到的莲藕多糖具有较好的生物活性,但多糖含量及相对分子质量均较低。因此,寻求更高效的多糖提取方法是促进莲藕多糖应用的重要途径。因此,鉴于目前莲藕多糖提取率、多糖含量、相对分子质量低且资源利用不充分的问题,本研究拟利用-淀粉酶处理原料后进行热水提取,水提后剩余藕渣利用碱法提取得碱提莲藕多糖,通过单因素实验,以多糖提取率为响应值,运用 Box-Behnken 响应面分析优化莲藕多糖的碱法提取工艺,并探究碱提莲藕多糖的基本组成及其抗氧化活性,为莲藕多糖的进一步深入研究提供参考,为莲藕资源的开发利用提供理论基础。1 材料与方法 1.1 实验材料与试剂 新鲜莲藕(鄂莲五号,武汉市金水祺良农副产品有限公司)清洗切片,65烘干磨粉后放入干燥皿中保存备用。-淀粉酶(枯草杆菌 4000 U/g,上海源叶生物科技有限公司);无水乙醇、浓硫酸、盐酸、苯酚、NaOH、3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)、葡萄糖、过氧化氢、水杨酸、FeSO47H2O(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);考马斯亮蓝 G250(纯度90%,北京雷根生物技术有限公司);牛血清白蛋白(纯度 7.5%,北京索莱宝科技有限公司);1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)(分析纯,北京瑞达恒辉科技发展有限公司)。1.2 实验设备 DHAUS 电子天平(精度 0.1 mg,奥豪斯仪器常州有限公司);DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器、YRE2000B旋转蒸发仪(巩义予华仪器有限公司);TG18M 高速离心机(长沙平凡仪器仪表有限公司);HR2168 粉