超声波-微波协同提取西瓜皮多糖及体外抗氧化活性研究

◎ 王秀杰，相 艳，金 杰

（江苏省徐州医药高等职业学校 制药工程系，江苏 徐州 221116）

西瓜皮富含多种氨基酸和糖类，以及一些丰富的矿物质和维生素C等[1-2]，营养价值高，具有保健作用[3-4]。大量研究表明，植物多糖除有免疫调节、抗肿瘤[5]生物学效应外，还有抗衰老[6]、降血糖、抗凝血[7]等作用，且对机体毒副作用小。目前西瓜皮多糖提取一般采用溶剂浸提法[8]，酸、碱提取法[9]，酶提取法[10]，超滤法[11]，微波提取法[12]和超声波提取法[13]。本研究采用超声波-微波协同法提取西瓜皮多糖，用单因素和正交试验法确定西瓜皮多糖提取的最佳工艺，并进行了质量评价和抗氧化能力测定，为提高西瓜皮的综合利用价值，进一步加强农副产品资源高效利用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

JA50038电子分析天平：上海精科天美科学有限公司；UV-2000紫外可见分光光度计：尤尼柯上海仪器有限公司；CW-2000型超声波微波协同萃取装置：新拓分析仪科技有限公司；HX-10N-50B试验型冷冻干燥机：上海沪析实业有限公司。

T-AOC测定试剂盒，购于南京建成生物试剂公司。其他试剂均为分析纯试剂。

1.2 材料

京欣西瓜，购于徐州市大润发超市。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

西瓜皮多糖工艺提取流程为西瓜皮→清洗干燥→粉碎过筛→加入提取溶液→（超声波-微波辅助浸提）→离心分离→过滤→醇沉→脱除蛋白→二次醇沉→真空干燥→粗多糖。

1.3.2 试验方案设计

（1）西瓜皮多糖提取方法设计。西瓜皮粉碎过100目筛，准确称取1 g于锥形瓶中，加入40 mL蒸馏水，用超声波-微波协同反应器进行提取，设置超声功率200 W，提取温度70 ℃，提取时间300 s进行试验。离心后取上清液并稀释后，测定吸光度。①单因素试验。分别考察西瓜皮粉的料液比为1∶20 （g∶mL）、1∶30 （g∶mL）、1∶40 （g∶mL）、1∶50 （g∶mL）和1∶60 （g∶mL）；超声功率为100 W、150 W、200 W、250 W和300 W；提取温度为50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃；提取时间为100 s、200 s、300 s、400 s和500 s对西瓜皮多糖提取效果的影响。②正交试验。在选定单因素试验的基础上，考虑到因素之间的交互影响，设计4因素3水平正交试验，对西瓜皮多糖提取工艺进行研究。

（2）西瓜皮多糖得率测定。采用蒽酮硫酸法对提取的多糖进行测定[14]，分别取0 mL、0.30 mL、0.60 mL、0.90 mL和1.20 mL，浓度为0.1 mg·mL-1的葡萄糖标准溶液，补加蒸馏水至1.20 mL，分别加入蒽酮-硫酸溶液6.80 mL，混匀后，沸水浴加热10 min，立即在冷流水下进行冷却，并在紫外可见分光光度计波长620 nm下测定吸光度。多糖得率测定为：

式中：X为西瓜皮多糖得率，%；Cx为样品多糖测定浓度，μg·mL-1；V为样品定容测定体积，mL；F为样品测定稀释倍数；m为样品质量，g。

（3）西瓜皮多糖提取物的质量评价。按照西瓜皮多糖最佳提取工艺得到的提取液进行离心得到上清液后，分别进行两次Sevege法除蛋白和两次醇沉后，进行真空冷冻干燥得到西瓜皮多糖成品，参照《枸杞多糖》产品标准[15]进行西瓜皮多糖提取物的质量评价。

（4）西瓜皮多糖提取物总抗氧化能力测定。选用常用的食品抗氧化剂维生素C和BHA，在相同条件下选用总抗氧化能力（T-AOC）测定试剂盒同本试验得到的西瓜皮多糖粉进行总抗氧化能力比较测定。总抗氧化能力计算公式为：

2 结果与分析

2.1 蒽酮-硫酸法测定多糖标准曲线

根据1.3.2（1）方法，采用蒽酮硫酸法进行西瓜皮多糖得率测定，其标准曲线绘制，如图1所示。由图1可知，蒽酮-硫酸法测定多糖的线性拟合方程为：y=0.044 5x+0.002 4，相关系数r达到了0.999 9，科学研究中标准曲线的相关系数r通常要求不低于0.999即可。因此，本试验多糖测定的标准曲线能完全满足多糖检验要求。

图1 蒽酮硫酸法测定多糖标准曲线图

2.2 单因素试验结果

2.2.1 料液比对西瓜皮多糖提取率的影响

按照1.3.2（1）试验方案设计进行料液比单因素试验，考察料液比对西瓜皮多糖提取效果的影响，结果如图2所示。由图2可知，随着料液比的增加，西瓜皮多糖得率呈现先降低后增加再降低现象，在料液比为1∶50 （g∶mL）时，西瓜皮多糖得率达到了最大值。料液比增加，多糖的溶出量随之增加，西瓜皮多糖得率升高；当料液比继续增大，多糖溶出可能达到饱和，但加入的物料质量在增加，导致得率降低[16]。所以本试验选择料液比1∶50 （g∶mL）为最佳。

图2 不同料液比对西瓜皮多糖得率的影响图

2.2.2 超声功率对西瓜皮多糖得率的影响

按照1.3.2（1）试验方案设计进行超声功率单因素试验，考察超声功率对西瓜皮多糖得率效果的影响，结果如图3所示。

图3 不同超声功率对西瓜皮多糖得率的影响图

由图3可知，随着超声功率的增加，西瓜皮多糖得率不断增大，当超声功率为250 W时，西瓜皮多糖得率达到最大值，随着超声功率的继续增加，西瓜皮多糖得率开始下降，这可能是由于超声功率过高会导致空化泡在声波的压缩相内来不及发生破裂，使得细胞壁破坏不完全，从而不利于提取，导致西瓜皮多糖得率减少，所以选定微波功率250 W为最佳[17]。

2.2.3 提取时间对西瓜皮多糖得率的影响

按照1.3.2（1）试验方案设计进行提取时间单因素试验，考察提取时间对西瓜皮多糖得率的影响，结果见图4。

图4 不同提取时间对西瓜皮多糖得率的影响图

由图4可知，随着提取时间的延长，西瓜皮多糖得率不断增加，当提取时间为300 s时，西瓜皮多糖得率达到最大值，随着提取时间的进一步延长，多糖得率逐渐降低，可能是由于超声波具有较强的机械剪切作用，使大分子多糖的糖苷键断裂，从而导致多糖含量下降，所以选定提取时间300 s为最佳[18]。

2.2.4 提取温度对西瓜皮多糖得率的影响

按照1.3.2（1）试验方案设计进行提取温度单因素试验，考察提取温度对西瓜皮多糖得率的影响，结果见图5。

图5 不同温度对西瓜皮多糖得率的影响图

由图5可知，随提取温度的增加，西瓜皮多糖得率出现先增加后减小现象，当提取温度为80 ℃时，西瓜皮多糖得率达到最大值，这是由于提取温度过高可能使多糖结构发生改变，导致已溶出多糖的降解，从而使西瓜皮多糖得率降低，所以选定提取温度80 ℃为最佳[19]。

2.3 西瓜皮多糖提取正交试验

根据单因素试验结果，以料液比、温度、功率和时间为影响因素，以西瓜皮多糖得率为考察指标，进行4因素3水平正交试验设计，并对西瓜皮多糖的提取工艺进行优化。正交试验结果见表1。

表1 西瓜皮多糖提取正交试验表

由表1可知，在超声波微波协同法提取西瓜皮多糖的正交试验中第4组A2B1C2D3的西瓜皮多糖得率最高，达到了13.0%；根据k值分析，对西瓜皮多糖得率影响因素的大小顺序为D＞C＞B＞A。根据k值可知，西瓜皮多糖提取的最优组合为A2B2C2D3，核对正交试验表1中没有符合的试验号，因此有必要与4号试验组得率最高的A2B1C2D3组合进行验证试验，结果见表2。由表2可知，A2B2C2D3比A2B1C2D3的得率高，最终选定西瓜皮多糖提取得最佳组合为A2B2C2D3，即料液比1∶50（g∶mL），提取温度80 ℃，超声功率250 W，提取时间400 s。

表2 验证试验表

2.4 西瓜皮多糖提取物质量评价

将得到的西瓜皮多糖成品与《枸杞多糖》（QB/T 5176—2017）标准进行主要指标比较，并进行质量评价，结果见表3。

表3 西瓜皮多糖提取物的质量评价表

2.5 西瓜皮多糖提取物总抗氧化能力测定

将食品抗氧化剂维生素C和BHA同得到的西瓜皮多糖提取物进行总抗氧化能力比较。试验中均准确称量0.030 g维生素C、BHA和西瓜皮多糖提取物，溶解并稀释后，采用总抗氧化能力试剂盒进行测定，平行测定3次，取其平均值，结果见图6。

图6 不同物质总抗氧化能力的比较图

如图6所示，3种物质中本试验提取的西瓜皮多糖的总抗氧化能力最高，其抗氧化能力比常见的抗氧化剂BHA和维生素C的抗氧化能力分别高出23%和131%。

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）通过正交试验和单因素确定了提取西瓜皮多糖的最佳工艺条件西瓜皮粉碎度为100目，料液比为1∶50 （g∶mL），功率250 W，温度80 ℃，时间400 s，溶剂pH=7时，多糖提取得率最好。

（2）在最佳条件下得到的西瓜皮多糖的成品为颜色一致的黄褐色粉末状，无异味，多糖含量达到62%，并对其进行质量评价，符合《枸杞多糖》（QB/T 5176—2017）的国家标准要求。

（3）本试验得到的西瓜皮多糖提取物有较强的抗氧化活性，其抗氧化能力比常见的抗氧化剂BHA和维生素C的抗氧化能力分别高23%和131%。

3.2 讨论

微波提取技术是指使用适合的溶剂在微波反应器中从天然药用植物、矿物、动物组织中提取各种化学成分的技术和方法，该技术与现有其他提取技术相比优势明显,可有效提取物料中的有用成分,对提取物具有高选择性,并具有提取快、产率高、省时、耗能低、溶剂用量少、生产线组成简单、节省投资和无污染等优点。本研究以超声微波辅助提取得到的西瓜皮多糖得率较高，并且西瓜皮多糖具有强体外抗氧化活性，本试验优化的西瓜皮多糖提取工艺合理可行,可为西瓜皮多糖的研究与开发提供一定的理论依据。本研究后期会继续对提取得到的西瓜皮多糖进行进一步纯化，进行多糖种类和性质的深入研究，以尽快实现对西瓜皮多糖的工业化应用。