火龙果为仙人掌科量天尺属Hylocereus或蛇鞭柱属Selenicereus，其花性微寒、味甘、入肺，具有清热痰、除积热、止气痛、理痰火等功效，对治疗脑动脉硬化、肺结核、支气管炎、颈淋巴结核、腮腺炎、心血管疾病有明显疗效^{[1, 2]}。火龙果花中包含多种活性成分，包括多糖、皂苷、植物甾醇、黄酮等^{[3, 4, 5, 6, 7]}，其中多糖是主要的活性成分^[2]。目前对火龙果花多糖的研究主要集中在热水和微波辅助提取方面^{[3, 4]}，而有关超声波辅助提取多糖的研究未见报道。本研究分别渐次通过考察超声功率、料水比、超声时间等3个单因素对火龙果花多糖提取的影响，之后采用正交试验获得超声波辅助提取火龙果花多糖的最优工艺条件，并检测多糖在不同质量浓度下的总抗氧化能力和清除羟自由基能力，研究结果将为火龙果花的开发利用提供依据。

火龙果花：品种为“白玉火龙果”、“红心火龙果”。2013年9月在莆田市忠门镇火龙果种植基地采集，根据实验要求分别把新鲜的火龙果花60℃热风干燥后粉碎备用。

主要试剂：95%乙醇、苯酚、浓硫酸、葡萄糖均为分析纯；总抗氧化能力、羟自由基检测试剂盒：南京建成生物工程研究所。

主要仪器：DHG-9143BS-Ⅲ电热恒温鼓风干燥箱，上海新苗医疗器械制造有限公司；HT-200B型数控超声波清洗器，济宁恒通超声电子设备有限公司；Neofuge 18R台式高速冷冻离心机，香港力康生物医疗科技控股集团；T6新世纪紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司。

火龙果花→干燥→粉碎→超声波处理→加热(90℃，1 h)→离心收集上清液→乙醇沉淀→离心→冷冻干燥→多糖粗品。

采用苯酚-硫酸法测定火龙果花多糖^[3]。

(1)超声波功率： 精确称取2.0 g白玉火龙果花粉末，在料水比1∶35(w/v)、超声波时间50 min的条件下进行试验，考察不同超声波功率(100、120、140、160、180、200 W)对火龙果花多糖提取量的影响。

(2) 料水比： 精确称取2.0 g白玉火龙果花粉末，在超声波功率180 W，超声波时间50 min的条件下进行试验，考察不同料水比(1∶25、1∶35、1∶45、1∶55、1∶65)(w/v)对火龙果花多糖提取量的影响。

(3)超声波时间： 精确称取2.0 g白玉火龙果花粉末，在超声波功率180 W，料水比1∶35(w/v)的条件下进行试验，考察不同超声波时间(20、30、40、50、60 min)对火龙果花多糖提取量的影响。

根据单因素试验结果，设计L₉(3³)正交试验的因素水平表(表1)，对超声波提取火龙果花多糖的条件进行优化。

表1(Tab. 1)

表1 因素水平Tab. 1 Factors of orthogonal experiment 水平 因素 A超声功率/W B料水比 C超声波时间/min 1 1(140) 1(1∶35) 1(40) 2 2(160) 2(1∶45) 2(50) 3 3(180) 3(1∶55) 3(60)

表1 因素水平 Tab. 1 Factors of orthogonal experiment

试验设0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mg·mL^-1 6个不同质量浓度的多糖溶液，品种为白玉火龙果和红心火龙果。体外抗氧化作用的测定参照检测试剂盒。

试验结果显示(图1)，随着超声功率的增加，火龙果花多糖的提取量呈现先上升后下降的趋势。超声功率为180 W时，火龙果花多糖的提取量最高，为66.85 mg·g^-1，并与除160 W外其他超声功率下的提取量存在极显著差异(P<0.01)。这主要是因为当超声时间一定时，超声功率越大，机械剪切和空化作用越强，多糖提取量逐渐增加。但当功率过大易导致糖苷键的断裂，从而使多糖提取量降低。所以超声功率选择范围140、160、180 W。

图1(Fig.1)

图1 超声功率对火龙果花多糖提取量的影响 Fig.1 Effect of ultrasonic power on polysaccharide extraction of pitaya flowers 注：不同大、小写字母表示差异极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)，下同。

由图2可知，随着料水比的增加，火龙果花多糖的提取量呈先快速增加后缓慢下降的趋势。料水比在1∶35时，火龙果花多糖的提取量极显著(P<0.01)提高，并达到最高值，为68.08 mg·g^-1，应该是增加加水量，使多糖易于溶出的原因。料水比在1∶35~1∶55时，不同料水比下的提取量无显著差异，可能是因为提取溶液浓度已接近饱和。所以料水比选择范围为1∶35、1∶45、1∶55。

图2(Fig.2)

图2 料水比对火龙果花多糖提取量的影响 Fig.2 Effect of solid:liquid ratio on polysaccharide extraction of pitaya flowers

超声时间对火龙果花多糖提取的影响如图3所示，结果表明，随着超声时间的增加，火龙果花多糖的提取量呈先增加后下降的趋势。超声时间在20~50 min时，多糖提取量随着时间的增加而显著升高(P<0.05)，提取量最高时达到66.66 mg·g^-1，且极显著(P<0.01)高于其他超声时间下的提取量。超声时间在50~60 min时，随着时间增长多糖提取量略有下降，但与50 min时的提取量无显著差异。因此，超声时间选择范围40、50、60 min。

图3(Fig.3)

图3 超声时间对火龙果花多糖提取量的影响 Fig.3 Effect of ultrasonic application time on polysaccharide extraction of pitaya flowers

超声功率、料水比、超声时间对火龙果花多糖提取的正交试验结果见表2。比较各因素的极差结果可知，R_A>R_B>R_C，即超声功率是对火龙果花多糖提取影响最大的因素，其次是料水比，超声时间的影响最小。对比K值可知，A₃B₃C₂为最优水平，说明超声波提取火龙果花多糖的最优工艺条件为超声功率180 W、料水比1∶55，超声时间50 min。以白玉火龙果花为材料，在最优试验条件下提取，3次重复的提取量分别为67.34、69.44、68.69 mg·g^-1，平均为68.49 mg·g^-1，变异系数为1.06，试验结果显示最优工艺条件火龙果花多糖的提取量最高，且工艺稳定，重复性好。

表2(Tab. 2)

表2 正交试验结果Tab. 2 Results from orthogonal experiment 试验号 A超声功率/W B料水比 C超声时间/min 多糖提取量/(mg·g-1) 1 140 1∶35 40 49.69 2 140 1∶45 50 55.81 3 140 1∶55 60 60.07 4 160 1∶35 50 67.99 5 160 1∶45 60 57.17 6 160 1∶55 40 63.58 7 180 1∶35 60 64.87 8 180 1∶45 40 67.49 9 180 1∶55 50 63.23 K1 165.57 182.55 180.76 K2 188.74 180.47 187.03 K3 195.59 186.88 182.11 R 30.02 6.41 6.27 优水平 A3 B3 C2

表2 正交试验结果 Tab. 2 Results from orthogonal experiment

利用选出的最优工艺提取红心火龙果花多糖，其多糖提取量分别为70.95、71.06、71.68 mg·g^-1，平均为(71.23±0.39)mg·g^-1，显著高于白玉火龙果花(P<0.05)。

研究结果显示(图4)，火龙果花多糖具有较强的总抗氧化能力，且随着质量浓度的增加其抗氧化能力逐渐增强。在0.5~3.0 mg·mL^-1质量浓度范围内，红心火龙果花的总抗氧化能力与多糖浓度呈线性关系，其拟合方程为y=1.8587x+0.7269，R² = 0.990 3。同时在相同质量浓度的条件下，白玉火龙果花多糖的总抗氧化能力均高于红心火龙果花。在质量浓度0.5 mg·mL^-1时，2个火龙果品种间存在显著差异(P<0.05)，当质量浓度增加到1.0~2.5 mg·mL^-1时，2个品种间的差异达到极显著(P<0.01)水平，后随着浓度的继续增加2个品种间不存在显著差异，白玉和红心火龙果花多糖的总抗氧化能力分别达到12.62、11.50 U·mL^-1。

图4(Fig.4)

图4 火龙果花多糖的总抗氧化能力 Fig.4 Antioxidant capacities of polysaccharides from flowers of two pitaya varieties

火龙果花多糖的清除羟自由基能力见图5，结果表明随着质量浓度的增加，火龙果花多糖清除羟自由基能力逐渐增强。在质量浓度为0.5~2.0 mg·mL^-1、0.5~3.0 mg·mL^-1时，白玉和红心火龙果花的清除羟自由基能力分别与多糖浓度线性相关。其拟合方程分别为y=1226.4x-264(R² =0.999 8)；y=953.25x+104.7(R² =0.994 8)。在质量浓度0.5 mg·mL^-1时，白玉火龙果花的清除羟自由基能力显著(P<0.05)高于红心火龙果花，在浓度范围1.0~2.5 mg·mL^-1时，白玉火龙果花极显著(P<0.01)高于红心火龙果花，多糖质量浓度增加到3.0 mg·mL^-1时，白玉、红心火龙果花多糖的清除羟自由基能力分别为5 744.90、5 700.12 U·mL^-1，且二者间无显著差异。

图5(Fig.5)

图5 火龙果花多糖的清除羟自由基能力 Fig.5 Hydroxyl radical scavenging of polysaccharides from flowers of two pitaya varieties

本研究把超声波技术应用到火龙果花多糖的提取中，通过单因素和正交试验进行条件优化，获得最佳的提取条件为超声功率180 W、料水比1∶55、超声时间50 min，白玉、红心火龙果花多糖的提取量分别为68.49、71.23 mg·g^-1，平均为69.86 mg·g^-1，比热水^[3]、微波辅助提取^[4]分别高出25.04%、6.48%。再者超声波辅助提取火龙果花多糖方法的用时为110 min，比热水法^[3]缩短了70 min。

总抗氧化能力是指整体抗氧化能力的总和。根据多糖提取量和质量浓度计算出火龙果花的总抗氧化能力，白玉火龙果为288.22~374.97 U·g^-1，红心火龙果为272.93~318.79 U·g^-1。张名位等^[8]检测的华南11种蔬菜类型52种主要蔬菜原汁的总抗氧化能力为66.9~225.8 U·mL^-1，如果按1 g蔬菜产生1 mL原汁的结果与火龙果花的总抗氧化能力对比显示，白玉火龙果花的总抗氧化能力是11种蔬菜类型的1.28~4.36倍，红心火龙果是1.21~3.71倍。

羟自由基毒性强、危害大，往往很难消除。计算结果显示火龙果花清除羟自由基能力不低于1.3×10⁵ U·g^-1，远高于12种市售食用花卉(金银花、茉莉花、花卉红花、栀子、厚朴花、花卉玫瑰花、迭迭香、野菊花、菊花、丁香、花卉槐花、勿忘我)的清除羟自由基能力(724.9~1 110.9 U·g¹)^[9]，也远高于11种蔬菜类型52种主要蔬菜原汁^[8]的清除羟自由基能力(524.0~6 056.4 U·mL^-1)。

综上可知，超声波法的多糖提取量高于热水法，提取时间缩短1/3，且多糖具有较强的生物活性，所以超声波辅助法是未来火龙果花多糖工业化生产可采用的理想方法之一。