正交法優(yōu)化黃精多糖的提取工藝

王毅 穆麒麟 田小海

摘要：以恩施市藥用經(jīng)濟(jì)植物黃精（Polygonatum sibiricum）地上的莖和葉為試驗(yàn)材料，水為提取溶劑分別對(duì)黃精的莖和葉進(jìn)行試驗(yàn)，得到優(yōu)化后的提取工藝。研究發(fā)現(xiàn)，在料液比為1∶20（g∶mL），提取時(shí)間為2 h，溫度為80 ℃時(shí)，黃精莖多糖的提取率為19.87%，黃精葉多糖的提取率為17.13%。結(jié)果表明，黃精莖中的多糖含量高于葉，但總體來(lái)看黃精的莖和葉中的多糖含量還是較高的，工業(yè)生產(chǎn)可以考慮進(jìn)一步利用。

關(guān)鍵詞：黃精（Polygonatum sibiricum）;多糖;提取工藝;正交法

中圖分類號(hào)：R283.3 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）15-0114-04

Abstract： The stems and leaves of medicinal economic plant Polygonatum sibiricum in Enshi city were used as test materials， and water was used as the extraction solvent to test the stems and leaves of Polygonatum sibiricum respectively， the optimized extraction process was obtained. The study found that when the ratio of material to liquid was 1∶20 （g∶mL）， the extraction time was 2 h and the temperature was 80 ℃， the yield of polysaccharide from Polygonatum sibiricum stems was 19.87%， the yield of polysaccharides from Polygonatum sibiricum leaf was 17.13%. The results show that the polysaccharide content in the stems of Polygonatum sibiricum are higher than that in leaves， but in general， the polysaccharide content in stems and leaves of Polygonatum sibiricum are still relatively high， and industrial production can be considered for further utilization.

Key words： Polygonatum sibiricum; polysaccharide; extraction process; orthogonal method

黃精（Polygonatum sibiricum）是百合科黃精屬的多年生草本植物[1]，已被作為中草藥使用超過(guò)2 000年[2]。根據(jù)烘干后根狀莖的形態(tài)，習(xí)慣上將其分為大黃精、雞頭黃精、姜型黃精三大類[3]。顯著的醫(yī)療作用和潛在的市場(chǎng)效益，使得野生黃精的可利用資源迅速縮減，如今人工種植的黃精成為市場(chǎng)供應(yīng)的主要組成部分。隨著科技的不斷發(fā)展，黃精的許多藥用價(jià)值陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，在臨床醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[4-8]。

多糖的研究利用已經(jīng)滲透到臨床醫(yī)藥、食品工程、化妝品、飼料研發(fā)的各個(gè)領(lǐng)域[4]。已有研究表明黃精多糖主要由半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、木糖、葡萄糖組成，具有調(diào)節(jié)免疫力、降低血糖和血脂、抗病毒和腫瘤等功效[5-9]。目前黃精多糖主要是從黃精塊狀根莖中提取出來(lái)的植物多糖，因此人們?cè)诶迷撍幉牡臅r(shí)候，都主要采用其地下部分，而地上部分很少被利用。為了最大限度地發(fā)揮黃精的藥用價(jià)值，提高黃精的經(jīng)濟(jì)效益，本研究對(duì)產(chǎn)于恩施的姜型黃精莖和葉中多糖的含量進(jìn)行檢測(cè)，并分析了黃精地上部分多糖的最優(yōu)提取條件。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和試劑

試驗(yàn)所用黃精屬于姜型黃精，其莖和葉由湖北省恩施州恩施市大地生物研究所提供。

試驗(yàn)用無(wú)水乙醇、濃硫酸、石油醚、葡萄糖、苯酚等試劑均為分析純，購(gòu)自天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開(kāi)發(fā)有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

DZF-609真空干燥箱（上海精宏設(shè)備有限公司），HH-M8D數(shù)顯恒溫水浴鍋（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司），TDL-80-2B低速臺(tái)式離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠），UVWIN5紫外分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司），F(xiàn)A1004B 精密電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司），DFY-500搖擺式高速萬(wàn)能粉碎機(jī)（天津泰斯特儀器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 材料預(yù)處理 將黃精的地上莖、葉分開(kāi)洗干凈，將試驗(yàn)材料置于60 ℃烘箱中烘干，再將其莖、葉粉碎，用石油醚按照料液比1∶2（g∶mL，下同）進(jìn)行脫脂，烘干備用。

1.3.2 多糖的提取與測(cè)定方法

1）多糖的提取。由于多糖溶于水而不溶于乙醇，所以采取水提法對(duì)多糖進(jìn)行提取?；玖鞒蹋核幉拿撝鸁崴帷x心→收集上清液→濃縮→活性炭除色素→乙醇沉淀→離心→取沉淀物溶于水中，即得到黃精多糖的粗提物[10]。

2）多糖的測(cè)定。用苯酚-硫酸法測(cè)定多糖的含量[11]。

1.3.3 制作標(biāo)準(zhǔn)曲線

1）配制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液。將無(wú)水葡萄糖在105 ℃溫度下烘干至恒重，精確稱取0.1 g無(wú)水葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品置于100 mL的燒杯中，加入適量的去離子水溶解，然后轉(zhuǎn)移到1 000 mL容量瓶中，用去離子水定容，即為葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液。

2）繪制葡萄糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線。將7支20 mL的試管編號(hào)，按表1順序分別加入不同體積的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液和去離子水。然后加入1.0 mL 5%的苯酚溶液，再立即加入5.0 mL濃硫酸，蓋上試管搖勻，置于25 ℃下保存30 min。以0號(hào)試管為參考，制作葡萄糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線。進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，求平均值。用紫外分光光度計(jì)在490 nm波長(zhǎng)處，分別測(cè)定各組試驗(yàn)的吸光度值。最后以吸光度值為縱坐標(biāo)y，以葡萄糖濃度（mg/mL）為橫坐標(biāo)x，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線及回歸方程y=10.506x+0.001 6（R2=0.995）。根據(jù)回歸方程計(jì)算得出葡萄糖濃度，從而算出多糖提取率，公式如下：

多糖提取率=（C×V×N/W）×100% （1）

式中，C為比色管的溶液濃度（mg/mL），V為提取液體積（mL），N為稀釋倍數(shù)，W為樣品干重（g）。

1.4 單因素試驗(yàn)

分別設(shè)計(jì)以料液比、提取時(shí)間、提取溫度3個(gè)因素作單因素試驗(yàn)，考察各單因素對(duì)浸提液中水溶性多糖提取率的影響情況。

1.4.1 料液比 取黃精的莖桿和葉粉末0.4 g，在1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40的料液比條件下提取，考察料液比對(duì)多糖提取率的影響。試驗(yàn)條件為提取次數(shù)2次，提取溫度80 ℃，提取時(shí)間1 h。

1.4.2 提取時(shí)間 分別取黃精的莖和葉粉末0.4 g，在1、2、3、4、5 h的時(shí)間條件下，考察提取時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響。試驗(yàn)條件為提取次數(shù)2次，提取溫度80 ℃，料液比1∶20。

1.4.3 提取溫度 分別取黃精的莖和葉粉末0.4 g，在40、50、60、70、80、90 ℃的溫度條件下，考察不同提取溫度對(duì)多糖提取率的影響。試驗(yàn)條件為提取次數(shù)2次，料液比1∶20，提取時(shí)間1 h。

1.5 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)確定的范圍，取黃精莖、葉混合物（按1∶1混合），進(jìn)行3因素3水平正交試驗(yàn)（表2）。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比與多糖提取率的關(guān)系 由圖1可見(jiàn)，在試驗(yàn)條件為提取次數(shù)2次，提取溫度80 ℃，提取時(shí)間1 h，料液比在1∶10～1∶20 g/mL時(shí)，黃精莖和葉中多糖提取率持續(xù)增長(zhǎng)。當(dāng)料液比大于1∶20時(shí)，多糖提取率不再增長(zhǎng)，原因可能是隨著料液比的增加，樣品中的水溶性多糖已經(jīng)全部溶解在提取液中，故選擇1∶20作為提取黃精多糖的最佳料液比。

2.1.2 提取時(shí)間與多糖提取率的關(guān)系 由圖2可見(jiàn)，在試驗(yàn)條件為提取次數(shù)2次、提取溫度80 ℃、料液比1∶20時(shí)，黃精莖和葉中多糖的提取率在1～2 h明顯增加，在2～4 h呈下降趨勢(shì)，4～5 h趨于平穩(wěn)，可能原因是樣品中水溶性多糖在2 h左右已完全溶解，2 h后繼續(xù)提取多糖含量反而降低，可能是由于長(zhǎng)時(shí)間高溫提取，導(dǎo)致部分水溶性多糖的糖鏈斷裂，故選擇2 h為黃精多糖的最佳提取時(shí)間。

2.1.3 提取溫度與多糖提取率的關(guān)系 由圖3可知，在試驗(yàn)條件為提取次數(shù)2次、料液比1∶20、提取時(shí)間為1 h時(shí)，黃精莖和葉中多糖的提取率在溫度小于80 ℃時(shí)，隨著溫度升高逐漸增加，在溫度為80 ℃時(shí)達(dá)到最大，但是溫度超過(guò)80 ℃時(shí)，多糖的提取率呈降低趨勢(shì)，可能的原因是更高的溫度條件導(dǎo)致多糖結(jié)構(gòu)被損壞，故選擇黃精多糖提取溫度為80 ℃。

2.2 正交試驗(yàn)

由表3、表4可知，優(yōu)化后的最佳提取工藝組合為A2B2C2，即料液比1∶20、提取時(shí)間2 h、溫度80 ℃，各因素之間交互作用不顯著;在3個(gè)因素中，對(duì)多糖提取率的影響程度從高到低為提取溫度、提取時(shí)間、料液比，即在黃精地上部分多糖的提取過(guò)程中主要受提取溫度的影響。由表4方差分析可知，提取溫度對(duì)黃精的地上部分多糖提取率有極顯著影響（P<0.01）;提取時(shí)間對(duì)黃精地上部分多糖提取率有顯著影響（P<0.05）;料液比對(duì)黃精地上部分多糖提取率影響不顯著（P>0.05）。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

精確稱取黃精莖和葉的樣品混合粉末1.0 g（1∶1混合），料液比1∶20，在80 ℃的水浴鍋中水浴2 h，重復(fù)3次，得到黃精莖和葉的樣品混合粉末的多糖提取率為18.61%，與正交試驗(yàn)中的最大提取率相近，說(shuō)明優(yōu)化后的工藝穩(wěn)定可靠，重現(xiàn)性比較好。

分別精確稱取黃精莖和葉粉末1.0 g，以上述相同試驗(yàn)條件，重復(fù)3次，得黃精莖多糖平均提取率為19.87%，葉多糖平均提取率為17.13%。

3 小結(jié)與討論

正交法優(yōu)化后在黃精莖和葉等比例混合的材料中，得出最適合提取黃精多糖的工藝為料液比1∶20、提取時(shí)間2 h、溫度80 ℃，多糖的提取率為18.61%。此外通過(guò)以上試驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)黃精莖中多糖提取率略高于葉。

研究表明，黃精不論是莖還是葉中都含有大量的多糖。在當(dāng)前黃精市場(chǎng)需求持續(xù)提高的情況下，對(duì)黃精的地上部分進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，可以進(jìn)一步提高黃精的利用率，提升其經(jīng)濟(jì)效益。此外，通過(guò)本研究?jī)?yōu)化后的提取工藝，可為后續(xù)黃精地上部分開(kāi)發(fā)黃精茶葉提供一定的技術(shù)支撐。

總體而言，本試驗(yàn)研究了黃精莖和葉中多糖的含量，為其開(kāi)發(fā)利用提供了一定方向，但試驗(yàn)中也存在一些不足。本試驗(yàn)所用到的標(biāo)準(zhǔn)品葡萄糖，沒(méi)有在試驗(yàn)之前做一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的紫外掃描吸收光譜，可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果存在一定偏差。后續(xù)研究中可以先確定標(biāo)準(zhǔn)品葡萄糖的紫外掃描吸收光譜，以確定其最大吸收峰。同時(shí)如果要進(jìn)一步得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，在提取的過(guò)程中還要檢驗(yàn)提取液中是否存在其他的雜質(zhì)，如用紫外分光光度計(jì)測(cè)定波長(zhǎng)時(shí)，還應(yīng)該進(jìn)一步鑒定提取液中是否存在蛋白質(zhì)、色素等雜質(zhì)。本研究提到的黃精茶葉只是考慮到多糖成分，事實(shí)上黃精地上部分的其他主要有效成分如甾體皂苷、黃酮類和生物堿也有很好的食療價(jià)值，后續(xù)的研究中將黃精莖和葉的有效成分進(jìn)行綜合分析，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)黃精資源最大限度的利用。

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