海金沙組培苗水溶性多糖和總黃酮綜合提取工藝優(yōu)化

楊 婷，武 蕓，2，*，鄭小江，2

(1.生物資源保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北民族學(xué)院，湖北恩施 445000; 2.湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北恩施 445000)

海金沙組培苗水溶性多糖和總黃酮綜合提取工藝優(yōu)化

楊 婷1，武 蕓1，2，*，鄭小江1，2

(1.生物資源保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北民族學(xué)院，湖北恩施 445000; 2.湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北恩施 445000)

研究了熱水浸提海金沙組培苗水溶性多糖和總黃酮綜合提取工藝的優(yōu)化。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選定提取溫度、提取時(shí)間及料液比進(jìn)行3因素3水平中心組合實(shí)驗(yàn)，建立水溶性多糖和總黃酮的總得率二次回歸方程，通過響應(yīng)面分析得到較優(yōu)的綜合提取工藝參數(shù)為提取時(shí)間2.1h、提取溫度80.6℃和料液比1∶26.2(g/mL)。在此優(yōu)化條件下得到海金沙組培苗中水溶性多糖提取得率為13.241%，總黃酮得率為3.211%，二者總得率為16.452%。

海金沙，水溶性多糖，總黃酮，綜合提取，響應(yīng)面分析

海金沙(Lygodium japonicum)是海金沙科(Lygodiaceae)海金沙屬(Lygodium)多年生蕨類植物［1－3］，全草和成熟孢子均可入藥，有利水通淋、清熱解毒之功效，可治療尿路結(jié)石、尿路感染、腎炎水腫、濕熱腫滿、皮膚濕疹、腸炎痢疾、咽喉腫痛等癥狀。海金沙多糖是海金沙的有效成分之一，對(duì)細(xì)菌及真菌都有抑制作用，具有修復(fù)造血系統(tǒng)、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫、抗腫瘤、抗病毒和抗氧化等作用。海金沙黃酮具有抗腫瘤及抑菌作用，在臨床上，海金沙已作為一種中草藥應(yīng)用于防治腫瘤等疾病，將海金沙多糖、黃酮開發(fā)為天然藥物免疫促進(jìn)劑和調(diào)節(jié)劑應(yīng)用于疾病防治方面具有重要意義［4－6］。目前對(duì)黃酮、多糖類化合物的提取、分離和含量測定方法較多［7－9］，而有關(guān)海金沙水溶性多糖和總黃酮的綜合提取研究還未見報(bào)道，本研究采用熱水浸提法對(duì)海金沙組培苗可溶性多糖和總黃酮的綜合提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)用響應(yīng)面分析法來確定其最佳提取工藝［10－16］，具有回歸方程精度高、實(shí)驗(yàn)周期短、能同時(shí)研究幾種因素間交互作用等優(yōu)點(diǎn)。本研究旨在為海金沙綜合開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

海金沙組培苗 生物資源保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(湖北民族學(xué)院)組培室提供，將海金沙組培苗先用自來水洗凈，再用蒸餾水沖洗2～3次，于55～60℃烘箱中烘至恒重，用粉碎機(jī)磨成粉末，過60目篩，裝于試劑瓶中，干燥器內(nèi)貯存?zhèn)溆?無水乙醇、95%乙醇、苯酚、正丁醇、氯仿、標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖、濃硫酸、蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品(含結(jié)晶水)、5%NaNO2、1mol/L NaOH、10%Al(NO3)3等 分析純，均由恩施市紅霞化工有限公司提供;水 雙蒸水。

SZ－93雙重蒸餾水器、植物樣品粉碎機(jī)、756MC－紫外分光光度計(jì)、RE－52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠;HWS12電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限公司;DGX型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;S21－3磁力攪拌器 上海司樂儀器廠;pH計(jì)(PHS－3C)、冷凍干燥機(jī)、低速大容量多管離心機(jī)上海安亭科學(xué)儀器廠;B－191噴霧干燥儀 瑞士。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 海金沙組培苗多糖和黃酮綜合提取工藝流程

精確稱取海金沙組培苗粉末1.0g→熱水浸提水溶性多糖和總黃酮→離心→收集上清液→濃縮為適當(dāng)體積→加入3倍體積乙醇→低溫靜置24h→離心→

a.上清液→減壓濃縮→冷凍干燥→黃酮→30%微熱乙醇溶解→定容至50mL備用。

b.沉淀→再復(fù)溶醇沉一次→冷凍干燥→多糖→水溶并定容至50mL備用。

1.2.2 多糖含量測定 苯酚－硫酸法測定多糖含量［17－18］。

1.2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線制作 精密稱取葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品17mg，置于50mL容量瓶中，加水溶解并稀釋至刻度，搖勻，即得葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液。每管加入葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液和雙蒸水后立即混勻，待各管都加入苯酚試劑后，迅速搖勻，然后迅速加入濃硫酸5mL置于各試管中搖勻，之后置于40℃水浴中，準(zhǔn)確加熱15min后，立即取出置于流水中冷卻10min。再取出所有試管用1cm口徑的比色皿，以第一管為空白，迅速測定其余各管的吸光度。以糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)、吸光度(A490nm)為縱坐標(biāo)，繪出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)曲線并得出線性回歸方程∶A=0.7940x－0.0304，R2=0.9990。

1.2.2.2 多糖含量測定 吸取3份5.0mL樣液置于3支具塞試管中，加苯酚1.0mL和濃硫酸5.0mL，同上做空白對(duì)照，于波長490nm處測定吸光度，按標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計(jì)算出葡萄糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg/mL)。

式中，C為測得樣品溶液中葡萄糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/mL;V為樣品溶液的最終稀釋體積，mL;N為稀釋倍數(shù);m為樣品質(zhì)量，mg。

1.2.3 總黃酮含量測定

1.2.3.1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線制作 標(biāo)準(zhǔn)液制備∶準(zhǔn)確稱取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品5.0g(含結(jié)晶水)，用30%微熱乙醇溶解，倒入50mL容量瓶中，用30%乙醇定容得濃度為0.1mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)液。

標(biāo)準(zhǔn)曲線制作∶準(zhǔn)確吸取標(biāo)準(zhǔn)液0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mL置于6支具塞試管中，加30%乙醇到5mL，加5%NaNO2溶液0.3mL，搖勻放置6min。再加入10%Al(NO3)3溶液0.3mL，搖勻放置6min后，加1mol/L NaOH溶液4mL，加30%乙醇0.4mL，搖勻后放置10～15min，于510nm處測定吸光度，以蘆丁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)、吸光度(A510nm)為縱坐標(biāo)，繪出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)曲線并得出線性回歸方程∶A=1.1624x+ 0.017，R2=0.9998。

1.2.3.2 總黃酮含量測定 采用亞硝酸鈉－硝酸鋁－氫氧化鈉絡(luò)合分光光度法測定總黃酮含量。精確吸取3份5mL樣液置于3支具塞試管中，各加5% NaNO2溶液 0.3mL，搖勻后放置 6min，加入 10% Al(NO3)3溶液 0.3mL，搖勻后放置 6min，加入1moL/L NaOH溶液4mL，加對(duì)應(yīng)濃度乙醇0.4mL，搖勻后放置10～15min。以試劑空白作對(duì)照，于510nm波長處測定吸光度，求出3組平均值，查標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算出樣液中總黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

式中，C為測得樣品溶液中總黃酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/mL;V為樣品溶液的最終稀釋體積，mL;N為稀釋倍數(shù);m為樣品質(zhì)量，mg。

1.2.4 單因素實(shí)驗(yàn) 分別以提取溫度、提取時(shí)間、料液比以及提取次數(shù)為單因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察各單因素對(duì)浸提液中水溶性多糖和總黃酮得率的影響。

溫度的影響∶精確稱取1.0g海金沙組培苗粉于錐形瓶中，加入25mL蒸餾水，在不同溫度的水浴中提取2h，連續(xù)提取2次，按1.2.1方法獲得水溶性多糖和總黃酮。所有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3組平行實(shí)驗(yàn)，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果為其平均值(以下同)。

料液比的影響∶精確稱取1.0g海金沙組培苗粉15份于錐形瓶中，分成3組，每組分別加入蒸餾水10、20、30、40、50mL，在80℃水浴鍋中提取2h，連續(xù)提取2次。

提取時(shí)間的影響∶稱取1.0g的海金沙組培苗干粉于錐形瓶中，加入蒸餾水30mL，在80℃的水浴鍋中提取一定時(shí)間，連續(xù)提取2次。

提取次數(shù)的影響∶稱取1.0g樣粉于錐形瓶中，各按1∶30料液比加入蒸餾水，80℃水浴鍋中提取2h，連續(xù)提取一定的次數(shù)。

1.2.5 中心組合實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定中心組合實(shí)驗(yàn)(CCD)的因素與水平，以測量粗多糖和黃酮的總提取量為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面分析(RSA)對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化。參考單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)Box－Benhnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以浸提溫度、料液比和浸提時(shí)間為因素設(shè)計(jì)中心組合實(shí)驗(yàn)(見表1)。

表1 中心組合設(shè)計(jì)的因素與水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 溫度對(duì)海金沙組培苗水溶性多糖和總黃酮提取得率的影響 結(jié)果(見圖1)顯示，海金沙組培苗總黃酮得率隨溫度升高先上升后下降，70℃達(dá)到最大值2.9%，在70～100℃時(shí)，隨溫度升高而下降的原因可能是高溫使黃酮的化學(xué)結(jié)構(gòu)受到了破壞。其水溶性多糖得率隨著溫度的升高呈現(xiàn)上升趨勢，但在90～100℃時(shí)其得率略有下降。

圖1 溫度對(duì)黃酮和多糖得率的影響

2.1.2 料液比對(duì)海金沙組培苗水溶性多糖和總黃酮提取得率的影響 結(jié)果(見圖2)表明，在一定料液比范圍內(nèi)，海金沙黃酮和多糖含量隨蒸餾水體積的增加不斷升高，到料液比1∶40時(shí)達(dá)到最大值，而后略為下降。料液比1∶40(g/mL)比較理想。

圖2 料液比對(duì)黃酮和多糖得率的影響

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)多糖和黃酮提取得率的影響 結(jié)果見圖3。由圖3可知，總黃酮的提取量隨著時(shí)間的延長先上升后略為下降，在提取2h時(shí)達(dá)到最高。多糖的提取量在一直呈上升趨勢，2h后變化不大。綜合分析，提取2h比較理想。

圖3 提取時(shí)間對(duì)多糖和黃酮得率的影響

2.1.4 提取次數(shù)對(duì)海金沙浸提液中多糖和黃酮提取得率的影響 結(jié)果(見圖4)表明，隨提取次數(shù)的增加，總黃酮和多糖得率都呈下降趨勢，第1次和第2次已經(jīng)將絕大部分的總黃酮和多糖提取出來了，第3、4次的提取物得率比較少，幾乎可以忽略不計(jì)。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇提取2次，提取物得率為兩次提取之和。

2.2 中心組合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

參考單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)Box－Benhnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以浸提溫度、料液比和浸提時(shí)間為因素設(shè)計(jì)中心組合實(shí)驗(yàn)(見表1)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

圖4 提取次數(shù)對(duì)多糖和黃酮得率的影響

表2 中心組合實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果

在15個(gè)實(shí)驗(yàn)中，1～12是析因?qū)嶒?yàn)，13～15是中心實(shí)驗(yàn)，用來估計(jì)實(shí)驗(yàn)誤差。以海金沙組培苗水溶性多糖和總黃酮的總得率為響應(yīng)值(Y)，所得結(jié)果用響應(yīng)面分析軟件(SAS)分析，經(jīng)二次回歸擬合求得響應(yīng)函數(shù)，即回歸方程為∶

從表3的t檢驗(yàn)方差分析表中可以看出，一次項(xiàng)中，浸提溫度對(duì)海金沙組培苗浸提液中水溶性多糖和總黃酮總得率的影響達(dá)到了極顯著水平;提取時(shí)間對(duì)其浸提液中多糖和黃酮總得率的影響達(dá)到了顯著水平;而料液比的影響不顯著。因此，影響浸提液中多糖和黃酮總得率的各因素按影響大小排序依次為提取溫度、提取時(shí)間、料液比。在交互項(xiàng)中對(duì)提取率有顯著影響，而其他因素之間的交互作用不顯著。

經(jīng)回歸方程方差分析，用上述回歸方程描述各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系時(shí)，因線性關(guān)系顯著(R2= 0.9918)，模型的顯著水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.01，此時(shí)該回歸方差模型是極顯著的，因此，該實(shí)驗(yàn)方法可靠。而方程失擬誤差不顯著，這說明各因素值和響應(yīng)值之間的關(guān)系可以用此模型來函數(shù)化，可用該回歸方程代替實(shí)驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析?；貧w方程各項(xiàng)的方差分析結(jié)果還表明，方程一次項(xiàng)和二次項(xiàng)影響極顯著，交互項(xiàng)不顯著，因此各實(shí)驗(yàn)因子對(duì)響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系。

表3 t檢驗(yàn)方差分析

表4 回歸方程的方差分析

從典型分析表(表5)中可以看出，3個(gè)因素的特征值都是負(fù)值，表明此二次響應(yīng)面存在極值。由SAS分析所得編碼值為∶X1=0.1653，X2=0.4824，X3= 0. 2154;由編碼值可得最佳工藝參數(shù)為∶提取時(shí)間2.1h、提取溫度80.6℃、料液比1∶26.2(g/mL)。在此優(yōu)化條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到海金沙中多糖提取量為13.241%，黃酮提取量為3.211%，二者總得率為16.452%，與理論預(yù)測值15.591% 基本相符，說明響應(yīng)面分析法對(duì)水溶性多糖和總黃酮提取量的優(yōu)化具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

表5 典型分析表

3 結(jié)論

本研究以海金沙組培苗為原料，利用熱水浸提乙醇沉淀的方法，以水溶性多糖和總黃酮的總得率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，用響應(yīng)面分析法對(duì)綜合提取水溶性多糖和總黃酮的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，最佳綜合提取的工藝參數(shù)為∶提取時(shí)間2.1h、提取溫度80.6℃、料液比1∶26.2(g/mL)。在此優(yōu)化條件下得到海金沙組培苗中水溶性多糖提取得率為13.241%、總黃酮得率為3.211%，二者總得率為16.452%。本研究可為海金沙綜合開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

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115－154.

Optimization of simultaneous extraction of water－soluble polysaccharides and total flavone from Lygodium japonicum by tissue culture

YANG Ting1，WU Yun1，2，*，ZHENG Xiao－jiang1，2
(1.Key Laboratory of Biologic Resources Protection and Utilization of Hubei Province，Hubei Institute for Nationalities，Enshi 445000，China; 2.Biological Scientific and Technical College of Hubei University for Nationalities，Enshi 445000，China)

The comprehensive extraction technique of water－soluble polysaccharides and total flavone from tissue cultured Lygodium japonicum was studied.Based on single factor experiments，a central composite design(CCD) involving three variables such as extraction temperature，time and solid/liquid ratio at three levels was employed for establishing a quadratic regression model describing total extraction yield of water－soluble polysaccharides and total flavonoids at different levels of the above variables.The optimal technical conditions of extraction by central composite design and response surface analysis(RSA)were as follows:extraction time 2.1h，extraction temperature 80.6℃，solid/liquid ratio of 1∶26.2.Under the optimized conditions，the water－soluble polysaccharide yield was 13.241%，the total flavone yield was 3.211%，and both of the total extraction yield was 16.452%.

Lygodium japonicum;water－soluble polysaccharides;total flavone;simultaneous extraction;response surface analysis(RSA)

TS201.1

B

1002－0306(2011)11－0227－04

2011－08－18 *通訊聯(lián)系人

楊婷(1991－)，女，本科，研究方向:植物生物技術(shù)。

生物資源保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(2011);湖北省科技廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2009CDA155);2010年恩施州科技指導(dǎo)項(xiàng)目;湖北民族學(xué)院生科院大學(xué)生創(chuàng)新課題。