超聲波輔助提取川楝子多糖的工藝

馬彥軍

浙江大學創(chuàng)新技術研究院有限公司，浙江杭州 310000

0 引言

川楝子為楝科楝屬川楝的果實，別名金鈴子，廣泛分布于四川、湖北、貴州、河南等地.川楝子具有很大的藥用價值，具有舒肝、行氣止痛、驅蟲等作用.用于胸脅、脘腹脹痛、疝痛、蟲積腹痛.主要治療胃病、脅痛、淋證、急性乳腺炎、帶狀皰疹、皮膚病和前列腺炎等.另外，川楝子與其它藥物配伍可以治療腸粘連，達到行氣開郁、散結止痛之效.這些藥理活性是否與其多糖成分有關還有待研究［1］.

糖苷鍵結合多個單糖分子的天然大分子多糖，廣泛存在于動植物和微生物組織中，不但有合成高分子所沒有的特殊生物活性、生命有機體的非常重要組成部分，而且還有眾多生物學功能.多糖在中藥材中分布非常普遍.近來研究發(fā)現(xiàn)，中藥多糖不僅具有降血糖作用，還可以延緩糖尿病并發(fā)癥的進展;中藥多糖在心、腦血管病中的廣泛應用，與其抗凝血、降血脂、抗動脈粥樣硬化的作用密切相關;中藥多糖在保肝、保護神經(jīng)元、增強性功能方面也具有一定作用.因此，開發(fā)多糖資源、尋求優(yōu)異的提取工藝是一項十分有意義的工作［2］.

超聲提取其實是個物理破碎過程，在超聲波頻率大于20kHz時，產生特殊的機械振動和空化作用，以及強大的能量，加速媒質進入振動狀態(tài)，接著使其結構發(fā)生變化，有效成分進入溶劑中.空化泡瞬間漲大花前并且破裂，形成一種高溫高壓環(huán)境，在強大的沖擊波和微聲波作用下使細胞壁結構被破壞［3］.

微射線輻射溶劑可以透過細胞壁到達細胞內部，頻率介于300MHz和300GHz之間的電磁波稱之為微波，微波和超聲波輔助提取能提高有效成分的提取得率，縮短提取時間，但有時會造成提取物的組分更加復雜，分離困難［3］.

先前有很多學者從不同植物中進行多糖的提取，每種植物的多糖的含量也是區(qū)別很大的，而且在同樣的條件下不同植物的多糖提取率也不相同，甚至有些相差很大.下面列舉一些中藥植物提取多糖的研究成果的例子.

葉下珠系大戟科葉下珠屬植物，又名珍珠草、關門草等，葉下珠主要含有黃酮類、木脂素類、生物堿類、多糖、有機酸等多種成分.周宇等［4］對其多糖的含量以及提取工藝進行了研究，最終優(yōu)選工藝條件是在80℃溫度條件下，按料液比為1∶15，共提取3次，按提取時間90min，在這種條件下多糖得率是6.1%［9］.

上述的幾種中藥植物在醫(yī)藥上有著極為重要的作用，研究其多糖提取的方法也是極為重要的.通過借鑒這些研究成果，本實驗考察了川楝子多糖的提取工藝.即采用超聲波輔助法從川楝子中提取多糖，通過單因素實驗和正交實驗法優(yōu)選川楝子多糖的最佳工藝參數(shù)，以其找出合理可行的提取工藝條件，為充分開發(fā)川楝子多糖資源提供基礎數(shù)據(jù).

其次，學生學習產生困惑時。學生個體在學習的過程中，由于知識體系不完善、學習體驗缺失或者學習方法缺失，有時會產生學習困惑。在學生學習困惑超越學生個體能力時，開展合作學習則能夠幫助學生解決學習過程中的困惑。

1 實驗部分

1.1 儀器

KQ-500DE型數(shù)控超聲波提取器，昆山市超聲儀器有限公司生產;RE-52A型旋轉蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠生產;SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司生產;FA2004型分析天平，上海恒平科學儀器有限公司生產.

1.2 材料和試劑

川楝子，產于河北省;無水乙醇，天津市紅巖化學試劑廠生產;石油醚，天津市北方天醫(yī)化學試劑廠生產.

1.3 實驗材料的預處理

將川楝子用粉碎機粉碎，過孔徑0.90 mm篩，然后用電子分析天平準確稱20 g，備用.超聲波輔助提取之前，需要對原料進行脫脂脫色處理，即用無水乙醇和石油醚按體積比為2∶1的比例浸泡川楝子粉末，每隔1 h換一次浸泡液，每次浸泡2 h，共浸泡兩次.然后將原料抽干，進行超聲波輔助提取.

1.4 超聲波輔助提取的單因素實驗

根據(jù)文獻［1-12］，影響川楝子超聲提取的主要因素有提取溫度、提取時間、超聲功率、料液比、超聲發(fā)生器的工作間歇時間比等.本實驗主要考察提取溫度(A)、料液比(B)、提取時間(C)、超聲功率等因素.在各單因素實驗中，超聲波提取的其它條件為:水為提取溶劑，無水乙醇用于沉淀多糖，石油醚和無水乙醇用于脫脂脫色.

1.4.1 料液比對多糖得率的影響 20 g川楝子粉末脫脂脫色后，在超聲溫度55℃、超聲功率300 W、超聲時間1 h的條件下，在料液比分別為1∶5、1∶10、1∶15下提取川楝子中多糖，經(jīng)抽濾，濾液經(jīng)旋轉蒸發(fā)濃縮至一定體積，然后用3倍無水乙醇醇沉兩次，每次醇沉1 h，多糖沉淀抽濾后，用少量蒸餾水溶解，加入3倍量無水乙醇再次進行第二次醇沉，再進行抽濾，然后將抽濾后的多糖粗品烘干，稱量多糖粗品，計算得率.

1.4.2 提取溫度對多糖得率的影響 稱取20 g預處理好的川楝子，在料液比為1∶10、超聲功率為300 W、提取時間為60 min條件下，分別在25、45、65℃的溫度下提取川楝子多糖，經(jīng)抽濾，濾液進行旋轉蒸發(fā)濃縮到一定體積，然后用3倍無水乙醇醇沉兩次，每次醇沉1 h，第1次多糖沉淀抽濾后，用少量蒸餾水溶解，加入3倍量無水乙醇進行第2次醇沉，再進行抽濾，然后將抽濾后的多糖粗品烘干，稱量烘多糖粗品，計算得率.

1.4.3 提取時間對多糖得率的影響 稱取20 g預處理好的川楝子，在料液比為1∶5、提取功率為300 W、提取溫度為25℃條件下，分別在30、60、90 min提取川楝子多糖，抽濾，然后把濾液旋轉蒸發(fā)濃縮，用3倍無水乙醇醇沉2次，每次醇沉1 h，第1次多糖沉淀抽濾后，用少量蒸餾水溶解后，在加入3倍量無水乙醇進行第2次醇沉，再進行抽濾，然后將抽濾后的多糖粗品烘干，稱量多糖粗品，計算得率.

1.5 超聲波輔助提取的正交實驗

在單因素實驗的基礎上選擇適當?shù)囊蛩睾退竭M行正交實驗，通過極差分析，以確定最佳的提取條件.

2 結果與分析

2.1 超聲波輔助提取的單因素實驗

2.1.1 料液比對多糖得率的影響 在提取溫度為55℃，提取時間為60 min，提取功率為300 W的相同條件下，料液比分別為1∶5、1∶10和1∶15時多糖的得率見下表1.

表1 料液比對多糖得率的影響Table 1 Effect of solid-liquid ratio on the yield of polysaccharides

由表1，多糖收率隨著料液比的增加而升高，當料液比為1∶15，多糖得率相對較高.根據(jù)文獻［1］采用水提取法從川楝子中提取多糖的料液比選擇1∶15，并且溶劑量太小，多糖就不能完全溶出;溶劑量太大，超聲波輻射會被溶劑大量吸收，不能完全作用于物料，影響多糖得率.綜合考慮，溶劑比例不易過多，本實驗選擇1∶15進行正交實驗.

2.1.2 提取溫度對多糖得率的影響 在料液比為1∶10、提取時間為1 h、提取功率為300 W的相同條件下，提取溫度為25、45℃和65℃，多糖的得率見表2.

表2 提取溫度對多糖得率的影響Table 2 Effect of temperature on the extraction yield of polysaccharides

由表2，多糖得率隨著溫度的升高而降低，當溫度在25℃時多糖得率相對較高.根據(jù)文獻［12］可能是因為溫度升高，加快川楝子多糖降解，導致多糖得率降低;如果溫度太低，提取又不完全.故選擇25℃進行正交實驗.

2.1.3 提取時間對多糖得率的影響 在提取溫度為25℃、提取功率為300 W、料液比為1∶5的相同條件下，提取時間分別為30、60 min和90 min時多糖的得率見下表3.

由表3知，時間對提取率影響較小，隨著提取時間的增加提取率變化不大，30 min時多糖得率相對較高.超聲時間短，溶出物較少，多糖含量較低;超聲時間長，能耗多，同時提取物中的茶多糖會發(fā)生部分降解，使多糖得率降低.所以正交實驗未考慮時間的影響，提取時間均為30 min.

表3 提取時間對多糖得率的影響Table 3 Extraction time on the yield of polysaccharides

結合單因素實驗，按料液比、提取溫度和超聲波頻率為影響因素，設計正交實驗分析其對川楝子多糖提取率的影響，設計L9(34)正交實驗，多糖得率為指標選擇最佳的提取工藝.為了提高統(tǒng)計分析的可靠性，每組實驗重復3次，測定結果以平均值統(tǒng)計分析.因素水平表見表4.

表4 因素水平表Table 4 The form of factors level

2.2 超聲波輔助提取的正交實驗

利用超聲波提取法從川楝子中提取多糖的正交實驗結果見表5、6.

表5 正交實驗設計表Table 5 Orthogonal experimental design table

表6 正交實驗及結果Table 6 Orthogonal experimental and Result

表6結果表明，極差R的大小順序為B＞C＞A，即影響川楝子多糖提取率主次關系依次是料液比＞超聲功率＞提取溫度.川楝子多糖的最佳提取工藝條件為A3B2C1，即溫度為30℃，料液比為1∶15，超聲功率為200 W.其中，8號實驗，即溫度為30℃，料液比為1∶15，超聲功率為200 W，提取時間為30 min，川楝子多糖提取得率最高，為 12.442 5%.

在溫度為30℃，料液比為1∶15，超聲功率為200 W，提取時間為30 min的優(yōu)化條件下，采用超聲波輔助提取法提取川楝子多糖，從而得到優(yōu)化條件下的提取率.結果見表7.

根據(jù)表7，在最佳工藝條件下超聲波輔助提取川楝子多糖的提取率達13.878%.與傳統(tǒng)水提川楝子多糖文獻［1］相比，超聲波輔助提取法其多糖得率高，而且提取時間短、節(jié)約原料.

表7 最佳工藝條件下多糖提取率Table 7 Polysaccharides extraction rate under optimum conditions

3 討論

a.根據(jù)文獻粒度對多糖提取影響不大，所以實驗過程中沒有考察粒度對提取率的影響.為減小實驗誤差，實驗前將川楝子粉碎后過孔徑0.85 mm篩，以保證粒度基本一致.

b.超聲波提取實驗中，儀器內水面高度要超過川楝子所在的液面，以保證物料超聲充分;由于超聲儀器內水面的散熱，使實際水溫與顯示溫度有差異，因此在錐形瓶內放入溫度計，時刻觀察溫度的變化，進而調節(jié)超聲儀器內水溫的變化，提取溫度以溫度計的溫度為準;另外，超聲溫度升至設定溫度時，開始計量提取時間.

c.在多糖提取過程中，由于提取液的多次轉移使器壁上有殘留液以及醇沉后多糖沉淀附著在器壁等諸多因素，均會導致多糖產品收集不完全，從而產生誤差，使實驗結果偏低.

d.在進行旋轉蒸發(fā)時，應將提取液盡量濃縮至小體積，這樣醇沉時可以節(jié)省無水乙醇的用量;在濃縮結束后，瓶壁上會附有少量的提取液，實驗中用少許水潤洗瓶壁，以達到盡量降低實驗誤差的目的.

e.因為KQ-500DE型數(shù)控超聲儀器的功率上線是500 W，使用范圍比較小，所以單因素實驗過程中沒有考察超聲功率對提取率的影響.

f.根據(jù)單因素實驗結果，提取時間對于川楝子多糖得率的影響很小，所以正交實驗時未將提取時間作為研究對象.從節(jié)省時間和能源的角度考慮，正交實驗中提取時間均選定30 min.

4 結語

采用超聲波輔助提取法從川楝子中提取多糖，水為溶劑，提取30 min，通過L9(34)正交實驗，提取率為評價指標進行優(yōu)化.結果表明，最優(yōu)提取溫度30℃、超聲功率200 W、料液比1∶15，在該組合條件下最高提取率為13.878%，各因素對多糖提取率影響的先后順序為:料液比、提取功率、提取溫度和提取時間.超聲波輔助提取法與傳統(tǒng)水提取法比較的結果是多糖提取率高、時間短、能耗少等優(yōu)點，采用超聲波輔助提取多糖是一種切實可行的好方法.

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