葎草中多糖的提取工藝研究

王春芳，崔亞慧，魏防防，忻艷瑞，姚鋼乾，張溫典*

(1.河北民族師范學(xué)院化學(xué)系，河北承德067000 2.承德廣播電視大學(xué)，河北承德067000）

葎草中多糖的提取工藝研究

王春芳1，崔亞慧1，魏防防1，忻艷瑞1，姚鋼乾2，張溫典1*

(1.河北民族師范學(xué)院化學(xué)系，河北承德067000 2.承德廣播電視大學(xué)，河北承德067000）

葎草藥用價值高，分布廣泛，具有良好的開發(fā)價值和應(yīng)用前景。采用微波法和超聲波法分別對河北民族師范學(xué)院內(nèi)葎草中的多糖進(jìn)行提取，考察了微波功率、提取時間和料液比等對葎草中多糖提取率的單一和互交影響。結(jié)果表明：當(dāng)提取的液料比為40∶1，微波功率為425W，微波時間為90s時多糖提取率最高，可達(dá)15.75%；在固定功率下，當(dāng)提取時間為100min、液料比30：1時超聲波提取多糖效果最佳。

葎草；多糖；提?。晃⒉ǚ?；超聲波法

葎草［Humulus scandens(Lour.)Merr．］為桑科植物屬，別名拉拉秧、鋸子草、五爪龍、降龍草等，具有清熱解毒、利尿通淋、抗革蘭氏陽性細(xì)菌的功效[1]。葎草資源豐富，生命力強(qiáng)，廣泛分布于我國青海、新疆以外的地區(qū)[2]，是田園和綠化的主要雜草。近年來，對葎草中活性物質(zhì)的研究較少[3]，而多糖又是中草藥中增強(qiáng)免疫力、抗腫瘤[4]、抗病毒[5]、抗炎、降血糖[6]、降血脂[7]、抗輻射[8]等的主要功能成分。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)8次Sevag試劑脫蛋白處理后，葎草粗多糖的提取率為1.218%[9]，具有開發(fā)利用價值[10]。若能合理開發(fā)利用葎草，將變廢為寶，實(shí)現(xiàn)葎草的藥用價值。

微波法作為一種新興的應(yīng)用技術(shù)，具有選擇性好、能耗低、設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)[11]，近年來在提取天然植物的有效成分方面得到了廣泛的應(yīng)用[12-13]。微波加熱是利用微波場中介質(zhì)的偶極子轉(zhuǎn)向極化和界面極化的時間與微波頻率相吻合的特點(diǎn)，促使介質(zhì)轉(zhuǎn)動能級躍遷，加劇熱運(yùn)動，將電能轉(zhuǎn)化為熱能。從細(xì)胞破碎的微觀角度看，微波加熱導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的極性物質(zhì)，尤其是水分子吸收微波能，產(chǎn)生大量的熱量，使胞內(nèi)溫度迅速上升，水氣化產(chǎn)生壓力使細(xì)胞膜(壁)破裂，產(chǎn)生微孔或裂紋，從而使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)更容易被溶劑溶出，達(dá)到萃取目的[14]。由于它是一種瞬時穿透式加熱方式，在微波場的作用下植物細(xì)胞破碎，從而加快了萃取速率，并有效提高了產(chǎn)品得率[15]。

超聲波提取植物有效成分的優(yōu)越性，是基于超聲波的特殊物理性質(zhì)。主要是通過壓電換能器產(chǎn)生的快速機(jī)械振動波來減少目標(biāo)萃取物與樣品基體之間的作用力從而實(shí)現(xiàn)固--液萃取分離。

為了充分開發(fā)利用葎草，分別采用微波法和超聲波法提取葎草中多糖類[16]物質(zhì)，以提取率為考察指標(biāo)優(yōu)化提取工藝，為葎草中總黃酮和多糖的開發(fā)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1　儀器與試劑

1.1儀器

DGG—9070B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；DFY—1000C快速開蓋萬能高速粉碎機(jī)；ME—2080MG(MS) Haier微波爐；KQ2200B型超聲波清洗器；752N紫外可見分光光度計(jì)；FZ102微型植物試樣粉碎機(jī)；FA1104電子天平；60目標(biāo)準(zhǔn)篩。

1.2試劑

0.2%的蒽酮-濃硫酸：精確稱量2g蒽酮，用濃硫酸溶解并定容到1000ml；

1mg/ml的無水葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液：精密稱取干燥至恒重的葡萄糖100mg，用蒸餾水定容到100ml；

試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

2　實(shí)驗(yàn)方法

2.1實(shí)驗(yàn)原理

2.1.1顯色原理

蒽酮—硫酸法測多糖含量的顯色原理：糖類在硫酸作用下脫水生成糖醛或其衍生物后，與蒽酮試劑迅速而完全地縮合成穩(wěn)定的藍(lán)綠色物質(zhì)，其生成量與總多糖含量存在定量關(guān)系，靈敏度高且快速，是較為經(jīng)典的方法之一。測定多糖含量的方法一般有蒽酮—濃硫酸法和苯酚—濃硫酸法，本實(shí)驗(yàn)采用蒽酮-濃硫酸法測葎草葉中總糖基于以下原因：性質(zhì)穩(wěn)定，在2h內(nèi)測定，其吸光值幾乎不變，重現(xiàn)性高；苯酚-濃硫酸法操作復(fù)雜，苯酚的蒸餾精度直接影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，不穩(wěn)定，重現(xiàn)性差。

2.1.2最大吸收波長的選擇

精密量取無水葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0ml，置于10ml帶塞試管中；加入0.2%的蒽酮—硫酸溶液4.0ml，搖勻，冷卻10min；另以1.0ml蒸餾水同上平行操作作為空白對照；于400～800nm波長范圍內(nèi)進(jìn)行波長掃描，確定最大吸收波長為610nm。

2.1.3標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

精密稱取干燥至恒重的葡萄糖100mg，置于100ml容量瓶中，加蒸餾水至刻度線，搖勻，即得1mg/ml的無水葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液；準(zhǔn)確吸取該溶液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ml分別置50ml容量瓶中，定容，得到葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液；分別取上述溶液1ml于10ml具塞試管中，快速加入0.2%蒽酮—濃硫酸試劑4.0ml，室溫放置10min。以空白試劑為參比，在610nm處測吸光值，以葡萄糖的含量為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)，繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。

得回歸方程為：A=7.5097C-0.003，r=0.9960。線性范圍：0.02～0.1mg/ml.

圖1　葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

3　實(shí)驗(yàn)過程

3.1實(shí)驗(yàn)材料處理

葎草莖采自河北民族師范學(xué)院實(shí)驗(yàn)樓旁，60℃烘干粉碎后過60目篩備用。

稱取3組1.0g的葎草莖粉末各五份，微波提取／超聲波提取，離心（3000r/min）10min，將濾液轉(zhuǎn)移至250ml容量瓶中，以蒸餾水定容至刻度。取上述提取液1ml于10ml容量瓶中定容至刻度，即得葎草葉中多糖測試液。取多糖測試液1ml于10ml比色管中，顯色，測吸光值。

c—葎草莖提取液中多糖的濃度(mg/ml)；m—葎草莖原料的質(zhì)量(g)。

3.2提取工藝

葎草→烘干→粉碎→調(diào)料比→微波處理／超聲波處理→離心→上清液定容→稀釋→加蒽酮-濃硫酸→測定。

4　結(jié)果與討論

4.1微波法單因素試驗(yàn)結(jié)果

分別考察了微波功率、液料比、微波時間3個因素，在各自5個水平上的提取率[17-18]，具體參數(shù)見表1：

表1　單因素試驗(yàn)考察因素及水平

4.1.1液料比對多糖提取率的影響

稱取5份1.0g的葎草莖粉末，固定微波功率為255W，微波時間為90s，考查液料比對葎草多糖提取率的影響，設(shè)計(jì)液料比分別為10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1，結(jié)果如圖2所示：

圖2　料液比對多糖提取工藝的影響

在液料比10∶1到50∶1的范圍內(nèi)，多糖提取率先增加后減少，在液料比40∶1處達(dá)到最大值，可能是由于過多溶劑對微波能的吸收導(dǎo)致細(xì)胞液對微波能的吸收減少，細(xì)胞破裂不完全，導(dǎo)致多糖類物質(zhì)不能完全溶出，因此最佳液料比選擇40∶1。

4.1.2微波功率對多糖提取率的影響

稱取5份1.0g的葎草莖粉末，固定液料比為40∶1，微波時間為90s，考查微波功率對葎草多糖提取率的影響，設(shè)計(jì)微波功率分別為85W、255W、425W、595W、850W，結(jié)果如圖3所示：

圖3　微波功率對多糖提取率的影響

多糖提取率先增大后減小，在255W達(dá)到最大，這是因?yàn)槲⒉ㄔ诠β实蜁r對細(xì)胞膜壁的破壞作用較小，細(xì)胞內(nèi)溶出物也較少，多糖浸出率就低；隨著微波功率不斷增大，細(xì)胞膜(壁)被破壞程度加大，細(xì)胞內(nèi)多糖的浸出率也隨之提高。當(dāng)微波功率過高時，微波對細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)選擇性加熱的差異減小，反而使多糖分解，造成多糖提取率降低，因此，最佳微波功率選擇255W。

4.1.3微波時間對多糖提取率的影響

稱取5份1.0g的葎草莖粉末固定液料比為40∶1，微波功率為255W，考查微波時間對葎草多糖提取率的影響，設(shè)計(jì)微波時間分別為30s、60s、90s、120s、150s，結(jié)果如圖4所示：

圖4　微波時間對多糖提取率的影響

隨著微波處理時間的增加，多糖類物質(zhì)的提取率顯著提高，在90s處達(dá)到最大值，90s后隨著微波時間的增加多糖提取率降低，可能是由于溶劑的揮發(fā)和其他浸出物的沉淀，導(dǎo)致過濾時多糖物質(zhì)損失，因此最佳微波時間選擇90s。

4.2超聲提取法實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.2.1液料比對多糖提取率的影響

稱取5份1.0g的葎草葉粉末，固定超聲波功率為100W，微波時間為90min，考查液料比對葎草多糖提取率的影響，設(shè)計(jì)液料比分別為10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1，結(jié)果如圖5所示：

圖5　料液比對多糖提取率的影響

在液料比10∶1到50∶1的范圍內(nèi)，多糖提取率先增加后減小，在料液比30∶1處達(dá)到最大值，可能是由于過多溶劑對超聲波能的吸收導(dǎo)致細(xì)胞液對超聲波能的吸收的減少，細(xì)胞破裂不完全，導(dǎo)致多糖類物質(zhì)不能完全溶出，因此料液比選擇30∶1。

4.2.2超聲波時間對多糖提取率的影響

稱取5份1．0g的葎草葉粉末，固定液料比為30∶1，固定超聲波功率為100W，考查超聲波時間對葎草多糖提取率的影響，設(shè)計(jì)超聲波時間分別為70、80、90、100、110min，結(jié)果如圖6所示：

圖6　超聲波時間對多糖提取率的影響

隨著超聲波處理時間的增加，多糖類物質(zhì)的提取率顯著提高，在90min處達(dá)到最大值，90min后隨著超聲波時間的增加多糖提取率降低，可能是由于溶劑的揮發(fā)和其他浸出物的沉淀，導(dǎo)致過濾時多糖物質(zhì)損失，因此最佳超聲波時間選擇90min。

5　小結(jié)

在微波提取法中，采用單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，通過對不同提取因素的對比發(fā)現(xiàn)，液料比、微波時間、微波功率對葎草莖中多糖的提取率都有顯著影響。結(jié)果表明，當(dāng)葎草莖提取的料液比為1∶40，微波功率為425W，微波時間為90s時，提取效果最好。經(jīng)反復(fù)優(yōu)化微波法提取葎草莖中的多糖，此方法所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定，提取時間短、提取率可高達(dá)15.75%。

采用超聲波提取法，考察了額定超聲功率下，料液比和超聲時間對多糖提取的影響。通過實(shí)驗(yàn)可以看到，在固定功率下超聲波提取多糖的最佳條件是：提取時間100min、液料比30:1。

通過對比微波法和超聲波法對多糖的提取效果，微波法更好一些。

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Extraction Process of Polysaccharide in Humulus Scandens

WANG Chun-fang1,CUI Ya-hui1,WEI Fang-fang1,XIN Yan-rui1,YAO Gang-qian2,ZHANG Wen-dian1*
(1.Chemistry Department of Hebei Normal University for Nationalities,Chengde,Hebei067000,China；
2.Chengde Radio and Television University,Chengde,Hebei 067000,China)

Humulus scandens is a widely distributed plant with great value of research and application.By using the microwave technique and ultrasonic technique to extract the polysaccharide of humulus scandens growing in Hebei Normal University of Nationalities,the research examines the single and intercrossing influence of factors(including microwave power,extraction time and solid-liquid ratio)to the humulus scandens extraction ratio.The results show that when the extracted solid-liquid ratio is 40:1,the microwave power 425 and microwave time 90s,the polysaccharide extraction yield is the highest,reaching 15.75%.Under the fixed ultrasonic power, when the extracting time is 100 minutes and solid-liquid ratio 30:1,the best extracting effect can be achieved.

humulus scandens;polysaccharides;extraction;microwave technique;ultrasonic technique

Q81

A

2095-3763（2015）02-0039-04

2014-10-15

王春芳（1983-），女，滿族，河北承德人，河北民族師范學(xué)院化學(xué)系講師，碩士，主要從事分子生物學(xué)研究。

張溫典（1965-）女，河北饒陽人，河經(jīng)民族師范學(xué)院化學(xué)系教授，理學(xué)碩士，主要從事生物生化教學(xué)和科研工作。