超聲波輔助提取地榆根多糖工藝的優(yōu)化

摘要：以地榆根為原料，通過(guò)超聲波輔助提取地榆（Sanguisorba officinalis L.）根中多糖，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)優(yōu)化提取條件，并建立回歸模型，依據(jù)回歸分析確定最優(yōu)提取工藝條件。結(jié)果表明，最佳提取工藝條件為原料粒度40～60目、液料比19.61∶1（mL∶g）、超聲波功率303.05 W、超聲時(shí)間30.93 min、超聲提取2次，在此條件下地榆根多糖的提取率為10.99%。

關(guān)鍵詞：地榆（Sanguisorba officinalis L.）根；多糖；超聲波；響應(yīng)面法；提取工藝

中圖分類號(hào)：TS201.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）01-0153-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.01.041

地榆（Sanguisorba officinalis L.）是薔薇科（Rosaceae）地榆屬（Sanguisorba L.）植物，在中國(guó)主要分布于東北、華北、西北、華東、中南及廣西等地區(qū)[1-3]?，F(xiàn)代研究表明，地榆中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生理活性成分，具有抗霉菌、降血壓、治療急性菌痢和心血管疾病等功效[4-6]，這些功效源于地榆中含有槲皮素、山柰素，地榆根還含有鞣質(zhì)、三萜皂苷、黃酮、多糖、甾體類物質(zhì)等有效成分。

地榆多糖是從地榆根中提取出來(lái)的一種水溶性多糖，作為一種新型的a-葡萄糖苷酶抑制劑[7]，在糖尿病的治療和減肥藥物的研制中具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)人體副作用小，效果顯著。研究表明，地榆多糖在抗氧化、免疫活性調(diào)節(jié)[8]和抗腫瘤[9]方面均表現(xiàn)出一定的應(yīng)用價(jià)值。目前，關(guān)于地榆多糖的提取鮮有報(bào)道，且提取方法相對(duì)比較傳統(tǒng)，導(dǎo)致多糖提取率相對(duì)較低。本試驗(yàn)在傳統(tǒng)提取工藝的基礎(chǔ)上輔助使用超聲波技術(shù)[10]，并應(yīng)用響應(yīng)面法優(yōu)化提取地榆根多糖的工藝條件[11，12]，確定提取的最佳工藝參數(shù)，為開(kāi)展地榆研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

地榆，2012年9月采摘于吉林市二道林場(chǎng)；葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，苯酚（5%），氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、濃硫酸等均為分析純。

JY92-2D型超聲波細(xì)胞破碎機(jī)（寧波新芝科技生物股份有限公司）；LG10-2.4A型高速離心機(jī)（北京醫(yī)用離心機(jī)廠）；722N型可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海佑科儀器儀表有限公司）；FA2004A型電子天平（上海精天電子儀器有限公司）；WK-1000A型粉碎機(jī)（山東青州市精誠(chéng)機(jī)械有限公司）；8411型電動(dòng)震篩機(jī)（湖南湘潭恒瑞檢測(cè)儀器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 地榆根多糖的提取方法 準(zhǔn)確稱取處理好的地榆根粉2 g于燒杯中，加入20 mL 80 %的乙醇浸泡1 h，超聲功率200 W處理20 min，8 000 r/min離心20 min，回收上清液。將得到的殘?jiān)尤胍欢w積的去離子水，在一定超聲功率下處理一段時(shí)間，取上清液定容至50 mL，按照多糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法測(cè)定多糖的含量，并計(jì)算提取率，計(jì)算公式如下：

地榆根多糖的提取率=■×100%

1.2.2 多糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 采用苯酚-硫酸法繪制多糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，在490 nm處測(cè)定吸光度。取1 mL去離子水做空白。以吸光度Y為縱坐標(biāo)，葡萄糖濃度X（mg/L）為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程為Y=0.008 1X+0.005 5（R2=0.997 8）。

1.2.3 單因素試驗(yàn) 分別選擇原料地榆根粉碎粒度為20～40、40～60、60～80、80～100、>100目5個(gè)水平，液料比（去離子水∶地榆，V∶m，mL∶g，下同）為5∶1、10∶1、12∶1、15∶1、18∶1 5個(gè)水平，超聲功率為120、200、280、360、440 W 5個(gè)水平，超聲處理時(shí)間為10、20、30、40 min 4個(gè)水平，超聲次數(shù)為1、2、3、4次進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.2.4 響應(yīng)面法優(yōu)化地榆根多糖提取工藝條件 選取液料比、超聲功率和超聲時(shí)間為自變量，以地榆根多糖提取率為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面分析，因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 地榆根多糖提取的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 原料粒度對(duì)提取率的影響 從圖1可以看出，利用超聲波輔助提取地榆根多糖的提取率隨著粒度的減小而逐漸增大，在40～60目時(shí)達(dá)到最大，然后再緩慢減小。這是由于隨著地榆根粒度的逐漸減小，多糖類物質(zhì)逐漸溶出，同時(shí)雜質(zhì)也大量溶出，反而阻礙了多糖類物質(zhì)的溶出，使提取率逐漸減小，因此選擇最適宜的地榆根粒度為40～60目。

2.1.2 液料比對(duì)提取率的影響 從圖2可以看出，當(dāng)液料比從5∶1增加到12∶1時(shí)地榆根多糖的提取率逐漸增大，液料比在12∶1～18∶1時(shí)，地榆根多糖提取率增長(zhǎng)逐漸變緩并在18∶1時(shí)達(dá)到最大，故提取時(shí)采用18∶1的液料比為宜。

2.1.3 超聲功率對(duì)提取率的影響 從圖3中得知，當(dāng)超聲功率在120～280 W時(shí)，地榆根多糖的提取率隨著超聲功率的增加而增大，并在280 W時(shí)地榆根多糖的提取率達(dá)到最大，但當(dāng)超聲功率再增大時(shí)，地榆根多糖的提取率反而逐漸減小，這主要是由于增大了機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)度，超聲熱效應(yīng)增加，而過(guò)高的溫度會(huì)破壞多糖的結(jié)構(gòu)，而且增加超聲功率會(huì)使雜質(zhì)溶出量增多，抑制多糖的溶出，導(dǎo)致多糖提取率下降。

2.1.4 超聲時(shí)間對(duì)提取率的影響 從圖4可以得出，隨著超聲浸提時(shí)間的延長(zhǎng)， 地榆根多糖的提取率緩慢增大，但在處理20～30 min時(shí)多糖提取率緩慢降低，并在30 min時(shí)出現(xiàn)一個(gè)小的拐點(diǎn)，隨著時(shí)間的增加，多糖提取率又緩慢升高，并在40 min時(shí)達(dá)到最大值。這是因?yàn)槌曁崛r(shí)間越長(zhǎng)，雜質(zhì)溶出量越多，而過(guò)多的雜質(zhì)會(huì)抑制多糖的溶出，影響地榆根多糖的提取率，最后綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和效率性，確定較佳的超聲時(shí)間為20 min。

2.1.5 超聲次數(shù)對(duì)提取率的影響 從圖5可以看出，隨著超聲次數(shù)的增加，地榆根多糖的提取率逐漸提高，但提取次數(shù)超過(guò)2次后，多糖提取率的增漲幅度比較緩慢，考慮到提取次數(shù)的增加會(huì)加大成本的投入，故確定適宜的超聲提取次數(shù)為2次。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助提取地榆根多糖的工藝條件

2.2.1 模型的建立與顯著性檢驗(yàn) 采用Design-Expert 8.0.6 Trial 軟件，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Box-Menken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選取液料比（X1）、超聲功率（X2）、超聲時(shí)間（X3）作自變量，以地榆根多糖的提取率為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面分析，結(jié)果見(jiàn)表2。表2中共有17組試驗(yàn)，其中12組為分析試驗(yàn)，其余5組為中心試驗(yàn)，用于試驗(yàn)誤差的估計(jì)。采用Design-Expert 8.0.6 Trial軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到地榆根多糖提取率與自變量X1、X2和X3的二次多項(xiàng)回歸方程：

Y=10.91-0.12X1+0.54X2+0.086X3-0.18X1X2-0.02X2X3+0.37X2X3-1.13X12-1.01X22-1.04X32

回歸模型方差分析結(jié)果見(jiàn)表3?；貧w方程中各變量對(duì)響應(yīng)值（多糖提取率）影響的顯著性由F檢驗(yàn)來(lái)判定，概率P的值越小，則相應(yīng)變量的顯著程度越高。結(jié)果表明，回歸方程失擬檢驗(yàn)P=0.975 9>0.05，失擬性檢驗(yàn)結(jié)果不顯著?？偦貧w方程F檢驗(yàn)P<0.000 1，達(dá)到極顯著水平，其校正決定系數(shù)R2=0.997 2，說(shuō)明此模型擬合度好，可以用于地榆根多糖超聲波輔助提取試驗(yàn)的理論預(yù)測(cè)。此外，回歸方程各項(xiàng)的方差分析結(jié)果還表明，一次項(xiàng)X1、X2，二次項(xiàng)X12、X22、X32和交互項(xiàng)X1X2、X2X3的P都小于0.01，對(duì)地榆根多糖提取率的影響極顯著（P<0.01），而一次項(xiàng)X3對(duì)地榆根多糖提取率的影響顯著（0.01

2.2.2 響應(yīng)面分析 為考查各個(gè)因素交互作用對(duì)地榆根多糖提取率的影響，在其他因素條件不變的情況下，分析交互作用對(duì)超聲波輔助提取地榆根多糖效果的影響，所得的響應(yīng)面如圖3所示。

由圖3A可知，X1X2（P=0.004 2）交互作用極顯著，液料比對(duì)提取效果的影響表現(xiàn)為曲線較平滑，隨著取值的變化，響應(yīng)值變化較小，而超聲功率對(duì)提取率的影響表現(xiàn)為隨著超聲功率的增大，響應(yīng)值逐漸變小，且變化明顯。由圖3B可知，X1X3（P=0.661 4）交互作用不顯著，表現(xiàn)為曲線平緩。由圖3C可知，X2X3（P<0.000 1）交互作用極顯著，能夠很好地反映出因素對(duì)響應(yīng)值的影響趨勢(shì)，超聲時(shí)間對(duì)地榆根多糖提取效果的影響極顯著，表現(xiàn)為曲線陡峭，隨其取值的變化，響應(yīng)值變化較大。

由Design-Expert 8.0.6 Trial軟件分析得到，超聲波輔助提取地榆根多糖的最佳提取條件為液料比19.61∶1（mL∶g）、超聲功率303.05 W、超聲時(shí)間30.93 min，采用上述條件進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，得到地榆根多糖的平均提取率為10.70%，驗(yàn)證結(jié)果與預(yù)測(cè)值（10.99%）偏差較小，說(shuō)明得到的超聲輔助法提取地榆根多糖的最佳工藝參數(shù)可靠。

3 小結(jié)

本試驗(yàn)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)超聲波輔助提取地榆根多糖條件中的主要影響因素即液料比、超聲時(shí)間、超聲功率的最優(yōu)水平及其交互作用進(jìn)行了分析，經(jīng)響應(yīng)面分析方法優(yōu)化獲得了地榆根多糖提取的最佳提取條件為原料粒度40～60目、液料比為19.61∶1（mL∶g）、超聲功率303.05 W、超聲時(shí)間為30.93 min、超聲次數(shù)為2次。在此工藝條件下，地榆根多糖的理論提取率為10.99%。驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果中， 在該提取條件下的提取率為10.70%，說(shuō)明所獲得的地榆根多糖提取工藝可用于實(shí)際提取。

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