?木棉花多糖提取工藝優(yōu)化?

摘 要：為了更好地開發(fā)利用木棉花多糖，研究選取了料液比、提取時間、提取溫度3個因素，通過單因素試驗和L9（33）正交試驗，以木棉花多糖提取率為考察指標(biāo)，優(yōu)化了木棉花多糖的提取工藝。結(jié)果表明：木棉花多糖的最佳提取工藝為料液比1∶30（g/mL）、提取溫度70℃、提取時間15 min，在該條件下木棉花的多糖提取率為（11.84 ± 0.12）%。該提取工藝提取率高，重復(fù)性好，并且比微波提取成本更低，更適合木棉花多糖提取的工業(yè)化生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：木棉花；多糖；提取工藝優(yōu)化；單因素試驗；正交試驗

中圖分類號：TS201.1" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-060X（2023）03-0077-04

Abstract： For the better development and utilization of Bombax ceiba polysaccharides， the single factor experiment was conducted to investigate the effects of solid-liquid ratio， extraction temperature and extraction time on the extraction rate of B. ceiba polysaccharides， and then the optimal extraction conditions were determined by the L9（33） orthogonal experiment. Results showed the optimal extraction conditions were as follows： solid-liquid ratio 1∶30 （g/mL）， extraction temperature 70℃， and extraction time 15 min. Under these conditions， the extration rate of B. ceiba polysaccharides was （11.84 ± 0.12） %. This extraction process is more suitable for industrial production of B. ceiba polysaccharides due to its high extraction rate， good repeatability， and lower cost than microwave extraction.

Key words： Bombax ceiba; polysaccharides; extraction process optimization; single factor experiment; orthogonal experiment

木棉（Bombax ceiba L.）是木棉科的落葉喬木，廣泛分布于印度、馬來西亞等亞熱帶地區(qū)，在我國主要分布于兩廣地區(qū)，是廣州市的市花。木棉的干燥花[1]，是一種中藥材，被收載于《生草藥性備要》《廣西中藥志》中，其味甘、淡，性涼，具有祛濕、清熱、解毒、止血等功效[2]，是廣東著名涼茶“五花茶”的主要原料之一[3]。除藥用外，木棉花鮮、干均可食用，嶺南地區(qū)民間常收集木棉花用來泡茶、煲湯。

多糖在自然界中有龐大的存儲量，在高等植物、動物等體中均有該成分。隨著技術(shù)的創(chuàng)新和研究的深入，越來越多的多糖被發(fā)現(xiàn)，其功效也逐漸被挖掘。研究表明，多糖物質(zhì)在抗氧化、抑菌、消炎、降血糖血脂等方面有很好的生物活性[4–7]。此外，由于多糖多來源于藥食同源植物，在毒副作用、安全性方面具有其他類型化合物無可比擬的優(yōu)勢。這也是多糖成為國內(nèi)外學(xué)者研究熱點的原因之一，已有多種動植物來源多糖被開發(fā)成藥品或保健品。目前，關(guān)于木棉花多糖提取工藝優(yōu)化的研究報道較少，限制了木棉花多糖的開發(fā)利用。為此，項目組開展了木棉花多糖提取工藝的優(yōu)化研究，旨在為木棉花多糖的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為木棉花，購自永祥大藥房。主要試劑有無水乙醇、濃硫酸（廣州化學(xué)試劑廠），苯酚（上海麥克林生化科技有限公司），葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品（江西佰草生物科技有限公司）。

主要儀器設(shè)備包括2000型粉碎機(jī)（武義海納電器有限公司產(chǎn)）、DF–101T恒溫水浴鍋（上海力辰邦西儀器科技有限公司產(chǎn)）、UV–2700紫外分光光度計（日本島津公司）、Varioskan Flash酶標(biāo)儀（美國賽默飛世爾科技公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 木棉花多糖提取工藝流程 取木棉花適量，于50℃條件下烘干并粉碎成粗粉保存?zhèn)溆?。稱取適量預(yù)處理后的木棉花粗粉，設(shè)置不同的料液比、提取溫度、提取時間，用加熱套和三口瓶進(jìn)行回流提??；提取結(jié)束后以5 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心5 min，收集上清液；加入3倍體積的無水乙醇，在冷藏環(huán)境下靜置12 h；以10 000 r/min的轉(zhuǎn)速4℃離心10 min，棄上清液；沉淀加入少量純水使其完全溶解，待有機(jī)溶劑氣味消散后進(jìn)行冷凍干燥，即得木棉花多糖，裝入密封袋中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 單因素試驗設(shè)計 （1）料液比：稱取2 g木棉花粗粉，固定提取溫度為60℃、提取時間為30 min，設(shè)定料液比為1∶20、1∶30、1∶40、1∶50和1∶60（g/mL），根據(jù)木棉花多糖的提取率篩選適宜的料液比。（2）提取溫度。準(zhǔn)確稱量2 g木棉花粗粉，固定料液比為1∶30（g/mL）、提取時間為30 min，設(shè)定提取溫度為50、60、70、80和90℃，根據(jù)木棉花多糖的提取率篩選適宜的提取溫度。（3）提取時間。準(zhǔn)確稱量2 g木棉花粗粉，固定料液比為1∶30（g/mL）、提取溫度為60℃，設(shè)定提取時間為15、30、45、60和75 min，根據(jù)木棉花多糖的提取率篩選適宜的提取時間。

1.2.3 正交試驗優(yōu)化 根據(jù)單因素試驗結(jié)果，分別選擇適當(dāng)?shù)牧弦罕?、提取時間、提取溫度進(jìn)行3因素3水平的正交試驗。

1.2.4 木棉花多糖含量的測定 （1）葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制。對照參考文獻(xiàn)[8]，繪制多糖含量測定的標(biāo)準(zhǔn)曲線。將葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品干燥至恒重，精密稱取標(biāo)準(zhǔn)品5 mg，精確轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中，用純水定容配制成濃度為0.1 mg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品溶液。精準(zhǔn)吸取0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.1 mg/mL）于試管中，用純水補(bǔ)至1.0 mL，先后加入1.0 mL苯酚（5%）、2.5 mL濃硫酸，搖勻冷卻至室溫，隨后在45℃下水浴反應(yīng)15 min，取反應(yīng)后的液體200 μL至96孔板中，使用酶標(biāo)儀測定溶液在490 nm處的吸光度。以葡萄糖濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)，獲得葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程為：y=0.151x+0.087 4，R2=0.997 6。（2）木棉花多糖含量。測定方法同葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，木棉花多糖的提取率（%）=（C×V×n）/m×100；其中，C為將吸光值代入標(biāo)準(zhǔn)方程計算出多糖質(zhì)量濃度（mg/mL）；V為提取過程中加入的純水的體積（mL）；n為純水稀釋的倍數(shù)；m為木棉花的質(zhì)量（g）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)以Mean±SD的方式表示，用Origin Pro 2022軟件繪圖，用SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同工藝參數(shù)對木棉花多糖提取率的影響

2.1.1 料液比 由圖1可知，隨著溶劑（純水）的增加，木棉花多糖的提取率表現(xiàn)出先增加后稍降再保持穩(wěn)定的趨勢。當(dāng)料液比為1∶40（g/mL）時，木棉花多糖提取率為最大值（9.7±0.14）%。這是因為隨著溶劑的不斷增加，植物內(nèi)部細(xì)胞與外部溶劑之間的滲透壓差不斷增大，使得植物內(nèi)部的多糖在溶劑中擴(kuò)散速度加快，所以提高溶劑量會增加多糖的提取率。當(dāng)料液比超過1∶40（g/mL）時，木棉花多糖的提取率有所降低。這可能是因為當(dāng)溶劑過量時，木棉花中多糖以外的成分也會析出，其他成分的析出，降低了濃度差，導(dǎo)致多糖提取率下降[9]。基于以上結(jié)果，選擇料液比1∶30、1∶40、1∶50（g/mL）進(jìn)行正交試驗。

2.1.2 提取溫度 由圖2可知，當(dāng)提取溫度為50～80℃時，隨著提取溫度的上升，木棉花多糖的提取率隨之增加；當(dāng)提取溫度為80℃時，木棉花多糖的提取率達(dá)到最大，為（8.2±0.16）%；當(dāng)提取溫度＞80℃時，木棉花多糖的提取率呈下降趨勢。在提取過程中，提高溫度可以使分子運動加強(qiáng)，溶劑對植物組織細(xì)胞的滲透能力也不斷增強(qiáng)，有效成分更容易析出；但是當(dāng)溫度高于最佳值時，高溫可能會對多糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生影響，使其分解，或者使其他成分析出對多糖提取產(chǎn)生干擾，從而降低多糖得率[10]?；谝陨辖Y(jié)果，選擇提取溫度70、80和90℃進(jìn)行正交試驗。

2.1.3 提取時間 由圖3可知，隨著提取時間的延長，木棉花多糖的提取率呈現(xiàn)出先增后降的趨勢；當(dāng)提取15～30 min時，提取率隨時間的延長而增加；當(dāng)提取時間為30 min時，木棉花多糖的提取率達(dá)到最大值，為（9.4±0.14）%；當(dāng)提取時間超過30 min時，木棉花多糖的提取率呈降低趨勢。通常為了提高提取率，可適當(dāng)延長提取時間，但同時要考慮被提取對象的化學(xué)穩(wěn)定性，提取時間不恰當(dāng)?shù)臒o限延長會讓多糖結(jié)構(gòu)、性質(zhì)發(fā)生變化，從而降低多糖得率[11]?；谝陨辖Y(jié)果，選擇提取時間15、30和45 min進(jìn)行正交試驗。

2.2 木棉花提取工藝優(yōu)化的正交試驗結(jié)果

根據(jù)單因素試驗結(jié)果確定了正交試驗的因素及水平（表1），再根據(jù)L9（33）正交試驗設(shè)計表設(shè)計具體試驗方案（表2）。從表2和表3可知，木棉花多糖最佳提取工藝組合是A1B1C1，即料液比為1∶30（g/mL）、溫度為70℃、時間為15 min；各因素對木棉花多糖提取率的影響均達(dá)極顯著水平（P＜0.01），其對木棉花多糖提取率的影響由大到小依次為提取溫度（B）＞提取時間（C）＞料液比（A）。

采用最佳提取工藝進(jìn)行木棉花多糖的提取，以驗證最佳工藝的穩(wěn)定性，結(jié)果顯示，在最佳工藝條件下，木棉花的多糖提取率為（11.84±0.12）%，高于正交試驗設(shè)計方案的提取率，表明該工藝確實是木棉花多糖的最佳提取工藝，且重復(fù)性良好，可以應(yīng)用于木棉花多糖的提取。

3 結(jié)論與討論

木棉花作為我國南方地區(qū)常用藥食同源藥材，在清熱解毒、利濕祛風(fēng)等方面具有良好的功效。木棉花資源豐富，但由于現(xiàn)有開發(fā)應(yīng)用有限，每年木棉花開時節(jié)，大量木棉花被當(dāng)做垃圾丟棄。目前對于木棉花的研究主要集中在醇提取及醇提取物中的化學(xué)成分分析方面。現(xiàn)有研究表明，木棉花醇提取物具有顯著的抗氧化和保護(hù)肝損傷活性，其對人腎癌細(xì)胞（ACHN）、人肺癌細(xì)胞（NCI–H460）也具有顯著的抑制作用，進(jìn)一步研究表明，其抗腫瘤活性可能與腫瘤細(xì)胞凋亡蛋白調(diào)節(jié)有關(guān)。此外，從木棉花醇提物中富集得到的黃酮類化合物在降血糖、降血脂方面也表現(xiàn)出良好的活性[1]。

多糖作為水提取物中重要的組成部分，也是近年來藥食同源藥材研究的熱點，在治療慢性病、提高身體機(jī)能等諸多方面表現(xiàn)出顯著功效。目前，已有多種天然來源的多糖被作為藥物或保健品廣泛應(yīng)用，例如靈芝多糖、人參多糖、甘草多糖等。

由于提取分離技術(shù)的限制，目前對于藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的研究主要集中在中等極性部位，對于水等極性較大部位化學(xué)成分的研究還不足。因此，對于木棉花水提取物的研究較少，對木棉花多糖的研究則更少，這些均限制了木棉花多糖的進(jìn)一步研究應(yīng)用。

研究選取了料液比、提取時間、提取溫度3個因素，通過單因素試驗和L9（33）正交試驗，優(yōu)化了木棉花多糖的提取工藝，結(jié)果表明，最佳提取工藝為料液比1∶30（g/mL）、提取溫度70℃、提取時間15 min，在該條件下木棉花的多糖提取率為（11.84±0.12）%。與前人的相關(guān)研究結(jié)果相比，該試驗獲得的木棉花多糖提取率顯著高于李粉玲等[12]報道的超聲波輔助提取木棉花多糖的提取率，與微波法提取木棉花多糖的得率相當(dāng)[13]。這說明該提取工藝提取率高、重復(fù)性好，并且比微波提取成本更低，更適合木棉花多糖提取的工業(yè)化生產(chǎn)。該研究結(jié)果為深入挖掘木棉花多糖的價值提供了科學(xué)參考，有助于其在保健食品、醫(yī)藥和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）