響應(yīng)面優(yōu)化滇黃精多糖提取及其結(jié)構(gòu)與活性分析

梁朋光 孫健 岳健 蘇娟 唐雅園 欒會(huì)燕 邱福榮 楊兆杏 向昱 何雪梅

摘要：【目的】通過(guò)優(yōu)化動(dòng)態(tài)超高壓微射流法對(duì)滇黃精多糖提取的相關(guān)工藝條件，分析其結(jié)構(gòu)與活性，為滇黃精多糖的多元化利用提供技術(shù)支持?！痉椒ā恳缘狳S精多糖得率為考察指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)響應(yīng)面法分析試驗(yàn)，確定動(dòng)態(tài)超高壓微射流法提取滇黃精多糖的最佳條件;并對(duì)滇黃精多糖的功能活性（酪氨酸酶抑制活性、α-糖苷酶抑制活性及DPPH自由基清除能力等）與結(jié)構(gòu)特性（紅外光譜、相對(duì)分子量及單糖組成等）進(jìn)行研究?！窘Y(jié)果】經(jīng)響應(yīng)面分析構(gòu)建滇黃精多糖得率的二次回歸方程：Y=19.55+0.7A+0.78B+0.89C+0.28AB+1.26AC+0.84BC-1.84A2-4.72B2-2.3C2（R2=0.9860）（Y表示滇黃精多糖得率，A、B、C分別表示微射流壓力、料液比和提取時(shí)間），提取時(shí)間、料液比及微射流壓力與提取時(shí)間的交互作用對(duì)滇黃精多糖得率有極顯著影響（P<0.01），微射流壓力及提取時(shí)間與料液比的交互作用對(duì)滇黃精多糖得率有顯著影響（P<0.05），3個(gè)因素對(duì)多糖得率影響的排序?yàn)椋禾崛r(shí)間>料液比>微射流壓力;滇黃精多糖的最佳提取工藝條件為：微射流壓力146 MPa、料液比1∶41、于100 ℃下提取70 min，在此條件下，滇黃精多糖得率為19.57%，達(dá)理論預(yù)測(cè)值的98.69%。滇黃精多糖是一種由11種單糖組成的吡喃型酸性多糖，相對(duì)分子量為35.95 kD，具有較強(qiáng)的DPPH自由基清除能力、α-葡萄糖苷酶抑制活性和酪氨酸酶抑制活性，半抑制質(zhì)量濃度（IC50）分別為0.43、4.07和2.87 mg/mL。【結(jié)論】采用響應(yīng)面法優(yōu)化動(dòng)態(tài)超高壓微射流法提取滇黃精多糖的得率高，預(yù)測(cè)性良好，滇黃精多糖具有良好的功能活性，有廣泛的開(kāi)發(fā)前景。

關(guān)鍵詞： 滇黃精多糖;響應(yīng)面分析;動(dòng)態(tài)超高壓微射流;提取工藝;結(jié)構(gòu);活性

中圖分類號(hào)： S567.219? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2021）12-3434-12

Response surface optimization of extraction and structure and activity analysis of polysaccharides from Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl.

LIANG Peng-guang1， SUN Jian2， YUE Jian3， SU Juan3， TANG Ya-yuan2， LUAN Hui-yan1，Khoo Hock Eng3， YANG Zhao-xing2，XIANG Yu2， HE Xue-mei2*

（1Yantai Gold Vocational College，Yantai，Shandong? 264000， China; 2Agro-food Science and Technology Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences/Guangxi Key Laboratory of Fruits and Vegetables Storage-processing Technology， Nanning? 530007， China; 3Yunnan Shanlihong Biotechnology Co.， Ltd.，Kunming? 650200， China）

Abstract：【Objective】The extraction of polysaccharides from Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl.（PKP） by dynamic high-pressure microfluidization（DHPM） were optimized and its structure and activity were analyzed， which provide technical support for the diversified utilization of PKP. 【Method】Response surface methodology （RSM） was designed on the basis of single factor experiment to determine the optimal extraction conditions of PKP to determine the optimal extraction conditions by DHPM，with PKP yield as the indicators. The activities （tyrosinase inhibitory activity， α-glycosidase inhibitory activity， DPPH radical scavenging activity） and structural characteristics （infra-red spectrum， relative molecular weight， monosaccharide composition） of PKP were studied. 【Result】The quadratic regression equation established by RSM and the model had good fitting degree，as follow：Y=19.55+0.7A+0.78B+0.89C+0.28AB+1.26AC+0.84BC-1.84A2-4.72B2-2.3C2（R2=0.9860）（Y was extraction yield，A was microfluidization pressure，B was material-liquid ratio and C was extraction time）. Influence of extraction time，material-liquid ratio and interaction of microfluidization pressure and extraction time to PKP yield were extremely significant（P<0.01）. Influence of microfluidization pressure and interaction of material-liquid ratio and extraction time to polysaccharides yield were and significant（P<0.05）. Parameters influencing PKP yield were in the order as follows：extraction time>material-liquid ratio>microfluidization pressure. The optimal parameters were microfluidization pressure of 146 MPa， material-liquid ratio of 1∶41， extracting time of 70 min at 100 ℃. Then the polysaccharides yield was 19.57%， and 98.69% of the theoretical prediction was obtained. PKP was an acidic polysaccharide composed of 11 monosaccharides with a relative molecular weight of 35.95 kD. PKP showed strong DPPH radical scavenging ability， α-glycosidase inhibitory activity and tyrosinase inhibitory activity. The semi-suppressed mass concentration（IC50） were 0.43， 4.07 and 2.87 mg/mL respectively. 【Conclusion】 RSM is suitable for optimize the extraction parameters of PKP by DHPM. The yield of PKP obtained by this method is high and has good predictive performance. PKP has good functional activities and wide development prospect.

Key words： Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl. polysaccharides; response surface methodology; dynamic high-pressure microfluidization; extraction technique; structure; activity

Foundation item：Yunnan Scientific Research Talents and Platform Project（2019IC054）;Guangxi Scientific Base and Talents Project（Guike AD19110141）; Basic Research Project of Guangxi Academy of Agricultural Sciences（Guinongke 2021 YT112， Guinongke 2021YTI16）

0 引言

【研究意義】作為我國(guó)藥典收錄的三大黃精品種之一，滇黃精（Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl.）是一種傳統(tǒng)的藥食兩用藥材，其功效包括益氣補(bǔ)脾與潤(rùn)肺滋腎（國(guó)家藥典委員會(huì)，2015;肖韻錚等，2020）。多糖是滇黃精的主要功效成分之一，現(xiàn)代藥理學(xué)證明其具有抗腫瘤、抗衰老、抗氧化、增強(qiáng)免疫力、降血脂以及降血糖等活性，目前已在食品、保健品、藥品及化妝品領(lǐng)域中得到了較多的應(yīng)用（Debnath et al.，2013;衡銀雪等，2017;吳其國(guó)等，2018;Li et al.，2018;Tang et al.，2019）。多糖生物活性與化學(xué)結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，而多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)很大程度上受提取方式影響（陳燦輝等，2019;葉興乾等，2019），提取方法的差異導(dǎo)致細(xì)胞壁中釋放出不同成分，因此其多糖化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)有所不同（Broxterman and Schols，2018）。多糖的提取是滇黃精多糖應(yīng)用的基礎(chǔ)，適宜的提取技術(shù)對(duì)滇黃精開(kāi)發(fā)利用起到至關(guān)重要的作用，研究特定提取方式下多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)和主要生物活性對(duì)其應(yīng)用也具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在提取黃精多糖方面，常用的技術(shù)包括酶解提取法、酸堿提取法及熱水浸提法等。趙瑞萌等（2010）研究發(fā)現(xiàn)采用堿提法可提高黃精多糖提取率，獲得提取率為11.89%;宮江寧等（2019）采用水提醇沉法提取黃精多糖并優(yōu)化其提取參數(shù)，黃精多糖得率可達(dá)（7.96±0.12）%;張梓原等（2020）比較水提醇沉法和復(fù)合酶解法對(duì)黃精多糖的提取效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)合酶解法得到的多糖得率（22%）遠(yuǎn)高于水提醇沉法得到的多糖得率（8.84%），且提取溫度較低;唐蘭芳等（2021）改進(jìn)提取溶劑，采用低共熔溶劑提取黃精多糖，所得多糖提取率是熱水提取的3.40倍，多糖分子質(zhì)量顯著大于熱水提取所得的多糖，單糖組成更復(fù)雜，多糖的抗氧化與抗糖基化能力顯著強(qiáng)于熱水提取法。近年的研究結(jié)果顯示，若在提取前進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠票谔幚?，將?huì)有助于多糖得率的進(jìn)一步提升，因此研究者們基于常規(guī)的提取方法，發(fā)展了一些更高效的提取技術(shù)，包括高壓輔助提取技術(shù)、閃式提取技術(shù)、微波輔助提取技術(shù)和超聲波輔助提取技術(shù)等，同時(shí)還有結(jié)合多種方法的復(fù)合提取技術(shù)，這些方法各具優(yōu)勢(shì)。粟敏等（2016）將離子液體—微波輔助用于提取多花黃精多糖，提取125 s下獲得提取率為12.79%;魏煒等（2019）采用響應(yīng)面法優(yōu)化超高壓提取滇黃精多糖的工藝條件，在壓力255 MPa下提取9.5 min，多糖提取率為25.01%，遠(yuǎn)高于熱水浸提的提取率;于偉凱等（2020）采用微波輔助提取泰山黃精多糖，提取時(shí)間縮短至2 min;劉日斌等（2021）利用超聲輔助酶法提取黃精多糖，提取率達(dá)25.63%?？梢?jiàn)破壁前處理輔助新型提取技術(shù)在提取效率和得率方面表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】動(dòng)態(tài)超高壓微射流（DHPM）已應(yīng)用于多糖的提取和改性領(lǐng)域，其主要原理是利用瞬間的壓力釋放、強(qiáng)烈剪切及高速碰撞等相關(guān)作用，使細(xì)胞壁發(fā)生破裂，提升傳質(zhì)速度，利于多糖提取率的進(jìn)一步提升;此外，可將多糖分子鏈條剪斷，使分子聚集狀態(tài)、微粒粒度及單糖組成等有所改變，從而改變多糖的空間結(jié)構(gòu)及分子內(nèi)與分子間作用力（姜穎等，2010;李亞楠等，2015）。秦令祥等（2019）通過(guò)動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)提取黑木耳多糖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其比熱水浸提、超聲波輔助和微波輔助提取法的提取效率高，同時(shí)所提取多糖的抗氧化活性有明顯提高。可見(jiàn)，動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多糖的高效率提取，但目前采用其進(jìn)行滇黃精多糖提取，并研究多糖活性與結(jié)構(gòu)的文獻(xiàn)報(bào)道較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)響應(yīng)面法對(duì)動(dòng)態(tài)超高壓微射流輔助提取滇黃精多糖工藝進(jìn)行優(yōu)化，并探討其對(duì)滇黃精多糖生物活性、理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律與內(nèi)在機(jī)理，為滇黃精多糖的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

滇黃精原料采自云南普洱（2020年1月），將其清洗干凈后切片，在50 ℃下烘干，粉碎過(guò)篩（60目）備用。主要試劑：阿卡波糖（拜耳醫(yī)藥保健有限公司）;單糖標(biāo)準(zhǔn)品、葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、α-葡萄糖苷酶、酪氨酸酶（美國(guó)Sigma公司）;熊果苷[珠峰貿(mào)易（廣州）有限公司];1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（PMP）、對(duì)硝基苯基-β-D-吡喃半乳糖苷（PNPG）（北京索萊寶科技有限公司）。主要儀器設(shè)備：Agilent 1260高效液相色譜儀（美國(guó)安捷倫公司）、 M-110EH型微射流均質(zhì)機(jī)（美國(guó)Microfluidics公司）、傅里葉變換紅外光譜儀FT-IR650（天津港東科技發(fā)展股份有限公司）、GYB40-10S小型均質(zhì)機(jī)（上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠）、HAAKE Mars-III旋轉(zhuǎn)流變儀（德國(guó)賽默飛世爾公司）、752N紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）、SHZ-82水浴恒溫振蕩器（江蘇省金壇市恒豐儀器廠）、101-3電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱（上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司）。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 動(dòng)態(tài)超高壓微射流法提取滇黃精多糖 在秦令祥等（2019）的方法上進(jìn)行部分改進(jìn)。稱量滇黃精粉末（含水量9.83%）5 g，按試驗(yàn)設(shè)定比例分散于蒸餾水中，通過(guò)均質(zhì)機(jī)進(jìn)行5 min均質(zhì)處理（壓力設(shè)定為30 MPa），按試驗(yàn)設(shè)計(jì)的壓力參數(shù)進(jìn)行微射流均質(zhì)后熱水浸提，所得多糖提取液在5000 r/min條件下離心10 min，取上清液在60 ℃下減壓濃縮后醇沉，醇沉后的樣品進(jìn)行離心處理（5000 r/min、10 min），冷凍干燥得到滇黃精多糖（Polysaccharides from Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl.，簡(jiǎn)稱PKP）。

1. 2. 2 多糖含量測(cè)定 采用苯酚—硫酸法測(cè)定，按照公式（1）計(jì)算多糖得率：

多糖得率（%）=提取所得多糖質(zhì)量/原料質(zhì)量×

100? （1）

1. 2. 3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1. 2. 3. 1 微射流壓力對(duì)滇黃精多糖得率的影響

固定其他提取參數(shù)為微射流處理次數(shù)1次、提取時(shí)間1.0 h、提取溫度100 ℃、料液比1∶40（g/mL，下同），在此條件下考察不同微射流壓力（80、100、120、140、160和180 MPa）對(duì)滇黃精多糖得率的影響。

1. 2. 3. 2 微射流處理次數(shù)對(duì)滇黃精多糖得率的影響 固定其他提取參數(shù)為微射流壓力140 MPa、提取時(shí)間1.0 h、提取溫度100 ℃、料液比1∶40，在此條件下考察不同微射流處理次數(shù)（1、2、3、4和5次）對(duì)滇黃精多糖得率的影響。

1. 2. 3. 3 提取時(shí)間對(duì)滇黃精多糖得率的影響 固定其他提取參數(shù)為微射流壓力140 MPa、微射流處理次數(shù)1次、提取溫度100 ℃、料液比1∶40，在此條件下考察不同提取時(shí)間（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 h）對(duì)滇黃精多糖得率的影響。

1. 2. 3. 4 提取溫度對(duì)滇黃精多糖得率的影響 固定其他提取參數(shù)為微射流壓力140 MPa、微射流處理次數(shù)1次、提取時(shí)間1.0 h、料液比1∶40，在此條件下考察不同溫度（60、70、80、90和100 ℃）對(duì)滇黃精多糖得率的影響。采用回流提取法進(jìn)行多糖提取，避免溶劑蒸發(fā)造成的試驗(yàn)誤差。

1. 2. 3. 5 料液比對(duì)滇黃精多糖得率的影響 固定其他提取參數(shù)為微射流壓力140 MPa、微射流處理次數(shù)1次、提取時(shí)間1.0 h、提取溫度100 ℃，在此條件下考察不同料液比（1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50和1∶60）對(duì)滇黃精多糖得率的影響。

1. 2. 4 響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在Box-Behnken原理的基礎(chǔ)上，全面考慮單因素試驗(yàn)所得的相關(guān)結(jié)果，選取料液比、提取時(shí)間及微射流壓力等指標(biāo)開(kāi)展響應(yīng)面分析研究（3因素3水平），優(yōu)化該提取工藝。以多糖得率作響應(yīng)值，響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

1. 2. 5 多糖相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定 采用高效凝膠色譜法（HPGPC）測(cè)定多糖相對(duì)分子質(zhì)量。多糖樣品配制成所需溶液（2.0 mg/mL），無(wú)菌濾膜（0.22 μm）以備用。HPGPC測(cè)定分析的主要條件如下：色譜柱Agilent PL aquagel-OH Mixed（300 mm×7.5 mm，8 μm）;柱溫35 ℃;所用示差折光檢測(cè)器型號(hào)為Waters2414，以超純水作流動(dòng)相，進(jìn)樣量和流動(dòng)速度分別為50 μL和0.6 mL/min。配制系列不同分子量的葡聚糖溶液為標(biāo)準(zhǔn)品作標(biāo)準(zhǔn)曲線，多糖的分子量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算。

1. 2. 6 單糖組成測(cè)定 單糖組成參考范斌等（2021）的方法，采用PMP柱前衍生—高效液相色譜（HPLC）法測(cè)定。

1. 2. 7 多糖紅外光譜分析 以溴化鉀壓片作空白對(duì)照，采用FT-IR650型傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行分析，波數(shù)范圍為500～4000 cm-1。

1. 2. 8 DPPH自由基清除能力測(cè)定 參考何雪梅等（2014）的方法測(cè)定滇黃精多糖抗氧化能力。以維生素C（Vc）作陽(yáng)性對(duì)照。

DPPH自由基清除率（%）=[1-（A樣品-A樣品空白）/

A空白]×100? （2）

式中：A樣品為2 mL樣品+2 mL DPPH自由基溶液;A樣品空白為2 mL樣品+2 mL無(wú)水乙醇;A空白為2 mL DPPH自由基溶液+2 mL無(wú)水乙醇。

1. 2. 9 多糖降血糖活性能力測(cè)定 參考施吉祥等（2019）的方法測(cè)定分析滇黃精多糖的α-葡萄糖苷酶抑制能力，采用阿卡波糖作陽(yáng)性對(duì)照，酶活性抑制率按照公式（3）進(jìn)行計(jì)算：

α-葡萄糖苷酶活性抑制率（%）=[1-（A樣品-A樣品空白）/

A空白]×100 （3）

式中：A空白為不加待測(cè)樣品反應(yīng)后的吸光值;A樣品為加入待測(cè)樣品反應(yīng)后的吸光值;A樣品空白為只加入待測(cè)樣品反應(yīng)后的吸光值。

1. 2. 10 酪氨酸酶活性測(cè)定 參考Muhammad等（2019）的方法測(cè)定滇黃精多糖的酪氨酸酶活性，以熊果苷作陽(yáng)性對(duì)照，根據(jù)公式（4）計(jì)算酪氨酸酶活性抑制率：

酪氨酸酶活性抑制率（%）=[1-（A1–A2）/（A3-

A4）]×100? ?（4）

式中：A1為樣品吸光值;A2為樣品背景組（PBS溶液代替酪氨酸酶）吸光值;A3為空白組（蒸餾水代替樣品）吸光值;A4為空白背景組（蒸餾水代替樣品、PBS溶液代替酪氨酸酶）吸光值。

1. 3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Design Expert 8.0.6.1對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，以O(shè)rigin 8.0制圖。

2 結(jié)果與分析

2. 1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2. 1. 1 不同微射流壓力對(duì)滇黃精多糖得率的影響

由圖1可知，滇黃精多糖得率隨著微射流壓力的增大呈先顯著升高（P<0.05，下同）后逐漸降低的變化趨勢(shì)。在80～140 MPa范圍內(nèi)滇黃精多糖得率迅速升高，多糖得率由10.15%增至18.21%，提高79.41%;微射流壓力在140～180 MPa時(shí)，滇黃精多糖得率緩慢下降。微射流壓力的增大有利于多糖得率的提升，但當(dāng)壓力值高于140 MPa時(shí)，多糖溶出無(wú)明顯增加。因此，微射流壓力選擇140 MPa為宜。

2. 1. 2 不同微射流次數(shù)對(duì)滇黃精多糖得率的影響

如圖2所示，隨著微射流處理次數(shù)的增加，滇黃精多糖得率并無(wú)明顯增大趨勢(shì)，不同處理次數(shù)間的多糖得率無(wú)顯著差異（P>0.05，下同），說(shuō)明微射流處理次數(shù)對(duì)滇黃精多糖得率影響較小，處理1次即達(dá)到細(xì)胞壁破碎的效果，后續(xù)響應(yīng)面試驗(yàn)無(wú)需考察微射流處理次數(shù)對(duì)滇黃精多糖得率的影響。

2. 1. 3 不同提取時(shí)間對(duì)滇黃精多糖得率的影響

如圖3所示，在提取時(shí)間0.5～1.0 h，滇黃精多糖得率迅速增大，從12.18%顯著提高到17.29%，增加41.95%;而從1.5 h開(kāi)始，滇黃精多糖得率呈緩慢下降趨勢(shì)，到3.0 h時(shí)多糖得率顯著降低。表明提取時(shí)間達(dá)到1.0 h時(shí)滇黃精多糖已基本溶出，延長(zhǎng)提取時(shí)間不能提高得率，反而因溶劑揮發(fā)等原因使多糖得率降低，因此后續(xù)試驗(yàn)中提取時(shí)間以60 min為宜。

2. 1. 4 不同提取溫度對(duì)滇黃精多糖得率的影響

如圖4所示，滇黃精多糖得率隨提取溫度的升高而不斷增大，100 ℃時(shí)多糖得率達(dá)最大值。對(duì)比不同提取溫度之間多糖得率發(fā)現(xiàn)，除90和100 ℃外，其余溫度之間多糖得率存在顯著差異，說(shuō)明提取溫度對(duì)滇黃精多糖得率具有顯著影響，提高溫度可促進(jìn)多糖快速溶出。鑒于試驗(yàn)結(jié)果明確100 ℃時(shí)多糖得率最高，且試驗(yàn)中無(wú)法十分精準(zhǔn)地控制溫度，故后續(xù)提取中直接選取100 ℃為最適提取溫度，在響應(yīng)面試驗(yàn)中不再考察提取溫度的影響。

2. 1. 5 不同料液比對(duì)滇黃精多糖得率的影響 從圖5可看出，在料液比1∶10～1∶40范圍內(nèi)，隨著提取溶劑用量的增加，滇黃精多糖得率顯著升高，當(dāng)料液比低于1∶40時(shí)，滇黃精多糖得率反而小幅度下降，但各料液比（1∶40～1∶60）間無(wú)顯著差異。因此，滇黃精多糖提取的料液比以1∶40較合適。

2. 2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2. 2. 1 回歸模型的建立與分析 采用Design Expert 8.0.6.1進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)回歸擬合分析后，得到各試驗(yàn)影響因子對(duì)多糖得率的二次多項(xiàng)式回歸模型：Y=19.55+0.7A+0.78B+0.89C+0.28AB+1.26AC+0.84BC-1.84A2-4.72B2-2.3C2（R2=0.9860）。

進(jìn)一步對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行顯著性分析，響應(yīng)面數(shù)據(jù)的方差分析結(jié)果如表3所示，所建立的回歸模型對(duì)試驗(yàn)具有良好的擬合度，因模型達(dá)極顯著水平（P<0.01，下同）、失擬項(xiàng)不顯著，說(shuō)明試驗(yàn)誤差小。模型的R2為0.9860，說(shuō)明試驗(yàn)精確度高，可準(zhǔn)確解釋試驗(yàn)中滇黃精多糖得率的變化，因此，可用該方程對(duì)不同提取條件下的滇黃精多糖得率進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)回歸方程各影響因子的F值可看出，提取時(shí)間和料液比對(duì)滇黃精多糖得率的影響均達(dá)極顯著水平，微射流壓力的影響達(dá)顯著水平，由回歸方程式中各項(xiàng)系數(shù)可知，提取時(shí)間對(duì)滇黃精多糖得率影響最大，料液比次之，微射流壓力的影響最小。

2. 2. 2 因素間交互作用分析 由滇黃精多糖得率的回歸分析結(jié)果（表3）可知，微射流壓力與提取時(shí)間的交互作用對(duì)滇黃精多糖得率有極顯著影響，提取時(shí)間與料液比的交互作用對(duì)滇黃精多糖得率有顯著影響。為更直觀地反映各因素對(duì)滇黃精多糖的影響，對(duì)回歸模型進(jìn)行響應(yīng)面交互作用分析。圖6所示為當(dāng)提取時(shí)間為1.0 h時(shí)微射流壓力與料液比間的交互作用。隨著料液比降低與微射流壓力提高，多糖得率呈先增后減的變化趨勢(shì)，在微射流壓力為145 MPa和料液比為1∶40左右時(shí)達(dá)最大值。從等高線和響應(yīng)面整體來(lái)看，料液比的等高線較密，響應(yīng)面較陡峭，料液比對(duì)多糖得率的影響大于微射流壓力的影響。

從圖7和圖8可看出，與微射流壓力與料液比間的交互作用相似，微射流壓力與提取時(shí)間、提取時(shí)間與料液比之間的交互作用也呈先上升后下降的變化趨勢(shì)。微射流壓力與提取時(shí)間之間的交互作用對(duì)滇黃精多糖得率有極顯著影響，當(dāng)料液比為1∶40、微射流壓力為147 MPa、提取時(shí)間為1.23 h時(shí)，多糖得率達(dá)最大值，提取時(shí)間的等高線較密，響應(yīng)面較陡峭，對(duì)滇黃精多糖得率影響較大。提取時(shí)間與料液比之間的交互作用對(duì)滇黃精多糖得率有顯著影響，當(dāng)提取時(shí)間為1.1 h、料液比為1∶42時(shí)，多糖得率達(dá)最大值，等高線呈圓形，二者對(duì)多糖得率的影響相差較小。

2. 3 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)Design-Expert 8.0.6.1優(yōu)化出滇黃精多糖的最佳提取工藝條件為：微射流壓力146 MPa、料液比1∶41.20、于100 ℃下提取1.15 h，預(yù)測(cè)滇黃精多糖得率為19.83%。為進(jìn)一步檢驗(yàn)該試驗(yàn)方法的可靠性，結(jié)合實(shí)際操作情況，調(diào)整參數(shù)為：微射流壓力146 MPa、料液比1∶41、于100 ℃下提取70 min，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)際測(cè)得滇黃精多糖得率為19.57%，達(dá)理論預(yù)測(cè)值的98.69%，由此可知，通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化的提取工藝具有良好的精度與可靠性。

2. 4 滇黃精多糖的相對(duì)分子質(zhì)量

滇黃精多糖經(jīng)純化洗脫可獲得主峰1個(gè)（圖9）。通過(guò)HPGPC法測(cè)定其相對(duì)分子質(zhì)量，以系列葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品相對(duì)分子質(zhì)量的對(duì)數(shù)對(duì)保留時(shí)間作回歸處理，得到重均分子量（Mw）和數(shù)均分子量（Mn）的校正回歸方程。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品曲線，得出計(jì)算公式進(jìn)而計(jì)算出樣品的分子量大小。

lgMw=-0.208x+12.968（R2=0.993）

lgMn=-0.181x+11.734（R2=0.997）

滇黃精多糖的HPGPC譜圖如圖10所示，經(jīng)回歸方程計(jì)算，滇黃精多糖Mw為35.95 kD，Mn為25.53 kD。首先需進(jìn)行PDI值（即Mw/Mn）的試驗(yàn)測(cè)定，若該指標(biāo)較大，說(shuō)明分子量有較大的分布范圍，反之亦然。滇黃精多糖的PDI值為1.41，該值較小，說(shuō)明動(dòng)態(tài)超高壓微射流提取的滇黃精多糖較均一。

2. 5 滇黃精多糖的單糖組成

圖11為PMP-HPLC法檢測(cè)滇黃精多糖的單糖出峰譜，可知滇黃精多糖由11種單糖組成，單糖中含有葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸，說(shuō)明多糖為酸性多糖。11種單糖的摩爾比分別為：甘露糖（43.32%）、半乳糖（20.04%）、葡萄糖（19.87%）、阿拉伯糖（8.67%）、木糖（2.21%）、氨基半乳糖（2.12%）、巖藻糖（1.11%）、氨基葡萄糖（0.95%）、鼠李糖（0.91%）、葡萄糖醛酸（0.52%）和半乳糖醛酸（0.29%）。滇黃精多糖以甘露糖、半乳糖和葡萄糖為主，摩爾比占83.23%，氨基半乳糖、巖藻糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸的含量較低。

2. 6 滇黃精多糖的紅外光譜分析結(jié)果

圖12為滇黃精多糖紅外光譜圖，其中存在著糖類化合物的典型特征吸收峰。3600～3200 cm-1所對(duì)應(yīng)寬峰為-OH伸縮振動(dòng)吸收峰，是典型的糖類特征峰。具體結(jié)果為：在3376.75 cm-1的寬吸收峰是一種典型的糖類特征峰，為糖分子當(dāng)中O-H伸縮振動(dòng)吸收峰;在2927.41 cm-1處的吸收峰歸屬于C-H伸縮振動(dòng)（CH、CH2和CH3）;在1644.98 cm-1處的較強(qiáng)吸收峰可能歸屬于多糖中-OH的彎曲振動(dòng);在1421.28和1132.01 cm-1的吸收峰歸屬于C-O伸縮振動(dòng);在1328.71和1261.22 cm-1的吸收峰歸屬于O-H變角振動(dòng)，929.25 cm-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)于吡喃環(huán)非對(duì)稱環(huán)伸縮振動(dòng)，由此可知滇黃精多糖屬于含吡喃環(huán)的多糖。

2. 7 滇黃精多糖的DPPH自由基清除能力

從圖13可看出，滇黃精多糖具有一定的清除DPPH自由基能力，其質(zhì)量濃度與DPPH自由基清除率呈正向量效關(guān)系。經(jīng)計(jì)算，滇黃精多糖對(duì)DPPH自由基的半抑制質(zhì)量濃度（IC50）為0.43 mg/mL，高于Vc的IC50（0.056 mg/mL），說(shuō)明雖然滇黃精多糖有較強(qiáng)的DPPH自由基清除能力，但清除能力遠(yuǎn)弱于Vc。

2. 8 滇黃精多糖的α-葡萄糖苷酶抑制活性

滇黃精多糖具有較強(qiáng)的降血糖活性（劉娜，2017），其α-葡萄糖苷酶抑制活性如圖14所示，經(jīng)計(jì)算，滇黃精多糖對(duì)α-葡萄糖苷酶的IC50為4.07 mg/mL，高于阿卡波糖對(duì)α-葡萄糖苷酶的IC50（0.83 mg/mL），說(shuō)明滇黃精多糖雖具有較強(qiáng)的α-葡萄糖苷酶抑制活性，但其活性遠(yuǎn)低于阿卡波糖。

2. 9 滇黃精多糖的酪氨酸酶抑制活性

酪氨酸酶（EC1.14.18.1，TYR）是一種活性中心含有Cu2+的多功能氧化酶（Muhammad et al.，2019），被廣泛用于評(píng)價(jià)美白功能。圖15顯示滇黃精多糖的酪氨酸酶抑制活性，進(jìn)行計(jì)算分析后，可得滇黃精多糖對(duì)酪氨酸酶的IC50為2.87 mg/mL，高于熊果苷的IC50（0.13 mg/mL），說(shuō)明滇黃精多糖雖具有較強(qiáng)的酪氨酸酶抑制活性，但其抑制活性低于熊果苷。

3 討論

植物多糖是由10個(gè)以上單糖通過(guò)糖苷鍵聚合而成的生物大分子，因其多樣的功能活性備受關(guān)注。植物多糖的提取主要有破碎細(xì)胞壁和多糖提取2個(gè)關(guān)鍵步驟。植物細(xì)胞壁主要由果膠、纖維素和半纖維素組成，起到維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定環(huán)境的作用。破壁處理是從胞漿中釋放多糖的關(guān)鍵點(diǎn)，不同的破壁方法決定不同的提取方法，如高溫、酸堿、酶解、物理輔助破壁（超聲、微波、高壓等）（王如濤等，2013）。熱水浸提多糖具有安全環(huán)保、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但得率低、耗時(shí)耗能，熱水浸提黃精多糖得率在7%～12%（陳鋼等，2007;郭未艷等，2013;宮江寧等，2019;張梓原等，2020）。酸堿提取法相較于傳統(tǒng)的熱水浸提法雖然得率有所提高，但提取時(shí)間并未縮短且易降低活性（王藝涵等，2019）。酶解提取法具有高效、溫和的優(yōu)點(diǎn)，但存在過(guò)濾困難等問(wèn)題（Lee et al.，2016）。目前物理破碎法提取黃精多糖以超聲波法和微波法為主，具有提取時(shí)間短、得率高等優(yōu)點(diǎn)。微波或離子液體—微波輔助提取黃精多糖，在微波功率280～320W的條件下提取2～3 min，得率即達(dá)4.83%～12.79%（粟敏等，2016;于偉凱等，2020）。超聲輔助酶法提取黃精多糖，在65 ℃下提取55 min，得率高達(dá)25.63%（劉日斌等，2021）。可見(jiàn)破壁處理輔助提取技術(shù)可極大提高提取效率。

動(dòng)態(tài)超高壓微射流又稱微射流均質(zhì)、瞬時(shí)高壓作用、高壓均質(zhì)，是一種從高壓均質(zhì)工業(yè)應(yīng)用中開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型技術(shù)，其充分結(jié)合了一系列的單元操作，包括膨化、加溫、加壓、粉碎、混合以及輸送等，在食品和制藥領(lǐng)域用于生產(chǎn)體系穩(wěn)定的乳液，近年來(lái)逐漸應(yīng)用于活性成分提取和改性。本研究利用動(dòng)態(tài)超高壓微射流預(yù)處理滇黃精混懸液，該技術(shù)通過(guò)強(qiáng)烈剪切和高速撞擊等作用，確保滇黃精顆粒能充分地分散于水中，同時(shí)有利于細(xì)胞壁發(fā)生有效破碎，提高細(xì)胞通透性，使得溶劑能順利地進(jìn)入細(xì)胞中，促進(jìn)多糖得率的提升;此外，瞬時(shí)壓力作用有利于傳質(zhì)過(guò)程的發(fā)生，使得溶劑能迅速地滲透細(xì)胞壁，有利于多糖快速地溶出，顯著地縮短提取時(shí)間（涂宗財(cái)?shù)龋?010;李亞楠等，2015;Huang et al.，2018）。在微射流壓力146 MPa、料液比1∶41、100 ℃的條件下提取70 min，滇黃精多糖得率可達(dá)19.57%。與傳統(tǒng)的熱水浸提、酸堿法提取、酶解提取法相比，采用動(dòng)態(tài)超高壓微射流獲得的多糖得率提升約一倍，浸提時(shí)間從3～8 h縮短至70 min，在提取效率和得率方面表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。與超聲波輔助和微波輔助提取方法相比，本研究經(jīng)動(dòng)態(tài)超高壓微射流提取的得率高于微波輔助提取得率（4.83%～12.79%）（粟敏等，2016;于偉凱等，2020），低于超聲波輔助提取得率（25.63%）（劉日斌等，2021），可能與滇黃精的品種和產(chǎn)地不同有關(guān)，也可能與操作和計(jì)算方法有關(guān)。

多糖的生理功能與其組成結(jié)構(gòu)密不可分，有學(xué)者對(duì)滇黃精多糖的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了研究。吳群絨等（2005）采用熱水提取、柱層析分離純化得到滇黃精多糖，證明其結(jié)構(gòu)為主要由葡萄糖組成、相對(duì)分子質(zhì)量約為8.1 kD的中性多糖;王藝（2019）研究結(jié)果顯示滇黃精多糖的分子質(zhì)量為160 kD，是含有吡喃糖苷鍵的酸性多糖，具有降低餐后血糖、調(diào)節(jié)體內(nèi)血糖代謝的作用，但無(wú)抗氧化活性;施揚(yáng)等（2020）制備的滇黃精提取物有著良好的酪氨酸酶抑制活性及較強(qiáng)的抗氧化能力，且無(wú)細(xì)胞毒性，在日化產(chǎn)品中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本研究采用動(dòng)態(tài)超高壓微射流輔助提取滇黃精多糖，經(jīng)分析，該多糖是由11種單糖組成的吡喃型酸性多糖，相對(duì)分子質(zhì)量為35.95 kD，與吳群絨等（2005）、王藝（2019）經(jīng)熱水提取的多糖相比，分子質(zhì)量較大，單糖組成豐富，且具有較強(qiáng)的生理活性。采用該技術(shù)進(jìn)行提取后，既可促進(jìn)提取得率的提高，同時(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)改性方面也有積極作用，該技術(shù)能打斷多糖長(zhǎng)的分子鏈、改變分子聚集狀態(tài)以及降低微粒粒度，導(dǎo)致多糖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定的變化，最終影響其生物活性與物理化學(xué)性質(zhì)，如提高多糖的抗氧化活性（Chen et al.，2012;Huang et al.，2018;劉夢(mèng)培等，2021）。下一步將全面地分析動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)對(duì)于滇黃精多糖功能活性與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的影響機(jī)理。

4 結(jié)論

采用響應(yīng)面優(yōu)化動(dòng)態(tài)超高壓微射流法提取滇黃精多糖的工藝參數(shù)，得到最佳工藝參數(shù)為：微射流壓力146 MPa、料液比1∶41、于100 ℃下提取時(shí)間70 min。利用響應(yīng)面法建立的回歸模型對(duì)滇黃精多糖提取具有良好的預(yù)測(cè)作用。提取獲得的滇黃精多糖是由11種單糖組成的吡喃型酸性多糖，具有DPPH自由基清除能力、α-糖苷酶抑制活性和酪氨酸酶抑制活性，在健康產(chǎn)品和日化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

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（責(zé)任編輯 羅 麗）