超聲處理對(duì)肉蓯蓉多糖流變學(xué)性質(zhì)的影響*

田文靜 周 瑫 黃群惠 史金涵 丁 旭 張 繼**

（1 西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 甘肅蘭州 730000 2 甘肅省特色植物有效成分制品工程技術(shù)研究中心 甘肅蘭州 730030）

肉蓯蓉（Cistanche deserticolaY.C.Ma）屬被子植物亞門雙子葉植物綱唇形目列當(dāng)科肉蓯蓉屬植物，別名縱蓉、地精、金筍、大蕓［1］。為多年生寄生草本，被多數(shù)肉質(zhì)鱗片狀葉，顏色為黃色至褐黃色。以列當(dāng)科植物肉蓯蓉的肉質(zhì)莖為藥用肉蓯蓉。生于鹽堿地，干河溝沙地、戈壁灘一帶，分布于內(nèi)蒙古、陜西、甘肅、寧夏、新疆等地。據(jù)《中藥大辭典》記載，肉蓯蓉甘酸咸、溫；入腎、大腸經(jīng)；可補(bǔ)腎，益精，潤(rùn)燥，滑腸；治男子陽(yáng)痿，女子不孕，帶下，血崩，腰膝冷痛，血枯便秘［2］。經(jīng)現(xiàn)代藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，肉蓯蓉中含有許多生物活性物質(zhì)，主要有苯乙醇苷類、環(huán)烯醚萜及其苷類、黃酮類、多糖等［3］，苯乙醇苷類具有抗阿爾茨海默病、抗帕金森病、提高學(xué)習(xí)記憶能力等作用［4］，多糖類在免疫調(diào)節(jié)、抗衰老、改善脾虛、抗病毒抗腫瘤、促進(jìn)造血等方面具有藥理作用［5］，屠鵬飛等［6］已分離鑒定了17 個(gè)新多糖的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)6 個(gè)免疫活性多糖。因此，探究肉蓯蓉多糖具有重要意義。

與傳統(tǒng)的熱水浸提法進(jìn)行比較，超聲波輔助浸提法提取紅枸杞等多種植物多糖，具有大幅度縮短提取時(shí)間、降低能量消耗、提高多糖提取率、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，且超聲提取的多糖具有較高的抗氧化活性，不會(huì)破壞多糖原有的結(jié)構(gòu)［7］。

近年來(lái)，流變學(xué)特性的研究在中草藥保鮮及深加工中越發(fā)重要。準(zhǔn)確檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中流體食品的流變性質(zhì)，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量非常重要。通過(guò)流變學(xué)實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)）可預(yù)測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量及其在市場(chǎng)上的接受性，指導(dǎo)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。在食品流變學(xué)的基礎(chǔ)上，研究肉蓯蓉獨(dú)特的流變學(xué)特性，可為肉蓯蓉中藥材后期的保鮮及深加工提供理論參考［8］。

大多數(shù)文獻(xiàn)從超聲、微波、復(fù)合酶等方面著手研究肉蓯蓉多糖的提取工藝，并測(cè)定其含量［9-10］，很少有研究從流變學(xué)性質(zhì)分析肉蓯蓉多糖的特性。本次實(shí)驗(yàn)對(duì)肉蓯蓉多糖的超聲波輔助浸提法和熱水浸提法進(jìn)行比較，并測(cè)定其流變學(xué)性質(zhì)，從應(yīng)力、頻率、觸變、剪切等4 個(gè)方面分析了超聲提取對(duì)肉蓯蓉多糖的流變學(xué)性質(zhì)的影響，旨在為肉蓯蓉及其他珍貴中藥材的流變學(xué)及其他特性的研究提供有效依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料 實(shí)驗(yàn)所用原料新鮮肉蓯蓉來(lái)自甘肅隴南，經(jīng)西北師范大學(xué)植物組陳學(xué)林教授鑒定為列當(dāng)科肉蓯蓉（C.deserticolaY.C.Ma）。

1.2 儀器及設(shè)備 高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀（Physica MCR 301，奧地利Anton Paar）、多功能食品加工機(jī)（AMR600G，中安電器）、數(shù)顯磁力攪拌水浴鍋（JRA-6，金壇市杰瑞爾電器有限公司）、雪花制冰機(jī)（XB-20，寧波新芝生物科技股份有限公司）、杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)（Scientz-4D，寧波新芝生物科技股份有限公司）、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RE-52，上海亞榮生化儀器廠）、循環(huán)水式多用真空泵（SHB-Ⅲ，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司）、臺(tái)式大容量冷凍離心機(jī)（L-535R，湘儀離心機(jī)儀器有限公司）。

1.3 肉蓯蓉多糖的制備 稱取一定量的肉蓯蓉，加蒸餾水并粉碎，70℃水浴2 h，過(guò)濾；浸提2 次，合并2 次濾液，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的肉蓯蓉和蒸餾水的料、液比為1∶10。將肉蓯蓉多糖濾液抽濾、離心，取出上清液加入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器60℃濃縮至25 mL；將肉蓯蓉多糖冰浴，在杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中進(jìn)行不同時(shí)間（在1 000 W 的功率下分別進(jìn)行5 min、10 min、15 min、20 min、25 min 的超聲處理，工作次數(shù)相對(duì)應(yīng)為100 次、200 次、300 次、400 次、500 次，工作時(shí)間為3 s，間隔時(shí)間為2 s）、不同功率［分別在400 W、800 W、1 000 W、1 200 W、1 600 W、2 000 W 的超聲功率下進(jìn)行處理15 min（300 次）］的處理。對(duì)照組采用熱水提取法進(jìn)行處理。

本文針對(duì)杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)的可改變條件，從超聲時(shí)間和功率2 個(gè)方面，對(duì)肉蓯蓉多糖流變學(xué)性質(zhì)的影響各進(jìn)行了5 組實(shí)驗(yàn)組與1 組對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)。

1.4 動(dòng)態(tài)粘彈性測(cè)定

應(yīng)變掃描：采用MCR301 流變儀的平板PP50（內(nèi)徑=50 mm） 系統(tǒng)，1 mm 的平行板間距在25℃的測(cè)量溫度下，給樣品以恒定的頻率（1 Hz）施加一個(gè)范圍（0.01～100%）的正弦形變（應(yīng)變），通過(guò)測(cè)定儲(chǔ)能模量與損耗模量的變化描述肉蓯蓉多糖的線性粘彈性范圍［11-12］。

頻率掃描：采用振蕩動(dòng)態(tài)掃頻技術(shù)，對(duì)不同時(shí)間和不同功率下超聲波輔助提取多糖和熱水提取多糖溶液的粘彈性模量（儲(chǔ)能模量）和損失模量進(jìn)行模擬計(jì)算。在實(shí)驗(yàn)前，用應(yīng)變掃描法（0.01～100%）在恒頻1 Hz（未提供數(shù)據(jù)）下建立了解的線性粘彈性范圍。然后，在控制應(yīng)變模式下，用PP50的MCR 301 流變儀對(duì)不同條件下的超聲波輔助提取多糖和熱水提取多糖在25℃和pH=7.0 條件下進(jìn)行了動(dòng)態(tài)振蕩掃頻。角頻率范圍為0.01～100 s-1，應(yīng)變幅值0.1%［13］。

1.5 流動(dòng)性能測(cè)定 在25℃、pH=7.0 條件下，用帶有PP50 的MCR 301 流變儀對(duì)不同處理的肉蓯蓉多糖進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)剪切流動(dòng)測(cè)量。采用旋轉(zhuǎn)模式描述了隨著剪切速率（0.01～100 s-1）增加，肉蓯蓉多糖的表觀粘度的變化趨勢(shì)［12-13］。

1.6 觸變性測(cè)定 在25℃、pH=7.0 條件下，用帶有PP50 的MCR 301 流變儀對(duì)不同處理的肉蓯蓉多糖的觸變性進(jìn)行了表征，該實(shí)驗(yàn)包括向上曲線、平臺(tái)曲線和向下曲線3 個(gè)步驟。采用0.01～100 s-1的增大剪切速率斜率測(cè)量上升曲線。以100 s-1為剪切速率，50 s 的剪切得到最高曲線。然后，設(shè)置剪切速率斜率為100～0.01 s-1，測(cè)量下降曲線。采用旋轉(zhuǎn)模式描述了隨著剪切速率（0.01～100 s-1）增加肉蓯蓉多糖的剪切應(yīng)力的變化趨勢(shì)［14-15］。

2 結(jié)果與討論

2.1 動(dòng)態(tài)粘彈性分析

2.1.1 應(yīng)變掃描 應(yīng)變掃描的結(jié)果顯示在圖1～圖4中，圖1和圖3是不同時(shí)間處理的肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量、損耗模量隨著應(yīng)變的變化趨勢(shì)，圖2和圖4是不同功率處理的肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量、損耗模量隨著應(yīng)變的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，隨著應(yīng)變的增大，肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量和損耗模量呈現(xiàn)先增大，到達(dá)一定峰值后再減小的趨勢(shì)［16］；超聲處理后的肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量和損耗模量雖然隨著處理時(shí)間的增加而增大（25 min>15 min>5 min），且其儲(chǔ)能模量也隨著處理功率的增加而增大（2 000 W>1 600 W>400 W），但仍小于熱水浸提法提取的肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量，表明超聲輔助浸提對(duì)肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量有負(fù)影響作用。但超聲處理的肉蓯蓉多糖的承受能力減小，可能是由于超聲處理導(dǎo)致肉蓯蓉多糖的分子鏈間的纏結(jié)程度減小，其形成氫鍵的數(shù)目也減小，肉蓯蓉多糖的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也隨之減小，粘彈性也減?。?7-18］。

圖1 不同時(shí)間處理的肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量與正弦形變（應(yīng)變）的關(guān)系

圖2 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量與正弦形變（應(yīng)變）的關(guān)系

圖3 不同時(shí)間處理的肉蓯蓉多糖的損耗模量與正弦形變（應(yīng)變）的關(guān)系

圖4 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的損耗模量與正弦形變（應(yīng)變）的關(guān)系

2.1.2 頻率掃描 圖5、圖6為不同時(shí)間、不同功率的處理的肉蓯蓉多糖的復(fù)數(shù)粘度隨著角頻率的變化曲線。結(jié)果表明，隨掃描角頻率的增加，所有實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的肉蓯蓉多糖溶液的復(fù)數(shù)粘度也隨之下降，呈現(xiàn)出典型的切力變稀特征［19］。圖5中隨著杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)工作時(shí)間的增加，復(fù)數(shù)粘度也隨之上升，但始終小于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的復(fù)數(shù)粘度，而圖6則顯示，隨著杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)對(duì)肉蓯蓉多糖工作功率的增加，其復(fù)數(shù)粘度一直呈下降趨勢(shì)，清晰地呈現(xiàn)了剪切稀化行為，這是許多聚合物的典型特征，其粘度隨著角頻率的增加而降低。已有文獻(xiàn)報(bào)道了類似結(jié)果，在頻率掃描期間，顆粒之間的斷鍵和鍵合可能導(dǎo)致影響流變性質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化。在高頻率下，時(shí)間間隔不足以破壞內(nèi)部和內(nèi)部分子鍵而進(jìn)行重整。可能該現(xiàn)象導(dǎo)致長(zhǎng)鏈聚合物的永久分子排列或解纏結(jié)，并因此導(dǎo)致復(fù)數(shù)粘度降低；還表明粘度高度依賴于濃度［20］。

圖5 不同時(shí)間處理的肉蓯蓉多糖的復(fù)數(shù)粘度與角頻率的關(guān)系

圖6 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的復(fù)數(shù)粘度與角頻率的關(guān)系

圖7、圖8為不同時(shí)間、不同功率處理的肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量與角頻率的關(guān)系曲線圖，圖9、圖10為不同時(shí)間、不同功率處理的肉蓯蓉多糖的損耗模量與角頻率的關(guān)系圖。結(jié)果表明，隨掃描角頻率的增加，所有實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的肉蓯蓉多糖溶液的儲(chǔ)能模量和損耗模量呈連續(xù)下降狀態(tài)［10］。圖7、圖9中隨著杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)工作時(shí)間的增加，儲(chǔ)能模量和損耗模量也隨之上升，但始終小于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量和損耗模量，而圖8、圖10則顯示，在所有實(shí)驗(yàn)組處理中，隨著杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)對(duì)肉蓯蓉多糖工作功率的增加，其儲(chǔ)能模量和損耗模量在800 W處到達(dá)最大值，但仍然都小于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量和損耗模量，由此可見(jiàn)，超聲對(duì)肉蓯蓉多糖類物質(zhì)的儲(chǔ)能模量起負(fù)影響作用，使其損耗模量降低，即不可逆形變減小。

圖7 不同時(shí)間處理的肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量與角頻率的關(guān)系

圖8 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的儲(chǔ)能模量與角頻率的關(guān)系

圖9 不同時(shí)間處理的肉蓯蓉多糖的損耗模量與角頻率的關(guān)系

圖10 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的損耗模量與角頻率的關(guān)系

圖11、圖12為不同時(shí)間、不同功率處理的肉蓯蓉多糖的損耗系數(shù)隨角頻率增加的變化關(guān)系圖。圖11中所有數(shù)據(jù)顯示，隨著角頻率的增加，損耗系數(shù)的大小呈先增加后下降的趨勢(shì)，且杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)處理的所有實(shí)驗(yàn)組的損耗系數(shù)都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的損耗系數(shù)，而在4 組數(shù)據(jù)中，在10 min、1 000 W 的處理下的肉蓯蓉多糖的損耗系數(shù)最大，表明損耗系數(shù)并沒(méi)有隨著處理時(shí)間的增多而持續(xù)增大。而圖12則顯示，隨著角頻率的增加，損耗系數(shù)的大小整體呈下降趨勢(shì)，且隨著杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)對(duì)肉蓯蓉多糖工作功率的增加，其損耗系數(shù)在1 200 W 處到達(dá)最大值，表明隨著其工作功率的增加，肉蓯蓉多糖的損耗系數(shù)一直增大，且基本都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的損耗系數(shù)，由此可見(jiàn)，超聲對(duì)肉蓯蓉多糖類物質(zhì)的損耗系數(shù)增大，即超聲處理使肉蓯蓉多糖的粘彈性減小。

圖11 不同時(shí)間處理的肉蓯蓉多糖的損耗系數(shù)與角頻率的關(guān)系

圖12 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的損耗系數(shù)與角頻率的關(guān)系

2.2 觸變性分析 觸變性即通過(guò)接觸而變化。隨切變應(yīng)力增加粘度下降，剪切應(yīng)力消除后粘度在等溫條件下緩慢地恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)的現(xiàn)象［21］。圖13、圖14為不同時(shí)間、不同功率處理的肉蓯蓉多糖的剪切應(yīng)力隨剪切速率增大的變化曲線圖。圖13顯示，隨著剪切速率的增加，剪切應(yīng)力的大小呈持續(xù)增加的趨勢(shì)，且超聲處理的所有實(shí)驗(yàn)組的剪切應(yīng)力都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的剪切應(yīng)力，而在4 組數(shù)據(jù)中，在10 min、1 000 W 的處理下的肉蓯蓉多糖的剪切應(yīng)力最大，表明剪切應(yīng)力并沒(méi)有隨著處理時(shí)間的增多而持續(xù)上升。圖14則顯示，且隨著杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)對(duì)肉蓯蓉多糖工作功率的增加，剪切應(yīng)力也在持續(xù)增加，2 000 W 處理下的剪切應(yīng)力最大，且超聲處理的肉蓯蓉多糖的剪切應(yīng)力基本都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的剪切應(yīng)力，由此可見(jiàn)，超聲使肉蓯蓉多糖類物質(zhì)的表觀粘度增大。由于剪切變稀的粘度隨剪切速率的增加而增加，所以超聲處理使肉蓯蓉多糖表現(xiàn)出明顯的剪切變稀行為。

圖13 不同時(shí)間處理的肉蓯蓉多糖的剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系

圖14 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系

2.3 流動(dòng)性能測(cè)定 使用穩(wěn)定剪切流動(dòng)實(shí)驗(yàn)在0.01～100 s-1的剪切速率范圍內(nèi)分析不同處理下的肉蓯蓉多糖溶液的流動(dòng)曲線。超聲輔助提取多糖法和熱水提取多糖法提取溶液的表觀粘度顯示在圖15和圖16中。肉蓯蓉多糖溶液具有剪切變稀性，其表觀粘度隨剪切速率的增加而降低，直至基本穩(wěn)定，屬于非牛頓流體。圖15顯示，隨著剪切速率的增加，肉蓯蓉多糖的表觀粘度的大小呈大幅下降直至基本穩(wěn)定狀態(tài)，且杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)處理的所有實(shí)驗(yàn)組的粘度都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的粘度，在4 組數(shù)據(jù)中，表觀粘度隨處理時(shí)間的增多而持續(xù)上升。圖16則顯示，隨著杯式超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)對(duì)肉蓯蓉多糖工作功率的增加，粘度也在持續(xù)增加，2 000 W 處理下的表觀粘度最大，且超聲處理的肉蓯蓉多糖的剪切應(yīng)力都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的表觀粘度。由此可知，超聲使肉蓯蓉多糖的流動(dòng)性增大。

圖15 不同時(shí)間處理的肉蓯蓉多糖的粘度與剪切速率的關(guān)系

圖16 不同功率處理的肉蓯蓉多的糖粘度與剪切速率的關(guān)系

3 小結(jié)

本文探討了肉蓯蓉多糖的超聲處理對(duì)其流變學(xué)性質(zhì)的影響，具體在流變儀上從應(yīng)力、頻率、觸變、剪切等4 個(gè)方面對(duì)肉蓯蓉多糖類物質(zhì)的流變學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，得出經(jīng)過(guò)應(yīng)力掃描和頻率掃描發(fā)現(xiàn)超聲使肉蓯蓉多糖的動(dòng)態(tài)粘彈性減小，經(jīng)過(guò)觸變掃描發(fā)現(xiàn)超聲處理使肉蓯蓉多糖的剪切應(yīng)力增大，觸變性變高，呈現(xiàn)出典型的剪切變稀現(xiàn)象；經(jīng)剪切掃描發(fā)現(xiàn)超聲使肉蓯蓉多糖的表觀粘性增加，流動(dòng)性增大。從應(yīng)力、頻率、觸變、剪切等4 個(gè)方面分析了超聲提取對(duì)肉蓯蓉多糖的流變學(xué)性質(zhì)的影響，旨在為肉蓯蓉及其他珍貴中藥材的流變學(xué)及其他特性的研究提供有效的依據(jù)，以及對(duì)后期其他珍貴中藥材的保鮮及深加工提供理論依據(jù)。