欧阳婉洳,李洪淼,张 利,谢淑玲,刘嘉琳
(辽宁农业职业技术学院,辽宁 营口 115009)
黄芪有“补气之长”、“补气诸药之最”的美誉,它为豆科植物蒙古黄芪或膜荚黄芪的干燥根,具有补气升阳、固表止汗等作用[1]。始载于《神农本草经》,列为上品。黄芪含多糖类、皂苷类、黄酮类、氨基酸类等化合物[2],此外还含硒、锌、铜等多种微量元素。现代研究表明,黄芪多糖是黄芪发挥生物活性和药理作用的重要物质之一[3],具有抗肿瘤、保护心脑血管、提高免疫功能、保护肺功能、调节血压、抗衰老等药理作用[4-5]。黄芪多糖的提取方法较多,其中超声辅助法是研究的热点。它是利用超声波产生的空化作用使细胞内的各种成分充分溶出,因此能大大提高物质的提取效果。本实验旨在探索超声辅助法提取黄芪多糖的最佳工艺,为黄芪多糖的大规模生产提供参考。
黄芪饮片,购自辽宁丹东佰福药业有限公司。蒸馏水,来自学院制水实训室。
KQ-400KDE超声波提取仪,昆山市超声仪器有限公司;
LH-T32手持式折射仪,杭州陆恒生物科技有限公司。
准确称取黄芪饮片10 g,置于三角瓶中,按一定料水比加入蒸馏水,浸泡后将三角瓶放入超声提取仪进行多糖的提取。采用单因素试验,分别研究提取次数、料水比、提取温度、提取时间及超声功率对多糖提取的影响,用手持式折射仪测得的提取液总糖度为衡量指标。每组实验设三个重复,取平均值。在单因素试验基础上,以提取温度(A)、提取功率(B)、提取时间(C)、料水比(D)为因素,以提取液的糖度值为衡量指标,采用四因素三水平的正交设计,优化黄芪多糖的提取工艺。
称取10 g黄芪饮片,按料水比1∶10加入水,浸泡。设置超声功率为60%、60 ℃下提取60 min,分别提取三次,每次提取结束静置测提取液的糖度值,实验结果如图1所示。由图1可见,糖度值随提取次数的增加下降很快,当提取到第三次时,糖度值为0,说明多糖成分已全部溶入到水中。因此,黄芪经设备提取2次即可。
图1 提取次数对糖度值的影响Fig.1 Effect of extraction times on sugar content
将料水比设置为1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30,分别在超声功率60%、60 ℃下提取60 min,用糖度计测各提取液的糖度值,实验结果如图2所示。由图2可知,糖度值随料水比的增大而降低,但两者不是线性关系。说明料水比太低不利于多糖的溶出,料水比过高对多糖的溶出影响较小。从多糖得率、提取液量等方面综合考虑,选择1∶10的料水比比较合适。
图2 料水比对糖度值的影响Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on sugar content
在超声功率60%、料水比1∶10的条件下,分别将超声波提取仪的温度设置为40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃,提取60 min后静置测各提取液的糖度值,如图3所示。由图3可知,在40~60 ℃范围内,提取液的糖度值随温度升高而增大,当温度超过60 ℃时,再升高提取温度,糖度值无变化,说明此时多糖已全部溶出。因此,在提取黄芪时,提取温度最低不得低于60 ℃。考虑耗能的因素,确定黄芪的最佳提取温度为60 ℃。
图3 提取温度对糖度值的影响Fig.3 Effect of extraction temperature on sugar content
黄芪和水按料水比1∶10加入,浸泡。将超声功率分别设为40%、50%、60%、70%、80%、90%,60 ℃下提取60 min,静置后测提取液的糖度值,结果如图4所示。由图4可知,当功率在40%~60%时,提取液的糖度值较小,而且变化甚微。当功率为70%时,糖度值达到最大,随着超声功率的增大提取液的糖度值略有下降,原因是超声功率过大对多糖产生了破坏作用。因此,用超声波提取仪提取黄芪时,最佳提取功率为70%。
图4 提取功率对糖度值的影响Fig.4 Effect of extraction power on sugar content
在温度为60 ℃、超声功率70%、料水比1∶10的条件下,将提取时间分别设置为20 min、30 min、40 min、50 min、60 min、70 min、80 min,分别测不同提取时间提取液的总糖度,实验结果如图5所示。从图5可知,在20~50 min内,黄芪提取液的糖度值随提取时间的延长而增大。当提取时间超过50 min时,糖度值不再增加,说明药物当中的糖类成分已充分溶出。因此,为了降低生产成本,黄芪的提取时间应为50 min。
图5 提取时间对糖度值的影响Fig.5 Effect of extraction time on sugar content
在单因素试验基础上,以提取温度、提取功率、提取时间、料水比为因素,设计四因素三水平的正交试验,以提取液的糖度值为指标,优化黄芪多糖的提取工艺。因素和水平见表1,实验结果见表2。
表1 正交试验因素水平表Table 1 Orthogonal test factor level table
表2 正交试验结果Table 2 Results of orthogonal test
由表2可知,四因素中,对提取液糖度值影响最大的是料水比,影响最小的是提取温度,提取的最佳工艺因素水平是A1B3C3D1,即提取温度60 ℃,提取功率70%,提取时间70 min,料水比为1∶5。在最优工艺条件下,提取液的糖度值最高,可达5.2。
本研究通过正交试验对黄芪多糖的超声辅助提取工艺进行了优化,结果表明料水比,提取温度、提取功率、提取时间均能影响黄芪多糖的溶出,最佳工艺参数是:提取温度60 ℃,提取功率70%,提取时间70 min,料水比为1∶5。
该方法是利用超声波的空化作用使提取溶剂进入细胞,加快有效成分的释放和溶出。为避免超声波破坏多糖结构造成多糖得率降低,应注意提取时间、提取温度、超声功率的控制。与传统提取方法相比,超声辅助提取技术具有快速、低温、节能又环保等优点,可用于黄芪多糖的工业化生产。
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