微波法提取牛蒡多糖的工艺研究

吕俊梅 ，朱建飞 ，李 宏 ，陈 岗 ，唐春红

（1.重庆工商大学环境与生物工程学院，绿色食品研究所，重庆 400067；2.云南农业大学食品科技学院，云南 昆明 650201）

牛蒡属菊科牛蒡属，为2年生草本植物，又名东洋参。牛蒡根系的肉质根中富含多糖、纤维素、胡萝卜素、多酚、钙、铁等成分和氨基酸，具有很高的营养价值和较广泛的药理活性[1]。药理学研究证明牛蒡有抗肿瘤、抗糖尿病、抗炎、抗病毒、抗菌等作用[2]。微波法提取植物多糖相比传统的热水浸提法，具有提取快速、溶剂用量少、提取率高、成本低、质量好等优点，是天然产物提取中一种非常有发展潜力的新型技术[3]。多糖是牛蒡中的一种功能成分。笔者考察微波功率、微波处理时间、液固比3个因素对牛蒡多糖提取率的影响，并采用正交试验法确定最佳工艺条件，以期为食品、医药工业中生产牛蒡多糖提供实验科学依据。

1 材料和方法

1.1 材料与设备

试验材料：牛蒡购自重庆市超市；葡糖糖、无水乙醇、苯酚、硫酸均为分析纯。试验设备：G8023YSL-V1型微波炉，SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵，TDZ5-WS多管架自动平衡离心机，721型分光光度计等。

1.2 试验方法

1.2.1 提取方法 牛蒡→洗净→去皮→切块→烘干→打碎→过筛（40目）→微波提取→抽滤→加3倍体积无水乙醇沉淀→离心→弃上清液→干燥→粗多糖制品。

1.2.2 多糖测定 多糖含量测定采用改进的苯酚-硫酸法[6]。多糖得率按如下公式计算：

1.2.3 牛蒡中水溶性多糖提取的单因素试验 （1）微波功率对多糖提取率的影响。取过筛的牛蒡粉15份，每份 1.00 g，取液固比为 20∶1，即加入20 mL水作为浸提剂，在微波功率分别为20、40、60、80、100 W条件下处理2 min，测浸提液中多糖含量。

（2）提取时间对多糖提取率的影响。取过筛的牛蒡粉1.00 g，取液固比为20∶1，即加入20 mL水作为浸提剂，在微波功率为60 W的条件下分别处理 0.5、1、2、3、4 min，测浸提液中多糖含量。

（3）液固比对多糖提取率的影响。取过筛的牛蒡粉 1.00 g，分别取液固比为 10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1的水作为浸提剂，在微波功率为60 W的条件下处理2 min，测浸提液中多糖含量。

1.2.4 牛蒡中水溶性多糖提取的正交试验 在单因素试验基础上，确定正交试验的因素和水平（表1）。通过极差分析和方差分析得到牛蒡多糖的优化工艺条件。

表1 微波提取牛蒡多糖正交试验设计L9（33）

1.3 数据处理

使用SAS 8.01软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 微波功率对牛蒡多糖提取率的影响 从不同微波功率对多糖提取率的影响（图1）可看出，在微波处理时间和液固比一致的情况下，随着微波功率的不断增大，多糖提取率也随之升高；当微波功率达60 W时，多糖提取率达到最高；当继续增加微波功率时，多糖提取率显著下降，可能是由于微波功率过高会导致牛蒡多糖降解[7]。

图1 不同微波功率对多糖提取率的影响

2.1.2 微波处理时间对牛蒡多糖提取率的影响从不同微波处理时间对多糖提取率的影响结果（图2）可看出，微波处理时间对牛蒡多糖提取率的影响也较为显著。在微波功率和液固比一致的情况下，微波处理时间低于2 min时，随着微波提取时间的增加，多糖提取率也随之升高；当微波提取时间为2 min时多糖提取率达到极大值；超过2 min，多糖提取率也显著下降，原因可能是微波作用时间过长导致多糖降解[8]。

图2 不同微波处理时间对多糖提取率的影响

2.1.3 液固比对牛蒡多糖提取率的影响 从不同液固比对多糖提取率的影响结果（图3）可看出，在一致的微波功率和相同的微波提取时间下，在液固比低于30∶1时，随着液固比的增加，多糖提取率也随之升高；当液固比达到30∶1的时候，提取率达到极大值；之后随着液固比的升高，提取率逐渐下降。这可能是由于水分太多，相同的功率和时间条件下，经处理的牛蒡由于温度不够，多糖未充分溶解于提取液中。

图3 不同液固比对多糖提取率的影响

2.2 牛蒡中水溶性多糖提取的正交试验结果

根据单因素试验的结果，以微波功率、处理时间、浸提液固比为考察因素，进行了三因素三水平L9（33）正交实验（如表1所示）。按照正交试验设计的条件提取牛蒡多糖，微波提取牛蒡多糖的正交试验结果、各因素的方差分析结果分别如表3所示。

由极差分析结果（表2）可知，各因子对浸提效果影响的大小顺序为：微波功率（A）＞提取时间（B）＞液固比（C），各因素水平的最佳组合为A3B2C3，即微波提取牛蒡多糖的优化工艺条件为：微波功率80 W，微波提取时间2 min，液固比40∶1。由表3各因素的方差分析结果可知，微波功率和微波处理时间对牛蒡多糖提取率有极显著影响，而液固比没有显著影响。对正交试验得到的优化工艺进行验证，得到牛蒡多糖实际提取率为24.4%。

表2 微波提取牛蒡多糖的正交实验结果

表3 正交试验各因素的方差分析

3 结论与讨论

本研究通过对影响牛蒡中多糖得率的多种因素进行优选，对于后续大量制备牛蒡粗多糖具有重要的参考价值。研究表明，微波提取牛蒡中水溶性多糖的最佳提取工艺条件为：在微波功率80 W下，40∶1的液料比浸提2 min，多糖得率为24.4%，高于董玉玮等[4]采用酶法提取牛蒡多糖的得率（12.40%），低于罗巅辉采用超声法提取牛蒡多糖的得率（59.5%）。但牛蒡的品种不同，其多糖的含量也会有差异。以微波法提取多糖，提取时间明显缩短，生产效率大大提高，对于牛蒡多糖提取工艺的改进具有重要意义。

[1]高祀亮，混 旭，袁 瑾.菊科植物牛蒡营养成分分析[J].氨基酸和生物资源，2009，31（3）：23-24.

[2]姚 欣，常 禹，刘 淼，等.道地药材牛蒡子特性与生态因子的关系[J].湖南农业科学，2009，（11）：18-21.

[3]刘恒宇，袁金田，孙国峰，等.微波法提取龙胆多糖的工艺研究[J].中药材，2007，30（12），1605-160.

[4]董玉玮，苗敬芝，曹泽虹，等.不同工艺条件对酶法提取牛蒡多糖的影响[J].徐州工程学院学报，2007，22（12）：20-23.