微波辅助提取北沙参多糖工艺及抗氧化活性研究

周红英，吕莎（.山东农业大学农学院，山东泰安2708；2.作物生物学国家重点实验室，山东泰安2708）

微波辅助提取北沙参多糖工艺及抗氧化活性研究

周红英1，2，吕莎1
（1.山东农业大学农学院，山东泰安271018；2.作物生物学国家重点实验室，山东泰安271018）

以北沙参多糖的得率为指标，通过单因素和正交设计对微波提取工艺进行了优选；以清除DPPH自由基、羟基自由基、超氧阴离子自由基的能力为指标，研究了北沙参多糖的体外抗氧化活性。结果表明，微波辅助水浸提北沙参多糖的最佳工艺条件为：浸泡30 min，微波功率800 W，微波辐射时间100 s，固液比1∶30（g/mL），粉碎粒度100目，提取3次。在此工艺条件下，粗多糖得率39.3%，提取物中多糖含量65.4%。北沙参多糖对3种自由基均具有明显的清除能力。

北沙参；多糖；提取；抗氧化

北沙参为伞形科植物珊瑚菜（Glehnia littoralis Fr. Schmidt ex Miq.）的根，为卫生部公布的可用于保健食品的物品。据文献报道，不同产地的北沙参总糖含量25%～70%，粗多糖含量40%～55%[1-2]。北沙参多糖可增强小鼠巨噬细胞吞噬功能，清除羟基自由基和超氧自由基[3-4]。微波辅助浸提法近年来广泛应用于植物多糖的提取，设定微波系统参数不仅影响粗多糖的得率，而且影响提取物中糖的组分及其功用。本文以多糖得率为指标，优化了北沙参多糖的微波辅助提取工艺，研究了北沙参多糖的抗氧化活性。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

北沙参：来源于山东农业大学药用植物园，于10月中旬采挖一年生的根。洗净，晒干，粉碎，过筛，置干燥器中备用。

MSA-I型常压微波辅助合成/萃取反应仪：上海新仪微波化学科技有限公司，功率变化范围0～1 000 W；UV-2450紫外可见分光光度计：日本岛津公司；FW177型中草药粉碎机：天津泰斯特仪器有限公司。

二苯基苦基苯肼（DPPH）：美国sigma公司生产；其他试剂均为国产分析纯；水为二次重蒸馏水。

1.2方法

1.2.1浸提方法

取样品10.0 g，置微波用特制圆底烧瓶中。按设定的方案提取3次，合并滤液，用Savage试剂除蛋白质，上清液置旋转蒸发仪浓缩至一定体积，加入无水乙醇至浓度80%，静置24 h，离心（4 000 r/min，8 min），回收液体，沉淀依次用无水乙醇、丙酮、乙醚洗涤，真空干燥至恒重，得粗多糖提取物。

1.2.2糖含量及得率

原材料及提取物多糖含量的测定采用苯酚-硫酸法。粗多糖的得率按以下公式计算。

得率/%=多糖粗品质量/原料质量×100

1.2.3微波参数单因素及正交试验设计

以微波功率、微波作用时间、料液比为单因素，分别研究各因素不同水平对多糖得率的影响。在单因素试验的基础上，按L9（34）进行正交试验，以确定最佳提取工艺条件。

表1　正交试验因素水平表Table 1　Factors and levels for orthogonaldesign

1.2.4粗多糖的体外抗氧化活性

DPPH自由基的清除率参照文献[5]方法测定，羟基自由基·OH、超氧阴离子（O2-·）的清除率参照文献[6]方法测定。

测定粗多糖提取物对DPPH自由基、羟基自由基·OH以及超氧阴离子（O2-·）的清除率均以VC为阳性对照，并计算出半数清除率IC50值。

1.3数据处理

试验结果用统计分析软件dps7.05处理。

2　结果与分析

2.1北沙参多糖提取工艺的优选

2.1.1单因素试验

2.1.1.1提取次数对多糖得率的影响

提取1、2、3次的多糖得率分别为26.2%、36.7% 和39.4%（x，n=3）。可见随着提取次数的增加，多糖的得率呈增长趋势，提取2次比1次的多糖得率增长显著，提取3次比2次的多糖得率略有增长。为了充分提取多糖成分，选择提取3次为宜。

2.1.1.2微波功率对多糖得率的影响

微波功率200、400、600、800、1 000W条件下的多糖得率分别为24.2%、29.1%、38.7%、39.7%和39.0%（x，n=3），可见在微波功率200 W～1 000 W范围内，随功率的增大多糖得率增大。尤其从200 W到600 W，多糖得率随功率的增大而快速增长，而从600 W到1 000 W，多糖得率增加缓慢，基本趋于稳定。考虑到高功率增加提取成本并有可能导致提取成分被破坏，选择800 W为适宜的功率。

2.1.1.3微波辐射时间对多糖得率的影响

微波辐射时间20、40、60、80、100 s条件下的多糖得率分别为25.3%、30.0%、39.6%、40.5%和40.3% （x，n=3）。可见在微波辐射时间20s～100s范围内，随微波辐射时间的延长多糖得率呈增长趋势，尤其是从20 s到60 s，多糖得率增长迅速，从60 s到100 s，多糖得率增长减缓，保持基本稳定。在极性溶剂中，植物受到微波辐射细胞壁/膜易被破坏，尤其被提取的成分为极性较大的分子时，吸收微波产生溶胀，使细胞内渗透压增高更容易破壁。本试验的溶剂以及提取的目标成分均为极性成分，较短的微波辐射时间即可达到较高的提取效率。因此，选择80s为适宜的微波辐射时间。

2.1.1.4固液比对多糖得率的影响

固液比为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40（g/mL）和1∶50（g/mL）的多糖得率分别为19.6%、31.2%、35.9%、37.9%和37.8%（x，n=3）。可以看出，多糖得率随液固比的增加呈增长趋势，在固液比1∶40（g/mL）时达到最大值，继续加大液固比多糖得率保持稳定或略有降低。由于用水量较少时不利于多糖的溶出，提取的多糖量少；而用水量太多则提取液浓度降低，并延长了之后的旋转蒸发浓缩时间。因此，选择固液比1∶40（g/mL）为适宜的固液比。

2.1.1.5物料粒度对多糖得率的影响

物料粒度为20、40、60、80目和100目时的多糖得率分别为21.3%、26.9%、34.2%、38.6%和39.5%（x，n=3）。可以看出，在试验范围内随物料粒度由大到小，粗多糖得率呈增长趋势，尤其是从20目到80目，多糖得率的增长迅速，而从60目到100目，多糖得率的增长放缓。物料颗粒太大，不利于多糖的溶出；粉碎度的增大，物料粒径减小，有利于多糖的溶出。但随着粉碎度的增大可能导致过滤困难以及提取物杂质增多，因此，选择80目为宜。

2.1.2多因素考查

依据单因素试验的结果确定工艺参数，进行正交试验，结果见表2。

综合分析单因素试验结果、正交试验结果、各因素极差大小和其对多糖得率的影响，确定北沙参多糖微波辅助提取的工艺为：浸泡30 min，微波功率800 W，微波辐射时间100 s，固液比1∶30（g/mL），粉碎粒度100目，提取3次。

表2　正交试验结果表Table 2　The orthogonaldesign and results

2.1.3优选工艺的验证

称取北沙参干燥药材1 kg，按优选工艺提取，粗多糖得率为39.3%，提取物中多糖的含量为65.4%。与表2中多糖得率最高的试验号4（40.5%）相比，验证试验的多糖得率略有降低，差异不显著。与文献[7]的北沙参多糖得率34%相比略有提高，但提取时间大大缩短，避免了长时间煎煮对多糖成分的改变。与文献[8]北沙参多糖相对含量90%相比，本工艺提取物中多糖的含量偏低，但本工艺精简了提取纯化的步骤，减少了多糖成分的流失，用该提取物进行的抗氧化活性试验更能体现出北沙参的总体抗氧化活性。与其他文献微波辅助提取植物多糖的工艺（多数无浸泡环节）相比，本工艺中的物料浸泡或许使干燥的物料细胞充分吸水后在微波作用下更容易破壁，从而得到了较高的提取率。本工艺的缺点是多糖的纯度不够高，用于结构分析，提取物尚需进一步分离纯化。

2.2北沙参多糖的抗氧化作用

2.2.1北沙参多糖对DPPH自由基的清除作用

北沙参多糖对DPPH自由基的清除率如图1所示。

如图1所示，北沙参粗多糖清除DPPH自由基的能力与多糖浓度呈正相关关系。在2 000μg/mL浓度时的清除率达到了85%，与1 000μg/mL浓度的VC清除能力相当。北沙参粗多糖清除DPPH自由基的半数清除率IC50值为1 182μg/mL。

图1　北沙参多糖对DPPH自由基的清除率Fig.1　The scavenging effect of polysaccharides from Radix Glehniae on DPPH·

2.2.2北沙参多糖对羟基自由基的清除作用

北沙参多糖对羟基自由基的清除率如图2所示。

图2　北沙参多糖对羟基自由基的清除率Fig.2　The scavenging effect ofpolysaccharides from Radix Glehniae on·OH

如图2所示，北沙参粗多糖清除羟基自由基能力与多糖浓度呈正相关关系，其在2 000μg/mL时清除率达到了55%，与1 000μg/mL的VC清除能力相当。北沙参粗多糖清除羟基自由基的半数清除率IC50值为1 611μg/mL。

2.2.3北沙参多糖对超氧阴离子的清除作用

北沙参多糖对超氧阴离子自由基的清除率如图3所示。

图3　北沙参多糖对超氧阴离子自由基的清除率Fig.3　The scavenging effectofpolysaccharides from Radix Glehniae on O2-·

如图3所示，北沙参粗多糖清除超氧阴离子能力与多糖浓度呈正相关关系，其在2 000μg/mL时清除率达到了45%，与500μg/mL的VC清除能力相当。北沙参粗多糖清除超氧阴离子的半数清除率IC50值为2 052μg/mL。

3　结论

3.1微波辅助提取北沙参多糖的最佳工艺条件

浸泡30 min，微波功率800 W，微波辐射时间100 s，固液比1∶30（g/mL），粉碎粒度为100目，提取3次。

3.2北沙参多糖具有明显的体外抗氧化活性

北沙参多糖清除DPPH自由基、羟基自由基、超氧阴离子自由基的能力均与其浓度呈正相关关系，其清除率均低于同等浓度的VC，但仍能看出其对3种自由基具有良好的清除能力。北沙参多糖对3种自由基的清除能力表现为：DPPH自由基>羟基自由基>超氧阴离子自由基。

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Microwave-assisted Extraction and Antioxidant Activities of Polysaccharides from Radix Glehniae

ZHOU Hong-ying1，2，L譈Sha1
（1.College of Agronomy，Shandong Agricultural University，Tai'an 271018，Shandong，China；2.State Key Laboratory of Crop Biology，Tai'an 271018，Shandong，China）

The optimum processing conditions of Microwave-assisted Extraction of polysaccharides from Radix Glehniae were studied by the single factor and or thogonal design method.The antioxidantactivities ofextracts in vitro were studied through the scavenging effects of DPPH free radical，hydroxylfree radicaland superoxide anion free radical.The optimized extraction process parameters were dipping 30 min，Microwave power 800 W，Microwave processing 100 s，solid-to-liquid ratio 1∶30（g/mL），crushed 100 mesh and extracted 3 times.In this condition，the polysaccharide rate can achieve 39.3%and the polysaccharide content65.4%.Polysaccharides had greatly degree scavenging effects to the three free radicals.

Radix Glehniae；polysac charides；extraction；antioxidant activities

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.12.014

泰安市科技发展计划资助项目（20123069）

周红英（1966—），女（汉），副教授，硕士，主要从事中药资源与开发方面的研究。

2015-06-23