超高压法提取葛根多糖的工艺研究

郭怡，于晶晶，肖萍,2,通信作者

超高压法提取葛根多糖的工艺研究

郭怡1，于晶晶1，肖萍1,2,通信作者

（1. 天津农学院 食品科学与生物工程学院，天津 300384；2. 天津市农副产品深加工技术工程中心，天津 300384）

本文以葛根块为原料，采用超高压技术提取葛根中的多糖，以多糖提取率为评价指标，考察超高压压力水平、保压时间、料液比、浸泡时间对葛根多糖提取率的影响，通过单因素和正交试验对葛根多糖的超高压提取工艺方法进行优化，确定最佳的提取工艺条件为：料液比1∶50（g/mL）、超高压压强300 MPa、保压时间3 min、浸泡时间90 min。在此条件下，超高压法提取葛根多糖的提取率为23.81 mg/g。

葛根；多糖；超高压技术；工艺优化

葛根（Radix Puerariae）是豆科植物葛（（Willd.）Ohwi）的干燥根。其种类主要分为野葛和粉葛，经对古今历代本草的考察表明，将淀粉含量高、质量较好的葛根冠名为粉葛根；将根纤维性极强的葛根称为野葛根[1]。葛根具有清热、解肌、止渴、生津、解毒的作用。多糖作为葛根的主要活性成分之一，具有抗氧化、调节免疫、降脂降糖、解酒保肝等多种生理功能，且毒副作用小[2]。传统的葛根多糖提取以水浸提法和有机溶剂浸提法为主，提取出来的成分复杂，有效成分不明确且含量比例较低。因此对葛根在多糖的提取和结构等方面的研究仍需进一步探讨。

超高压技术是近些年食品加工中展现出的一种新型技术，因其可改变植物细胞结构，改变溶剂和目标分子间的亲和力，具有缩短提取时间、降低能耗、减少杂质成分溶出等独特的优势，逐渐发展起来[3]。目前，关于超高压提取技术应用于多糖的制备已有报道，如利用超高压法提取多糖的研究包括黄精多糖[4]、黄芪多糖[5]、大蒜渣多糖[6]、宣木瓜多糖[7]、太子参多糖[8]、蛹虫草多糖[9]等。但是，利用超高压技术提取葛根多糖的研究尚未见报道，因此本研究主要以粉葛为原材料，应用超高压提取技术提取多糖，并对葛根多糖的提取工艺进行优化，以期为葛根中有效成分的提取提供一种耗时短、条件温和、操作简单的新工艺。

1 材料与设备

1.1 材料

块状粉葛葛根，购于老百姓大药房；苯酚、葡萄糖、浓硫酸、NaOH溶液、亚硫酸钠、酒石酸钾钠、3，5－二硝基水杨酸等，均为分析纯。

1.2 试验仪器

电子精密天平（天津领华科技有限公司）；电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；紫外分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司）； LD5－2B高速冷冻离心机（北京雷勃尔有限公司）；高速万能粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司）；美川真空包装机（诸城市美川机械有限公司）；HPP.L1－600/5超高压设备（天津华泰森淼生物工程技术有限公司）。

2 试验方法

2.1 葛根干粉制备

将块状葛根放入粉碎机中粉碎后过80目筛得到葛根干粉，4 ℃冰箱保存备用。

2.2 超高压提取葛根多糖单因素试验

2.2.1 料液比对葛根多糖提取率的影响

精确称取一定量的葛根粉，按料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50（g/mL）加入一定量的蒸馏水，密封后在压力400 MPa条件下，进行超高压提取5 min，提取完成后4 000 r/min离心10 min，取上清液，测定多糖含量。

2.2.2 超高压水平对葛根多糖提取率的影响

精确称取葛根粉1 g，按料液比1∶20（g/mL）加入一定量的蒸馏水，密封后进行超高压提取 5 min，超高压水平分别为100、200、300、400、500 MPa，提取完成后4 000 r/min离心10 min，取上清液，测定多糖含量并计算多糖提取率。

2.2.3 保压时间对葛根多糖提取率的影响

精确称取葛根粉1 g，按料液比1∶20（g/mL）加入一定量的蒸馏水，密封后进行超高压提取，提取条件为400 MPa，保压时间分别为2、3、4、5、6 min进行试验，提取完成后4 000 r/min离心10 min，取上清液，测定多糖含量并计算多糖提 取率。

2.2.4 浸泡时间对葛根多糖提取率的影响

精确称取葛根粉1 g，按料液比1∶20（g/mL）加入一定量的蒸馏水，在室温条件下分别浸泡0、30、60、90、120 min后，400 MPa超高压提取5 min，提取完成后4 000 r/min离心10 min，取上清液，测定多糖含量并计算多糖提取率。

2.3 葛根多糖的提取工艺正交试验优化

在单因素试验的基础上，采取正交设计进一步研究料液比、提取压力、保压时间、浸泡时间对葛根多糖提取效果的影响。因素水平设计见表1。

表1 正交试验因素水平设计表

2.4 多糖提取率的计算

采用苯酚－硫酸法和3，5－二硝基水杨酸法分别测定葛根总糖含量和还原糖含量，并按公式（1）计算葛根多糖含量。

多糖含量＝总糖含量－还原糖含量 （1）

3 结果与分析

3.1 料液比对葛根多糖提取率的影响

由图1可知，当料液比在1∶10～1∶40（g/mL）范围内，随着料液比的增加，多糖的提取率逐渐升高，原因为在葛根质量一定的条件下，增加溶剂的用量，可使细胞内外多糖的浓度梯度增大，有利于有效成分的溶出[10]；当料液比为1∶40（g/mL）时，葛根中的多糖已基本溶出，再增加溶剂用量，提取率有所下降，可能是由于其他溶出物对多糖的溶出产生了干扰[11]，因此选择料液比为1∶40（g/mL）。

图1 不同料液比对葛根多糖提取率的影响

3.2 超高压水平对葛根多糖提取率的影响

如图2所示，在100～300 MPa压力范围内，提取率随压力的增加而升高，二者呈正相关关系，说明随着压力的升高，细胞壁和细胞膜被破坏的数量增加，细胞内的多糖被释放出来，因此产生了提取率随压力的增加而提高的现象；当压力大于300 MPa，随压力的增加提取率显著下降，可能是由于压力过大，导致细胞内的杂质成分同时被释放出来而影响了多糖的溶出[10,12]。因此，选取提取压力为300 MPa。

图2 不同超高压水平对葛根多糖提取率的影响

3.3 保压时间对葛根多糖提取率的影响

由图3可知，葛根保压时间达到4 min时，提取率得到最高值，继续增加加压时间，提取率有所下降。因为提取压力很高，细胞内外的压差较大，在较短的时间内，细胞内外的压力平衡、有效成分的溶解平衡即可完成，即在很短的时间内，葛根中有效成分的溶解扩散已经达到了平衡，溶出基本达到最大值[13]。因此，从节约能源和时间的角度，保压时间选定为4 min。

图3 不同保压时间对葛根多糖提取率的影响

3.4 浸泡时间对葛根多糖提取率的影响

如图4所示，当浸泡时间小于60 min时，随浸泡时间的延长，溶剂逐渐向葛根内部渗透，提取率随浸泡时间的增加而提高；当浸泡时间大于60 min时，葛根已基本浸透，细胞内外压到达平衡，浸泡时间的延长会使多糖提取率明显下降。因此，选取浸泡时间为60 min。

图4 不同浸泡时间对葛根多糖提取率的影响

3.5 葛根多糖的提取工艺正交试验优化

在单因素试验结果的基础上，使用SPSS 23.0 软件对正交试验设计结果进行分析，结果见表2。

表2 L9（34）正交试验设计表和数据结果分析

由表2可知，根据值可以看出4个因素对多糖提取影响的大小依次为料液比（A）＞保压时间（D）＞超高压水平（B）＞浸泡时间（C）。葛根多糖提取的最佳工艺为A3B2C3D1，即：料液比1∶50、保压时间3 min、超高压水平300 MPa、浸泡时间90 min，此时多糖提取率最高为23.81mg/g。

4 讨论

葛根中含有丰富淀粉、植物蛋白、黄酮类化合物、氨基酸、葛根素、大豆苷元等物质，从而在食药方面得到了广泛的应用[14]。曾明等人研究了不同来源葛根中多糖的含量，结果显示：不同种类的葛根多糖含量差异较大，其中粉葛中多糖含量显著高于野生葛根[12]。Zhao等人通过热回流萃取法提取葛根多糖含量高达423.3 g/kg，是葛根重要的活性成分[15]。但是，目前对于葛根中有效成分的研究还主要集中在野葛根中的黄酮类化合物，对粉葛根有效成分开发利用则相对较少。因此，本试验选取多糖含量丰富的粉葛根为原料，研究其多糖提取的工艺，以期为葛根多糖的开发与应用奠定基础。

目前，植物活性成分提取的新兴技术主要包括超声波提取、微波提取、生物酶法提取、超滤法提取、超临界流体提取、微切助互提取、超高压提取等。其中，超高压提取技术是在常温下，以100～1 000 MPa的流体静压力作用于原材料和提取溶剂的混合液上，保持一段时间后迅速卸压，使活性成分穿过细胞膜转移到细胞外提取液中[16]，它已广泛应用于不同来源的多糖提取研究中，如魏炜等利用单因素试验及响应面方法优化了超高压提取黄精多糖的工艺条件，研究表明，在压力255 MPa、固液比 1∶17（g/mL）、保压时间 9.5 min、提取温度为常温、提取剂为水的工艺条件下，多糖提取率为25.01%[4]，比传统煎煮法多糖提取率高出5.18%；伍亚华等以宣木瓜饮片为原料，采用超高压技术提取宣木瓜多糖，在单因素基础上，通过响应面法对提取的工艺条件进行优化，得出最佳提取工艺条件为：提取压力313 MPa，提取温度为35.0 ℃，提取时间5.3 min，料液比 1∶30（g/mL），在此条件下宣木瓜粗多糖提取得率为 6.22%[7]；Chen等利用超高压技术从蛹虫草中提取多糖，采用响应面法优化得到最佳提取工艺条件，通过铁离子还原法和自由基清除法（超氧自由基、羟基自由基和DPPH自由基）评价超高压提取后多糖的抗氧化活性，发现采取超高压技术提取的多糖具有显著的抗氧化活性，可作为一种新型抗氧化剂[9]，但将其应用于葛根多糖的提取中则较少。因此，本研究采用超高压技术提取粉葛根中的多糖，并考察超高压压力水平、保压时间、料液比、浸泡时间对葛根多糖提取率的影响，确定最优提取工艺条件。曾明等人采用传统的水浸提法提取粉葛多糖，提取率为15.38%[12]，提取率高于本文中采用的超高压提取法，其原因可能为葛根的来源不同。但是，采用超高压提取法提取葛根多糖具有节约提取时间、避免高温对多糖结构和功能产生影响、降低能耗的优点。后续研究中可采用超高压提取法对不同来源的粉葛多糖进行提取并对提取率进行比较。同时，可对超高压提取的葛根多糖结构和功能性等方面与传统水浸提法提取的多糖进行比较，以期为超高压提取葛根多糖的工业化生产提供更多的理论支撑。

5 结论

超高压提取工艺操作简单，机械化程度高，且具有高效率、无污染、符合“绿色环保”标准等优点，适用于现代化生产。本文选取了料液比、超高压压力水平、保压时间和浸泡时间4个因素，研究葛根多糖提取的工艺参数，通过单因素试验和正交试验优化后，得到适宜的提取条件为：料液比1∶50（g/mL）、超高压压强300 MPa、保压时间3 min、浸泡时间90 min，在此条件下，超高压法提取葛根多糖的提取率为23.81 mg/g。

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Study on the technology of extracting polysaccharides from Radix Puerariae by Ultra-high pressure method

GUO Yi1, YU Jing-jing1, XIAO Ping1,2,Corresponding Author

（1. College of Food Science and Bioengineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Tianjin Engineering and Technology Research Center of Agricultural Products Processing, Tianjin 300384, China）

In this paper, Ultra-high pressure technology（UHP）was used to extract polysaccharide from Radix Puerariae with the extraction rate of polysaccharide as the evaluation index. UHP pressure level, UHP time, solid-liquid ratio and soaking time were analyzed. Through single factor and orthogonal test, the optimal extraction conditions were obtained: liquid ratio 1∶50（g/mL）, UHP pressure 300 MPa, UHP time 3 min, soaking time 90 min. Under these conditions, ultra high pressure extraction rate of extraction of polysaccharide was 23.81 mg/g.

Radix Puerariae; polysaccharides; Ultra-high pressure technology（UHP）; process optimization

1008-5394（2020）03-0066-04

10.19640/j.cnki.jtau.2020.03.015

TS201.1

A

2019-08-12

郭怡（1996-），女，硕士在读，主要从事功能多糖与肠道菌群研究。E-mail：1076348079@qq.com。

肖萍（1986-），女，讲师，博士，主要从事功能多糖与肠道菌群研究。E-mail：xiaoping19860724@126.com。

责任编辑：张爱婷