鬼针草多糖提取工艺优化研究

文│薛沾枚 孟维珊 张艳 刘雪松 杨旭东 王爽 陈曦 朱庆贺 罗天瑶（黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院黑龙江省兽用药物重点实验室，黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院）张备 张国华 冯万宇 刘秋瑾 王欢 杨昊天 史同瑞*（黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院）

鬼针草（Bidens bipinnata L.）又称鬼钗草，全国分布广泛，产量很多，是菊科草本植物。鬼针草中富含多糖、黄酮、皂苷等活性成分，具有清热解毒、抗氧化、消肿、止泻等作用，可作为饲草应用到畜牧养殖中，但菊科植物本身具有特殊气味，会影响动物采食，对其主要活性成分进行提取，能改善其适口性与消化性。超声波提取法能加速中草药多糖成分溶于溶剂中，有效提高多糖提取率，且操作简单。因此，本试验采用响应面法优化超声波提取鬼针草多糖，提高鬼针草多糖提取率，减少资源浪费，提高经济价值。

一、材料与方法

1.材料。

（1）药材与主要试剂。鬼针草全草药材，由黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院中草药基地采摘。

试剂：石油醚、无水乙醇、95%乙醇、丙酮、苯酚、浓硫酸、山梨醇（天津科密欧化学试剂有限公司）；葡萄糖标准品（中国食品药品鉴定研究院）；试验用水均为超纯水。

（2）主要仪器。HH6-恒温水浴锅（力辰科技有限公司），FW100高速万能粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司），752G紫外分光光度计（上海仪电控股集团公司），F-020SD超声波清洗器（深圳市新开仪器有限公司）。

2.方法。

（1）鬼针草多糖提取及提取率计算。采用苯酚-硫酸法测定多糖，无水葡萄糖标准品为对照品，于490纳米处测吸光度，根据公式计算鬼针草多糖率。取鬼针草药材粉碎，过60目筛，称取5克，加入一定体积倍数的超纯水，取沉淀，干燥。

表1 响应面试验设计和结果

（2）单因素试验设计。称取5克鬼针草粉末共4份，料液比分别为1∶20克/毫升、1∶30克/毫升、1∶40克/毫升、1∶50克/毫升，设定超声提取时间为35分钟，温度为45℃，计算料液比条件下鬼针草多糖提取率；在料液比为1∶30克/毫升，设定超声提取温度为45℃，提取时间分别为30、35、40、45分钟，计算不同提取时间鬼针草多糖提取率。在料液比为1∶30克/毫升，设定超声提取时间为35分钟，提取温度设定为40、45、50、55℃，计算不同提取温度条件下鬼针草多糖提取率。

（3）响应面法优化鬼针草多糖的提取条件。根据单因素分析结果，设定料液比、提取时间、提取温度的自变量条件，以鬼针草多糖含量为响应值，采用Box-Benhnken8.0.6试验设计方法优化出鬼针草多糖最佳提取工艺条件。

（4）数据分析。每组试验采用3次重复，试验采用SPSS 20.0软件进行数据分析，P ＜0.05表示差异显著，采用Oringe8.0软件进行绘图。

二、结果与分析

1.单因素试验结果。由图1可知，当料液比为1 ∶3 0 克/毫升时提取率达到最高7.59%，当提取时间为5 0 分钟时提取率达到最高6.71%，当温度为50℃时提取率达到最高7.48%。

◎图1 各因素对超声波法鬼针草多糖提取率影响

2.响应面优化提取工艺。

（1）鬼针草多糖提取率的数字模型建立。根据单因素试验结果设计以料液比（A）、提取时间（B）和提取温度（C）为自变量，多糖提取率为响应值，采用Box-Benhnken8.0.6设计3因素3水平试验，试验结果见表2。利用Design Expert8.0对试验数据进行方差分析，结果如表3。得到回归方程：Y＝8.06+0.22A+0.37B+0.64C+0.35AB+0.055AC-0.058BC-1.27A2-1.19B2-0.45C2，此模型建立具有较强的显著性与拟合性，适合超声工艺优化提取鬼针草多糖预测分析，方差结果A、B、C、A2、B2、C2均显著，P＜0.01或P＜0.05；各因素对鬼针草多糖提取率影响为提取温度＞提取时间＞料液比；AC与BC项不显著P ＞0.05，将这两项从回归方程中删除，回归方程得率为Y=8.06+0.22A+0.37B+0.64C+0.35AB-1.27A2-1.19B2-0.45C2。

◎图2 料液比和超声时间的相互作用及等高线分析图

◎图3 料液比和提取温度的相互作用及等高线分析图

◎图4 提取温度和超声时间的相互作用及等高线分析图

表2 回归方差分析

（2）鬼针草多糖提取率的响应面分析。利用Design Expert 8.0.6软件对表3数据进行拟合，所得的响应面及等高线见图3～5。本试验中BC的相互交互最为显著，两两之间互相影响显著顺序为：BC＞AC＞AB。

（3）模型验证。响应面分析结果得出，最佳鬼针草多糖最佳提取条件为料液比1∶30.02克/毫升、提取时间50.95分钟、提取温度55.40℃，提取率为8.31%，考虑到实际工艺的方便性，将提取工艺优化设定为料液比1∶30克/毫升、提取时间51分钟、提取温度55℃，进行工艺验证。对上述工艺条件进行3次验证，鬼针草多糖平均提取率为8.23%，与预测值8.31%无显著差异，说明模型成功有效，方法可行。

三、讨论

多糖提取过程中存在提取时间较长、能量消耗高、经济费用高及环境污染等问题。超声波法提取技术是通过空化气泡破裂而产生的高强度冲击波与剪切力，使植物细胞破碎内容物溶出，是一种高效率和绿色环保的提取技术。响应面设计能准确分析各因素与响应值的关系，获得最佳优化工艺。在本试验中，随着料液比的增加，多糖提取率呈先上升后下降的趋势。提取过程中料液比低，得不到充分浸提，会导致提取率低。随着时间的增加，多糖提取率呈先上升后下降趋于稳定的趋势，其原因可能是由于超声时间增加，鬼针草内其他易于溶于水的成分也被提取出来。随着温度的上升，鬼针草多糖提取率呈先上升后下降的趋势，其原因可能是由于高温破坏了多糖结构，降低了鬼针草多糖的提取率。响应面优化鬼针草多糖提取工艺的提取温度对提取率的影响最大。分析其原因，可能是由于提取过程中温度能促使药物有效溶解在提取液中，但多糖类成分会由于温度过高分解变性。

四、结语