基于败酱草多糖的能量冲剂的开发

王 萍,陈江凤,惠和平,范重秀,舒孝喜,刘颖楠

(1.甘肃农业职业技术学院,甘肃兰州 730020;2.甘肃中医药大学药学院,甘肃兰州 730000;3.商洛学院生物医药与食品工程学院,陕西商洛 726000)

败酱草(HerbaPatriniae),又称泽败、苦菜等,败酱科多年生草本植物,其带根全草入药,具有清热解毒、消痈排脓、祛瘀止痛等功效[1-2],在甘肃省绝大部分地区都有分布和生长,其资源丰富,药食两用。作为败酱草中主要活性成分之一,多糖具有明显的抗病毒、增强免疫力、抗疲劳、抗肿瘤、抗氧化等生物活性,其开发和利用价值极高[1,3-4]。截至目前,文献中关于败酱草多糖的制剂研究几乎为空白。研究表明败酱草多糖是一种含蛋白质的多糖,可以明显延长力竭小鼠的游泳时间和耐缺氧时间[5],尤其是能显著降低运动型疲劳小鼠体内的肌酸激酶和丙二醛的含量,提升肝脏中的谷胱甘肽过氧化物酶的活性,还可以缓解和改善慢性疲劳综合征大鼠的代谢紊乱的症状等[3,6-7]。可见,败酱草多糖作为一种能量补充剂来抗疲劳具有潜在的开发价值。

颗粒冲剂作为一种常见的制剂,具有高稳定性、高生物利用率和储存携带方便等优点[8-9]。截至目前,有关败酱草多糖颗粒冲剂的研究鲜见报道。为此,该试验以败酱草多糖为原料,添加一定的辅料,如黏合剂(淀粉)、矫味剂(甜蜜素)等,在单因素试验的基础上,运用正交试验确定败酱草多糖能量冲剂的最佳配方和工艺,为后续败酱草多糖制剂的研发和生产提供了一定的理论依据和参考路线。

1 材料与方法

1.1 试材与试剂败酱草,购买自黄河药材市场,经兰州大学药学院马志刚教授鉴定为白花败酱草;葡萄糖对照品(批号101852372),美国Sigma 公司;可溶性淀粉、甜蜜素,北京索莱宝科技有限公司;苯酚、浓硫酸、乙醇等试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备DZF-6050电热真空干燥箱,上海耀特仪器设备有限公司;FA2204C型电子分析天平,上海佑科仪器仪表有限公司;Agilent 8453E型紫外-可见分光光度计,安捷伦科技有限公司;SCIENTZ-10N型冷冻干燥机,宁波新芝生物科技股份有限公司;标准尼龙筛,浙江绍兴市上虞区仪器纱筛厂;DF-101S恒温水浴锅,上海耀特仪器设备有限公司;AnkeGL-16G-Ⅱ 高速冷冻离心机,上海安亭科学仪器有限公司。

1.3 败酱草多糖的提取取败酱草粉碎过筛(60目)→95%乙醇回流脱脂→置通风橱抽干乙醇→残渣用热水(90 ℃)提取→抽滤→滤液用80%乙醇醇沉→离心(5 000 r/min)→收集沉淀→冷冻抽干→即得败酱草多糖[2,4]。

1.4 多糖含量测定的标准曲线绘制准确称取干燥至恒重的葡萄糖标准品2.5 mg置于10 mL容量瓶中,加蒸馏水定容至刻度,分别吸取0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1 mL于10 mL容量瓶中并加蒸馏水定容至刻度,接着移取上述各溶液2 mL,分别加入5%苯酚溶液1.0 mL,振摇均匀后再加入浓硫酸5.0 mL,充分混匀后在室温放置5 min,在60 ℃水浴中反应15 min,冷却到室温,在490 nm处测定各反应液的吸光度[10]。以吸光度(A)对葡萄糖浓度(C)进行回归分析,得回归方程A=15.046C-0.006 6(R2=0.992)。

1.5 多糖能量冲剂的制备取一定量的冷冻抽干所得败酱草多糖,按照一定的比例先后加入可溶性淀粉、甜蜜素,充分混合均匀后用75%乙醇制软材,接着过18目筛制粒,过40目筛除去细粉,于55 ℃干燥箱中干燥即得败酱草多糖能量冲剂。

1.6 多糖冲剂配方单因素试验以冷冻抽干的败酱草多糖为原料,分别考察多糖加入量(0.70、0.90、1.10、1.30、1.50 g)、可溶性淀粉加入量(0.30、0.50、0.70、0.90、1.10 g)、甜蜜素加入量(0.02、0.04、0.08、0.16、0.32 g)3个因素对败酱草多糖能量冲剂感官的影响(表1)。

表1 败酱草多糖能量冲剂感官评价

1.7 多糖冲剂配方正交试验根据单因素试验结果,利用IBM SPSS Statistics 25软件进行正交试验设计,采用3因素3水平进行试验条件的优化来确定最佳配比和参数。

2 结果与分析

2.1 败酱草多糖冲剂单因素试验

2.1.1败酱草多糖加入量对冲剂的影响。败酱草多糖具有多方面的生物活性和功能,为该试验冲剂的主要成分。从图1a可以看出,感官评价分值随着多糖加入量的增加逐渐增加,在多糖加入量为1.30 g时感官评价分值达到最大,随后感官评价分值陡然减小,这与多糖在溶解性上的特殊性有关,量过大会导致其具有较大的黏性。随着多糖加入量的增加,冲剂的成型度在1.30 g时达到最佳,而后不成型,从而影响感官评价分值。所以,多糖加入量选择0.90、1.10、1.30 g这3个水平进行正交试验。

图1 多糖加入量(a)、可溶性淀粉加入量(b)和甜蜜素加入量(c)对败酱草多糖冲剂的影响Fig.1 Effects of the adding quantity of polysaccharide (a), soluble starch (b) and cyclamate (c) on Herba Patriniae polysaccharide granules

2.1.2可溶性淀粉加入量对冲剂的影响。可溶性淀粉常作为吸收剂添加到冲剂中,从图1b可以看出,感官评价分值随着可溶性淀粉加入量的增加先增大后减小,这与淀粉的增稠作用有关[3]。当可溶性淀粉加入量为0.70 g时,感官评价分值达最大,故可溶性淀粉加入量选择0.30、0.50、0.70 g这3个水平进行正交试验。

2.1.3甜蜜素加入量对冲剂的影响。甜蜜素是一种高甜度的甜味剂,其作为主要矫味剂,能够有效改善或屏蔽冲剂的不良口味。从图1c可以看出,感官评价分值随甜蜜素加入量先增加后陡然减小。当甜蜜素加入量为0.04 g时,感官评价分值最大,随后接近直线下降。故甜蜜素加入量选择0.02、0.04、0.08 g这3个水平进行正交试验。

2.2 败酱草多糖冲剂正交试验根据单因素试验结果,确定正交试验的因素和水平如表2所示。正交试验方案和结果见表3。从表3可以看出,极值R从大到小依次为A>B>C,即各因素对败酱草多糖冲剂感官评价分值的影响主次关系为A(多糖加入量)>B(可溶性淀粉加入量)>C(甜蜜素加入量)。

表2 正交试验因素水平

表3 正交试验方案及结果

该冲剂的感官评价分值在辅料中受到可溶性淀粉加入量的影响较大,淀粉加入量过少,不易成型,淀粉加入量过多,则过硬而不易成颗粒。在败酱草多糖冲剂中,甜蜜素主要起着呈味和矫味的因素,对冲剂的成型方面影响不大。此外,若辅料加入量增多则有效的多糖加入量随之降低,其感官评价和功能价值也将失去制剂的意义。结合各个因素的直观分析可知,败酱草多糖冲剂的工艺组合为A3B2C2,即多糖加入量为1.30 g,可溶性淀粉加入量为0.50 g甜蜜素加入量为0.04 g。

由正交试验方差分析(表4)可知,多糖加入量(A)和可溶性淀粉加入量(B)的P<0.01,具有极显著差异,而甜蜜素加入量(C)的P>0.05,差异不显著;考虑到成本控制以及人们对冲剂中糖分尽可能少的需求,则败酱草多糖冲剂的最佳工艺组合为A3B2C1,即多糖加入量1.30 g,可溶性淀粉加入量为0.50 g,甜蜜素加入量为0.02 g。

表4 正交试验方差分析

2.3 败酱草多糖冲剂的质量控制

2.3.1感官指标。本品为咖啡色颗粒冲剂,用沸水冲泡后,溶液微浑浊,无杂质,口感可以接受,稍带甜味。

2.3.2理化指标。参照《中国药典》(2020版)[11]规定:水分≤4%,多糖≥6.988%,砷≤0.5 mg/kg,铅≤0.5 mg/kg,铜≤5.0 mg/kg。

2.3.3鉴别。取本品加适量蒸馏水溶解,加入4倍体积的无水乙醇,静置后取沉淀,挥去溶剂后依法再处理2次,最后所得沉淀用80%乙醇洗涤2次,挥去溶剂,加适量蒸馏水溶解。取溶解液1 mL,加10% α-萘酚试液3滴,沿试管壁加浓硫酸1 mL,有紫色环出现;或加裴林试液1 mL煮沸1 min,生成红棕色沉淀。

3 结论与讨论

该试验在单因素试验的基础上,运用正交试验以及成本分析优化和确定败酱草多糖能量冲剂的最佳工艺组合参数为多糖加入量1.30 g、可溶性淀粉加入量0.50 g、甜蜜素加入量0.02 g。在此条件下,利用败酱草多糖配以可溶性淀粉作为黏合剂,甜蜜素来改善其口感和味道,使用75%乙醇作为润湿剂制成的败酱草多糖能量冲剂的色泽、均匀度和口感等质量可达到最佳。该工艺流程简单,不需要复杂的技术;败酱草多糖的提取获得容易,而且其水溶性良好,很适合工业化生产。

败酱草多糖的颗粒冲剂其风味和复溶效果均呈最佳,作为一种能量冲剂,填补了败酱草多糖制剂的研发空白,为败酱草的深加工利用提供了新的方向。目前,败酱草多糖在食药方面的应用仍然有限,进一步高值化利用败酱草多糖将会成为今后的研究方向。