超声波提取黄芪多糖的工艺研究*
2024-05-30欧阳婉洳李洪淼谢淑玲刘嘉琳
欧阳婉洳，李洪淼，张 利，谢淑玲，刘嘉琳
(辽宁农业职业技术学院，辽宁 营口 115009)
黄芪有“补气之长”、“补气诸药之最”的美誉，它为豆科植物蒙古黄芪或膜荚黄芪的干燥根，具有补气升阳、固表止汗等作用[1]。始载于《神农本草经》，列为上品。黄芪含多糖类、皂苷类、黄酮类、氨基酸类等化合物[2]，此外还含硒、锌、铜等多种微量元素。现代研究表明，黄芪多糖是黄芪发挥生物活性和药理作用的重要物质之一[3]，具有抗肿瘤、保护心脑血管、提高免疫功能、保护肺功能、调节血压、抗衰老等药理作用[4-5]。黄芪多糖的提取方法较多，其中超声辅助法是研究的热点。它是利用超声波产生的空化作用使细胞内的各种成分充分溶出，因此能大大提高物质的提取效果。本实验旨在探索超声辅助法提取黄芪多糖的最佳工艺，为黄芪多糖的大规模生产提供参考。
1 实 验
1.1 实验材料
黄芪饮片，购自辽宁丹东佰福药业有限公司。蒸馏水，来自学院制水实训室。
1.2 仪器与设备
KQ-400KDE超声波提取仪，昆山市超声仪器有限公司；LH-T32手持式折射仪，杭州陆恒生物科技有限公司。
1.3 实验方法
准确称取黄芪饮片10 g，置于三角瓶中，按一定料水比加入蒸馏水，浸泡后将三角瓶放入超声提取仪进行多糖的提取。采用单因素试验，分别研究提取次数、料水比、提取温度、提取时间及超声功率对多糖提取的影响，用手持式折射仪测得的提取液总糖度为衡量指标。每组实验设三个重复，取平均值。在单因素试验基础上，以提取温度(A)、提取功率(B)、提取时间(C)、料水比(D)为因素，以提取液的糖度值为衡量指标，采用四因素三水平的正交设计，优化黄芪多糖的提取工艺。
2 实验结果
2.1 提取次数的研究
称取10 g黄芪饮片，按料水比1∶10加入水，浸泡。设置超声功率为60%、60 ℃下提取60 min，分别提取三次，每次提取结束静置测提取液的糖度值，实验结果如图1所示。由图1可见，糖度值随提取次数的增加下降很快，当提取到第三次时，糖度值为0，说明多糖成分已全部溶入到水中。因此，黄芪经设备提取2次即可。
图1 提取次数对糖度值的影响Fig.1 Effect of extraction times on sugar content
2.2 料水比的研究
将料水比设置为1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30，分别在超声功率60%、60 ℃下提取60 min，用糖度计测各提取液的糖度值，实验结果如图2所示。由图2可知，糖度值随料水比的增大而降低，但两者不是线性关系。说明料水比太低不利于多糖的溶出，料水比过高对多糖的溶出影响较小。从多糖得率、提取液量等方面综合考虑，选择1∶10的料水比比较合适。
图2 料水比对糖度值的影响Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on sugar content
2.3 提取温度的研究
在超声功率60%、料水比1∶10的条件下，分别将超声波提取仪的温度设置为40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃，提取60 min后静置测各提取液的糖度值，如图3所示。由图3可知，在40～60 ℃范围内，提取液的糖度值随温度升高而增大，当温度超过60 ℃时，再升高提取温度，糖度值无变化，说明此时多糖已全部溶出。因此，在提取黄芪时，提取温度最低不得低于60 ℃。考虑耗能的因素，确定黄芪的最佳提取温度为60 ℃。
图3 提取温度对糖度值的影响Fig.3 Effect of extraction temperature on sugar content
2.4 提取功率的研究
黄芪和水按料水比1∶10加入，浸泡。将超声功率分别设为40%、50%、60%、70%、80%、90%，60 ℃下提取60 min，静置后测提取液的糖度值，结果如图4所示。由图4可知，当功率在40%～60%时，提取液的糖度值较小，而且变化甚微。当功率为70%时，糖度值达到最大，随着超声功率的增大提取液的糖度值略有下降，原因是超声功率过大对多糖产生了破坏作用。因此，用超声波提取仪提取黄芪时，最佳提取功率为70%。
图4 提取功率对糖度值的影响Fig.4 Effect of extraction power on sugar content
2.5 提取时间研究
在温度为60 ℃、超声功率70%、料水比1∶10的条件下，将提取时间分别设置为20 min、30 min、40 min、50 min、60 min、70 min、80 min，分别测不同提取时间提取液的总糖度，实验结果如图5所示。从图5可知，在20～50 min内，黄芪提取液的糖度值随提取时间的延长而增大。当提取时间超过50 min时，糖度值不再增加，说明药物当中的糖类成分已充分溶出。因此，为了降低生产成本，黄芪的提取时间应为50 min。
图5 提取时间对糖度值的影响Fig.5 Effect of extraction time on sugar content
2.6 正交试验
在单因素试验基础上，以提取温度、提取功率、提取时间、料水比为因素，设计四因素三水平的正交试验，以提取液的糖度值为指标，优化黄芪多糖的提取工艺。因素和水平见表1，实验结果见表2。
表1 正交试验因素水平表Table 1 Orthogonal test factor level table
表2 正交试验结果Table 2 Results of orthogonal test
由表2可知，四因素中，对提取液糖度值影响最大的是料水比，影响最小的是提取温度，提取的最佳工艺因素水平是A1B3C3D1，即提取温度60 ℃，提取功率70%，提取时间70 min，料水比为1∶5。在最优工艺条件下，提取液的糖度值最高，可达5.2。
3 结 论
本研究通过正交试验对黄芪多糖的超声辅助提取工艺进行了优化，结果表明料水比，提取温度、提取功率、提取时间均能影响黄芪多糖的溶出，最佳工艺参数是：提取温度60 ℃，提取功率70%，提取时间70 min，料水比为1∶5。
该方法是利用超声波的空化作用使提取溶剂进入细胞，加快有效成分的释放和溶出。为避免超声波破坏多糖结构造成多糖得率降低，应注意提取时间、提取温度、超声功率的控制。与传统提取方法相比，超声辅助提取技术具有快速、低温、节能又环保等优点，可用于黄芪多糖的工业化生产。
