微波輔助提取北沙參多糖工藝及抗氧化活性研究

周紅英，呂莎（.山東農業大學農學院，山東泰安2708；2.作物生物學國家重點實驗室，山東泰安2708）

微波輔助提取北沙參多糖工藝及抗氧化活性研究

周紅英1，2，呂莎1
（1.山東農業大學農學院，山東泰安271018；2.作物生物學國家重點實驗室，山東泰安271018）

以北沙參多糖的得率為指標，通過單因素和正交設計對微波提取工藝進行了優選；以清除DPPH自由基、羥基自由基、超氧陰離子自由基的能力為指標，研究了北沙參多糖的體外抗氧化活性。結果表明，微波輔助水浸提北沙參多糖的最佳工藝條件為：浸泡30 min，微波功率800 W，微波輻射時間100 s，固液比1∶30（g/mL），粉碎粒度100目，提取3次。在此工藝條件下，粗多糖得率39.3%，提取物中多糖含量65.4%。北沙參多糖對3種自由基均具有明顯的清除能力。

北沙參；多糖；提取；抗氧化

北沙參為傘形科植物珊瑚菜（Glehnia littoralis Fr. Schmidt ex Miq.）的根，為衛生部公布的可用于保健食品的物品。據文獻報道，不同產地的北沙參總糖含量25%～70%，粗多糖含量40%～55%[1-2]。北沙參多糖可增強小鼠巨噬細胞吞噬功能，清除羥基自由基和超氧自由基[3-4]。微波輔助浸提法近年來廣泛應用于植物多糖的提取，設定微波系統參數不僅影響粗多糖的得率，而且影響提取物中糖的組分及其功用。本文以多糖得率為指標，優化了北沙參多糖的微波輔助提取工藝，研究了北沙參多糖的抗氧化活性。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

北沙參：來源于山東農業大學藥用植物園，于10月中旬采挖一年生的根。洗凈，曬干，粉碎，過篩，置干燥器中備用。

MSA-I型常壓微波輔助合成/萃取反應儀：上海新儀微波化學科技有限公司，功率變化范圍0～1 000 W；UV-2450紫外可見分光光度計：日本島津公司；FW177型中草藥粉碎機：天津泰斯特儀器有限公司。

二苯基苦基苯肼（DPPH）：美國sigma公司生產；其他試劑均為國產分析純；水為二次重蒸餾水。

1.2方法

1.2.1浸提方法

取樣品10.0 g，置微波用特制圓底燒瓶中。按設定的方案提取3次，合并濾液，用Savage試劑除蛋白質，上清液置旋轉蒸發儀濃縮至一定體積，加入無水乙醇至濃度80%，靜置24 h，離心（4 000 r/min，8 min），回收液體，沉淀依次用無水乙醇、丙酮、乙醚洗滌，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測定采用苯酚-硫酸法。粗多糖的得率按以下公式計算。

得率/%=多糖粗品質量/原料質量×100

1.2.3微波參數單因素及正交試驗設計

以微波功率、微波作用時間、料液比為單因素，分別研究各因素不同水平對多糖得率的影響。在單因素試驗的基礎上，按L9（34）進行正交試驗，以確定最佳提取工藝條件。

表1　正交試驗因素水平表Table 1　Factors and levels for orthogonaldesign

1.2.4粗多糖的體外抗氧化活性

DPPH自由基的清除率參照文獻[5]方法測定，羥基自由基·OH、超氧陰離子（O2-·）的清除率參照文獻[6]方法測定。

測定粗多糖提取物對DPPH自由基、羥基自由基·OH以及超氧陰離子（O2-·）的清除率均以VC為陽性對照，并計算出半數清除率IC50值。

1.3數據處理

試驗結果用統計分析軟件dps7.05處理。

2　結果與分析

2.1北沙參多糖提取工藝的優選

2.1.1單因素試驗

2.1.1.1提取次數對多糖得率的影響

提取1、2、3次的多糖得率分別為26.2%、36.7% 和39.4%（x，n=3）。可見隨著提取次數的增加，多糖的得率呈增長趨勢，提取2次比1次的多糖得率增長顯著，提取3次比2次的多糖得率略有增長。為了充分提取多糖成分，選擇提取3次為宜。

2.1.1.2微波功率對多糖得率的影響

微波功率200、400、600、800、1 000W條件下的多糖得率分別為24.2%、29.1%、38.7%、39.7%和39.0%（x，n=3），可見在微波功率200 W～1 000 W范圍內，隨功率的增大多糖得率增大。尤其從200 W到600 W，多糖得率隨功率的增大而快速增長，而從600 W到1 000 W，多糖得率增加緩慢，基本趨于穩定。考慮到高功率增加提取成本并有可能導致提取成分被破壞，選擇800 W為適宜的功率。

2.1.1.3微波輻射時間對多糖得率的影響

微波輻射時間20、40、60、80、100 s條件下的多糖得率分別為25.3%、30.0%、39.6%、40.5%和40.3% （x，n=3）。可見在微波輻射時間20s～100s范圍內，隨微波輻射時間的延長多糖得率呈增長趨勢，尤其是從20 s到60 s，多糖得率增長迅速，從60 s到100 s，多糖得率增長減緩，保持基本穩定。在極性溶劑中，植物受到微波輻射細胞壁/膜易被破壞，尤其被提取的成分為極性較大的分子時，吸收微波產生溶脹，使細胞內滲透壓增高更容易破壁。本試驗的溶劑以及提取的目標成分均為極性成分，較短的微波輻射時間即可達到較高的提取效率。因此，選擇80s為適宜的微波輻射時間。

2.1.1.4固液比對多糖得率的影響

固液比為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40（g/mL）和1∶50（g/mL）的多糖得率分別為19.6%、31.2%、35.9%、37.9%和37.8%（x，n=3）。可以看出，多糖得率隨液固比的增加呈增長趨勢，在固液比1∶40（g/mL）時達到最大值，繼續加大液固比多糖得率保持穩定或略有降低。由于用水量較少時不利于多糖的溶出，提取的多糖量少；而用水量太多則提取液濃度降低，并延長了之后的旋轉蒸發濃縮時間。因此，選擇固液比1∶40（g/mL）為適宜的固液比。

2.1.1.5物料粒度對多糖得率的影響

物料粒度為20、40、60、80目和100目時的多糖得率分別為21.3%、26.9%、34.2%、38.6%和39.5%（x，n=3）。可以看出，在試驗范圍內隨物料粒度由大到小，粗多糖得率呈增長趨勢，尤其是從20目到80目，多糖得率的增長迅速，而從60目到100目，多糖得率的增長放緩。物料顆粒太大，不利于多糖的溶出；粉碎度的增大，物料粒徑減小，有利于多糖的溶出。但隨著粉碎度的增大可能導致過濾困難以及提取物雜質增多，因此，選擇80目為宜。

2.1.2多因素考查

依據單因素試驗的結果確定工藝參數，進行正交試驗，結果見表2。

綜合分析單因素試驗結果、正交試驗結果、各因素極差大小和其對多糖得率的影響，確定北沙參多糖微波輔助提取的工藝為：浸泡30 min，微波功率800 W，微波輻射時間100 s，固液比1∶30（g/mL），粉碎粒度100目，提取3次。

表2　正交試驗結果表Table 2　The orthogonaldesign and results

2.1.3優選工藝的驗證

稱取北沙參干燥藥材1 kg，按優選工藝提取，粗多糖得率為39.3%，提取物中多糖的含量為65.4%。與表2中多糖得率最高的試驗號4（40.5%）相比，驗證試驗的多糖得率略有降低，差異不顯著。與文獻[7]的北沙參多糖得率34%相比略有提高，但提取時間大大縮短，避免了長時間煎煮對多糖成分的改變。與文獻[8]北沙參多糖相對含量90%相比，本工藝提取物中多糖的含量偏低，但本工藝精簡了提取純化的步驟，減少了多糖成分的流失，用該提取物進行的抗氧化活性試驗更能體現出北沙參的總體抗氧化活性。與其他文獻微波輔助提取植物多糖的工藝（多數無浸泡環節）相比，本工藝中的物料浸泡或許使干燥的物料細胞充分吸水后在微波作用下更容易破壁，從而得到了較高的提取率。本工藝的缺點是多糖的純度不夠高，用于結構分析，提取物尚需進一步分離純化。

2.2北沙參多糖的抗氧化作用

2.2.1北沙參多糖對DPPH自由基的清除作用

北沙參多糖對DPPH自由基的清除率如圖1所示。

如圖1所示，北沙參粗多糖清除DPPH自由基的能力與多糖濃度呈正相關關系。在2 000μg/mL濃度時的清除率達到了85%，與1 000μg/mL濃度的VC清除能力相當。北沙參粗多糖清除DPPH自由基的半數清除率IC50值為1 182μg/mL。

圖1　北沙參多糖對DPPH自由基的清除率Fig.1　The scavenging effect of polysaccharides from Radix Glehniae on DPPH·

2.2.2北沙參多糖對羥基自由基的清除作用

北沙參多糖對羥基自由基的清除率如圖2所示。

圖2　北沙參多糖對羥基自由基的清除率Fig.2　The scavenging effect ofpolysaccharides from Radix Glehniae on·OH

如圖2所示，北沙參粗多糖清除羥基自由基能力與多糖濃度呈正相關關系，其在2 000μg/mL時清除率達到了55%，與1 000μg/mL的VC清除能力相當。北沙參粗多糖清除羥基自由基的半數清除率IC50值為1 611μg/mL。

2.2.3北沙參多糖對超氧陰離子的清除作用

北沙參多糖對超氧陰離子自由基的清除率如圖3所示。

圖3　北沙參多糖對超氧陰離子自由基的清除率Fig.3　The scavenging effectofpolysaccharides from Radix Glehniae on O2-·

如圖3所示，北沙參粗多糖清除超氧陰離子能力與多糖濃度呈正相關關系，其在2 000μg/mL時清除率達到了45%，與500μg/mL的VC清除能力相當。北沙參粗多糖清除超氧陰離子的半數清除率IC50值為2 052μg/mL。

3　結論

3.1微波輔助提取北沙參多糖的最佳工藝條件

浸泡30 min，微波功率800 W，微波輻射時間100 s，固液比1∶30（g/mL），粉碎粒度為100目，提取3次。

3.2北沙參多糖具有明顯的體外抗氧化活性

北沙參多糖清除DPPH自由基、羥基自由基、超氧陰離子自由基的能力均與其濃度呈正相關關系，其清除率均低于同等濃度的VC，但仍能看出其對3種自由基具有良好的清除能力。北沙參多糖對3種自由基的清除能力表現為：DPPH自由基>羥基自由基>超氧陰離子自由基。

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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

泰安市科技發展計劃資助項目（20123069）

周紅英（1966—），女（漢），副教授，碩士，主要從事中藥資源與開發方面的研究。

2015-06-23