水提醇沉法提取蛹蟲草多糖的工藝優化及體外抗氧化效果研究

師景雙，袁 超，程月紅，厲玉婷，李 靜，任雪梅*

（1.山東省食品藥品檢驗研究院，山東 濟南 250101；2.山東省藥學科學院 山東省生物藥物重點實驗室，山東濟南 250101）

蛹蟲草（Cordyceps militaris），又名北蛹蟲草、北蟲草[1]。蛹蟲草含蟲草多糖、蟲草酸、蟲草素、黃酮及甾醇等多種活性成分[2-3]。蛹蟲草多糖具有抗氧化、免疫調節和抑制腫瘤細胞生長等諸多生理功能[4-6]。本文對蛹蟲草多糖提取工藝進行優化，并對其體外抗氧化活性進行了研究，以期為蛹蟲草多糖的開發研究提供參考和依據。

1 儀器與材料

1.1 儀器

MS204TS分析天平（梅特勒-托利多）；SHA-B水浴恒溫振蕩器（金壇醫療儀器廠）；TG16-WS離心機（萬豐儀器制造公司）；UV-2700紫外可見分光光度計（日本島津）；R-300旋轉蒸發儀（瑞士步琦公司）。

1.2 材料與試劑

人工蛹蟲草（市售）；KH2PO4，FeSO4，FeCl3，鐵氰化鉀，水楊酸，雙氧水，抗壞血酸，三氯乙酸，95 %乙醇，無水乙醇，葡萄糖，硫酸，蒽酮（分析純，國藥集團）；1, 1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH，上海阿拉丁）；蒽酮試劑：精密稱取蒽酮0.1 g，加80 %濃硫酸100 ml溶解，搖勻，當日配制使用。

2 方法

2.1 葡萄糖對照品溶液配制

將無水葡萄糖置于烘箱中，105 ℃干燥恒重。準確稱取100 mg，用蒸餾水定容至100 ml，得對照品母液。取10 ml母液定容至100 ml，得0.1 mg/ml葡萄糖對照品溶液。

2.2 提取工藝

將蛹蟲草粉碎過篩，取篩下物，加熱水提取，提取完畢后收集濾液，殘渣再次提取30 min，合并濾液，真空濃縮至固形物含量25 %～30 %后，加入3倍體積95 %乙醇沉淀多糖，4 ℃靜置24 h，5000 r/min離心15 min，無水乙醇洗脫，冷凍干燥，得蛹蟲草多糖。

2.3 蟲草多糖的測定

分別吸取0.1 mg/ml葡萄糖對照品溶液0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 ml，置于10 ml具塞比色管中，補充水至2.0 ml，加入蒽酮硫酸溶液6.0 ml，混勻，置沸水浴中加熱15 min，取出，立即置于冰浴中冷卻15 min，取出，空白管調零，625 nm測定吸光度[7]，繪制標準曲線。

將粗多糖用蒸餾水溶解，定容于100 ml 量瓶，搖勻，得待測母液。將待測母液進行適宜倍數稀釋，取稀釋液1 ml，置于10 ml具塞比色管中，采用與標準曲線相同的操作步驟測定，按標準曲線計算多糖含量，按下式計算多糖提取率。

多糖提取率（%）=測得的多糖含量×稀釋倍數/蛹蟲草菌粉質量×100

2.4 單因素實驗

選取菌粉粒度、料液比、提取溫度、提取時間、提取次數5因素進行單因素實驗，初步選定菌粉粒度80目、料液比1：15、提取溫度70 ℃、提取時間2 h及提取次數1次為基本條件，改變其中一個條件，固定其他條件來考察各因素對蛹蟲草多糖提取率的影響，以確定較優條件。其中菌粉粒度分別設為40，60，80，100目，料液比分別設為1：10，1：15，1：20，1：25，提取溫度分別設為50，60，70，80 ℃，提取次數分別設為1，2，3，4次。

2.5 正交試驗

根據單因素實驗結果，對料液比、提取溫度、提取時間、提取次數這4個因素進行4因素3水平的正交實驗，進一步優化提取條件，并根據正交試驗得出的優化條件進行驗證實驗。

2.6 體外抗氧化效果測定

2.6.1 蛹蟲草多糖清除DPPH 自由基效果檢測DPPH乙醇溶液本身為紫色，且在517 nm波長處有強烈吸收，加入抗氧化劑后其顏色變淺，以在517 nm波長處吸光度的下降值表示抗氧化劑對DPPH自由基的清除能力[8-9]。參考李志平等[10]的方法，略作改動，于具塞試管中加入 DPPH乙醇溶液（0.2 mmol/l）1 ml，分別加入不同濃度的樣品溶液1 ml，混勻，室溫下避光靜置30 min，517 nm處測定吸光度值，同時選取抗壞血酸為作為陽性對照，DPPH自由基的清除率按以下公式計算。

式中，A0為空白樣品吸光度值，A1為加樣后的吸光度值，A2為以蒸餾水代替DPPH的吸光度值。

2.6.2 蛹蟲草多糖清除羥自由基效果測定 羥自由基是機體代謝產物，是機體內起主要作用的自由基之一。參考邵雙雙等[11]的方法，向2 ml不同濃度的樣品溶液中加入6mmol/L FeSO4溶液2 ml，混勻后加入6 mmol/L H2O2溶液2 ml，搖勻，靜置10 min，加入6 mmol/L水楊酸2 ml，混勻后再次靜置10 min，于510 nm 處測定吸光度值。同時選取抗壞血酸為作為陽性對照，按下式計算羥自由基的清除率。

式中，A0為空白樣品吸光度值，A1為加樣后吸光度值，A2為以蒸餾水代替H2O2溶液的吸光度值。

3 結果與分析

3.1 標準曲線繪制

以葡萄糖含量為橫坐標，吸光度值為縱坐標，繪制標準曲線。計算得回歸方程為A=0.0044C+0.0127，相關系數R2=0.9998。

3.2 單因素實驗

3.2.1 菌粉粒度對蛹蟲草多糖提取率的影響 結果見圖1。原料粒度的大小決定原料的表面積，進而影響與溶劑的接觸和傳質過程，原料直徑愈小，溶劑與原料接觸愈充分，提取速度也就愈快。由圖1可見，菌粉粒度從40目到80目變化過程中，蛹蟲草多糖的提取率呈明顯上升趨勢，從80目到100目多糖提取率開始呈現緩慢下降趨勢，分析原因為：80目篩下物已完全達到蛹蟲草多糖提取所需的破碎程度，隨著破碎程度的增大，100目篩下物提取完畢后過濾阻力明顯增大，蛹蟲草粉壓實引起小部分多糖損失故多糖提取率開始呈下降趨勢，因此80目為蛹蟲草多糖提取的較優菌粉粒度。

圖1 菌粉粒度對提取率的影響

3.2.2 料液比對蛹蟲草多糖提取率的影響 結果見圖2。料液比增大，可降低菌粉顆粒周圍多糖的濃度，增大細胞內、外的滲透壓差，有利于蛹蟲草多糖的進一步溶出。因此，實際生產中通常可考慮加大提取溶液的用量來獲得較高的提取率。由圖2可見，料液比從1：10提高至1：20的過程中，蛹蟲草多糖提取率的增大趨勢顯著，繼續提高料液比，提取率增大趨勢不再明顯。且過高的料液比會對后期的濃縮工序造成壓力，綜合考慮生產周期及經濟成本等因素，一味通過提高料液比來增大提取率是不可取的，因此1：20為蛹蟲草多糖提取的較優料液比。

圖2 料液比例對提取率的影響

3.2.3 提取溫度對蛹蟲草多糖提取率的影響 結果見圖3。隨著水浴溫度的升高，分子熱運動加快，細胞內容物的穿透力增強，蛹蟲草多糖得率亦隨之增加。由圖3可見，溫度從50 ℃上升至70 ℃過程中，多糖提取率呈直線上升趨勢，70 ℃后增加趨勢開始較緩慢，這是由于蛹蟲草多糖是活性物質，溫度過高易造成其結構破壞，進而影響其生物活性。因此綜合考慮70 ℃為蛹蟲草多糖的較優提取溫度。

圖3 提取溫度對提取率的影響

3.2.4 提取時間對蛹蟲草多糖提取率的影響 結果見圖4。提取時間可直接影響蛹蟲草多糖的溶出，理論上講，時間越長，越有利于蛹蟲草多糖的溶出，但隨著提取時間的延長，細胞內、外滲透壓逐漸趨于平衡，多糖進入水溶液中的推動力也在逐漸下降，長時間的熱提取也會造成一部分蛹蟲草多糖的降解。由圖4可見，當提取時間達到2 h時，多糖的提取率達峰值，2 h后多糖的提取率開始呈下降趨勢，綜合考慮能源損耗和節成本，2 h為蛹蟲草多糖的較優提取時間。

圖4 提取時間對提取率的影響

3.2.5 提取次數對蛹蟲草多糖提取率的影響 結果見圖5。長時間的單次提取，不僅會造成多糖溶出效率降低，且提取出來的多糖還會發生部分降解。所以實驗設計多次提取方案，一次提取之后，將殘渣加入5倍菌粉的蒸餾水，分別進行2次、3次、4次提取。由圖5可見，3次提取后多糖的提取率基本不再發生變化，說明多糖已提取完全。故3次提取為蛹蟲草多糖的較優提取次數。

圖5 提取次數對提取率的影響

3.3 正交試驗

在單因素實驗基礎上，采用L9（34）正交試驗對料液比例、提取溫度、提取時間、提取次數這4個因素條件進行優化，因素水平表的設置見表1。

表1 正交試驗因素水平表

根據表1的設計進行正交實驗，結果見表2。

表2 正交試驗結果

由正交試驗結果可知，各因素對多糖提取率影響的主次順序為A＞D＞B＞C，即料液比＞提取次數＞提取溫度＞提取時間；最佳提取條件為A2B1C2D3，即料液比1：20、提取溫度65 ℃、提取時間2 h、提取次數3次。在此條件下多糖提取率為10.42 %，與正交實驗最優組（第4組）相符。

3.4 體外抗氧化活性測定

3.4.1 DPPH自由基清除能力測定 結果見圖6。由圖6可見，隨著多糖和抗壞血酸濃度的增加，DPPH自由基的清除率呈上升趨勢，同濃度下抗壞血酸清除DPPH 自由基的能力更強；隨著濃度的增加，二者清除DPPH自由基能力的差距逐漸減小，當濃度為1.2 mg/ml時，多糖對DPPH自由基的清除率為50.28 %，為同濃度下抗壞血酸的54.29 %。

圖6 多糖與抗壞血酸清除DPPH自由基效果

3.4.2 羥自由基清除能力 結果見圖7。由圖7可見，隨著多糖和抗壞血酸濃度的增加，羥自由基的清除率呈上升趨勢，當多糖濃度在0.2～1.0 mg/ml范圍內時，清除率增速明顯，同濃度下抗壞血酸清除羥自由基的能力更強；隨著濃度的增加，二者清除羥自由基能力的差距在逐漸減小，當濃度為1.2 mg/ml時，多糖對羥自由基的清除率為60.29 %，為同濃度下抗壞血酸的65.69 %。

圖7 多糖與抗壞血酸清除羥自由基效果

4 結論

采用水提醇沉法提取蛹蟲草多糖，通過單因素實驗、正交試驗優化提取工藝，得出最佳提取條件為菌粉粒度80目、料液比1：20、提取溫度65 ℃、提取時間2 h、提取次數3次，在此條件下，提取率達10.42 %。DPPH自由基和羥自由基清除能力反應了多糖的抗氧化活性，在一定濃度范圍內，隨著濃度的增加，DPPH自由基和羥自由基的清除率呈上升趨勢，即多糖的抗氧化活性隨濃度的增大不斷增強。雖然同濃度下抗壞血酸的清除能力比多糖強，但是隨著濃度的增加二者的差距在不斷減小，當濃度為1.2 mg/ml時，多糖對DPPH自由基、羥自由基的清除率分別為50.28 %，60.29 %，為同濃度下抗壞血酸的54.29 %，65.69 %。

陳安徽等[12]的研究表明，采用80 ℃一次提取，蛹蟲草多糖的提取率為9.31 %，對提取的多糖進行清除DPPH自由基清除能力檢測，結果顯示當多糖濃度為1.2 mg/ml時，清除率為29.45 %。本研究采用較低的水解溫度，進行分次提取，不僅提高了多糖的提取率，且更好地保留了其抗氧化活性，為蛹蟲草多糖的開發利用奠定了一定的基礎。