百合多糖提取及其止咳作用研究

孫國威，米 雪，周彥軍，魏孔斌，王 雅，馬文芳，李 軍

（1.蘭州十百農(nóng)業(yè)生物科技有限公司，甘肅蘭州 730022；2.陜西科技大學，陜西西安 710021；3.蘭州大學第一醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000；4.蘭州市七里河區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化辦，甘肅 蘭州 730050；5.蘭州理工大學，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

百合是百合科百合屬植物，百合植物的鱗莖既可食用、也可藥用，是我國首批的藥食兩用植物之一[1]。百合營養(yǎng)豐富，其鱗莖主要含有多糖、皂苷、生物堿、黃酮、多酚等生物活性物質，另外還含有一些蛋白質、脂肪酸、維生素、必需氨基酸和必需微量元素等基本營養(yǎng)物質[2]。因此，既可利用其藥用價值，也可以發(fā)揮其營養(yǎng)保健功能。

百合多糖是其主要功能性成分之一，藥理研究證明，其具有抗腫瘤、降血糖、抗氧化、抑菌等[3-6]生理功能。以蘭州百合鱗莖為原料，采用酶解輔助法從百合中提取粗多糖，并進行百合粗多糖止咳作用研究，最大限度地提高百合利用率，提高百合附加值，為百合的進一步開發(fā)利用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

百合干片，甘肅省輕工科學研究所提供；復合酶，和氏璧生物技術有限公司提供。

無水葡萄糖、無水乙醇、苯酚、濃硫酸、無水亞硫酸氫鈉、氨水等，均為分析純。

1.2 儀器與設備

DHG-9030 型電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司產(chǎn)品；AL204 型電子分析天平，上海梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品；HH-4 型電熱恒溫水浴鍋，北京科偉永興儀器有限公司產(chǎn)品；RE52CS-1 型旋轉蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠產(chǎn)品；FDU-1200 型冷凍干燥機，上海愛郎儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料預處理

將百合干片粉碎，裝袋備用。

1.3.2 百合多糖提取

5 g 百合干片→粉碎→脫脂→干燥→稱質量→復合酶法提取→滅酶→抽濾→蒸發(fā)濃縮→醇沉→冷凍干燥→稱質量→密封保藏。

1.3.3 單因素試驗設計

酶添加量的選擇：固定料液比1∶15（g∶mL），提取時間30 min，提取溫度50 ℃，分別考查酶添加量在3.0%，3.5%，4.0%，4.5%，5.0%的條件下對百合粗多糖得率的影響；料液比的選擇：固定酶添加量4%，提取時間30 min，提取溫度50 ℃，分別考查料液比在1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35（g∶mL） 的條件下對百合粗多糖得率的影響；提取時間的選擇：固定酶添加量4%，料液比1∶15（g∶mL），提取時間30 min，分別考查提取溫度在30，40，50，60，70 ℃的條件下對百合粗多糖得率的影響；提取溫度的選擇：固定酶添加量4%，料液比1∶15（g∶mL），提取溫度50 ℃，分別考查提取時間10，20，30，40，50 min 的條件下對百合粗多糖得率的影響。每組試驗重復3 次。

1.3.4 響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，固定酶添加量為4%，選擇提取溫度、提取時間和料液比3 個因素，采用Design Expert 8.0.6 軟件進行三因素三水平的Boxbehnken 中心組合試驗設計。

Box-behnken 試驗設計因素與水平設計見表1。

表1 Box-behnken 試驗設計因素與水平設計

1.3.5 百合多糖止咳作用研究

（1） 百合多糖對SO2引咳小鼠的止咳作用。24 只小鼠雌雄各半，隨機分成4 組：空白組、陽性對照組（可待因30 mg/kg/d）、百合粗多糖高、低劑量組（40，20 mg/kg/d），各組均灌胃給藥，每日1 次，連續(xù)7 d，其中空白組給予等體積生理鹽水。于末次給藥1 h 后，用50%濃硫酸5 mL，滴加至盛有0.5 g 無水亞硫酸氫鈉的平板上，立即將1 L 的玻璃燒杯倒扣在平皿上，燒杯內隨即產(chǎn)生SO2氣體。然后迅速將各組小鼠分別放入燒杯內，觀察并記錄小鼠的咳嗽潛伏期（小鼠放入至出現(xiàn)咳嗽的時間），以及開始咳嗽后3 min 內的咳嗽次數(shù)，其中以小鼠出現(xiàn)明顯的張口喘息為咳嗽指標。

（2） 百合多糖對氨水引咳小鼠的止咳作用。24 只小鼠雌雄各半，隨機分成4 組：空白組、陽性對照組（可待因30 mg/kg/d）、百合粗多糖高、低劑量組（40，20 mg/kg/d），各組均灌胃給藥，每日1 次，連續(xù)7 d，其中空白組給予等體積生理鹽水。于末次給藥1 h 后，將小鼠分別置于1 L 倒置的玻璃燒杯中，通過霧化器從燒杯底部小口處通入25%的氨水15 s，觀察并記錄小鼠的咳嗽潛伏期（小鼠放入至出現(xiàn)咳嗽的時間），以及開始咳嗽后3 min 內的咳嗽次數(shù)，其中以小鼠出現(xiàn)明顯的張口喘息為咳嗽指標。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 酶添加量對百合多糖得率的影響

酶添加量對百合多糖得率的影響見圖1。

隨著酶添加量的增加，復合酶與底物的接觸面積增加，致使多糖能夠更快地分離出來，當酶添加量大于4%時，得率上升趨勢逐漸趨于平緩，說明酶添加量達到4%時，酶與底物的反應逐漸趨于飽和，再增加酶的添加量，得率變化反而不大。因此，酶的最適添加量為4%。

2.1.2 提取溫度對百合多糖得率的影響

提取溫度對百合多糖得率的影響見圖2。

酶都需要在最適溫度條件下才能表現(xiàn)出較高的活性，由圖2 可知，百合多糖得率隨著溫度的增長不斷升高，在50 ℃時得率達到最大21.2%，說明此時可能是復合酶的最適溫度，但之后隨著溫度的升高，復合酶活力逐漸降低，直至失活，百合多糖得率也逐漸降低。因此，最適酶解溫度為50 ℃。

2.1.3 提取時間對百合多糖得率的影響

提取時間對百合多糖得率的影響見圖3。

由圖3 可知，百合多糖得率隨酶解時間的延長而增加，當酶解時間超過30 min 時，百合多糖得率開始下降。酶解時間太短，反應不充分，多糖不能充分溶出，而當酶濃度達到一定值時，隨著酶促時間延長，并不能增加多糖的得率，反而會使得率下降。因此，最佳提取時間為30 min。

2.1.4 料液比對百合多糖得率的影響

料液比對百合多糖得率的影響見圖4。

由圖4 可知，料液比在1∶15～1∶35 時，隨著料液比的增加，百合多糖得率逐漸增大，但當料液比達到1∶25（g∶mL） 時，多糖得率開始呈下降趨勢，可能是由于料液比增大，酶與底物的接觸減小，酶解效果變差造成的。因此，最佳料液比為1∶25（g∶mL）。

2.2 百合多糖提取工藝的優(yōu)化

2.2.1 Box-behnken 中心組合試驗設計及結果

選取料液比（A）、提取時間（B）、提取溫度（C） 進行三因素三水平共17 組Box-behnken 響應面分析試驗。

Box-behnken 中心組合設計試驗及結果見表2。

表2 Box-behnken 中心組合設計試驗及結果

2.2.2 回歸模型的建立及顯著性分析

利用Design Expert 8.0.6 軟件對百合多糖提取試驗結果進行多元回歸擬合，得到以百合多糖得率為目標函數(shù)的二次回歸方程為：

響應面數(shù)據(jù)分析見表3。

表3 響應面數(shù)據(jù)分析

由表3 可知，模型的p＜0.001，表示回歸方程差異極顯著，失擬項p 值為0.347 7，不顯著，說明該模型能夠很好的擬合試驗數(shù)據(jù)。回歸方程決定系數(shù)R2=0.964 9，調整決定系數(shù)R2Adj=0.919 8，表明回歸方程具有較好的擬合度。料液比的一次項達到了顯著水平，提取溫度的一次項達到了高度顯著。影響因素由大到小順序為提取溫度＞料液比＞提取時間。此外，料液比和提取時間的交互作用，提取時間和提取溫度的交互作用也達到了顯著水平。料液比、提取時間和提取溫度的二次項均達到了高度顯著。

2.2.3 響應面優(yōu)化分析

響應面曲面圖和等高線圖由Design Expert 8.0.6軟件繪制。

各因素交互作用對百合多糖得率影響的響應面和等高線圖見圖6。

經(jīng)Design Expert 軟件優(yōu)化，響應面優(yōu)化模型預測百合多糖最佳提取工藝條件為料液比1∶25.57（g∶mL），提取時間30.92 min，提取溫度53.79 ℃。理論計算百合多糖的最佳得率為24.04%，考慮到實際操作的可行性和方便性，將最佳工藝參數(shù)調整為料液比1∶26（g∶mL），提取時間31 min，提取溫度54 ℃，并在該條件下進行平行3 次驗證試驗，實際測得的得率為23.80%，預測值誤差為1.0%。

2.3 百合粗多糖對SO2 致咳小鼠的止咳作用評價

百合粗多糖對SO2引咳小鼠的影響（X±SD） 見表4。

表4 百合粗多糖對SO2 引咳小鼠的影響（X±SD）

由表4 可知，與空白對照組相比，高劑量百合粗多糖可顯著延長SO2致咳小鼠的咳嗽潛伏期（p＜0.05）、明顯減少咳嗽次數(shù)，咳嗽抑制率為25.8%，止咳活性為46.5%。表明百合粗多糖具有一定的止咳作用。

2.4 百合粗多糖對氨水致咳小鼠的止咳作用評價

百合粗多糖對氨水引咳小鼠的影響（X±SD） 見見表5。

表5 百合粗多糖對氨水引咳小鼠的影響（X±SD）

由表5 可知，與空白對照組相比，高劑量百合粗多糖可顯著延長氨水致咳小鼠的咳嗽潛伏期（p＜0.05）、減少咳嗽次數(shù)（p＜0.05），咳嗽抑制率為37.8%，止咳活性為67.2%。表明百合粗多糖具有一定的止咳作用。

3 結論

響應面法優(yōu)化出百合多糖提取的最佳工藝條件為料液比1∶26（g∶mL），提取時間31 min，提取溫度54 ℃。進行3 次驗證試驗，實際測得得率為23.80%，與理論計算的百合多糖最大得率進行比較，誤差僅為1%，說明該模型具有實際應用價值。百合粗多糖對小鼠止咳試驗結果：與空白對照組相比，百合粗多糖高劑量組能夠延長小鼠咳嗽潛伏期，縮短3 min 內小鼠的咳嗽次數(shù)，作用效果略低于陽性對照組。說明百合粗多糖可以改善咳嗽癥狀，具有止咳作用。