響應(yīng)面法優(yōu)化茯苓超微粉碎工藝的研究

薛曉軍 余昊馳

摘要：茯苓又稱玉靈，是我國大宗中藥原料，屬藥食同源食物，其主要化學(xué)成分是茯苓多糖。研究表明，茯苓多糖具有抗腫瘤、抗氧化、增強(qiáng)免疫及抑菌等功效。茯苓多糖包括水溶性多糖和堿性多糖，水提后的茯苓殘渣主要成分為不溶于水的堿性多糖，不易被人體直接吸收，利用率低，生產(chǎn)中大多丟棄，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題。常規(guī)茯苓多糖提取技術(shù)包括熱水浸提法、超聲輔助提取法、酸堿提取法，酶法輔助提取工藝相較以上提取工藝具有安全無毒、節(jié)約成本、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點。現(xiàn)國內(nèi)外以茯苓為原料已有較多研究，但對茯苓殘渣的研究鮮有報導(dǎo)，本試驗選取采用復(fù)合酶輔助對茯苓殘渣進(jìn)行多糖提取，在單因素的試驗基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法進(jìn)行優(yōu)化，以多糖提取率為考察指標(biāo)，確定最佳提取工藝，為茯苓進(jìn)一步開發(fā)及其殘渣的有效綜合利用提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：面法優(yōu)化;茯苓;超微粉碎工藝;研究

引言

茯苓[Poriacocos（Schw.）Wolf]屬多孔菌科真菌，以菌核入藥，味甘淡，性平，具有益氣寧心、健脾和胃、滲濕利尿之功效，是我國傳統(tǒng)的中藥大品種。現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，茯苓具有抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫、抗炎、抗過敏、抗氧化、延緩衰老等方面的生物活性。茯苓的主要活性物質(zhì)為茯苓多糖和茯苓三萜類，還含有揮發(fā)油類、脂肪酸類、甾醇類、膽堿、纖維素等化學(xué)成分。其中，茯苓多糖占茯苓主要化學(xué)成分的80%以上，但茯苓多糖多為不溶于水的堿溶性茯苓多糖。2012年茯苓被國家衛(wèi)計委列入首批86種可用于開發(fā)功能性食品的藥食兩用的中藥名單中，其應(yīng)用前景廣闊，但由于茯苓粉水溶性較差等特性制約了其功能食品的開發(fā)與應(yīng)用。超微粉碎技術(shù)在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用表明，藥材經(jīng)超微粉化處理后能提高其活性成分的溶出率和生物利用率，不僅能增強(qiáng)藥效，提高中藥的臨床應(yīng)用能力，而且能使中藥資源得到更加充分的利用。已有報道表明，茯苓經(jīng)超微粉碎的物理改性后，其食品加工特性有明顯改善。采用單因素實驗法探究茯苓粗粉投料量、含水量和粉碎時間對茯苓微粉平均粒徑（D50）的影響，確定茯苓超微粉碎工藝技術(shù)參數(shù)的適宜范圍后，再采用響應(yīng)面法優(yōu)化其超微粉碎工藝，以期為后續(xù)開發(fā)高品質(zhì)的新型茯苓功能性食品提供技術(shù)支撐，現(xiàn)將研究結(jié)果報道如下。

1試驗方法

1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定三萜酸類化合物收率的參考：在10μg、20μg、30μg、40μg、50μg熊果酸標(biāo)準(zhǔn)品中加入0.2mL新的5%香草醛-冰醋酸、0.8mL高氯酸顯色，然后在60℃水中洗滌10分鐘，冷卻后用5mL冰醋酸稀釋，在548nm處測定吸光度值（三）以熊果酸的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線根據(jù)上述實驗取粗樣品提取液。產(chǎn)率按下式計算：產(chǎn)率=濃度×6×粗提物體積/2。2）在單因素實驗中，將1.0g茯苓粉加入20毫升不同的提取劑（甲醇、無水乙醇、水、丙酮和乙酸乙酯）中，混合均勻。60℃浸提2h后，以6000轉(zhuǎn)/分離心20min。取2ml上清液，在70℃除去溶劑，按照上述方法測定產(chǎn)率。在此基礎(chǔ)上，對固液比、提取溫度、提取時間和提取次數(shù)四個單因素條件進(jìn)行了優(yōu)化。3）PB實驗設(shè)計根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選擇實驗次數(shù)N=12設(shè)計PB實驗，以三萜酸得率為響應(yīng)值，對料液比、提取溫度、提取時間、提取次數(shù)進(jìn)行討論（三平行）。4）最陡爬坡試驗設(shè)計。從PB測試結(jié)果中篩選出顯著影響產(chǎn)量的因素，利用其正負(fù)效應(yīng)確定步長和變化方向，從而快速逼近最佳區(qū)域。其他因素的值根據(jù)正效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)來確定，正效應(yīng)取較高的值，負(fù)效應(yīng)取較低的值。5）響應(yīng)面實驗設(shè)計根據(jù)單因素實驗結(jié)果，甲醇在70℃提取后，通過響應(yīng)面分析和Box-Behnken試驗，選擇料液比（A）、提取時間（B）和提取次數(shù)（C）三個顯著影響因素，以得率為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計。

2響應(yīng)面法優(yōu)化茯苓超微粉碎工藝

應(yīng)用WZJ-6TC振動磨超微粉碎機(jī)制備茯苓超微粉的單因素試驗表明，茯苓粗粉的投料量、含水量及粉碎時間對微粉的粒徑（D50）均產(chǎn)生影響，尤其是隨著粉碎時間的增加，茯苓微粉粒徑D50變化較大，當(dāng)粉碎時間大于25min后，微粉粒徑D50的變化則趨緩。在投料量為100～300g、含水量4%～12%及粉碎時間為10～35min條件下，三因素對茯苓微粉粒徑D50大小的影響主次順序為粉碎時間>物料含水量>投料量，而在響應(yīng)面法優(yōu)化試驗中粉碎時間選定為25～35min的條件下，含水量對微粉的粒徑D50表現(xiàn)為非常顯著性影響，呈現(xiàn)出含水量越低，則微粉粒徑越小。但在實際應(yīng)用中可能并不是粉碎時間越長、含水量越低對產(chǎn)品的質(zhì)量就越好，而應(yīng)充分考慮烘干和粉碎時間，其時間過長不僅提高加工成本，同時可能會造成茯苓揮發(fā)油等活性成分的損耗，所以，茯苓粗粉烘干及粉碎時間應(yīng)控制在適宜的范圍內(nèi)。烘干和粉碎時間的長短對茯苓微粉揮發(fā)油等活性成分的影響仍有待于進(jìn)一步的研究。

3優(yōu)化酶法提取茯苓多糖工藝

由響應(yīng)面優(yōu)化酶法提取茯苓多糖工藝，所得最佳工藝條件為：溫度53.75℃，pH5.23，時間130.84min，酶的添加量為6%時，茯苓多糖提取率最高，為8.74%。考慮到實際試驗的可行性，將參數(shù)調(diào)整為溫度55℃，pH5，時間130min，加酶量6%，在此條件下，通過5次驗證試驗，測得茯苓多糖提取率均值為8.69%，與模型預(yù)測值相近。此次試驗證實響應(yīng)面酶法輔助提取茯苓多糖具有可行性，為進(jìn)一步對茯苓殘渣的綜合利用提供科學(xué)理論依據(jù)。另外此次試驗僅僅是對茯苓提取液中總糖的提取，對多糖結(jié)構(gòu)及種類分析尚未進(jìn)行，需進(jìn)一步進(jìn)行試驗分析。探索茯苓多糖的提取方法，為進(jìn)一步優(yōu)化酸性茯苓多糖的提取工藝提供新的參考。相關(guān)資料表明，堿濃度顯著影響茯苓多糖的提取效果，在查閱了多篇文獻(xiàn)并進(jìn)行預(yù)實驗后得出了三個較為顯著的影響因素，因此選用堿濃度、堿提時間、料液比三個單因素進(jìn)行單因素和響應(yīng)面試驗，得出料液比1∶50（g∶mL），堿液濃度0.6mol/L，堿提時間1.0h，多糖提取率達(dá)到78.5%，為提取酸性茯苓多糖提供了更加快速有效的方法。

結(jié)束語

經(jīng)過多年的發(fā)展，茯苓已被廣泛用于醫(yī)藥和保健食品領(lǐng)域，多晶硅的消費(fèi)也在增加，茯苓多糖的提取工藝不斷優(yōu)化。燈籠的生產(chǎn)可以分為固體培養(yǎng)和液體發(fā)酵，國家用固體培養(yǎng)牛奶提取多糖，但法律存在著木材消費(fèi)、產(chǎn)量低、生產(chǎn)周期長等諸多問題。液體發(fā)酵可實現(xiàn)持續(xù)的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，從而大大縮短生產(chǎn)時間，也可通過使微生物能夠在溫度、酸堿度、溶解氧和最佳碳氮比下生長的工藝加以控制，從而使其具有較強(qiáng)的活力因此，利用國內(nèi)外液體發(fā)酵生產(chǎn)多糖已成為工業(yè)生產(chǎn)的新方向。6升發(fā)酵劑中的液體發(fā)酵培養(yǎng)、細(xì)胞內(nèi)外的熱細(xì)菌生物量和多糖含量在第11天達(dá)到峰值，分別為3.44克/升、17.25毫克/克和1.58克/升;探討發(fā)酵工藝對發(fā)酵瓶灌裝材料和發(fā)酵劑的培養(yǎng)，在5L發(fā)酵過程中，多糖產(chǎn)量達(dá)到0.23mg/ml。但是，目前多糖的生產(chǎn)無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。

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