微波輔助提取杜仲籽殼酸性多糖及杜仲膠的工藝研究

冀經(jīng)倫，王淼，劉桂萍，張立新

微波輔助提取杜仲籽殼酸性多糖及杜仲膠的工藝研究

冀經(jīng)倫，王淼，劉桂萍*，張立新

（沈陽化工大學(xué) 制藥與生物工程學(xué)院， 遼寧 沈陽 110142）

目的：以杜仲籽殼為原料，微波輔助提取杜仲酸性多糖及杜仲膠。方法：通過單因素試驗和正交試驗確定最佳工藝條件。結(jié)果：最佳工藝參數(shù)為：NaOH體積分?jǐn)?shù)為3%、浸泡時間為90 min、微波功率640 W、微波時間90 s，杜仲酸性多糖提取率達到6.35%，杜仲膠提取率達到34.33%。結(jié)論：該工藝縮短了提取時間，操作更加便捷，提高了杜仲籽殼利用效率。

微波輔助提取； 杜仲； 酸性多糖； 杜仲膠

杜仲（Eucommia ulmoides Oliv.）是中國特有的名貴經(jīng)濟樹種和世界上發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膬?yōu)質(zhì)膠源樹種，又名思仲、思仙等[1]。杜仲果實的籽殼由纖維素、木質(zhì)素、杜仲膠、多糖、黃酮、氨基酸等成分組成[2]。杜仲酸性多糖具有降血脂、抗氧化、抗疲勞、抗衰老、增強免疫力、抗腫瘤、護肝腎、降血糖、增強記憶等多種功效[3-4]。除了傳統(tǒng)藥用價值外，基于杜仲天然橡膠開發(fā)出了三大類材料：熱塑性材料、熱彈性材料和橡膠型高彈性材料，開辟了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的杜仲膠加工創(chuàng)新領(lǐng)域[5]。

杜仲酸性多糖的提取主要為堿提取法，考慮到此方法消耗時間較長，提取效率不高等缺點，采用微波輔助的方法輔助堿提，因為微波具有強大的穿透性,微波射線通過溶劑穿過細(xì)胞壁到達細(xì)胞內(nèi)部，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)部吸收了微波的能量后會因高溫高壓使分子運動頻率增多，細(xì)胞壁隨之破裂，使有效成分更高效的提取[6-10]。微波高效去除杜仲籽殼中木質(zhì)素、纖維素等雜質(zhì)的同時，杜仲膠的品質(zhì)也會有一定的改善。本文采用單因素試驗和正交試驗法優(yōu)化提取條件, 以杜仲酸性多糖和杜仲膠含量為指標(biāo), 重點考察了NaOH濃度，浸泡時間，微波功率，微波時間等因素，確定其最佳工藝條件，為實現(xiàn)杜仲籽殼資源的高效利用提供試驗依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

杜仲籽殼：湘西老爹生物有限公司；氫氧化鈉、乙醇（95%）、葡萄糖、酒石酸鉀鈉、石油醚（60~90 ℃）：天津市永大化學(xué)試劑有限公司；3’-5-二硝基水楊酸：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；苯酚：天津市大茂化學(xué)試劑廠；均為分析純。

Galanz微波爐：格蘭仕微波爐電器有限公司；FA1104上皿電子天平：上海光正醫(yī)療儀器有限公司；UV-2000紫外可見分光光度計：上海精密試驗設(shè)備有限公司；DZF-6050SA真空干燥箱：上?；厶﹥x器制造有限公司；TD5A臺式低速醫(yī)用離心機：湖南凱達科學(xué)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 微波輔助堿提法提取杜仲酸性多糖

將杜仲籽殼放在避光處陰干，粉碎，過50目（270μm）篩子備用。準(zhǔn)確稱取粉碎干燥后的杜仲籽殼3.0 g，每組實驗稱取3瓶作為平行對照組。按照不同的堿液濃度, 相同的料液比1∶20加到三角瓶中，搖晃三角瓶使杜仲籽殼充分浸透，將三角瓶置于恒溫水浴鍋中，溫度為100 ℃，提取相應(yīng)的浸泡時間。待浸泡完成，將3個三角瓶同時放入微波爐中，調(diào)節(jié)相應(yīng)的微波功率和微波時間。微波提取次數(shù)為2次，第1次微波處理完后，將三角瓶中的液體用紗布過濾到燒杯中靜置，第2次微波向三角瓶中加入相同體積、相同濃度的堿液，用玻璃棒攪拌均勻，隨后立即放入微波爐里，進行于第1次相同功率和時間微波處理。合并兩次濾液，倒入離心管中，用托盤天平將其配平。放入低數(shù)離心機3 800 r·min-1離心5 min。離心后取其上清液倒入100 mL容量瓶中，提取液備用，供杜仲酸性多糖含量的測定。

1.2.2 杜仲膠的提取

將微波輔助堿提后的杜仲籽殼干燥，稱重，將處理的杜仲原料置于250 mL圓底燒瓶中，加入料液比1∶50的石油醚（沸程60~90 ℃）。第1次回流提取2 h后，用多層紗布趁熱抽濾，收集提取液，將溶解有杜仲膠的提取液，置于冰箱中冷凍過夜，待杜仲膠以沉淀形式析出時進行離心，離心后的濾液再返回與杜仲料渣混合，第2次回流提取 1 h，將殘余的杜仲膠徹底溶出，操作條件與第1次相同。最后將過濾所得杜仲膠在真空干燥箱干燥2 h，稱重密封保存。

1.2.3 酸性多糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定和含量的測定

精密稱取100 mg分析純葡萄糖用蒸餾水溶解，并在100 mL容量瓶中定容，葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mg·mL-1備用。用量程為1000 μL的移液器依次抽取0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液分別置于編號刻度試管中，補加蒸餾水至2 mL, 將各管搖勻，然后加入DNS試劑1.5 mL, 搖勻，將試管架放入沸水浴6 min中后取出，用流水冷卻至室溫，再用蒸餾水定容至25 mL，混勻，在540 nm波長下測吸光度。以葡萄糖的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程：

=0.967 6-0.033 9 (2=0.99)

采用3’-5-二硝基水楊酸比色法，用移液器取定容100 mL的提取液2.0 mL，然后加入3’-5-二硝基水楊酸試劑1.5 mL, 搖勻，在沸水浴中6 min后立即取出，冷卻至室溫，再以蒸餾水定容至25 mL，混勻，在紫外分光光度計上用對照組調(diào)零，在波長540 nm處測吸光度。通過標(biāo)準(zhǔn)曲線和稀釋倍數(shù)測定其含量。

式中：—還原糖標(biāo)準(zhǔn)曲線中質(zhì)量濃度。

1.2.4 提取工藝優(yōu)化正交試驗設(shè)計

將NaOH體積分?jǐn)?shù)、浸泡時間、微波功率、微波時間作為影響因素，以杜仲酸性多糖提取率為考察指標(biāo)，設(shè)計4因素3水平L9（34）進行正交試驗，試驗因素水平見表1。

表1 微波輔助堿提法正交因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因子試驗對杜仲酸性多糖提取的影響

浸泡時間為30 min，微波功率為640 W，微波時間為60 s，考察NaOH體積分?jǐn)?shù)（1%、2%、3%、4%、5%）對杜仲籽殼中酸性多糖提取率的影響，結(jié)果見圖1。

由圖1分析可知，酸性多糖的提取率隨著堿液濃度升高，提取率不斷提高，超過3%提取率趨于穩(wěn)定，繼續(xù)提高堿液濃度提取率沒有顯著增加。因此，選取最適堿液體積分?jǐn)?shù)為2%。

圖1 NaOH體積分?jǐn)?shù)對酸性多糖提取率的影響

NaOH體積分?jǐn)?shù)為2%，微波功率為640 W，微波時間為60 s，考察浸泡時間（30、60、90、120、150 min）對杜仲籽殼中酸性多糖提取率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 浸泡時間對酸性多糖提取率的影響

由圖2可以看出，隨著浸泡時間的增加提取率逐漸增加，當(dāng)浸泡時間由30 min變?yōu)?0 min時，提取率變化最為明顯，當(dāng)浸泡時間為90 min時，增加趨勢逐漸平緩，表明浸泡時間較為充足。因此，確定浸泡時間為60 min為最佳工藝條件。

NaOH體積分?jǐn)?shù)為2%，浸泡時間為60 min，微波時間為60 s，考察微波功率（400、480、560、640、720 W）對杜仲籽殼中酸性多糖提取率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 微波功率對酸性多糖提取率的影響

由圖3可以看出，酸性多糖的提取率隨著微波功率的增大，先增大后又呈下降趨勢，可能是微波功率過高，導(dǎo)致部分酸性多糖降解，同時微波功率過大也易造成爆沸現(xiàn)象，使試驗操作更加困難。由此確定最佳功率為560 W。

NaOH體積分?jǐn)?shù)為2%，浸泡時間為60 min，微波功率為560 W，考察微波時間（60、90、120、150、180 s）對杜仲籽殼中酸性多糖提取率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 微波時間對酸性多糖提取率的影響

由圖4可以看出，當(dāng)微波提取時間在60～120 s之間，酸性多糖提取率先上升，大于120 s之后出現(xiàn)下降，這可能是微波處理時間過長，導(dǎo)致多糖水解程度加大。因此確定最佳微波時間為120 s。

2.2 工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析

采用表1的L9（34）考察因素進行正交試驗，通過正交表2分析結(jié)果可知，4個影響因素對杜仲酸性多糖提取率的影響順序依次為A>B>D>C，即NaOH濃度>浸泡時間>微波時間>微波功率，得到最佳工藝條件為A3B3C3D2，即NaOH體積分?jǐn)?shù)為3%、浸泡時間為90 min、微波功率640 W、微波時間90 s。

表2 優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析

按照杜仲酸性多糖按照最佳工藝條件, 進行驗證性試驗，設(shè)置3組平行組，測得杜仲酸性多糖平均提取率為6.35%。因此，驗證性實驗測定的結(jié)果是準(zhǔn)確的。

2.3 杜仲膠提取結(jié)果分析

將純石油醚提取、常規(guī)堿提法（3%堿液體積分?jǐn)?shù)，浸泡時間90 min）、微波輔助堿提法（最優(yōu)工藝參數(shù)）提取的杜仲膠進行比較分析，結(jié)果見如表3。

表3 三種提膠方法的比較

從表3的杜仲膠得率和外觀來看，微波法得到的杜仲膠雜質(zhì)更少、更利于純化、提取率也較高。

3 結(jié)論

微波輔助提取杜仲籽殼中杜仲酸性多糖的最佳工藝參數(shù)為：NaOH體積分?jǐn)?shù)為3%、浸泡時間為90 min、微波功率640 W、微波時間90 s，在此條件下杜仲酸性多糖提取率為6.35%，杜仲膠提取率為34.33%。

與常規(guī)的堿提方法相比，該工藝縮短了提取時間，操作更加便捷，提高了杜仲籽殼利用效率。而有關(guān)杜仲酸性多糖、杜仲膠的進一步純化、鑒定和理化特性等還有待做深入研究。

[1]杜紅巖. 我國的杜仲膠資源及其開發(fā)潛力與產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路[J]. 經(jīng)濟林研究, 2010, 28 (03): 1-6.

[2]馮晗, 周宏灝, 歐陽冬生. 杜仲的化學(xué)成分及藥理作用研究進展[J].中國臨床藥理學(xué)與治療學(xué), 2015，20 (06): 713-720.

[3]范彥博, 周妍, 劉大鵬, 等. 杜仲主要化學(xué)成分分類總結(jié)[J]. 中國藥師, 2014, 17 (10): 1756-1760.

[4]王乾宇,冉廷宏,王珊,等.杜仲多糖藥理作用的研究現(xiàn)狀[J]. 農(nóng)技服務(wù), 2018, 35 (06): 73-74.

[5]馮志博, 張繼川. 杜仲橡膠的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景［J］．橡膠工業(yè), 2017, 64 (10): 630-635.

[6]全熙宇, 彭湃, 文沛瑤, 等. 杜仲葉多糖、杜仲精粉、杜仲膠的提取分離及其性能分析[J]. 林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè), 2019, 39 (02): 122-128.

[7]張月, 王素素. 聚焦微波助脫除纖維素提取杜仲籽殼中杜仲膠［J］．天然產(chǎn)物研究與開發(fā),2016, 28 (06): 904-909+942.

[8]張水花, 李本鴻. 微波輔助提取油黃口蘑多糖工藝及其體外抗氧化性研究[J]. 北方園藝, 2018 (20): 120-124.

[9]劉桂萍, 崔博籍, 孫久陽, 等. 微波輔助提取杜仲葉總黃酮工藝優(yōu)化[J]. 中國釀造, 2015, 34 (05): 127-130.

[10]李立恒, 劉明新, 胡超, 等. 超聲波輔助醇堿提取法提取生姜多糖工藝研究[J]. 現(xiàn)代食品, 2020 (06): 163-165.

Microwave-assisted Extraction of Acidic Polysaccharides and Gum FromSeed Hull

,,,

（College of Pharmaceutical and Biology Engineering, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang Liaoning 110142, China）

Usingseed hull as raw material,microwave-assisted extraction of acidic polysaccharides and gum ofwas carried out. By single-factor tests and orthogonal tests, optimal process conditions were determined as follows: NaOH mass fraction 3%, immersion time 90min, microwave power 640W, microwave time 90s. Under above conditions, the acidic polysaccharide extraction rate fromseed hull reached 6.35%,gum extraction rate reached 34.33%. The process can reduce the extraction time, make the operation more convenient, and improve the efficiency ofseed husk utilization.

Microwave-assisted extraction;; Acidic polysaccharide;gum

2020-11-29

冀經(jīng)倫（1995-），男，滿族，遼寧省北鎮(zhèn)市人，碩士，研究方向：新化合物的創(chuàng)制與合成。

劉桂萍（1960-），女，教授，研究方向：生物活性物質(zhì)的分離提取。

TS 209

A

1004-0935（2021）04-0470-04