超聲處理對肉蓯蓉多糖流變學性質的影響*

田文靜 周 瑫 黃群惠 史金涵 丁 旭 張 繼**

（1 西北師范大學生命科學學院 甘肅蘭州 730000 2 甘肅省特色植物有效成分制品工程技術研究中心 甘肅蘭州 730030）

肉蓯蓉（Cistanche deserticolaY.C.Ma）屬被子植物亞門雙子葉植物綱唇形目列當科肉蓯蓉屬植物，別名縱蓉、地精、金筍、大蕓［1］。為多年生寄生草本，被多數肉質鱗片狀葉，顏色為黃色至褐黃色。以列當科植物肉蓯蓉的肉質莖為藥用肉蓯蓉。生于鹽堿地，干河溝沙地、戈壁灘一帶，分布于內蒙古、陜西、甘肅、寧夏、新疆等地。據《中藥大辭典》記載，肉蓯蓉甘酸咸、溫；入腎、大腸經；可補腎，益精，潤燥，滑腸；治男子陽痿，女子不孕，帶下，血崩，腰膝冷痛，血枯便秘［2］。經現代藥理學研究發現，肉蓯蓉中含有許多生物活性物質，主要有苯乙醇苷類、環烯醚萜及其苷類、黃酮類、多糖等［3］，苯乙醇苷類具有抗阿爾茨海默病、抗帕金森病、提高學習記憶能力等作用［4］，多糖類在免疫調節、抗衰老、改善脾虛、抗病毒抗腫瘤、促進造血等方面具有藥理作用［5］，屠鵬飛等［6］已分離鑒定了17 個新多糖的結構，發現6 個免疫活性多糖。因此，探究肉蓯蓉多糖具有重要意義。

與傳統的熱水浸提法進行比較，超聲波輔助浸提法提取紅枸杞等多種植物多糖，具有大幅度縮短提取時間、降低能量消耗、提高多糖提取率、操作簡單等優點，且超聲提取的多糖具有較高的抗氧化活性，不會破壞多糖原有的結構［7］。

近年來，流變學特性的研究在中草藥保鮮及深加工中越發重要。準確檢測和控制生產過程中流體食品的流變性質，對于提高產品質量非常重要。通過流變學實驗（基礎實驗、模擬實驗）可預測產品的質量及其在市場上的接受性，指導新產品的開發。在食品流變學的基礎上，研究肉蓯蓉獨特的流變學特性，可為肉蓯蓉中藥材后期的保鮮及深加工提供理論參考［8］。

大多數文獻從超聲、微波、復合酶等方面著手研究肉蓯蓉多糖的提取工藝，并測定其含量［9-10］，很少有研究從流變學性質分析肉蓯蓉多糖的特性。本次實驗對肉蓯蓉多糖的超聲波輔助浸提法和熱水浸提法進行比較，并測定其流變學性質，從應力、頻率、觸變、剪切等4 個方面分析了超聲提取對肉蓯蓉多糖的流變學性質的影響，旨在為肉蓯蓉及其他珍貴中藥材的流變學及其他特性的研究提供有效依據。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗原料 實驗所用原料新鮮肉蓯蓉來自甘肅隴南，經西北師范大學植物組陳學林教授鑒定為列當科肉蓯蓉（C.deserticolaY.C.Ma）。

1.2 儀器及設備 高級旋轉流變儀（Physica MCR 301，奧地利Anton Paar）、多功能食品加工機（AMR600G，中安電器）、數顯磁力攪拌水浴鍋（JRA-6，金壇市杰瑞爾電器有限公司）、雪花制冰機（XB-20，寧波新芝生物科技股份有限公司）、杯式超聲波細胞粉碎機（Scientz-4D，寧波新芝生物科技股份有限公司）、旋轉蒸發儀（RE-52，上海亞榮生化儀器廠）、循環水式多用真空泵（SHB-Ⅲ，鄭州長城科工貿有限公司）、臺式大容量冷凍離心機（L-535R，湘儀離心機儀器有限公司）。

1.3 肉蓯蓉多糖的制備 稱取一定量的肉蓯蓉，加蒸餾水并粉碎，70℃水浴2 h，過濾；浸提2 次，合并2 次濾液，實驗過程的肉蓯蓉和蒸餾水的料、液比為1∶10。將肉蓯蓉多糖濾液抽濾、離心，取出上清液加入旋轉蒸發器60℃濃縮至25 mL；將肉蓯蓉多糖冰浴，在杯式超聲波細胞粉碎機中進行不同時間（在1 000 W 的功率下分別進行5 min、10 min、15 min、20 min、25 min 的超聲處理，工作次數相對應為100 次、200 次、300 次、400 次、500 次，工作時間為3 s，間隔時間為2 s）、不同功率［分別在400 W、800 W、1 000 W、1 200 W、1 600 W、2 000 W 的超聲功率下進行處理15 min（300 次）］的處理。對照組采用熱水提取法進行處理。

本文針對杯式超聲波細胞粉碎機的可改變條件，從超聲時間和功率2 個方面，對肉蓯蓉多糖流變學性質的影響各進行了5 組實驗組與1 組對照組的實驗。

1.4 動態粘彈性測定

應變掃描：采用MCR301 流變儀的平板PP50（內徑=50 mm） 系統，1 mm 的平行板間距在25℃的測量溫度下，給樣品以恒定的頻率（1 Hz）施加一個范圍（0.01～100%）的正弦形變（應變），通過測定儲能模量與損耗模量的變化描述肉蓯蓉多糖的線性粘彈性范圍［11-12］。

頻率掃描：采用振蕩動態掃頻技術，對不同時間和不同功率下超聲波輔助提取多糖和熱水提取多糖溶液的粘彈性模量（儲能模量）和損失模量進行模擬計算。在實驗前，用應變掃描法（0.01～100%）在恒頻1 Hz（未提供數據）下建立了解的線性粘彈性范圍。然后，在控制應變模式下，用PP50的MCR 301 流變儀對不同條件下的超聲波輔助提取多糖和熱水提取多糖在25℃和pH=7.0 條件下進行了動態振蕩掃頻。角頻率范圍為0.01～100 s-1，應變幅值0.1%［13］。

1.5 流動性能測定 在25℃、pH=7.0 條件下，用帶有PP50 的MCR 301 流變儀對不同處理的肉蓯蓉多糖進行了穩態剪切流動測量。采用旋轉模式描述了隨著剪切速率（0.01～100 s-1）增加，肉蓯蓉多糖的表觀粘度的變化趨勢［12-13］。

1.6 觸變性測定 在25℃、pH=7.0 條件下，用帶有PP50 的MCR 301 流變儀對不同處理的肉蓯蓉多糖的觸變性進行了表征，該實驗包括向上曲線、平臺曲線和向下曲線3 個步驟。采用0.01～100 s-1的增大剪切速率斜率測量上升曲線。以100 s-1為剪切速率，50 s 的剪切得到最高曲線。然后，設置剪切速率斜率為100～0.01 s-1，測量下降曲線。采用旋轉模式描述了隨著剪切速率（0.01～100 s-1）增加肉蓯蓉多糖的剪切應力的變化趨勢［14-15］。

2 結果與討論

2.1 動態粘彈性分析

2.1.1 應變掃描 應變掃描的結果顯示在圖1～圖4中，圖1和圖3是不同時間處理的肉蓯蓉多糖的儲能模量、損耗模量隨著應變的變化趨勢，圖2和圖4是不同功率處理的肉蓯蓉多糖的儲能模量、損耗模量隨著應變的變化趨勢。結果表明，隨著應變的增大，肉蓯蓉多糖的儲能模量和損耗模量呈現先增大，到達一定峰值后再減小的趨勢［16］；超聲處理后的肉蓯蓉多糖的儲能模量和損耗模量雖然隨著處理時間的增加而增大（25 min>15 min>5 min），且其儲能模量也隨著處理功率的增加而增大（2 000 W>1 600 W>400 W），但仍小于熱水浸提法提取的肉蓯蓉多糖的儲能模量，表明超聲輔助浸提對肉蓯蓉多糖的儲能模量有負影響作用。但超聲處理的肉蓯蓉多糖的承受能力減小，可能是由于超聲處理導致肉蓯蓉多糖的分子鏈間的纏結程度減小，其形成氫鍵的數目也減小，肉蓯蓉多糖的三維網絡結構強度也隨之減小，粘彈性也減小［17-18］。

圖1 不同時間處理的肉蓯蓉多糖的儲能模量與正弦形變（應變）的關系

圖2 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的儲能模量與正弦形變（應變）的關系

圖3 不同時間處理的肉蓯蓉多糖的損耗模量與正弦形變（應變）的關系

圖4 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的損耗模量與正弦形變（應變）的關系

2.1.2 頻率掃描 圖5、圖6為不同時間、不同功率的處理的肉蓯蓉多糖的復數粘度隨著角頻率的變化曲線。結果表明，隨掃描角頻率的增加，所有實驗組和對照組的肉蓯蓉多糖溶液的復數粘度也隨之下降，呈現出典型的切力變稀特征［19］。圖5中隨著杯式超聲波細胞粉碎機工作時間的增加，復數粘度也隨之上升，但始終小于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的復數粘度，而圖6則顯示，隨著杯式超聲波細胞粉碎機對肉蓯蓉多糖工作功率的增加，其復數粘度一直呈下降趨勢，清晰地呈現了剪切稀化行為，這是許多聚合物的典型特征，其粘度隨著角頻率的增加而降低。已有文獻報道了類似結果，在頻率掃描期間，顆粒之間的斷鍵和鍵合可能導致影響流變性質的結構變化。在高頻率下，時間間隔不足以破壞內部和內部分子鍵而進行重整。可能該現象導致長鏈聚合物的永久分子排列或解纏結，并因此導致復數粘度降低；還表明粘度高度依賴于濃度［20］。

圖5 不同時間處理的肉蓯蓉多糖的復數粘度與角頻率的關系

圖6 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的復數粘度與角頻率的關系

圖7、圖8為不同時間、不同功率處理的肉蓯蓉多糖的儲能模量與角頻率的關系曲線圖，圖9、圖10為不同時間、不同功率處理的肉蓯蓉多糖的損耗模量與角頻率的關系圖。結果表明，隨掃描角頻率的增加，所有實驗組和對照組的肉蓯蓉多糖溶液的儲能模量和損耗模量呈連續下降狀態［10］。圖7、圖9中隨著杯式超聲波細胞粉碎機工作時間的增加，儲能模量和損耗模量也隨之上升，但始終小于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的儲能模量和損耗模量，而圖8、圖10則顯示，在所有實驗組處理中，隨著杯式超聲波細胞粉碎機對肉蓯蓉多糖工作功率的增加，其儲能模量和損耗模量在800 W處到達最大值，但仍然都小于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的儲能模量和損耗模量，由此可見，超聲對肉蓯蓉多糖類物質的儲能模量起負影響作用，使其損耗模量降低，即不可逆形變減小。

圖7 不同時間處理的肉蓯蓉多糖的儲能模量與角頻率的關系

圖8 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的儲能模量與角頻率的關系

圖9 不同時間處理的肉蓯蓉多糖的損耗模量與角頻率的關系

圖10 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的損耗模量與角頻率的關系

圖11、圖12為不同時間、不同功率處理的肉蓯蓉多糖的損耗系數隨角頻率增加的變化關系圖。圖11中所有數據顯示，隨著角頻率的增加，損耗系數的大小呈先增加后下降的趨勢，且杯式超聲波細胞粉碎機處理的所有實驗組的損耗系數都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的損耗系數，而在4 組數據中，在10 min、1 000 W 的處理下的肉蓯蓉多糖的損耗系數最大，表明損耗系數并沒有隨著處理時間的增多而持續增大。而圖12則顯示，隨著角頻率的增加，損耗系數的大小整體呈下降趨勢，且隨著杯式超聲波細胞粉碎機對肉蓯蓉多糖工作功率的增加，其損耗系數在1 200 W 處到達最大值，表明隨著其工作功率的增加，肉蓯蓉多糖的損耗系數一直增大，且基本都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的損耗系數，由此可見，超聲對肉蓯蓉多糖類物質的損耗系數增大，即超聲處理使肉蓯蓉多糖的粘彈性減小。

圖11 不同時間處理的肉蓯蓉多糖的損耗系數與角頻率的關系

圖12 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的損耗系數與角頻率的關系

2.2 觸變性分析 觸變性即通過接觸而變化。隨切變應力增加粘度下降，剪切應力消除后粘度在等溫條件下緩慢地恢復原來狀態的現象［21］。圖13、圖14為不同時間、不同功率處理的肉蓯蓉多糖的剪切應力隨剪切速率增大的變化曲線圖。圖13顯示，隨著剪切速率的增加，剪切應力的大小呈持續增加的趨勢，且超聲處理的所有實驗組的剪切應力都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的剪切應力，而在4 組數據中，在10 min、1 000 W 的處理下的肉蓯蓉多糖的剪切應力最大，表明剪切應力并沒有隨著處理時間的增多而持續上升。圖14則顯示，且隨著杯式超聲波細胞粉碎機對肉蓯蓉多糖工作功率的增加，剪切應力也在持續增加，2 000 W 處理下的剪切應力最大，且超聲處理的肉蓯蓉多糖的剪切應力基本都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的剪切應力，由此可見，超聲使肉蓯蓉多糖類物質的表觀粘度增大。由于剪切變稀的粘度隨剪切速率的增加而增加，所以超聲處理使肉蓯蓉多糖表現出明顯的剪切變稀行為。

圖13 不同時間處理的肉蓯蓉多糖的剪切應力與剪切速率的關系

圖14 不同功率處理的肉蓯蓉多糖的剪切應力與剪切速率的關系

2.3 流動性能測定 使用穩定剪切流動實驗在0.01～100 s-1的剪切速率范圍內分析不同處理下的肉蓯蓉多糖溶液的流動曲線。超聲輔助提取多糖法和熱水提取多糖法提取溶液的表觀粘度顯示在圖15和圖16中。肉蓯蓉多糖溶液具有剪切變稀性，其表觀粘度隨剪切速率的增加而降低，直至基本穩定，屬于非牛頓流體。圖15顯示，隨著剪切速率的增加，肉蓯蓉多糖的表觀粘度的大小呈大幅下降直至基本穩定狀態，且杯式超聲波細胞粉碎機處理的所有實驗組的粘度都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的粘度，在4 組數據中，表觀粘度隨處理時間的增多而持續上升。圖16則顯示，隨著杯式超聲波細胞粉碎機對肉蓯蓉多糖工作功率的增加，粘度也在持續增加，2 000 W 處理下的表觀粘度最大，且超聲處理的肉蓯蓉多糖的剪切應力都大于熱水提取多糖法提取的肉蓯蓉多糖的表觀粘度。由此可知，超聲使肉蓯蓉多糖的流動性增大。

圖15 不同時間處理的肉蓯蓉多糖的粘度與剪切速率的關系

圖16 不同功率處理的肉蓯蓉多的糖粘度與剪切速率的關系

3 小結

本文探討了肉蓯蓉多糖的超聲處理對其流變學性質的影響，具體在流變儀上從應力、頻率、觸變、剪切等4 個方面對肉蓯蓉多糖類物質的流變學性質進行分析，得出經過應力掃描和頻率掃描發現超聲使肉蓯蓉多糖的動態粘彈性減小，經過觸變掃描發現超聲處理使肉蓯蓉多糖的剪切應力增大，觸變性變高，呈現出典型的剪切變稀現象；經剪切掃描發現超聲使肉蓯蓉多糖的表觀粘性增加，流動性增大。從應力、頻率、觸變、剪切等4 個方面分析了超聲提取對肉蓯蓉多糖的流變學性質的影響，旨在為肉蓯蓉及其他珍貴中藥材的流變學及其他特性的研究提供有效的依據，以及對后期其他珍貴中藥材的保鮮及深加工提供理論依據。