多花黃精多糖提取條件優化及其抗氧化能力評價

摘要：以多花黃精為主要原料，采用超聲波提取法提取多花黃精多糖，選擇微波功率、固液比、微波時間為單因素進行分析，采用正交實驗優化多花黃精多糖提取條件；利用鐵離子還原能力、DPPH·清除能力、ABTS⁺·清除能力綜合分析多花黃精多糖的體外抗氧化能力。研究結果顯示，當微波功率為350 W、固液比為1∶20、微波時間為10 min時，多花黃精多糖的提取率為8.85%，效果最優。在此條件下提取多花黃精多糖，進行抗氧化能力評價，其鐵離子還原能力為（59.35±0.73）μmol FE/g dw；DPPH·清除能力為（63.24±2.31）%；ABTS⁺·清除能力為（47.58±1.49）%。總體可達到多花黃精多糖含量為3 mg/mL的水平。研究結果表明，在最優條件下提取多花黃精多糖提取率高，適合作為多花黃精深加工食品開發手段。

關鍵詞：多花黃精多糖；提取；抗氧化能力

中圖分類號：TS241 文獻標志碼：A 文章編號：1000-9973（2025）01-0222-05

Optimization of Extraction Conditions of Polysaccharides from Polygonatum cyrtonema and Evaluation of Their Antioxidant Capacity

LI Xiang¹， LIANG Zhong-hou¹， ZHANG Xian-wen²， HE Ling-zhi¹， CHEN Juan-juan¹， RUAN Xiao-ling¹， ZENG Zhi-wen^1*，PENG Yan¹

（1.School of Medicine and Technology， Hunan Polytechnic of Environment and Biology， Hengyang 421005， China; 2.College of Bioscience and Biotechnology， Hunan Agricultural University， Changsha 410125， China）

Abstract： With Polygonatum cyrtonema as the main raw material， the Polygonatum cyrtonema polysaccharides are extracted by ultrasonic extraction method.Microwave power， solid-liquid ratio and microwave time are selected as the single factors for analysis， and the orthogonal experiment is used to optimize the extraction conditions of Polygonatum cyrtonema polysaccharides. The in vitro antioxidant capacity of Polygonatum cyrtonema polysaccharides is comprehensively analyzed by iron ion reducing power， DPPH· scavenging ability and ABTS⁺· scavenging ability. The results show that when the microwave power is 350 W， the solid-liquid ratio is 1∶20， and the microwave time is 10 min， the extraction rate of Polygonatum cyrtonema polysaccharides is 8.85%， and the effect is the best. Under these conditions， Polygonatum cyrtonema polysaccharides are extracted and the antioxidant capacity is evaluated. The iron ion reducing power is （59.35±0.73）μmol FE/g dw; DPPH· scavenging ability is （63.24±2.31）%; ABTS⁺· scavenging ability is （47.58±1.49）%. Overall， it could reach the level of Polygonatum cyrtonema polysaccharide content of 3 mg/mL. The research results show that the extraction rate of Polygonatum cyrtonema polysaccharides extracted under the optimal conditions is high， and it is suitable as a means of developing deep processed foods of Polygonatum cyrtonema.

Key words： Polygonatum cyrtonema polysaccharides; extraction; antioxidant capacity

收稿日期：2024-07-29

基金項目：湖南省教育廳科學研究項目（20B196）；湖南自然科學基金科教聯合項目（2023JJ60205，2022JJ60048）；衡陽市科技局指導性項目（衡科發[2021]51號-36）；湖南環境生物職業技術學院青年科技人才培優計劃項目（PY2021-08）

作者簡介：李翔（1986—），女，湖南衡陽人，副教授，碩士，研究方向：天然產物開發。

*通信作者：曾智文（1984—），男，湖南衡陽人，副教授，碩士，研究方向：天然產物開發。

多花黃精（Polygonatum cyrtonema），又名姜型黃精，為百合科黃精屬草本植物，主要分布在湖南、安徽、浙江等地。多花黃精的根狀莖呈圓柱形，葉片輪生，花朵多為傘形或傘房狀花序。它不僅可以作為藥用植物，而且能作為食材和觀賞植物^[1]。2002—2023年，國家衛生健康委員會食品安全標準與監測評估司多次發布的《按照傳統既是食品又是中藥材的物質目錄管理規定》中，黃精一直位列其中，表明其作為食品和藥品的作用一直廣為認可^[2]。

從藥食同源的角度來看，多花黃精既是一種藥物，又是一種食物。其味甘、性平，具有補氣養陰、健脾、潤肺、益腎等功效，常用于治療脾胃虛弱、肺虛咳嗽、消渴等癥狀^[3]。同時，黃精也是一種營養豐富的食材，含有多種氨基酸、維生素和微量元素，具有增強免疫力、抗衰老、降血糖等作用，因此深受人們喜愛^[4]。

目前已有較多文獻報道發現，多花黃精含有黃精多糖、皂苷、黃酮、酚類、氨基酸等多種生物活性成分^[5]。其中多糖為多花黃精最主要的功效成分之一，也是《中國藥典》規定評價黃精質量的重要指標之一^[6]。多花黃精多糖含量隨著生長期的延長呈下降趨勢，同時在多花黃精不同部位其含量也有所差異^[7]。目前多花黃精主要以直接食用為主，其深度開發如研制食品添加劑、保健食品尚屬空白。本文通過優化多花黃精多糖的提取方法，提高多花黃精多糖提取率，以期為多花黃精深加工食品的開發提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

多花黃精整株植株：采于林下藥用植物應用技術湖南省工程研究中心；葡萄糖標準品、無水乙醇、2，2-聯氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二胺鹽（ABTS）、L-抗壞血酸、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）：均為分析純，均購自湖南省至美生物醫藥有限公司。

1.2 儀器與設備

KE-490紫外可見光光度計 上海培德儀器設備廠；UGW-06大容量離心機 武漢三鷹生物技術有限公司；WIR954型高速粉碎機、IGQ-45T旋轉蒸發儀 湖南弘林科學儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 多花黃精多糖的提取

參考李兆君等^[8]的方法并略作修改。稱取多花黃精根狀莖10 g，切成1 cm×1 cm×1 cm的塊，利用高速粉碎機完全粉碎。全部轉移至錐形瓶中后，加入15 mL蒸餾水攪拌均勻。微波爐內設置功率350 W、微波8 min后取出，降至室溫。全部轉移至離心管中，3 500 r/min離心15 min，取上清液轉入旋轉蒸發儀，濃縮至原體積的1/3后，加入2倍體積的無水乙醇溶液，于10℃下避光浸提4 h。浸提溶液以3 500 r/min離心15 min后，去除上清。用無水乙醇洗滌，45℃真空干燥10 h。

1.3.2 多花黃精多糖含量測定

采用蒽酮-硫酸法測定多花黃精多糖含量^[9]。以葡萄糖濃度為橫坐標、吸光度為縱坐標繪制標準曲線，其擬合方程：y=5.792x+0.185，R²=0.099 54，其葡萄糖濃度在0～0.1 mg/mL范圍內線性關系良好。以公式（1）計算多花黃精多糖提取率：

W=m₁×V₁×f/m₂×V₂×10⁴。（1）

式中：W為多花黃精多糖提取率（%）；m₁為多花黃精多糖測定液中糖含量（mg）；V₁為定容體積（mL）；m₂為多花黃精質量（mg）；V₂為待測液體積（mL）；f為3.17（定值，為葡萄糖換算成多糖的比值）。

1.3.3 單因素分析

分別調整微波功率為250，300，350，400，450 W；固液比（多花黃精質量與浸提水溶液體積比）為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25；微波時間為6，8，10，12，14 min，測定多花黃精多糖的提取率。

1.3.4 正交實驗設計

根據多花黃精多糖提取過程，以微波功率、固液比和微波時間設置三因素三水平正交實驗，見表1。

1.3.5 最佳提取條件下多花黃精多糖抗氧化能力評價

1.3.5.1 鐵離子還原能力

參考唐雙慶等^[10]的方法并略作修改。配制FRAP工作液，預熱37℃備用。配制0， 0.2， 0.4， 0.6， 0.8， 1.0 mmol/L的FeSO₄·7H₂O，取500μL不同濃度的FeSO₄·7H₂O溶液，加入1.5 mL FRAP工作液、0.3 mL超純水，避光反應5 min后，于594 nm處檢測吸光度值，繪制標準曲線。然后取500μL多花黃精多糖樣品液進行同樣反應。所得多花黃精多糖鐵離子還原能力以每克多花黃精干重所含硫酸亞鐵物質的量表示（μmol FE/g dw）。

1.3.5.2 DPPH·清除能力

參考白周亞等^[11]的方法并略作修改。配制0.05 mg/mL DPPH溶液，以A₁為1 mL DPPH溶液+1 mL雙蒸水；A₂為1 mL 樣品液+1 mL DPPH溶液；A₃為1 mL 樣品液+1 mL 無水乙醇，在不同試管中加入對應溶液，漩渦混勻1 min后避光保存15 min。于515 nm處檢測吸光度值。以公式（2）計算樣品的DPPH·清除率：

DPPH·清除率（%）=（1－A₂－A₃/A₁）×100%。（2）

1.3.5.3 ABTS⁺·清除能力

參考Moghadam等^[12]方法并略作修改。配制ABTS⁺·儲備液：將50 mL 6 mmol/L ABTS溶液和50 mL 3 mmol/L過硫酸鉀溶液混合后，避光反應14 h，測定ABTS⁺·儲備液于725 nm處的吸光度值，為0.701。配制0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mmol/L Trolox標準溶液。以不同濃度Trolox標準溶液200μL+1 mL ABTS⁺·儲備液反應所測吸光度值繪制標準曲線。以A_a為200μL甲醇+1 mL ABTS⁺·儲備液，以A_b為200μL樣品+1 mL ABTS⁺·儲備液，漩渦混勻1 min后避光保存15 min，檢測725 nm處的吸光度值，以公式（3）計算樣品的ABTS⁺·清除率：

ABTS⁺·清除率（%）=（1－A_a－A_b/A_a）×100%。（3）

1.3.6 數據分析

利用Excel 2010進行數據整理，SPSS 20.0進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 單因素對多花黃精多糖提取率的影響

由圖1可知多花黃精多糖提取率隨著微波功率增加的變化。由于多糖一般存在于細胞內，其析出需要細胞破碎，因此，細胞破碎越完全，越有助于多糖析出^[13]。隨著微波功率升高，多花黃精多糖提取率上升，這可能是由于微波有助于細胞破碎，但當其高于350 W后又出現下降，可能是由于細胞內容物全部析出，干擾多糖的提取率。因此，在350 W微波功率下，多花黃精多糖的提取率最高，為8.81%。

由圖2可知，多花黃精多糖提取率隨著固液比的增加而增大，在固液比為1∶20條件下其多糖提取率最高，為8.98%，然后呈現下降趨勢，故多花黃精多糖提取率在固液比為1∶20時最高。

由圖3可知，多花黃精多糖提取率隨著微波時間的增加呈現先上升后下降的趨勢。當微波時間為12 min時，其提取率最高，達到8.41%，然后下降，可能是微波時間過長導致多糖結構出現損傷，故選擇12 min為最佳微波時間。

2.2 多花黃精多糖提取率正交實驗

多花黃精多糖提取率正交實驗結果見表2。

由表2可知，在微波功率為350 W、固液比為1∶20、微波時間為10 min時，多花黃精多糖提取率為8.85%，在9種組合方式中最佳。

由表3可知，微波功率、固液比和微波時間3個因素中，微波功率對多花黃精多糖提取率的影響最大，其次是固液比、微波時間。3個因素的影響排序為微波功率gt;固液比gt;微波時間。同時可以得到微波功率條件1、固液比條件2和微波時間條件3為最佳組合，即當微波功率為300 W、固液比為1∶15、微波時間為12 min時提取效果最佳。

由表4可知，微波功率、固液比和微波時間3個因素的偏差平方和、均方、自由度和F值均出現微波功率gt;固液比gt;微波時間的情況，呈現出與極差分析相同的情況，表明極差分析結果真實可信。

2.3 多花黃精多糖提取正交實驗結果驗證

稱取10 g多花黃精根狀莖切塊后，加入15 mL蒸餾水，在極差分析最佳提取條件（微波功率300 W、固液比1∶15、微波時間12 min）及正交實驗最佳提取條件（微波功率350 W、固液比1∶20、微波時間10 min）下進行提取，各重復3次取平均值，所得結果見表5。

由表5可知，在微波功率350 W、固液比1∶20、微波時間10 min的提取條件下，平均提取率可達到8.85%，高于極差分析最優結果。因此，此條件為多花黃精多糖最佳提取方案。

2.4 多花黃精多糖抗氧化能力分析

鐵氰化鉀中的三價鐵在還原物質的還原作用下可反應產生亞鐵氰化鉀，與游離的三價鐵離子結合后，溶液顏色呈藍色，在680～700 nm處吸光度值最高。不同物質進行反應后吸光度值越高，則該物質的還原能力越強^[14]。由表6可知，多花黃精多糖的鐵離子還原能力為（59.35±0.73）μmol FE/g dw。

醇溶液中DPPH·乙醇溶液穩定，呈紫色。當DPPH·存在于還原物質環境中會發生反應，變為無色物質。在DPPH·乙醇溶液中添加還原物質，測定其在515 nm處的吸光度值，吸光度值越低，清除率越高，則還原能力越強^[15]。程亞楠^[16]對江西銅鼓、安徽九華山、湖南懷化、江西安福等地5種多花黃精多糖的DPPH·清除能力研究中發現，此5種多花黃精多糖的DPPH·清除能力為31.01%～68.20%，其中江西銅鼓的多花黃精多糖的DPPH·清除能力最高。在本實驗中，多花黃精多糖的DPPH·清除能力為（63.24±2.31）%（見表6），略低于江西銅鼓產多花黃精，這可能是產地不同、提取方法不同導致的。

ABTS在過硫酸鉀作用下會被氧化，產生的ABTS⁺·為藍綠色，在725 nm處吸光度值最大。當加入還原物質后反應體系顏色變淺，從而可以判斷其加入物質的還原能力^[17]。李旭鴻等^[18]研究多花黃精多糖、雞頭黃精多糖和滇黃精多糖的ABTS⁺·清除能力發現，多花黃精多糖的ABTS⁺·清除率在質量濃度為1～5 mg/mL范圍內，隨著質量濃度的上升，ABTS⁺·清除能力上升。本研究發現，多花黃精多糖的ABTS⁺·清除能力為（47.58±1.49）%，約為多花黃精多糖含量3 mg/mL的水平。

3 討論與結論

本研究利用微波法進行多花黃精多糖提取，設置微波功率、固液比、微波時間3個因素進行單因素實驗，確定單因素條件范圍；再利用正交實驗對多花黃精多糖提取工藝進行優化；隨后利用優化后提取條件所提取的多糖進行抗氧化活性分析。結果發現，在微波功率、固液比、微波時間3個因素中，微波功率對多花黃精多糖提取率的影響最大；其次是固液比和微波時間。通過正交實驗、正交實驗極差分析和方差分析后，獲得最佳提取條件為微波功率350 W、固液比1∶20、微波時間10 min，此時多花黃精多糖的平均提取率為8.85%，提取效果較理想。隨后利用此方法對所提取的多花黃精多糖進行了抗氧化能力分析，多花黃精多糖的鐵離子還原能力為（59.35±0.73）μmol FE/g dw；DPPH·清除能力為（63.24±2.31）%；ABTS⁺·清除能力為（47.58±1.49）%。總體可達到多花黃精多糖含量為3 mg/mL的水平。

本研究通過微波法提取多花黃精多糖，進行提取條件優化，使多花黃精多糖提取率有效提高；同時以此方法所提取的多花黃精多糖的抗氧化活性水平能夠達到3 mg/mL純多糖的抗氧化活性水平，表現出良好的抗氧化能力。目前多花黃精的市場需求極大，除直接食用外，通過本研究還可利用微波提取手段高效獲得多花黃精多糖產品，為進一步開發多花黃精深加工食品奠定了理論基礎。

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