北五味子多糖熱水浸提工藝優化及體外抗氧化性能研究

王珊珊，李泰雅，谷 舞，許 汝

（沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順 113122）

北五味子多糖熱水浸提工藝優化及體外抗氧化性能研究

王珊珊，李泰雅，谷 舞，許 汝

（沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順 113122）

研究熱水浸提北五味子多糖的提取工藝優化，采用sevage法進行粗多糖脫蛋白處理，并探究北五味子多糖對羥基自由基的清除能力。通過單因素實驗和響應面分析，研究不同提取溫度、料液比和提取時間對北五味子多糖提取率的影響。結果表明，最佳提取工藝為：85℃下按料液比1∶30提取3 h，得到最大提取率為16.13%。獲得的粗多糖溶液，用sevage法重復處理5次，在最大限度地保證多糖含量的同時，使蛋白質清除率達92.58%。抗氧化性能研究結果表明：北五味子多糖濃度為10 mg／mL，處理1 h時，對羥基自由基的清除率達96.61%，清除效果較對照Vc好。

響應面分析；多糖；脫蛋白；羥基自由基

北五味子（Schisandra chinensis）是木蘭科植物五味子的干燥成熟果實，因其果實甘、酸、辛、苦、咸五味俱全，故名五味子，是著名的滋補性中藥。［1］五味子有南北之分，據《本草綱目》記載“五味子南產者紅，北產者黑，入滋補藥，必用北者為良”。其藥理作用廣泛，可保護神經中樞和肝臟。［2］五味子的主要活性成分有木脂素、多糖、萜類等［3］，早期研究多集中在五味子的脂溶性成分方面［4－7］，但傳統用藥習慣及許多五味子水提液的藥理活性實驗結果表明其水溶性有效成分不能忽視，許多學者從五味子水提液中分離得到多糖，大量結果表明，多糖（polysaccharide）有調節免疫、抗腫瘤、抗氧化、抗疲勞和降血脂等生理功能［8－12］。北五味子的多糖類型為兩種均一多糖，多糖Ⅰ包括D－甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、阿拉伯糖等單糖組分；多糖Ⅱ包括D－半乳糖、醛酸、D－甘露糖、D－果糖、鼠李糖等單糖組分，目前，北五味子多糖已成為新藥的發展方向之一，北五味子作為具有多種藥理作用的傳統中藥材，適合進行工廠化提取，并用于食品、保健產品、藥品等領域，現已有利用其藥理作用進行發酵產品的制作［13－18］，這為未來北五味子藥理活性的深入研究［19－20］和發展提供了更廣闊的空間。本文采用傳統水浸提法對多糖提取工藝進行優化，并對多糖進行脫蛋白處理，研究其抗氧化性能。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

北五味子干品：購于撫順市成大方圓連鎖藥店。

葡萄糖、苯酚、濃硫酸、95%乙醇、咔唑、半乳糖醛酸、氯仿、正丁醇、鄰二氮菲、過氧化氫、抗壞血酸、硫酸亞鐵、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

721G型可見分光光度計：上海精科儀器有限公司；FW100型高速粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；恒溫水浴鍋HH－6：常州國華電器有限公司；RE－52A型旋轉蒸發儀：上海亞榮生化儀器廠；低速臺式離心機TDL－40B：上海安亭科學儀器廠。

1.2 多糖及糖醛酸含量的測定

采用苯酚—硫酸法，以葡萄糖為標準物，在恒溫條件下，在490 nm波長處測定標準物質量濃度與吸光度的對應關系，制作標準曲線。

以標準品的濃度（μg／mL）為X軸、吸光度為Y軸繪制標準曲線，見圖1，標準曲線方程為：y＝0.006 6x－0.009 4，R2＝0.999 2。

測定糖醛酸含量：采用硫酸—咔唑法對五味子多糖的糖醛酸進行含量測定，在530 nm波長下測定標準物質量濃度與吸光度的對應關系，制作標準曲線。

以糖醛酸標準濃度（μg／mL）為X軸，吸光度為Y軸繪制標準工作曲線，見圖2，標準曲線方程：y＝0.010 6x－0.006 5，R2＝0.999 3。

1.3 粗多糖的提取

圖2 半乳糖醛酸標準曲線

將北五味子干品粉碎，過篩。取北五味子粉末5 g，按照實驗設計方案，分別在不同的熱水浸提條件下進行提取。離心、去沉淀，取上清液并在旋轉蒸發儀中濃縮到30 mL，加入95%乙醇，使溶液中的乙醇體積分數達到80%，進行沉淀，靜置5 h后，將沉淀物離心干燥，即得北五味子粗多糖，多糖提取率為：

多糖提取率／%＝（多糖質量濃度×稀釋倍數×換算因子）／原料質量×100。

1.4 換算因子測定

精確稱取60℃干燥恒重的實驗室精制北五味子多糖10 mg，加水定容到100 mL容量瓶中，搖勻，作為多糖儲備液。精確量取多糖儲備液0.2 mL，加水至1 mL，按測定標準曲線同樣的方法測其吸光度。計算換算因子：

f＝W／CD

式中：W為多糖質量，g；C為多糖溶液中葡萄糖的質量濃度，μg／mL；D為多糖的稀釋因子。測得f＝1.75。

1.5 北五味子多糖脫蛋白優化

采用sevage法進行脫蛋白，將1.3步驟中提取的粗多糖配置成2%的粗多糖溶液100 mL，取30 mL，先測其蛋白質及多糖濃度，再加入其體積的1／3的氯仿正丁醇混合液（氯仿∶正丁醇＝4∶1），震搖25 min，離心10 min，取上清測其蛋白質及多糖濃度，重復上述步驟6次。

1.6 考馬斯亮藍法測定蛋白質含量

1.6.1 配置標準蛋白質溶液

取10 mg牛血清白蛋白，用蒸餾水定容到50 mL，冷藏備用。

1.6.2 蛋白質標準曲線的制作

取100 mg考馬斯亮藍G－250溶于50 mL 90%乙醇中，再加入100 mL 85%磷酸，用蒸餾水定容至1 000 mL。

在恒溫條件下，分別吸取標準液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，并用蒸餾水定容至1 mL，加入考馬斯亮藍溶液5 mL，混勻后，放置2 min，在595 nm波長下進行測定。

以標準品濃度為X軸、吸光度為Y軸繪制標準曲線，見圖3，標準曲線方程為：y＝0.010 1x－0.023 1，R2＝0.998 2。

圖3 蛋白質標準曲線

1.7 北五味子多糖對羥基由基抗氧化性能測定

按照1.3和1.6步驟提取去蛋白等雜質得北五味子多糖，配置不同濃度的待測樣品。采用鄰二氮菲－金屬鐵離子－H2O2體系：鄰二氮菲Fe2＋反應生成Fe2＋－鄰二氮菲配合物，該配合物在536 nm波長處有最大吸收；通過Fenton反應產生·OH，而當·OH氧化Fe2＋－鄰二氮菲成Fe3＋－鄰二氮菲時，536 nm波長處最大吸收消失或減弱。當反應體系中存在·OH清除劑時，此氧化過程受到抑制，536 nm處最大吸收降低或不明顯，故可通過536 nm處吸光度比較抗氧化劑清除·OH的作用。

以Vc為參照物，取1.5 mmol／L鄰二氮菲溶液1.0 mL，加0.2 moL／L磷酸鹽緩沖溶液（pH 7.4）2.0 mL，充分混勻后，加1.5 mmol／L硫酸亞鐵溶液1.0 mL，加入樣品溶液1.0 mL，每加一管立即混勻，加0.01%H2O2溶液1.0 mL。整個反應體系共6 mL。反應在37℃恒溫水浴中進行，反應1 h后，在536 nm波長處測定吸光度。損傷組（A1）中用1.0 mL去離子水代替樣品溶液；未損傷組（A0）中用2.0 mL去離子水代替樣品溶液和H2O2溶液。計算樣品對·OH的清除率：

清除率／%＝（AX－A1）／（A0－A1）×100

式中：AX為樣品組吸光度，A0為未損傷組吸光度，A1為損傷組吸光度。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 提取時間對多糖得率的影響

準確稱取6份北五味子粉末，每份5 g分別置于250 mL三角瓶中，按料液比1∶20加入100 mL蒸餾水，在90℃下分別水浴1、2、3、4、5、6 h，離心去沉淀，測定多糖含量。

由圖4可看出，隨著提取時間的延長，多糖提取率先迅速增高后突然降低，之后保持平穩，超過4 h后再延長反應時間對多糖的提取率幾乎沒有影響，在分析響應面時可不考慮后兩個水平。當水浴3 h時，提取率最高，為9.24%。

圖4 提取時間對提取率的影響

2.1.2 提取溫度對多糖得率的影響

準確稱取6份北五味子粉末，每份5 g分別置于250 mL三角瓶中，按料液比1∶20加入100 mL蒸餾水，在50、60、70、80、90、100℃下水浴3 h。離心，去沉淀，測定多糖含量。

由圖5可以看出，在60～70℃時，多糖的提取率增長并不明顯；當溫度由70℃提高至80℃時，提取率迅速提高；80℃后再提高溫度，提取率又迅速下降。這種突增突降趨勢的出現可能是因為溫度對提取率影響較大。由圖可知最適提取溫度為80℃，在該溫度下提取率為14.43%。

圖5 提取溫度對提取率的影響

2.1.3 料液比對多糖得率的影響

準確稱取6份北五味子粉末，每份5 g分別置于250 mL三角瓶中，分別按料液比1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40 g／mL的體積加入蒸餾水，90℃下水浴3 h，離心去沉淀，測定多糖含量。

由圖6可以看出，隨著料液比的降低，提取率先增高后突然降低，但整體的提取率變化幅度與考察時間、溫度時不同，增幅較平緩，由此推測，料液比可能對多糖提取率的影響不大，由圖可知在料液比1∶30時提取率最高，為13.13%。

2.2 響應面分析法優化北五味子多糖提取工藝

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析

根據單因素實驗結果和CentraL Composite De-sign（CCD）設計原理，運用Design Expert 8.0.6軟件進行響應面設計，以多糖提取率為響應值，提取時間、提取溫度、料液比為考察因素，建立響應值與影響因素間的數學模型，優化北五味子多糖的最佳提取工藝。響應面實驗因素水平見表1。

圖6 料液比對提取率的影響

表1 多糖響應面實驗因素水平

利用Design－Expert 8.0.6軟件對實驗數據進行多元回歸擬合，響應面分析方案與結果見表2。從時間、溫度、料液比進行實驗優化設計，獲得以

北五味子多糖提取率為響應值的回歸方程：

Y＝16．00＋0．63A＋1．06B－0．29C－2．36AB－1．07AC＋0．84BC－1．42A2－1．04B2－2．05C2。

表2 響應面分析方案及實驗結果

回歸模型方差分析結果表明（表3）：該模型回歸極顯著（P＜0.000 1），失擬項不顯著（P＞0.05），回歸模型的決定系數R2＝0.989 2，調整系數0.995 8，說明該模型與實際實驗擬合較好，表明該模型高度顯著，可以用于北五味子多糖提取理論預測。從回歸方程系數顯著性檢驗可知，各因素對多糖提取率的影響程度依次為：提取溫度＞提取時間＞料液比；交互項AB、AC、BC極顯著（P＜0.01）；二次項A2、B2、C2對多糖提取率有極顯著影響（P＜0.01）。

表3 回歸模型方差分析結果

2.2.2 響應面分析及最佳提取工藝研究

北五味子多糖提取優化的響應面及其等高線見圖7。圖7列出了自變量中交互作用極顯著（P＜0.01）的三項AB、AC和BC。3組圖形直觀地反應了各因素對響應值的影響，在響應面圖中，曲面越陡峭，則表示該因素對響應值的影響越顯著。等高線圖與響應面圖相對應，越接近等高線圖的中心，對應的響應值就越大，且等高線圖形狀接近橢圓形，表示兩因素交互作用顯著，而圓形則與之相反。比較3組圖形可知，提取溫度和提取時間對北五味子多糖提取率影響較為顯著，表現為曲線較陡峭；而料液比次之，曲線較為平緩。同時，3組圖形的交互作用都較明顯，等高線趨于橢圓形。

圖7a表示提取溫度和提取時間兩者交互作用對北五味子多糖提取率的影響。可以看出兩者交互作用對提取率影響顯著，從圖7a可以看出，當提取時間保持不變時，提取溫度越高越利于多糖的提取，這是因為溫度越高，分子熱運動越快，更易提取的進行，提取溫度對提取率影響顯著；當提取溫度保持不變時，多糖提取率隨提取時間呈現先增加后降低的趨勢。

圖7b為提取時間和料液比及兩者交互作用對多糖提取率的影響。當提取時間不變時，隨著料液比的增加，多糖提取率先增大后減小；當料液比不變時，隨著提取時間的增加，北五味子多糖提取率先增大后減小。當二者同時增大時有利于提取率的提高。

圖7c為提取溫度和料液比的交互作用對北五味子多糖提取率的影響。當料液比不變時，隨著提取溫度的增大，北五味子多糖提取率逐漸增大；當提取溫度不變時，隨著料液比的增加，多糖提取率先增大后減小。兩者交互作用顯著，提取溫度和料液比均處于高水平時，提取率較高。

運用Design Expert 8.0.6的響應面分析軟件對實驗結果進行優化，得到北五味子多糖的最優提取條件：提取時間為2.7 h、提取溫度84.9℃、料液比為1∶30.37，該條件下提取率預測可達到最大值16.32%。為方便實際操作，將最優提取條件簡化為：提取時間3 h、提取溫度85℃、料液比1∶30，進行3次重復實驗，得到北五味子多糖提取率的平均值為16.13%，與預測值接近，說明此響應面法優化得到的多糖熱水浸提提取工藝在實踐中可行。

所得粗多糖理化指標見表4。由表4可看出，粗多糖中總糖含量較高，含有少量糖醛酸與蛋白質雜質。含糖醛酸是由于粗多糖組成多樣，而蛋白質則是用上述方法從植物中提取所產生的雜質。

表4 粗多糖產品理化指標

圖7 各因素交互效應對北五味子多糖提取率影響的曲面圖

2.3 北五味子多糖脫蛋白優化分析

從圖8中可以看出第一次脫蛋白效果不是很明顯，但從第二次開始蛋白質的含量迅速減少，到第六次時溶液中幾乎不含蛋白質；從圖9中可以看出第一次多糖幾乎沒有損失而第二次之后多糖開始出現損失，但幅度不大，到第六次時多糖損失達到70%以上。綜合分析，sevage法條件溫和、處理容易、除蛋白效果明顯，對北五味子粗多糖進行脫蛋白處理5次既能將大部分蛋白雜質除去，又在一定程度上保護了多糖的得率。不采用等電點法去除蛋白質是由于對北五味子多糖中蛋白質組成成分尚不清楚，無法選擇沉淀條件，而sevage法在較多文獻［3，19］中被采用。

圖8 sevage法蛋白脫除效果

圖9 sevage法對多糖損失的影響

2.4 北五味子多糖對羥基自由基的抗氧化性能分析

從圖10中可以看出，在實驗濃度范圍內，所有的北五味子多糖樣品都表現出明顯的羥基自由基清除能力，并隨著北五味子多糖濃度的增加，自由基清除率提高，表現出明顯的劑量依賴性。在多糖濃度為10 mg／mL時，對羥基自由基的清除率可達到96.61%。隨著對照品Vc濃度的增加，清除率提高，但并不是很明顯，并且Vc在同樣濃度10 mg／mL時的清除率只有25.9%。綜上分析：北五味子多糖具有較好的清除能力，并且清除能力隨著濃度的增大而提高。

圖10 北五味子多糖對羥基自由基的清除能力

3 結論

通過對水浸提北五味子多糖的單因素實驗和響應面分析，考察提取時間、提取溫度和料液比對提取率的影響，得出提取溫度影響最大，其次為提取時間和料液比。最佳提取工藝為：料液比為1∶30，在85℃下提取3 h，得到提取率為16.13%；sevage法處理5次粗多糖溶液，蛋白質清除率達92.58%；當北五味子多糖濃度為10 mg／mL時，對羥基自由基的清除率達96.61%，并且效果遠好于Vc。

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Optimization of hot water extraction process of schisandrae chinensis polysaccharide and its in vitro antioxidation property study

WANG Shan－shan，LI Tai－ya，GU Wu，XU Ru
（School of Life Engineering，Shenyang Institute of Technology，Fushun Liaoning 113122）

The hot water extraction of schisandrae chinensis polysaccharide under different conditions was studied.The crude polysaccharide was deproteinized by sevage method.The scavenging ability of schisandrae chinensis polysaccharide against hydroxyl free radical was researched.The effect of different extraction temperature，solid－liquid ratio and extraction time on extraction yield was researched by single factor and response surface analysis.The results showed that the maximum extraction yield was 16.13%with solid－liquid ratio of 1∶30 under 85℃ for 3 h.The crude polysaccharide solution was treated by sevage method repeatedly for 5 times，the clearance rate against protein could reach 92.58%，while keeping the polysaccharide in the maximum limit.The result of antioxidant performances showed that as the concentration of fructus schisandrae chinensis polysaccharide was 10 mg／mL and the processing time was 1 h，the clearance rate against hydroxyl free radical was 96.61%，which was much better than that of Vc.

response surface analysis；polysaccharide；deproteinize；hydroxyl radical

R 284.2

A

1007－7561（2017）01－0064－06

2016－07－17

省級大學生創新創業項目（201613201000017）.

王珊珊，1984年出生，女，講師.