正交法優化黃精多糖的提取工藝

王毅 穆麒麟 田小海

摘要：以恩施市藥用經濟植物黃精（Polygonatum sibiricum）地上的莖和葉為試驗材料，水為提取溶劑分別對黃精的莖和葉進行試驗，得到優化后的提取工藝。研究發現，在料液比為1∶20（g∶mL），提取時間為2 h，溫度為80 ℃時，黃精莖多糖的提取率為19.87%，黃精葉多糖的提取率為17.13%。結果表明，黃精莖中的多糖含量高于葉，但總體來看黃精的莖和葉中的多糖含量還是較高的，工業生產可以考慮進一步利用。

關鍵詞：黃精（Polygonatum sibiricum）;多糖;提取工藝;正交法

中圖分類號：R283.3 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）15-0114-04

Abstract： The stems and leaves of medicinal economic plant Polygonatum sibiricum in Enshi city were used as test materials， and water was used as the extraction solvent to test the stems and leaves of Polygonatum sibiricum respectively， the optimized extraction process was obtained. The study found that when the ratio of material to liquid was 1∶20 （g∶mL）， the extraction time was 2 h and the temperature was 80 ℃， the yield of polysaccharide from Polygonatum sibiricum stems was 19.87%， the yield of polysaccharides from Polygonatum sibiricum leaf was 17.13%. The results show that the polysaccharide content in the stems of Polygonatum sibiricum are higher than that in leaves， but in general， the polysaccharide content in stems and leaves of Polygonatum sibiricum are still relatively high， and industrial production can be considered for further utilization.

Key words： Polygonatum sibiricum; polysaccharide; extraction process; orthogonal method

黃精（Polygonatum sibiricum）是百合科黃精屬的多年生草本植物[1]，已被作為中草藥使用超過2 000年[2]。根據烘干后根狀莖的形態，習慣上將其分為大黃精、雞頭黃精、姜型黃精三大類[3]。顯著的醫療作用和潛在的市場效益，使得野生黃精的可利用資源迅速縮減，如今人工種植的黃精成為市場供應的主要組成部分。隨著科技的不斷發展，黃精的許多藥用價值陸續被發現，在臨床醫學方面的應用越來越廣泛[4-8]。

多糖的研究利用已經滲透到臨床醫藥、食品工程、化妝品、飼料研發的各個領域[4]。已有研究表明黃精多糖主要由半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、木糖、葡萄糖組成，具有調節免疫力、降低血糖和血脂、抗病毒和腫瘤等功效[5-9]。目前黃精多糖主要是從黃精塊狀根莖中提取出來的植物多糖，因此人們在利用該藥材的時候，都主要采用其地下部分，而地上部分很少被利用。為了最大限度地發揮黃精的藥用價值，提高黃精的經濟效益，本研究對產于恩施的姜型黃精莖和葉中多糖的含量進行檢測，并分析了黃精地上部分多糖的最優提取條件。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和試劑

試驗所用黃精屬于姜型黃精，其莖和葉由湖北省恩施州恩施市大地生物研究所提供。

試驗用無水乙醇、濃硫酸、石油醚、葡萄糖、苯酚等試劑均為分析純，購自天津市北聯精細化學品開發有限公司。

1.2 試驗儀器

DZF-609真空干燥箱（上海精宏設備有限公司），HH-M8D數顯恒溫水浴鍋（上海博迅實業有限公司），TDL-80-2B低速臺式離心機（上海安亭科學儀器廠），UVWIN5紫外分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司），FA1004B 精密電子天平（上海精密科學儀器有限公司），DFY-500搖擺式高速萬能粉碎機（天津泰斯特儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 材料預處理 將黃精的地上莖、葉分開洗干凈，將試驗材料置于60 ℃烘箱中烘干，再將其莖、葉粉碎，用石油醚按照料液比1∶2（g∶mL，下同）進行脫脂，烘干備用。

1.3.2 多糖的提取與測定方法

1）多糖的提取。由于多糖溶于水而不溶于乙醇，所以采取水提法對多糖進行提取。基本流程：藥材脫脂→熱水浸提→離心→收集上清液→濃縮→活性炭除色素→乙醇沉淀→離心→取沉淀物溶于水中，即得到黃精多糖的粗提物[10]。

2）多糖的測定。用苯酚-硫酸法測定多糖的含量[11]。

1.3.3 制作標準曲線

1）配制葡萄糖標準溶液。將無水葡萄糖在105 ℃溫度下烘干至恒重，精確稱取0.1 g無水葡萄糖標準樣品置于100 mL的燒杯中，加入適量的去離子水溶解，然后轉移到1 000 mL容量瓶中，用去離子水定容，即為葡萄糖標準樣品溶液。

2）繪制葡萄糖的標準曲線。將7支20 mL的試管編號，按表1順序分別加入不同體積的葡萄糖標準溶液和去離子水。然后加入1.0 mL 5%的苯酚溶液，再立即加入5.0 mL濃硫酸，蓋上試管搖勻，置于25 ℃下保存30 min。以0號試管為參考，制作葡萄糖的標準曲線。進行3次平行試驗，求平均值。用紫外分光光度計在490 nm波長處，分別測定各組試驗的吸光度值。最后以吸光度值為縱坐標y，以葡萄糖濃度（mg/mL）為橫坐標x，得到標準曲線及回歸方程y=10.506x+0.001 6（R2=0.995）。根據回歸方程計算得出葡萄糖濃度，從而算出多糖提取率，公式如下：

多糖提取率=（C×V×N/W）×100% （1）

式中，C為比色管的溶液濃度（mg/mL），V為提取液體積（mL），N為稀釋倍數，W為樣品干重（g）。

1.4 單因素試驗

分別設計以料液比、提取時間、提取溫度3個因素作單因素試驗，考察各單因素對浸提液中水溶性多糖提取率的影響情況。

1.4.1 料液比 取黃精的莖桿和葉粉末0.4 g，在1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40的料液比條件下提取，考察料液比對多糖提取率的影響。試驗條件為提取次數2次，提取溫度80 ℃，提取時間1 h。

1.4.2 提取時間 分別取黃精的莖和葉粉末0.4 g，在1、2、3、4、5 h的時間條件下，考察提取時間對多糖提取率的影響。試驗條件為提取次數2次，提取溫度80 ℃，料液比1∶20。

1.4.3 提取溫度 分別取黃精的莖和葉粉末0.4 g，在40、50、60、70、80、90 ℃的溫度條件下，考察不同提取溫度對多糖提取率的影響。試驗條件為提取次數2次，料液比1∶20，提取時間1 h。

1.5 正交試驗

根據單因素試驗確定的范圍，取黃精莖、葉混合物（按1∶1混合），進行3因素3水平正交試驗（表2）。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 料液比與多糖提取率的關系 由圖1可見，在試驗條件為提取次數2次，提取溫度80 ℃，提取時間1 h，料液比在1∶10～1∶20 g/mL時，黃精莖和葉中多糖提取率持續增長。當料液比大于1∶20時，多糖提取率不再增長，原因可能是隨著料液比的增加，樣品中的水溶性多糖已經全部溶解在提取液中，故選擇1∶20作為提取黃精多糖的最佳料液比。

2.1.2 提取時間與多糖提取率的關系 由圖2可見，在試驗條件為提取次數2次、提取溫度80 ℃、料液比1∶20時，黃精莖和葉中多糖的提取率在1～2 h明顯增加，在2～4 h呈下降趨勢，4～5 h趨于平穩，可能原因是樣品中水溶性多糖在2 h左右已完全溶解，2 h后繼續提取多糖含量反而降低，可能是由于長時間高溫提取，導致部分水溶性多糖的糖鏈斷裂，故選擇2 h為黃精多糖的最佳提取時間。

2.1.3 提取溫度與多糖提取率的關系 由圖3可知，在試驗條件為提取次數2次、料液比1∶20、提取時間為1 h時，黃精莖和葉中多糖的提取率在溫度小于80 ℃時，隨著溫度升高逐漸增加，在溫度為80 ℃時達到最大，但是溫度超過80 ℃時，多糖的提取率呈降低趨勢，可能的原因是更高的溫度條件導致多糖結構被損壞，故選擇黃精多糖提取溫度為80 ℃。

2.2 正交試驗

由表3、表4可知，優化后的最佳提取工藝組合為A2B2C2，即料液比1∶20、提取時間2 h、溫度80 ℃，各因素之間交互作用不顯著;在3個因素中，對多糖提取率的影響程度從高到低為提取溫度、提取時間、料液比，即在黃精地上部分多糖的提取過程中主要受提取溫度的影響。由表4方差分析可知，提取溫度對黃精的地上部分多糖提取率有極顯著影響（P<0.01）;提取時間對黃精地上部分多糖提取率有顯著影響（P<0.05）;料液比對黃精地上部分多糖提取率影響不顯著（P>0.05）。

2.3 驗證試驗

精確稱取黃精莖和葉的樣品混合粉末1.0 g（1∶1混合），料液比1∶20，在80 ℃的水浴鍋中水浴2 h，重復3次，得到黃精莖和葉的樣品混合粉末的多糖提取率為18.61%，與正交試驗中的最大提取率相近，說明優化后的工藝穩定可靠，重現性比較好。

分別精確稱取黃精莖和葉粉末1.0 g，以上述相同試驗條件，重復3次，得黃精莖多糖平均提取率為19.87%，葉多糖平均提取率為17.13%。

3 小結與討論

正交法優化后在黃精莖和葉等比例混合的材料中，得出最適合提取黃精多糖的工藝為料液比1∶20、提取時間2 h、溫度80 ℃，多糖的提取率為18.61%。此外通過以上試驗對比，發現黃精莖中多糖提取率略高于葉。

研究表明，黃精不論是莖還是葉中都含有大量的多糖。在當前黃精市場需求持續提高的情況下，對黃精的地上部分進行開發利用，可以進一步提高黃精的利用率，提升其經濟效益。此外，通過本研究優化后的提取工藝，可為后續黃精地上部分開發黃精茶葉提供一定的技術支撐。

總體而言，本試驗研究了黃精莖和葉中多糖的含量，為其開發利用提供了一定方向，但試驗中也存在一些不足。本試驗所用到的標準品葡萄糖，沒有在試驗之前做一個相對準確的紫外掃描吸收光譜，可能導致試驗結果存在一定偏差。后續研究中可以先確定標準品葡萄糖的紫外掃描吸收光譜，以確定其最大吸收峰。同時如果要進一步得到準確的數據，在提取的過程中還要檢驗提取液中是否存在其他的雜質，如用紫外分光光度計測定波長時，還應該進一步鑒定提取液中是否存在蛋白質、色素等雜質。本研究提到的黃精茶葉只是考慮到多糖成分，事實上黃精地上部分的其他主要有效成分如甾體皂苷、黃酮類和生物堿也有很好的食療價值，后續的研究中將黃精莖和葉的有效成分進行綜合分析，才能實現對黃精資源最大限度的利用。

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