超聲波輔助酶法優化茶陵白芷多糖提取工藝的研究

◎ 胡 鵬，陳光靜，李福元，劉 艷，李志華

（1.湖南中醫藥高等?？茖W校，湖南 株洲 412012；2.貴陽學院 食品與制藥工程學院，貴州 貴陽 550005）

白芷，一種用途非常廣的藥食同源材料，既可作為中藥治療疾病，又可作為香料做美容用品，還可用于食材。中藥白芷以根入藥，有祛病除濕、排膿生肌、活血止痛等功能[1-3]。茶陵白芷栽培歷史已有2 000多年，是茶陵“三寶”之一，譽滿全國。茶陵白芷古稱“楚芷”，今稱“茶芷”，和“杭芷”“川芷”并列為全國三大名芷，1987年出版的《全國土特產大全》，茶芷名列白芷榜首。2021年，茶陵白芷經國家知識產權局批準，成功注冊地理標志證明商標。目前，白芷香豆素和揮發油在藥學和調味品領域均有所研究，但對茶陵白芷中的多糖還沒有相關研究[4-5]。

多糖的提取方法主要有水提醇沉法、微波提取法、超臨界流體提取、超高壓提取、超聲波輔助提取法和酶提取法等[6-9]。本試驗采用超聲波輔助纖維素酶法提取茶陵白芷多糖，采用單因素試驗和正交試驗進行提取工藝優化，為茶陵白芷多糖的開發利用提供理論依據和數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶陵白芷購自湖南省茶陵藥材市場，經鑒定為茶陵白芷的干燥根，粉碎成粉備用。

濃硫酸：株洲星空化玻有限公司；葡萄糖、苯酚、正丁醇、石油醚和乙醇：上海麥克林生化科技有限公司；纖維素酶（酶活力＞30 000 U·g-1）：和氏璧生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

KQ-100DE型數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；紫外可見分光光度計，上海精科儀電分析儀器有限公司；中藥粉碎機，溫嶺市林大機械有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 超聲波輔助纖維素酶法提取茶陵白芷多糖及含量測定

（1）超聲波輔助酶法提取茶陵白芷多糖。茶陵白芷→烘干→粉碎→索氏提取器抽提脫脂→烘干→加純凈水→加纖維素酶→超聲波提取→沸水滅酶→過濾→濾液真空蒸發濃縮→醇沉→離心→沉淀用無水乙醇、乙醚洗滌→烘干→多糖[10]。

（2）多糖含量的測定。采用苯酚-硫酸法測定[11]。

1.3.2 單因素試驗

在固定料液比1∶30（g∶mL），超聲功率240 W，酶解溫度60 ℃，酶解時間40 min，pH=5.0的條件下，考察纖維素酶添加量分別為2%、3%、4%、5%和6%（以干樣質量百分數計）時茶陵白芷多糖的提取率。

在固定料液比1∶30（g∶mL），超聲功率240 W，酶解溫度60 ℃，酶解時間40 min，纖維素酶添加量為5%的條件下，考察pH值分別為2、3、4、5及6時茶陵白芷多糖的提取率。

在固定料液比1∶30（g∶mL），超聲功率240 W，酶解時間40 min，纖維素酶添加量為5%，pH=5的條件下，考察酶解溫度分別為45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃和65 ℃時的茶陵白芷多糖的提取率。

在固定料液比1∶30（g∶mL），超聲功率240 W，酶解溫度60 ℃，纖維素酶添加量為5%，pH=5的條件下，考察酶解時間分別為10 min、20 min、30 min、40 min和50 min下茶陵白芷多糖的提取率。

1.3.3 正交試驗

以單因素試驗結果為基礎，選擇纖維素酶添加量、酶解溫度、酶解時間和酶解pH值作為考察因素，進行4因素3水平的正交試驗設計L9(34)。正交試驗因素水平設計見表1。

表1 正交試驗因素水平表

1.4 數據處理

使用Excel進行圖表的繪制，正交軟件和SPSS 23.0軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 茶陵白芷多糖含量標準曲線

按照葡萄糖濃度和測定的吸光度計算出線性回歸方程為y=0.010 5x-0.003 7，R2=0.999 3，茶陵白芷多糖標準曲線見圖1。

2.2 單因素試驗

2.1.1 纖維素酶添加量對茶陵白芷多糖提取率的影響

由圖2可知，隨著纖維素酶添加量的增加，茶陵白芷多糖的提取率先增加后減小，在纖維素酶添加量為5%時茶陵白芷提取率最高，纖維素酶的添加量過大，會產生競爭性抑制反應。因此選擇纖維素酶添加量4%、5%、6%進行后續正交試驗。

2.1.2 pH值對茶陵白芷多糖提取率的影響

由圖3可知，酶解pH值為4時茶陵白芷多糖的提取率最大，可見纖維素酶在pH=4時具有較高的活性，所以選擇酶解pH值為3、4、5進行后續的正交試驗。

2.1.3 酶解溫度對茶陵白芷多糖提取率的影響

由圖4可知，溫度低于55 ℃時，茶陵白芷多糖提取率逐漸增加，在55 ℃時茶陵白芷多糖提取率最大，溫度高于55 ℃時，茶陵白芷多糖提取率逐漸降低。溫度的增加有利于多糖提取，但溫度過高會導致纖維素酶失活，從而使多糖提取率降低。因此，選擇纖維素酶酶解溫度50 ℃、55 ℃、60 ℃進行后續的正交試驗。

2.1.4 酶解時間對茶陵白芷多糖提取率的影響

由圖5可知，隨著酶解時間的增加，茶陵白芷多糖的提取率也在不斷增加。酶解時間在30 min內，茶陵白芷多糖的提取率增加較快，在30 min后多糖的提取率增加緩慢?？紤]到提取效率，選擇酶解時間20 min、30 min、40 min進行后續的正交試驗。

2.2 茶陵白芷多糖提取工藝優化

以茶陵白芷提取率作為評價指標，試驗結果見表2。由表2可知，超聲波輔助纖維素酶法提取茶陵白芷多糖提取率的影響因素主次排列順序為酶解pH值＞酶解溫度＞酶添加量＞酶解時間，酶解時間對茶陵白芷多糖的提取影響最小，綜合考慮，得出最優組合為A2B2C2D2，即酶解溫度為55 ℃、pH值為4、酶解時間為30 min，酶添加量為5%。對此進行補充驗證試驗，得到茶陵白芷多糖提取率為22.37%。

表2 正交試驗結果表

3 結論

影響超聲波輔助酶法提取茶陵白芷多糖提取率的主次因素排列順序為酶解pH值＞酶解溫度＞酶添加量＞酶解時間，酶解時間對茶陵白芷多糖的提取影響最小，綜合考慮，得出最優組合為A2B2C2D2，即酶解溫度為55 ℃、pH值為4、酶解時間為30 min，酶添加量為5%。對此進行補充驗證試驗，得到茶陵白芷多糖提取率為22.37%。