正交試驗優化恒山黃芪多糖微波輔助提取工藝

梁泰帥　張淼　姜佳琪

【摘 要】 目的：借助微波輔助提取技術，探究恒山黃芪多糖提取的最優工藝條件。方法：以恒山黃芪飲片為材料，首先采用單因素試驗考察液固比（因素A）、提取次數（因素B）、微波時間（因素C）和微波功率（因素D）對黃芪多糖產率的影響，通過正交試驗優選黃芪多糖的微波輔助最佳提取工藝。結果：黃芪多糖微波輔助提取的最優條件組合為A₂B₂C₂D₃，即因素A設置為20∶1，因素B設置為3次、因素C設置為10 min和因素D設置為450 W，并對此提取條件驗證3次，多糖產率分別為7.96%、7.84%和8.12%，平均產率為7.97%，RSD為1.76%。結論：該微波輔助提取工藝可操作性強、設備要求低且提取效率較高，為晉產道地藥材恒山黃芪的進一步開發提供了理論參考。

【關鍵詞】 恒山黃芪;多糖;微波輔助提取;正交試驗

【中圖分類號】R284.2 【文獻標志碼】 A【文章編號】1007-8517（2022）01-0063-05

Optimization of Microwave-assisted Extraction Process of ?Hengshan Astragalus Polysaccharides by Orthogonal Test

LIANG Taishuai* ZHANG Miao JIANG Jiaqi

College of Pharmacy， Shanxi Medical University， Taiyuan 030001， China

Abstract：Objective To explore the optimal extraction conditions of Hengshan Astragalus polysaccharides by microwave-assisted extraction technology.Methods Taking Hengshan Astragalus as experimental materials， the effects of liquid-solid ratio （factor A）， extraction times （factor B）， microwave time （factor C） and microwave power （factor D） on the yield of Astragalus polysaccharides were investigated by single factor test， and the microwave-assisted extraction process of Astragalus polysaccharides was determined by orthogonal test.Results The optimal conditions for microwave-assisted extraction of Astragalus polysaccharides were A₂B₂C₂D₃with factor A set at 20∶1， factor B set at 3 times， factor C set at 10 min and factor D set at 450 W. The extraction conditions were verified for 3 times with the yield of Astragalus polysaccharides was 7.96%， 7.84% and 8.12%， the average yield was 7.97%， and RSD was 1.76%. Conclusion The microwave-assisted extraction process has strong operability， low equipment requirements and high extraction efficiency， which provides a theoretical reference for the further development of Hengshan Astragalus.

Key?words：Hengshan Astragalus;Polysaccharides;Microwave-Assisted Extractions;Orthogonal Test

黃芪是“十大晉藥”中藥材之一，在《中國藥典》（2015年版）中規定為豆科植物蒙古黃芪或膜莢黃芪的干燥根，具有補氣固表、利尿、降壓、加強毛細管抵抗力等功效。其中，主產于北岳恒山的恒山黃芪（也稱為正北芪）品質最優，具有條勻順直、藥性強、粉性和甜味足、豆腥味濃等特點。研究表明，多糖是發揮黃芪藥效作用的功能性成分之一，具有增強免疫、調節血糖等多種藥理作用。近年來，微波輔助提取技術被廣泛應用于植物有效成分的提取過程中，其主要借助介電加熱和離子傳導作用進行物質的快速提取，具有節能、省時、高效、副產品少等優點。目前微波輔助提取技術在晉產道地藥材恒山黃芪多糖提取方面的應用尚未見報道，鑒于此，試驗以恒山黃芪飲片為材料，首先采用單因素試驗考察液固比（因素A）、提取次數（因素B）、微波時間（因素C）和微波功率（因素D）四個因素對黃芪多糖產率的影響，并通過L₉（3⁴）正交試驗設計優選黃芪多糖的微波輔助最佳提取工藝，旨在為恒山黃芪資源的深度開發利用奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試藥 恒山黃芪飲片購自山西渾源萬生黃芪開發有限公司，經山西醫科大學劉恩荔副教授鑒定為蒙古黃芪Astragalus membranaceus var.?Mongholicus，60 ℃烘干后粉碎備用;無水葡萄糖（純度≥98%）、苯酚、濃硫酸等試劑均為分析純。

1.2 儀器 試驗所需主要儀器見表1。

1.3 方法

1.3.1 黃芪多糖的提取 黃芪多糖的提取按照魏增云等的方法：準確稱取黃芪粉末5 g和一定體積的純化水于250 mL的三角瓶中，按照一定的微波條件（因素A、B、C和D）提取黃芪多糖，冷卻至室溫后離心，上清液即為供試品溶液。

1.3.2 標準曲線的制作及多糖產率的計算 標準曲線的制作按照王珊珊和鮑慧的方法（硫酸-苯酚法），取7只 25 mL刻度試管分別精確加入葡萄糖對照品溶液（100 μg/mL）0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL，并向各試管添加純化水至體積為2 mL，分別向各試管內加入5%的苯酚溶液（臨用前配制）1 mL，混勻后快速加入濃硫酸5 mL，混勻后將全部試管放置沸水浴中顯色15 min，取出后快速置于冰水中冷卻，以2 mL的純化水作試劑空白，在490 nm處測定吸光度，分別以吸光度（Y）和葡萄糖濃度（X，μg/mL）為縱、橫坐標，擬合得回歸方程為Y=0.0171X-0.0203，R²=0.9994。

精確吸取黃芪多糖供試品溶液1 mL按照上述硫酸-苯酚法“添加純化水至體積為2 mL……取出后快速置于冰水中冷卻”處理后測定吸光度，并代入回歸方程計算多糖濃度，按照下式計算多糖產率：黃芪多糖產率（%）=濃度（μg/mL）×稀釋倍數×提取液體積（mL）/[黃芪粉末質量（g）×10⁶]×100。

1.3.3 精密度試驗 準確吸取葡萄糖對照品溶液（100 μg/mL）1 mL，加純化水補至體積為2 mL，按照“1.3.2”項下硫酸-苯酚法操作重復測定吸光度6次，結果RSD為0.92%，表明儀器精密度良好。

1.3.4 穩定性試驗 準確吸取供試品溶液1 mL，加純化水補至體積為2 mL，按照“1.3.2”項下硫酸-苯酚法操作，依次在0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、24 h測定吸光度，結果RSD為0.48%，表明供試品溶液在顯色后的24 h內穩定。

1.3.5 重復性試驗 分別精確稱取6份黃芪粉末5 g于250 mL的三角瓶中，按照“1.3.1”項下方法平行制備6份供試品溶液，各取1 mL于25 mL刻度試管中并添加純化水補至體積為2 mL，按照“1.3.2”項下硫酸-苯酚法操作測定吸光度，結果RSD為0.89%，表明此方法重復性良好。

1.3.6 加樣回收試驗 準確稱取6份已知含量（14.274 mg/g）的黃芪粉末2.5 g，分別精確加入葡萄糖對照品35.7 mg，按照“1.3.1”項下方法制備供試品溶液和“1.3.2”項下硫酸-苯酚法操作測定吸光度，如表2所示，平均回收率為100.51%，RSD為1.13%，表明回收率結果較好。

1.3.7 單因素試驗 按照“1.3.1”項下供試品溶液制備方法和“1.3.2”項下硫酸-苯酚法，分別探討液固比（10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1，固定提取次數為2次、微波時間為15 min及微波功率為350 W）、提取次數（1、2、3、4、5次，固定液固比為20∶1、微波時間為15 min及微波功率為350 W）、微波時間（5、10、15、20、25 min，固定液固比為20∶1、提取次數為2次、微波功率為350 W）、微波功率（250、350、450、550、650 W，固定液固比為20∶1、提取次數為2次及微波時間為15 min）對黃芪多糖產率的影響。

1.3.8 正交試驗設計 基于單因素試驗結果，采用四因素三水平（表3）正交試驗設計對黃芪多糖提取的條件組合進行優化。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗由圖1可知，隨著因素A、C、D的增加，黃芪多糖產率均呈先升后降趨勢，且分別在因素A為20∶1、因素C為10 min和因素D為350 W時多糖產率達到最大值。當因素A超過20∶1時多糖產率下降可能是由于單位體積液料吸收的微波能降低而不利于黃芪細胞的破裂，導致多糖未能充分溶解出來，因素C和D超過10 min和350 W時多糖產率下降可能是由于較長的微波時間和較高的微波功率引起提取裝置內溫度過高，導致多糖結構遭到破壞。而隨著因素B的增加，多糖產率顯著增加，超過3次時多糖產率變化差異不明顯，實際生產中提取次數過多既浪費溶劑又會降低提取效率。因此綜合選擇設置20∶1、3次、10 min、350 W分別為因素A、B、C、D的最佳試驗條件。

2.2 正交試驗 由表4中R值（極差）可知，四個因素對黃芪多糖產率的影響程度依次為因素D、因素B、因素A和因素C，同時從表5可知，四個因素均顯著影響黃芪多糖的產率。從表4中K₁、K₂、K₃的大小分析得出，黃芪多糖微波輔助提取的最優條件組合為A₂B₂C₂D₃，即因素A設置為20∶1，因素B設置為3次、因素C設置為10 min和因素D設置為450 W。

2.3 驗證試驗 為驗證L₉（3⁴）正交試驗結果的可靠性，準確稱取3份黃芪粉末（每份5 g）于250 mL的三角瓶中，分別在A₂B₂C₂D₃條件下進行3次平行提取試驗，驗證結果見表6，黃芪多糖平均產率為7.97%，均高于單因素試驗和正交試驗的多糖產率，表明通過L₉（3⁴）正交試驗篩選獲得黃芪多糖微波輔助提取的最優條件（A₂B₂C₂D₃）穩定合理。

3 討論

試驗通過微波輔助提取法，采用單因素試驗和L₉（3⁴）正交試驗得到恒山黃芪多糖微波輔助提取的最優條件組合為A₂B₂C₂D₃，在此提取條件下黃芪多糖的平均產率為7.97 %，要高于大多數文獻報道中的黃芪多糖產率。本試驗確定的恒山黃芪多糖微波輔助提取工藝重復性和穩定性較好、操作簡單且多糖產率較高，具有較大的實際生產指導價值，為恒山黃芪資源的深度開發利用奠定了理論基礎。

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（收稿日期：2021-05-12 編輯：劉 斌）