黃芪多糖提取工藝研究

白淑坤，劉 凱，趙芬芬

（1.鄭州黃河護理職業學院，河南鄭州 450066；2.新鄉醫學院三全學院，河南新鄉 453003；3.鄭州黃河護理職業學院，河南鄭州 450066）

黃芪（Astragalus membranaceus）又名黃耆，是豆科植物蒙古黃芪Astragalus membranaceus Bge. var.mongholicus（Bge.）Hsiao 和膜莢黃芪A.membranaceus（Fisch.）Bge. 的干燥根（司晶晶等，2022），多生長在我國東北、華北、西北等地區。黃芪多糖作為黃芪的重要組成成分，具有極強的免疫活性（蔡明燴等，2021）和抗衰老、抗菌、抗病毒、抗腫瘤等功效（穆飛艷等，2022）。近年來，隨著農業農村部第194 號公告規定禁止在我國飼料產品中添加含有除中藥類以外的促生長類藥物飼料添加劑（郭盛等，2020），畜牧養殖產業更致力于天然中草藥飼料添加劑的開發與研究，以減少禁用傳統抗生素后對養殖產業的沖擊。目前，專家學者將黃芪多糖作為飼料添加劑開展了諸多研究，獲得了良好的效果（桂文龍和李巨銀，2023 ；于阿男等，2023 ；張璽等，2023）。因此，從黃芪中提取黃芪多糖在飼料領域具有極大的應用潛力和發展前景。當前，黃芪多糖主要的提取制備方法有水提醇沉法（權彥等，2018）、堿溶提取法（謝丹丹等，2019）、堿醇提取法（田洛等，2006）、酶輔助提取法（張曉偉等，2007）、超聲輔助提取法（朱雙雙等，2022）和生物發酵提取法（陳麗艷等，2011）等。其中超聲輔助提取法具有省時高效且提取雜質少等優點，因此，本研究以黃芪為原料，采用正交設計優化黃芪多糖的超聲輔助提取工藝，旨在進一步推動黃芪多糖在畜牧生產中的應用與開發。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑 黃芪（甘肅省定西市隴西縣，三年生栽培黃芪）：市售。無水乙醇、苯酚、濃硫酸、葡萄糖等均為分析純。

1.2 試驗儀器與設備 FJ-7200 型紫外可見分光光度計，尤尼柯（上海）儀器有限公司；電子天平AL204，梅特勒托利多儀器（上海）有限公司；JXFSTPRP-11-01 型液氮冷凍低溫粉碎機，上海凈信實業發展有限公司；數顯恒溫水浴鍋H-8，上海浦東物理光學儀器廠；TGL16M 型冷凍離心機，長沙英泰儀器有限公司；KQ5200DE 型數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；101A-3ET 型電熱鼓風干燥箱，上海實驗儀器廠有限公司。

1.3 黃精多糖的提取與含量測定

1.3.1 原料處理 將黃芪洗凈切片后置于鼓風干燥箱烘干，再用粉碎機磨成細粉，過40 目篩。稱取黃芪粉末樣品置于圓底燒瓶中，加入10 倍量的80% 乙醇，回流提取3 次，每次2 h，去除醇溶類雜質。回流提取后60℃烘干備用。

1.3.2 黃芪多糖的提取 精密稱取1.3.1 處理過的黃芪粉末5 g 于錐形瓶中，加入適量去離子水攪拌均勻，置于超聲儀中，控制料液比、提取溫度、提取時間進行超聲輔助提取。提取后離心得到濾液，稀釋至50 mL 的黃芪多糖待測液。

1.3.3 最大吸收波長的確定 取1.3.2 黃芪多糖提取物，采用苯酚—硫酸法（藍永鋒和歐國燈，2014）在紫外分光光度計400 ～900 nm 波長范圍內進行掃描，結果如圖1 所示。可以看出，在波長為488.2 nm 出現峰值，故確定488 nm 為測定波長。

圖1 提取物紫外光譜分析圖

1.3.4 標準曲線制作及提取率

1.3.4.1 標準曲線制作 精密稱取對照品D-葡萄糖10.0 mg，加入適量蒸餾水，配置濃度為

1.0 mg/mL 的葡萄糖標準溶液，再分別量取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL 標準品溶液于100 mL 容量瓶中，依次加入0.5 mL 的5% 苯酚溶液和5 mL的98% 濃硫酸溶液，混合均勻后置于沸水浴中加熱20 min，冷卻后加蒸餾水至容量刻度。用紫外分光光度計在波長488 nm 處分別測其吸光度值。以D- 葡萄糖濃度（μg/mL）為橫坐標X，吸光度作為坐標Y，繪制標準曲線，得到標準曲線方程式：Y ＝0.0129X+0.0197，R2＝0.9963。見表1。

表1 葡萄糖標準曲線 μg/mL

1.3.4.2 黃芪多糖提取率的計算 計算公式如下：

式中：A 為黃芪多糖提取液吸光度；n 為稀釋的倍數；V 為黃芪多糖提取液總體積，mL；m為黃芪的質量，g。

1.4 試驗設計 單因素試驗：準確稱取5 g 黃芪粉末于反應瓶中，對提取溫度、提取時間、料液比和超聲功率4 個因素進行研究，固定其中3 個因素處于中間水平，改變第4 個因素進行。

正交試驗：選擇提取溫度、提取時間、料液比和超聲功率為研究因素，以黃芪多糖的提取率為評價指標，設計正交試驗L9（34），優化最佳提取工藝條件，因素及水平見表2。

表2 正交試驗設計

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 提取時間對提取率的影響 按1.3.2 進行試驗，設定料液比為1 ∶20（g/mL），提取時間為30 min，超聲功率為300 W，改變提取溫度為40、50、60、70、80℃。

由圖2 可知，隨著提取溫度的升高，黃芪多糖的提取率呈先升高后降低的狀態。當提取溫度為70℃時，黃芪多糖的提取率達到最大值。這是因為最初隨著溫度的升高，分子熱運動加快，致使黃芪多糖的溶解度增加，所以提取率增加，但溫度一旦過高后，高溫會導致黃芪多糖結構被破壞，多糖分子量降低，從而出現提取率下降的情況（余萍等，2021）。

圖2 提取溫度對提取率的影響

2.1.2 提取時間對提取率的影響 按1.3.2 進行試驗，設定料液比為1 ∶20（g/mL），提取溫度為70℃，超聲功率為300 W，改變提取時間為10、20、30、40、50 min。

由圖3 可知，隨著提取時間的增加，黃芪多糖的提取率呈先升高后降低的狀態。當提取時間為20 min 時，黃芪多糖的提取率達到最大值。這是因為超聲波對細胞膜的破碎作用隨時間的延長而增大，致使多糖溶出量增加，但隨著超聲波提取時間的進一步延長，超聲波具有較強的機械剪切作用，可使多糖斷裂，并且時間過長還會使溶解的雜質增多，導致黃芪多糖提取率降低（呂幫玉等，2009）。

圖3 提取時間對提取率的影響

2.1.3 料液比對提取率的影響 按1.3.2 進行試驗，設定提取溫度為70℃，提取時間為20 min，超聲功率為300 W，改變料液比為1 ∶5、1 ∶10、1 ∶15、1 ∶20、1 ∶25（g/mL）。

由圖4 可知，隨著料液比的增加，黃芪多糖的提取率持續提高，但當料液比＞1 ∶15（g/mL）時，黃芪多糖的提取率增長較為緩慢。這是因為隨料液比的增加，單位質量黃芪的提取溶劑增加，而提取溶劑增加，有利于黃芪多糖的溶解，使提取率不斷增加。但當料液比超過1 ∶15（g/mL）時，黃芪中的黃芪多糖絕大部分已被提取出來，再增加料液比，提取率盡管有所增加，但基本趨于不變（郭曉莎和劉軍海，2023）。因此，綜合考慮得率、溶劑用量和溶劑回收幾方面，選取1 ∶15（g/mL）作為最佳料液比。

圖4 料液比對提取率的影響

2.1.4 超聲功率對提取率的影響 按1.3.2 進行試驗，設定提取溫度為70℃，提取時間為20 min，料液比為1 ∶15（g/mL），改變超聲功率為100、200、300、400、500 W。

由圖5 可知，隨著超聲功率的增大，黃芪多糖的提取率呈先升高后降低的狀態。當超聲功率為300 W 時，黃芪多糖的提取率達到最大值。這是因為在一定功率范圍內，超聲功率增大帶來的空化效應增強，有利于提取溶劑進入黃芪內部，加速黃芪多糖的溶解，提取率不斷增加。但隨著功率的進一步增強，空化效應的進一步增強會導致多糖糖苷鍵斷裂，進而造成降解，提取率反而降低（朱雙雙和楊濤，2022）。

圖5 超聲功率對提取率的影響

2.2 正交試驗 由表3 可知，4 個因素對多糖得率影響從大到小依次為提取時間＞料液比＞提取溫度＞超聲功率，提取黃芪多糖的最佳條件為A3B2C3D2，即提取溫度為80℃，提取時間為20 min，料液比1 ∶20（g/mL），超聲功率為300 W，在此條件下，黃芪多糖的提取率為9.87%。

表3 正交試驗結果

3 結論

超聲波輔助提取法已被廣泛應用于黃芪多糖的快速提取，由正交試驗結果可知，黃芪多糖最佳提取條件為提取溫度80℃，提取時間20 min，料液比為1 ∶20（g/mL），超聲功率為300 W，在此條件下，黃芪多糖的提取率為9.87%。