楊小舟，張 繼，楊曉龍，王俊龍，高 峰

（西北師范大學生命科學學院，甘肅蘭州 730070）

微波輔助提取黃參多糖的工藝研究

楊小舟，張 繼，楊曉龍，王俊龍，高 峰

（西北師范大學生命科學學院，甘肅蘭州 730070）

用微波輔助提取黃參多糖，首先通過單因素實驗選取影響因素與水平，然后在單因素實驗的基礎上采用三因素三水平的Box-Benhnhen設計，依據回歸分析確定最佳提取工藝條件為：微波作用時間11.2min，微波功率375W，料液比1∶43g/mL，實際得率為11.7%，明顯大于常規(guī)法得率6.2%。與常規(guī)提取方法相比，微波輔助提取法具有提取時間短、提取率高等優(yōu)點。

黃參多糖，微波提取，響應面分析

多糖是一類來源于植物、動物、真菌和微生物的生物高分子化合物。近幾十年，由于它們具有的生物、化學和物理方面的獨特性質而備受關注[1]。迷果芹（Sphallerocarpus gracilis）為傘形科（Umbelliferae）迷果芹屬迷果芹的肉質根莖，又名黃參、黃葑、小葉山紅羅卜，在我國黑龍江、吉林、甘肅、新疆、青海等地和蒙古及前蘇聯西伯利亞東部及遠東地區(qū)均有分布。黃參肉質根莖是一種純天然保健食品，其中多糖是主要營養(yǎng)成分[2]。賈磊[3-4]等通過實驗證實，黃參多糖（Sphallerocarpus gracilis polysaccharides，SGP）對運動時能量補充及激發(fā)糖代謝和能量代謝酶系活性有積極作用，并能對小鼠骨骼肌自由基代謝和超微結構產生深刻影響，同時在提高機體免疫能力及抗疲勞方面也有顯著功效。微波輔助提取技術是一種新型提取方法，與傳統(tǒng)水浸提取相比，其能縮短提取時間，提高提取得率[5]。目前對黃芪多糖提取的研究多集中在加熱浸提上[6-7]，而用微波輔助提取工藝優(yōu)化條件的研究還沒有報道。本工藝對此進行了研究，確定了優(yōu)化條件，并與加熱浸提法進行了比較。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃參 采自甘肅省張掖市山丹縣，傘形科迷果芹屬迷果芹肉質根；乙醇、苯酚、濃硫酸、葡萄糖等 均為分析純。

MG08S-2B微波實驗儀 南京江研微波系統(tǒng)工程有限公司；EYELA旋轉蒸發(fā)儀 上海愛朗儀器有限公司；LGJ-18S冷凍干燥機 北京松源華興科技發(fā)展有限公司；TDL5M臺式大容量冷凍離心機。

1.2 實驗方法

1.2.1 黃參多糖的提取 將干凈的黃參肉質根于60℃下烘干，然后用粉碎機粉碎，過100篩。

稱取一定量過完篩的黃參粉末，按照實驗設計的微波作用時間、微波作用功率、料液比條件進行微波輔助浸提，冷卻后4000r/min離心10min，抽濾后棄去殘渣。將上清液旋轉蒸發(fā)濃縮到原體積的1/5，加入95%的乙醇，終體積為80%。靜置幾分鐘后多糖會沉淀下來，然后再次4000r/m in離心10m in，棄去上清液，向離心管內加入少許蒸餾水，用玻璃棒攪拌使之溶解后倒入培養(yǎng)皿中，醇沉，冷凍干燥，得到黃參粗多糖。

1.2.2 多糖提取的單因素實驗 按照不同的微波作用時間、微波作用功率、料液比提取黃參多糖，實驗重復3次，計算多糖得率。

1.2.3 響應面優(yōu)化設計實驗及數據處理方法 根據Box-Benhnhen設計原理，綜合單因素影響實驗結果，選取微波作用時間、微波功率和料液比三個對黃參多糖微波輔助提取影響顯著的因素，在單因素實驗的基礎上采用三因素三水平的響應面分析方法，實驗因素與水平設計見表1。

表1 黃參多糖提取響應面分析因素與水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnhen design teston SGPextraction conditions

采用Design Expert 7.0軟件對實驗數據進行回歸分析，多項式模型方程擬合可靠性由R2表達，其統(tǒng)計學上的顯著性由F值檢驗。影響因素的線性效應、平方效應及其交互效應的顯著性由模型系數的P值檢驗。

1.2.4 得率和糖含量的計算方法

得率（%）=黃參粗多糖重量/黃參粉末重量×100%

苯酚硫酸法測定總糖含量。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗結果分析

2.1.1 微波作用時間對黃參粗多糖得率的影響 設定微波作用功率為300W，料液比為1∶50g/m L，分別選擇微波作用時間為2、6、8、10、12m in進行單因素實驗，求得多糖得率。

圖1 微波作用時間對黃參多糖得率的影響Fig.1 Effect ofmicrowave extracting time on the polysaccharide extraction rate

由圖1可知，當微波作用時間在10m in以內時，隨著時間的延長，多糖得率逐漸提高。這是由于微波不僅具有快速均勻的加熱功能，還能因促使實驗材料的細胞膜破裂而加速多糖分子對基體的滲透和溶解，使多糖被快速釋放出來[8]，所以凈多糖提取率隨微波提取時間延長而上升得比較快。但隨著時間的延長，多糖擴散作用減慢并逐漸達到平衡，而多糖得率不再增加。根據本實驗結果，微波處理時間宜選擇10m in較合適。

2.1.2 微波作用功率對黃參粗多糖得率的影響 設定微波作用時間為10m in，料液比為1∶50g/m L，分別選擇微波作用功率為100、200、300、400、500W進行單因素實驗，求得多糖得率。

圖2 微波作用功率對黃參多糖得率的影響Fig.2 Effect ofmicrowave power on the polysaccharide extraction rate

由圖2可知，隨著微波作用功率的增大，多糖得率也隨之逐漸增大，其原因可能是當微波輻射時間一定時，輻射功率越高，物系吸收微波能越多，物系溫升越快，固液傳質速度亦越快；且溫度越高，對物料細胞破壞作用越大[9]。功率大于300W以后，得率增加不明顯，考慮能耗和生產成本，選擇300W較為合理。

2.1.3 料液比對黃參粗多糖得率的影響 設定微波作用時間為10m in，微波作用功率為300W，選擇料液分別比為1∶10、1∶30、1∶50、1∶70、1∶90g/m L進行單因素實驗，求得多糖得率。

圖3 料液比對黃參多糖得率的影響Fig.3 Effectof ratio ofwater and material on the polysaccharide extraction rate

由圖3可以看出，在所選范圍之內，料液比增大，多糖提取得率增大，當料液比1∶50g/m L時提取得率最大，之后出現小幅度的降低。這是因為料液比偏小時，固液相中有效成分的濃度差偏小，提取過程中傳質速度慢，多糖溶入溶劑的量偏少；隨著料液比的增大，提取過程中兩相濃度差增大，傳質速度加快，多糖在溶劑中的量不斷增加。當料液比增加到一定程度時，雖然兩相中有效成分的濃度差依然存在，但傳質動力增加不大，所以多糖的提取率增幅不明顯[10]。再綜合操作過程中的相對損失，因此有可能出現得率下降的情況。綜合考慮資源的有效利用及降低能耗兩方面，采用1∶50g/m L的料液比較適宜。

2.2 響應面法對微波輔助提取黃參多糖工藝條件的優(yōu)化

在單因素實驗基礎上，以微波作用時間、微波功率和料液比作為自變量，進行三因素三水平Box－Behnken的中心組合實驗設計，因素水平表如表1所示。微波作用時間（A）、微波功率（B）和料液比（C）編碼值與實驗值間的轉換公式為：A=（Z1－10）/10，B=（Z2－400）/100，C=（Z3－50）/20。以黃參多糖得率為響應值進行響應面分析實驗，結果如表2所示。表2中實驗1～12為析因實驗，13～17為中心實驗。17個實驗點分為分析因點和零點，其中析因點位自變量取值在A、B、C所構成的三維頂點，零點為區(qū)域的中心點。零點實驗重復5次，用以估計實驗誤差。

表2 黃參多糖提取響應面分析方案及結果Table 2 Design scheme and results of Box－Behnhen teston SGP extraction conditions

利用統(tǒng)計分析軟件Design－Expert 7.0對實驗數據進行分析，結果見表3。因子經回歸擬合，解得回歸方程為：Y=3.38500A+0.04835B+0.19500C－0.0003AB－0.00043AC+0.00001BC－0.01400A2－0.00005B2－0.00012C2－22.41375

回歸模型的R2為0.9534，說明模型的擬合度很好，響應值的95.34%是由于所選變量引起，采用F檢驗方法對模型的顯著性進行分析，F值為15.92，p值小于0.01，表明模型是極顯著的，可以采用回歸模型對響應值進行預測。模型失擬項P=0.885，不顯著，表明該回歸模型對實驗結果擬合良好，實驗誤差小。

采用F檢驗的方法對回歸模型的各項系數進行檢測，以評價各項對響應值影響的顯著性，p值小于0.05的項為顯著項，小于0.01為極顯著。由表4的分析結果可以看出，各因素中一次項A、B、C為極顯著，二次項中除了C2也均為極顯著，但是交互項AB、AC、BC不顯著，表明各因素對響應值的影響沒有明顯的交互作用。

表3 回歸模型顯著性檢驗及方差分析Table 3 Significance testand variance analysis for the regressionmodel

表4 回歸模型系數顯著性檢驗Table 4 Significance test for each item in the regressionmodel

圖4 微波作用時間和功率對多糖得率的響應面圖Fig.4 Response surface plot for effects of extraction time and microwave power on response value of SGPextraction yield

圖5 微波作用時間和料液比對多糖得率的響應面圖Fig.5 Response surface plot for effects of extraction time and liquid－solid ratio on response value of SGP extraction yield

圖6 微波作用功率和料液比對多糖得率的響應面圖Fig.6 Response surface plot for effectofmicrowave power and liquid－solid ratio on response value of SGP extraction yield

根據回歸分析方程在考察的區(qū)域內繪制響應面圖（圖4～圖6）?？梢?，三個響應曲面均為開口向下的凸形曲面，說明響應值（多糖浸出率）存在極高值。圖4顯示了A與B對響應值Y的交互影響效應。A在高、低水平時，隨著B的增加，Y均逐漸增加，表現出相同的效果。說明AB對響應值Y無顯著交互作用。圖5、圖6與圖4的規(guī)律相似。3個因素對Y值的影響以及各因素之間的交互影響與回歸分析結果吻合。

根據所得到的回歸模型，可預測最佳工藝條件為微波作用時間11.21min，微波功率375.34W，料液比為1∶42.68?？紤]到實際操作的便利，將最佳工藝條件修正為微波作用時間11.2min，微波功率375W，料液比1∶43，在此條件下進行3次平行實驗，結果3個平行的得率分別為11.5%、12.0%和12.1%，平均得率為11.7%。與理論預測相比相對誤差僅為1.7%，可見該模型能較好地模擬和預測實驗得率。

2.3 與常規(guī)提取方法的比較

于瑞濤[7]等對黃參的熱水浸提工藝進行了研究，得到最佳提取工藝為：提取溫度90℃，提取時間2h，提取1次，料液比為1∶10。我們應用以上條件提取了黃參多糖，與微波提取工藝進行了比較，結果見表5。

表5 黃參多糖提取工藝的比較Table 5 Comparison of different technique of SGP extraction

3 結論

本實驗首次運用微波輔助提取技術提取黃參多糖，在單因素實驗的基礎上，通過響應面法設計了三因素三水平的實驗進行了優(yōu)化，并利用統(tǒng)計軟件處理實驗數據，確定了黃參多糖的微波輔助提取的優(yōu)化工藝條件為：微波作用時間11.2min，微波功率375W，料液比1∶43（g/m L）。與常規(guī)提取方法相比，對于同樣的實驗材料，微波輔助提取法不但節(jié)省了提取時間，提取率也明顯提高。有關兩種方法提取產物的結構和性質方面的差異有待進一步的研究。

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Study on m icrowave-assisted extraction technology of Sphallerocarpus Gracilis polysaccharides

YANG Xiao-zhou，ZHANG Ji，YANG Xiao-long，WANG Jun-long，GAO Feng

（College of Life Science，Northwest Normal University，Lanzhou 730070，China）

Them icrowave-assisted extraction technologywas used to extrac tpolysaccharide from Sphallerocarpus Gracilis.The experiment factors and levels were firstly selected by one-factor test，then the method of Box-Benhnhen design w ith three fac tors and three levels was adop ted and the fac tors influencing the technological parameters were determ ined by means of regression analysis.The results showed that the op timum conditions were：extrac tion time 11.2 m in，m icrowave power 375W，ratio ofmaterialand water 1∶43g/m L，and the extraction rate of SGP 11.7%，which was obviously higher than the extraction rate 6.2%of the trad itionalmethod．Com pared w ith that of the trad itionalwater extraction method，m icrowave-assisted extraction exhibited the advantage of higher extraction rate，and less extraction time．

SGP；m icrowave extrac tion；response surface analysis

TS201.1

B

1002-0306（2012）09-0319-04

2011－07－18

楊小舟（1987-），男，在讀碩士，研究方向：植物資源開發(fā)與利用。