馬彥軍

浙江大學(xué)創(chuàng)新技術(shù)研究院有限公司，浙江杭州 310000

0 引言

川楝子為楝科楝屬川楝的果實(shí)，別名金鈴子，廣泛分布于四川、湖北、貴州、河南等地.川楝子具有很大的藥用價(jià)值，具有舒肝、行氣止痛、驅(qū)蟲等作用.用于胸脅、脘腹脹痛、疝痛、蟲積腹痛.主要治療胃病、脅痛、淋證、急性乳腺炎、帶狀皰疹、皮膚病和前列腺炎等.另外，川楝子與其它藥物配伍可以治療腸粘連，達(dá)到行氣開郁、散結(jié)止痛之效.這些藥理活性是否與其多糖成分有關(guān)還有待研究［1］.

糖苷鍵結(jié)合多個(gè)單糖分子的天然大分子多糖，廣泛存在于動(dòng)植物和微生物組織中，不但有合成高分子所沒有的特殊生物活性、生命有機(jī)體的非常重要組成部分，而且還有眾多生物學(xué)功能.多糖在中藥材中分布非常普遍.近來研究發(fā)現(xiàn)，中藥多糖不僅具有降血糖作用，還可以延緩糖尿病并發(fā)癥的進(jìn)展;中藥多糖在心、腦血管病中的廣泛應(yīng)用，與其抗凝血、降血脂、抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用密切相關(guān);中藥多糖在保肝、保護(hù)神經(jīng)元、增強(qiáng)性功能方面也具有一定作用.因此，開發(fā)多糖資源、尋求優(yōu)異的提取工藝是一項(xiàng)十分有意義的工作［2］.

超聲提取其實(shí)是個(gè)物理破碎過程，在超聲波頻率大于20kHz時(shí)，產(chǎn)生特殊的機(jī)械振動(dòng)和空化作用，以及強(qiáng)大的能量，加速媒質(zhì)進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)，接著使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，有效成分進(jìn)入溶劑中.空化泡瞬間漲大花前并且破裂，形成一種高溫高壓環(huán)境，在強(qiáng)大的沖擊波和微聲波作用下使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞［3］.

微射線輻射溶劑可以透過細(xì)胞壁到達(dá)細(xì)胞內(nèi)部，頻率介于300MHz和300GHz之間的電磁波稱之為微波，微波和超聲波輔助提取能提高有效成分的提取得率，縮短提取時(shí)間，但有時(shí)會(huì)造成提取物的組分更加復(fù)雜，分離困難［3］.

先前有很多學(xué)者從不同植物中進(jìn)行多糖的提取，每種植物的多糖的含量也是區(qū)別很大的，而且在同樣的條件下不同植物的多糖提取率也不相同，甚至有些相差很大.下面列舉一些中藥植物提取多糖的研究成果的例子.

葉下珠系大戟科葉下珠屬植物，又名珍珠草、關(guān)門草等，葉下珠主要含有黃酮類、木脂素類、生物堿類、多糖、有機(jī)酸等多種成分.周宇等［4］對(duì)其多糖的含量以及提取工藝進(jìn)行了研究，最終優(yōu)選工藝條件是在80℃溫度條件下，按料液比為1∶15，共提取3次，按提取時(shí)間90min，在這種條件下多糖得率是6.1%［9］.

上述的幾種中藥植物在醫(yī)藥上有著極為重要的作用，研究其多糖提取的方法也是極為重要的.通過借鑒這些研究成果，本實(shí)驗(yàn)考察了川楝子多糖的提取工藝.即采用超聲波輔助法從川楝子中提取多糖，通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)選川楝子多糖的最佳工藝參數(shù)，以其找出合理可行的提取工藝條件，為充分開發(fā)川楝子多糖資源提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

其次，學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)生困惑時(shí)。學(xué)生個(gè)體在學(xué)習(xí)的過程中，由于知識(shí)體系不完善、學(xué)習(xí)體驗(yàn)缺失或者學(xué)習(xí)方法缺失，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生學(xué)習(xí)困惑。在學(xué)生學(xué)習(xí)困惑超越學(xué)生個(gè)體能力時(shí)，開展合作學(xué)習(xí)則能夠幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)過程中的困惑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

KQ-500DE型數(shù)控超聲波提取器，昆山市超聲儀器有限公司生產(chǎn);RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠生產(chǎn);SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司生產(chǎn);FA2004型分析天平，上海恒平科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn).

1.2 材料和試劑

川楝子，產(chǎn)于河北省;無水乙醇，天津市紅巖化學(xué)試劑廠生產(chǎn);石油醚，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠生產(chǎn).

1.3 實(shí)驗(yàn)材料的預(yù)處理

將川楝子用粉碎機(jī)粉碎，過孔徑0.90 mm篩，然后用電子分析天平準(zhǔn)確稱20 g，備用.超聲波輔助提取之前，需要對(duì)原料進(jìn)行脫脂脫色處理，即用無水乙醇和石油醚按體積比為2∶1的比例浸泡川楝子粉末，每隔1 h換一次浸泡液，每次浸泡2 h，共浸泡兩次.然后將原料抽干，進(jìn)行超聲波輔助提取.

1.4 超聲波輔助提取的單因素實(shí)驗(yàn)

根據(jù)文獻(xiàn)［1-12］，影響川楝子超聲提取的主要因素有提取溫度、提取時(shí)間、超聲功率、料液比、超聲發(fā)生器的工作間歇時(shí)間比等.本實(shí)驗(yàn)主要考察提取溫度(A)、料液比(B)、提取時(shí)間(C)、超聲功率等因素.在各單因素實(shí)驗(yàn)中，超聲波提取的其它條件為:水為提取溶劑，無水乙醇用于沉淀多糖，石油醚和無水乙醇用于脫脂脫色.

1.4.1 料液比對(duì)多糖得率的影響 20 g川楝子粉末脫脂脫色后，在超聲溫度55℃、超聲功率300 W、超聲時(shí)間1 h的條件下，在料液比分別為1∶5、1∶10、1∶15下提取川楝子中多糖，經(jīng)抽濾，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至一定體積，然后用3倍無水乙醇醇沉兩次，每次醇沉1 h，多糖沉淀抽濾后，用少量蒸餾水溶解，加入3倍量無水乙醇再次進(jìn)行第二次醇沉，再進(jìn)行抽濾，然后將抽濾后的多糖粗品烘干，稱量多糖粗品，計(jì)算得率.

1.4.2 提取溫度對(duì)多糖得率的影響 稱取20 g預(yù)處理好的川楝子，在料液比為1∶10、超聲功率為300 W、提取時(shí)間為60 min條件下，分別在25、45、65℃的溫度下提取川楝子多糖，經(jīng)抽濾，濾液進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮到一定體積，然后用3倍無水乙醇醇沉兩次，每次醇沉1 h，第1次多糖沉淀抽濾后，用少量蒸餾水溶解，加入3倍量無水乙醇進(jìn)行第2次醇沉，再進(jìn)行抽濾，然后將抽濾后的多糖粗品烘干，稱量烘多糖粗品，計(jì)算得率.

1.4.3 提取時(shí)間對(duì)多糖得率的影響 稱取20 g預(yù)處理好的川楝子，在料液比為1∶5、提取功率為300 W、提取溫度為25℃條件下，分別在30、60、90 min提取川楝子多糖，抽濾，然后把濾液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，用3倍無水乙醇醇沉2次，每次醇沉1 h，第1次多糖沉淀抽濾后，用少量蒸餾水溶解后，在加入3倍量無水乙醇進(jìn)行第2次醇沉，再進(jìn)行抽濾，然后將抽濾后的多糖粗品烘干，稱量多糖粗品，計(jì)算得率.

1.5 超聲波輔助提取的正交實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上選擇適當(dāng)?shù)囊蛩睾退竭M(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，通過極差分析，以確定最佳的提取條件.

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波輔助提取的單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 料液比對(duì)多糖得率的影響 在提取溫度為55℃，提取時(shí)間為60 min，提取功率為300 W的相同條件下，料液比分別為1∶5、1∶10和1∶15時(shí)多糖的得率見下表1.

表1 料液比對(duì)多糖得率的影響Table 1 Effect of solid-liquid ratio on the yield of polysaccharides

由表1，多糖收率隨著料液比的增加而升高，當(dāng)料液比為1∶15，多糖得率相對(duì)較高.根據(jù)文獻(xiàn)［1］采用水提取法從川楝子中提取多糖的料液比選擇1∶15，并且溶劑量太小，多糖就不能完全溶出;溶劑量太大，超聲波輻射會(huì)被溶劑大量吸收，不能完全作用于物料，影響多糖得率.綜合考慮，溶劑比例不易過多，本實(shí)驗(yàn)選擇1∶15進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn).

2.1.2 提取溫度對(duì)多糖得率的影響 在料液比為1∶10、提取時(shí)間為1 h、提取功率為300 W的相同條件下，提取溫度為25、45℃和65℃，多糖的得率見表2.

表2 提取溫度對(duì)多糖得率的影響Table 2 Effect of temperature on the extraction yield of polysaccharides

由表2，多糖得率隨著溫度的升高而降低，當(dāng)溫度在25℃時(shí)多糖得率相對(duì)較高.根據(jù)文獻(xiàn)［12］可能是因?yàn)闇囟壬?，加快川楝子多糖降解，?dǎo)致多糖得率降低;如果溫度太低，提取又不完全.故選擇25℃進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn).

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)多糖得率的影響 在提取溫度為25℃、提取功率為300 W、料液比為1∶5的相同條件下，提取時(shí)間分別為30、60 min和90 min時(shí)多糖的得率見下表3.

由表3知，時(shí)間對(duì)提取率影響較小，隨著提取時(shí)間的增加提取率變化不大，30 min時(shí)多糖得率相對(duì)較高.超聲時(shí)間短，溶出物較少，多糖含量較低;超聲時(shí)間長，能耗多，同時(shí)提取物中的茶多糖會(huì)發(fā)生部分降解，使多糖得率降低.所以正交實(shí)驗(yàn)未考慮時(shí)間的影響，提取時(shí)間均為30 min.

表3 提取時(shí)間對(duì)多糖得率的影響Table 3 Extraction time on the yield of polysaccharides

結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)，按料液比、提取溫度和超聲波頻率為影響因素，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)分析其對(duì)川楝子多糖提取率的影響，設(shè)計(jì)L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，多糖得率為指標(biāo)選擇最佳的提取工藝.為了提高統(tǒng)計(jì)分析的可靠性，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，測(cè)定結(jié)果以平均值統(tǒng)計(jì)分析.因素水平表見表4.

表4 因素水平表Table 4 The form of factors level

2.2 超聲波輔助提取的正交實(shí)驗(yàn)

利用超聲波提取法從川楝子中提取多糖的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5、6.

表5 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 5 Orthogonal experimental design table

表6 正交實(shí)驗(yàn)及結(jié)果Table 6 Orthogonal experimental and Result

表6結(jié)果表明，極差R的大小順序?yàn)锽＞C＞A，即影響川楝子多糖提取率主次關(guān)系依次是料液比＞超聲功率＞提取溫度.川楝子多糖的最佳提取工藝條件為A3B2C1，即溫度為30℃，料液比為1∶15，超聲功率為200 W.其中，8號(hào)實(shí)驗(yàn)，即溫度為30℃，料液比為1∶15，超聲功率為200 W，提取時(shí)間為30 min，川楝子多糖提取得率最高，為 12.442 5%.

在溫度為30℃，料液比為1∶15，超聲功率為200 W，提取時(shí)間為30 min的優(yōu)化條件下，采用超聲波輔助提取法提取川楝子多糖，從而得到優(yōu)化條件下的提取率.結(jié)果見表7.

根據(jù)表7，在最佳工藝條件下超聲波輔助提取川楝子多糖的提取率達(dá)13.878%.與傳統(tǒng)水提川楝子多糖文獻(xiàn)［1］相比，超聲波輔助提取法其多糖得率高，而且提取時(shí)間短、節(jié)約原料.

表7 最佳工藝條件下多糖提取率Table 7 Polysaccharides extraction rate under optimum conditions

3 討論

a.根據(jù)文獻(xiàn)粒度對(duì)多糖提取影響不大，所以實(shí)驗(yàn)過程中沒有考察粒度對(duì)提取率的影響.為減小實(shí)驗(yàn)誤差，實(shí)驗(yàn)前將川楝子粉碎后過孔徑0.85 mm篩，以保證粒度基本一致.

b.超聲波提取實(shí)驗(yàn)中，儀器內(nèi)水面高度要超過川楝子所在的液面，以保證物料超聲充分;由于超聲儀器內(nèi)水面的散熱，使實(shí)際水溫與顯示溫度有差異，因此在錐形瓶內(nèi)放入溫度計(jì)，時(shí)刻觀察溫度的變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)超聲儀器內(nèi)水溫的變化，提取溫度以溫度計(jì)的溫度為準(zhǔn);另外，超聲溫度升至設(shè)定溫度時(shí)，開始計(jì)量提取時(shí)間.

c.在多糖提取過程中，由于提取液的多次轉(zhuǎn)移使器壁上有殘留液以及醇沉后多糖沉淀附著在器壁等諸多因素，均會(huì)導(dǎo)致多糖產(chǎn)品收集不完全，從而產(chǎn)生誤差，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏低.

d.在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)時(shí)，應(yīng)將提取液盡量濃縮至小體積，這樣醇沉?xí)r可以節(jié)省無水乙醇的用量;在濃縮結(jié)束后，瓶壁上會(huì)附有少量的提取液，實(shí)驗(yàn)中用少許水潤洗瓶壁，以達(dá)到盡量降低實(shí)驗(yàn)誤差的目的.

e.因?yàn)镵Q-500DE型數(shù)控超聲儀器的功率上線是500 W，使用范圍比較小，所以單因素實(shí)驗(yàn)過程中沒有考察超聲功率對(duì)提取率的影響.

f.根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提取時(shí)間對(duì)于川楝子多糖得率的影響很小，所以正交實(shí)驗(yàn)時(shí)未將提取時(shí)間作為研究對(duì)象.從節(jié)省時(shí)間和能源的角度考慮，正交實(shí)驗(yàn)中提取時(shí)間均選定30 min.

4 結(jié)語

采用超聲波輔助提取法從川楝子中提取多糖，水為溶劑，提取30 min，通過L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化.結(jié)果表明，最優(yōu)提取溫度30℃、超聲功率200 W、料液比1∶15，在該組合條件下最高提取率為13.878%，各因素對(duì)多糖提取率影響的先后順序?yàn)?料液比、提取功率、提取溫度和提取時(shí)間.超聲波輔助提取法與傳統(tǒng)水提取法比較的結(jié)果是多糖提取率高、時(shí)間短、能耗少等優(yōu)點(diǎn)，采用超聲波輔助提取多糖是一種切實(shí)可行的好方法.

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