李夢依，汲德群，李迎秋，何金興，韓中惠*

（1.齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）食品科學與工程學院，山東 濟南 250353；2.菏澤華瑞油脂有限責任公司，山東 菏澤 274000）

牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）是芍藥科、芍藥屬植物，別名鼠姑、鹿韭、木芍藥，為多年生落葉灌木。它的種植地主要集中于我國菏澤、洛陽、銅陵等[1]。牡丹除了具有觀賞價值外，其花、籽和根還具有重要的食用和藥用價值[2]。2011年我國將牡丹籽油列為新資源食品，但是牡丹籽榨油后產(chǎn)生的大量牡丹籽粕通常被隨意堆放、丟棄或用作肥料、動物飼料等，綜合利用率極低。因此，針對牡丹籽粕進行綜合開發(fā)利用具有重要的市場應用價值?，F(xiàn)代研究表明，牡丹籽粕中含有大量多糖，具有抗腫瘤、抗氧化和抗菌等作用[3-5]。但目前關于從牡丹籽粕中提取多糖的工藝研究較少，限制了其進一步的開發(fā)應用。

目前多糖的提取方法主要有超聲輔助熱水提取法[6]、生物酶提取法[7]、熱水浸提[8]、生物發(fā)酵提取法[9]等。其中超聲輔助熱水浸提法具有操作簡單、對設備要求較低、提取耗時短、不會有試劑殘留造成多糖損耗等特點[10]。因此，本研究以牡丹籽粕為原料，采用超聲輔助熱水浸提的方法提取牡丹籽多糖，通過響應面分析技術(shù)確定牡丹籽粕中多糖的最佳提取工藝，并通過苯酚-硫酸法測定多糖的含量，同時通過DPPH自由基和ABTS+自由基的清除試驗評價牡丹籽多糖的抗氧化活性。以此為提高牡丹籽多糖的開發(fā)利用提供技術(shù)支撐，并為牡丹籽多糖的生物活性研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牡丹籽粕：華瑞科技有限公司；2，2'-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸 [2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]：上海源葉生物科技有限公司；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical，DPPH）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；葡萄糖：天津市科密歐化學試劑有限公司，以上試劑均為優(yōu)級純。石油醚、無水乙醇：天津市富宇精細化工有限公司；無水乙醚、硫酸、三氯甲烷：煙臺遠東精細化工有限公司；丙酮、苯酚、VC：國藥集團化學試劑有限公司；正丁醇：西隴科學股份有限公司，以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

湘儀離心機（H2050R）：湘儀離心機儀器有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋（DP6）：北京亞歐德鵬科技有限公司；酶標儀（INFINITE 200 PRO）：勒菲生物科技（上海）有限公司；循環(huán)水式多用真空泵（SHZ-D111）：鞏義市英裕高科儀器廠；數(shù)控超聲波清洗器（12-1533）：寧波新芝生物科技有限公司；冷卻水循環(huán)裝置（CCA-1112A）、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)裝置（RV 8 S096）：上海愛朗儀器有限公司；雙光束紫外可見光光度計（TU-1901）：北京普析通用儀器有限責任公司。

1.3 牡丹籽多糖的制備方法

1.3.1 脫脂處理

參照王守現(xiàn)等[11]脫脂的方法。將牡丹籽粕研磨成粉，稱取牡丹籽粕粉末7 g用濾紙包好，石油醚為脫脂液，60℃下索氏回流脫脂6 h，然后將石油醚揮發(fā)完全后烘干待用。

1.3.2 粗多糖的提取

稱取脫脂后的牡丹籽粕粉末2.0 g，按 1∶30（g/mL）的料液比加入蒸餾水充分混勻，超聲30 min，然后在70℃下水浴2 h，最后在8 000 r/min下離心15 min。濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)裝置濃縮至原體積的三分之一。

1.3.3 脫蛋白處理

利用Sevag法脫蛋白，將三氯甲烷和正丁醇按體積比5∶1混勻，與粗多糖溶液按體積比1∶5充分混合均勻，然后在8 000 r/min下離心15 min，取上清液，重復上述操作5次。上清液用4倍體積的95%乙醇在4℃醇沉24 h，然后離心取沉淀，用無水乙醇、丙酮、無水乙醚依次洗滌沉淀，在60℃下烘干，磨粉待用。

1.4 標準曲線的繪制

以葡萄糖為對照品，參照苯酚-硫酸顯色法[12]。精密稱取105℃下干燥至恒重的葡萄糖10.00 mg，置100 mL容量瓶中，配成0.1 mg/mL葡萄糖標準溶液。精密吸取配好的葡萄糖標準溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL，分別置于10 mL玻璃試管中，加蒸餾水補至2 mL，然后分別加入1.0 mL6%苯酚和5 mL濃硫酸，混合均勻，沸水浴20 min，最后冷卻至22℃～25℃。用蒸餾水做空白對照，在490 nm波長處測吸光度。

1.5 多糖含量的測定

稱量提取的粗多糖10.00 mg，加入蒸餾水定容至100 mL，吸取配好的樣品溶液2 mL至試管中，按1.4的方法進行處理，在490 nm處測定溶液的吸光度，通過標準曲線方程計算多糖的含量。計算公式如下。

式中：C為供試品溶液的葡萄糖濃度，mg/mL；D為供試品溶液的稀釋倍數(shù)；F為換算因子；W為供試品質(zhì)量，mg。

1.6 換算因子的測定

用葡萄糖作標準曲線計算多糖含量存在系統(tǒng)誤差，所以采用測定換算因子的方法來消除以葡萄糖作標準曲線引起的誤差，使測定結(jié)果更加接近真實值[13]。

精密吸取配好的牡丹籽多糖溶液1 mL于玻璃試管中，加入蒸餾水使其濃度變?yōu)?.05 mg/mL。精密吸取稀釋的多糖溶液0.2 mL，加蒸餾水補至2.0 mL，按1.4的方法在490 nm下測定多糖溶液的吸光度，代入標準曲線中求出葡萄糖濃度。換算因子的計算公式如下。

式中：W為多糖的質(zhì)量，mg；C為多糖中測量出的葡萄糖濃度，mg/mL；D為多糖的稀釋倍數(shù)。

1.7 體外抗氧化活性的測定

1.7.1 DPPH自由基清除能力的測定

根據(jù)謝建華[14]的方法，稱取10.00 mg的DPPH用無水乙醇溶解定容至100 mL容量瓶中。取0.5 mL不同濃度的多糖溶液（0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mg/mL）于試管中，加入2.0 mL DPPH溶液，然后再加入1.5 mL蒸餾水充分混勻，在22℃～25℃下避光放置30 min，以等體積的無水乙醇和蒸餾水做空白，抗壞血酸（VC）作為陽性對照，平行測定3次，在517 nm處測定吸光度。DPPH自由基清除率的計算公式如下。

式中：A0為2 mLDPPH溶液＋2 mL蒸餾水的吸光度；A1為2 mLDPPH溶液＋0.5 mL多糖樣品溶液＋1.5 mL蒸餾水的吸光度；A2為2 mL乙醇＋0.5 mL多糖樣品溶液＋1.5 mL蒸餾水的吸光度。

1.7.2 ABTS+自由基清除能力的測定

按照徐韌博[15]的方法，配制ABTS+儲存液：稱取0.038 4 g ABTS用蒸餾水定容至10 mL；稱取0.013 4 g過硫酸鉀用蒸餾水定容至10 mL。將二者按體積比1∶1混合，避光儲存12 h后制得ABTS+儲存液。使用時用水稀釋ABTS+儲存液至吸光度為0.7±0.02（734 nm），即可進行自由基清除能力的測定。吸取0.2 mL不同濃度的多糖溶液（0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mg/mL）于試管中，加入3.8 mL ABTS+儲存液混合均勻，靜置6 min，以蒸餾水做空白，抗壞血酸（VC）作為陽性對照，平行測定3次，在734 nm處測定吸光度。ABTS+自由基的清除率的計算公式如下。

式中：A0為0.2 mL蒸餾水＋3.8 mL ABTS+儲存液的吸光度；A1為0.2 mL多糖溶液＋8 mL ABTS+儲存液的吸光度；A2為0.2 mL多糖溶液＋3.8 mL蒸餾水的吸光度。

1.8 多糖提取工藝的優(yōu)化

1.8.1 單因素試驗

1.8.1.1 料液比對多糖得率的影響

稱取脫脂后的牡丹籽多糖2.0 g，料液比選擇1∶30、

式中：m為提取后牡丹籽粕多糖的質(zhì)量，g；M為提取前牡丹籽粕的質(zhì)量，g。

1.8.1.2 水浴溫度對多糖得率的影響

稱取脫脂后的牡丹籽多糖2.0 g，按料液比為1∶30（g/mL）充分混勻，超聲 30 min，水浴溫度選擇 50、60、70、80、90℃水浴2 h，按1.3多糖的制備方法進行處理，平行提取3次，獲取的沉淀在60℃下烘干，冷卻至22℃～25℃后精確稱量，按照多糖得率的計算公式計算。

1.8.1.3 超聲時間對多糖得率的影響

稱取脫脂后的牡丹籽多糖2.0 g，在料液比為1∶30（g/mL）、70℃水浴2h的條件下，超聲時間選擇30、40、50、60、70 min，按 1.3 多糖的制備方法進行處理，平行提取3次，獲取的沉淀在60℃下烘干，冷卻至22℃～25℃后精確稱量，按照多糖得率的計算公式計算。

1.8.1.4 提取次數(shù)對多糖得率的影響

稱取脫脂后的牡丹籽多糖2.0 g，在料液比為1∶30（g/mL）、超聲 30min，70℃水浴 2h 下，提取次數(shù)選擇 1、2、3、4、5，按 1.3 多糖的制備方法進行處理，平行提取3次，獲取的沉淀在60℃下烘干，冷卻至22℃～25℃后精確稱量，按照多糖得率的計算公式計算。

1.8.2 響應面設計試驗

在單因素試驗的基礎上，以水浴溫度、超聲時間、料液比為自變量，分別用 A、B、C 表示，以-1、0、1 分別表示自變量的低、中、高水平，多糖得率（Y）為響應值。設計三因素三水平的響應面試驗方案，對牡丹籽多糖的提取進行優(yōu)化。試驗的因素與水平見表1。1∶40、1∶50、1∶60、1∶70（g/mL），超聲 30 min、70 ℃水浴 2 h，按1.3多糖的制備方法進行處理，平行提取3次，獲取的沉淀在60℃下烘干，冷卻至22℃～25℃后精確稱量，按照如下公式計算多糖得率。

表1 響應面試驗因素與水平Table 1 Response surface experimental factors and levels

1.9 數(shù)據(jù)分析

以上每個試驗重復3次，結(jié)果以平均值±標準差表示。采用Origin 2019軟件進行數(shù)據(jù)制圖，應用SPSS 21軟件進行單因素方差分析，利用Design-Expert軟件進行響應面設計及結(jié)果分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 牡丹籽粕中多糖含量的測定

通過苯酚-硫酸法測定牡丹籽粕中多糖含量，以標準葡萄糖濃度10 mg/mL～70 mg/mL為橫坐標，吸光度為縱坐標，計算出葡萄糖標準曲線方程為y=9.277 5x+0.127 3，線性相關系數(shù)R2=0.997 1。經(jīng)過標準曲線得出多糖的換算因子為 2.78，多糖含量為（44.48±1.26）%。對苯酚-硫酸法測定多糖含量進行方法學考察發(fā)現(xiàn)其精密試驗的相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）為4.79%、穩(wěn)定性試驗的RSD為0.7%、重復性試驗的RSD為1.06%，加樣回收率試驗為85.5%，RSD為1.91%，結(jié)果表明此法能準確用于牡丹籽多糖含量的測定。

2.2 超聲時間對多糖提取效果的影響

超聲時間對多糖得率的影響見圖1。

圖1 超聲時間對多糖得率的影響Fig.1 Influence of ultrasonic time on the yield of polysaccharide

如圖1所示，多糖得率隨著超聲時間的延長先升高后降低?？赡苁且驗槌曁幚硎辜毎呀馄扑椋嗵欠肿尤芙獾饺軇┲?，多糖得率上升。當超聲40 min時多糖得率達到最高，為（11.99±0.31）%。隨著超聲時間的繼續(xù)延長，多糖得率逐漸下降，這可能是因為超聲時間過長，超聲波的強剪切作用破壞了多糖的結(jié)構(gòu)，使其發(fā)生斷裂從而影響了多糖得率[16]。所以40 min為最佳超聲時間，選取附近的35、40、45 min進行響應面優(yōu)化試驗。

2.3 水浴溫度對多糖提取效果的影響

水浴溫度對多糖得率的影響見圖2。

圖2 水浴溫度對多糖得率的影響Fig.2 Effect of water bath temperature on the yield of polysaccharide

如圖2所示，多糖得率隨著水浴溫度的增高先升高后降低。當水浴溫度為80℃時多糖得率達到最大，為（7.32±0.18）%。可能是適宜的溫度會加快多糖分子的運動，使其溶解到溶劑中，增大多糖得率。當溫度超過80℃后多糖得率降低，這可能是高溫使多糖糖苷鍵發(fā)生斷裂[17]，降解多糖，從而降低多糖得率[18]。多糖提取的最佳水浴溫度為80℃，所以選取75、80、85℃進行響應面優(yōu)化試驗。

2.4 料液比對多糖提取效果的影響

料液比對多糖得率的影響見圖3。

圖3 料液比對多糖得率的影響Fig.3 Effect of solid-liquid ratio on the yield of polysaccharide

如圖3所示，多糖得率隨著溶劑的增加先升高后降低。當料液比為1∶60（g/mL）時多糖得率最大，達到了（11.96±0.16）%。溶劑的增加可以有效促進水溶性多糖物質(zhì)的溶出使多糖得率上升，但隨著溶劑的繼續(xù)增大，其他成分的溶出也相對增多，從而抑制多糖的溶出，再加上后續(xù)濃縮、沉淀等操作，會加大多糖損耗，導致多糖得率下降[19-20]。所以1∶60（g/mL）為最優(yōu)料液比，選取最優(yōu)料液比附近的 1∶55、1∶60、1∶65（g/mL）進行響應面優(yōu)化試驗。

2.5 提取次數(shù)對多糖提取效果的影響

提取次數(shù)對多糖得率的影響見圖4。

圖4 提取次數(shù)對多糖得率的影響Fig.4 Influence of extraction times on the yield of polysaccharide

如圖4所示，多糖得率在提取2次時達到最大，為（11.65±0.22）%。當提取次數(shù)多于2次時多糖得率差異不顯著，繼續(xù)增加提取次數(shù)會造成溶劑和能源的浪費，也不利于縮短工藝流程，而且從試驗結(jié)果看提取次數(shù)對多糖得率的影響不大，所以響應優(yōu)化因素不再考慮提取次數(shù)。

2.6 響應面試驗結(jié)果

在單因素試驗的基礎上，以牡丹籽多糖得率為響應值，利用Box-Behnken中心組合試驗設計，進行三因素三水平的響應面分析，結(jié)果如表2所示。

表2 牡丹籽多糖得率Box-Behnken試驗設計與結(jié)果Table 2 Box-Behnken experiment design and results of extraction rate of polysaccharide from peony seed

根據(jù)表2結(jié)果，利用Design-Expert軟件建立牡丹籽多糖得率（Y）對水浴溫度（A）、超聲時間（B）、料液比（C）的二次多項回歸模型為Y=11.07+0.31A+0.13B+0.072C-0.084AB+0.13AC+0.44BC-0.1A2-0.21B2-0.082C2。

通過對方程進行方差分析確定各因素之間對多糖得率的影響，結(jié)果見表3。

表3 回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance of regression model

由表3可知，模型P＜0.01，高度顯著；失擬項P＞0.05，不顯著，說明模型擬合程度較好，可以用于牡丹籽多糖提取試驗的理論預測。模型的一次項系數(shù)A對多糖得率的影響顯著，B和C影響不顯著；BC交互對多糖得率產(chǎn)生高度顯著影響，AB、AC的影響不顯著；二次項系數(shù)B2影響顯著，A2、C2影響不顯著。從各個因素的F值判斷，水浴溫度、超聲時間、料液比對多糖得率影響次序為水浴溫度＞超聲時間＞料液比。各因素間的交互作用對牡丹籽多糖得率影響的響應面圖和等高線圖見圖5～圖7。

圖5 水浴溫度和超聲時間對多糖得率影響的響應面圖和等高線圖Fig.5 Response surface plot and contour plot of the effects of water bath temperature and ultrasonic time on the extraction yield of polysaccharide

圖6 料液比和水浴溫度對多糖得率影響的響應面圖和等高線圖Fig.6 Response surface plot and contour plot of the effects of solid-liquid ratio and water bath temperature on the extraction yield of polysaccharide

圖7 料液比和超聲時間對多糖得率影響的響應面圖和等高線圖Fig.7 Response surface plot and contour plot of the effects of solid-liquid ratio and ultrasonic time on the extraction yield of polysaccharide

響應曲面的傾斜程度代表兩因素的交互作用對多糖得率的影響效果，傾斜度越高則說明該因素的交互作用對多糖得率的影響越顯著；等高線越趨近于圓形說明二者交互作用對多糖得率影響不顯著[21]。通過對比圖5～圖7各因素間對牡丹籽多糖得率影響的響應面圖和等高線圖發(fā)現(xiàn)，圖7的等高線趨于橢圓形且曲面傾斜陡峭，說明超聲時間和料液比的交互作用對多糖得率的影響顯著，可以看出超聲時間40 min，料液比1∶60（g/mL）左右多糖得率達到最大；圖5和圖6的等高線趨于圓形且曲面平緩，說明水浴溫度和超聲時間、料液比和水浴溫度的交互作用對多糖得率的影響不顯著，結(jié)果與表3的回歸模型方差分析一致。通過響應面優(yōu)化確定牡丹籽粕中多糖的最佳提取條件為料液比 1∶64.06（g/mL）、水浴溫度 87.78 ℃、超聲時間41.85min。因為溫度升高、超聲時間延長、溶劑量增大都會對多糖的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，使多糖得率降低，所以選取超聲時間 40 min、水浴溫度 85 ℃、料液比 1∶60（g/mL）為最佳提取工藝，在此條件下測定的多糖含量為（44.48±1.26）%。

2.7 牡丹籽多糖的體外抗氧化活性分析

牡丹籽多糖對DPPH自由基和ABTS+自由基的清除效果見圖8。

圖8 牡丹籽多糖對DPPH自由基和ABTS+自由基的清除效果Fig.8 DPPH and ABTS+free radical scavenging effects of peony seed polysaccharide

由圖8可知，在0.5mg/mL～4mg/mL的濃度范圍內(nèi)，牡丹籽多糖對ABTS+自由基和DPPH自由基清除率隨著多糖溶液濃度的增大而逐漸提高，當溶液濃度達到4mg/mL時，牡丹籽多糖對DPPH自由基清除率和ABTS+自由基清除率分別為（38.38±1.17）%和（40.39±1.22）%。有研究表明，大蒜多糖在5mg/mL時對DPPH自由基清除率僅達到20%左右[22]。通過對比說明牡丹籽多糖在一定范圍內(nèi)有較好的抗氧化活性。但與VC相比，抗氧化效果要弱一些，可能是牡丹籽粗多糖中的某種物質(zhì)對DPPH自由基和ABTS+自由基的清除效果造成了影響。

3 結(jié)論

本試驗以牡丹籽粕為原料，以水浴溫度、超聲時間、料液比和提取次數(shù)為單因素，采用超聲輔助熱水浸提法提取牡丹籽多糖，并通過響應面對牡丹籽多糖的提取工藝進行優(yōu)化。結(jié)果表明，響應面法可以用于牡丹籽多糖提取工藝試驗，擬合形成的二次多項回歸模型顯示各個因素對多糖得率影響次序為水浴溫度＞超聲時間＞料液比。在DPPH自由基和ABTS+自由基清除試驗中，初步證明牡丹籽多糖具有一定的抗氧化性：在多糖濃度為4 mg/mL時，牡丹籽多糖對ABTS+自由基和DPPH自由基清除率分別為（40.39±1.22）%和（38.38±1.17）%。牡丹籽多糖提取工藝條件的優(yōu)化及抗氧化活性的研究為多糖的進一步應用開發(fā)研究提供了技術(shù)支持和理論依據(jù)。