陳曉輝 陳雨婕 聞?wù)?/p>

摘要 [目的]對(duì)火麻仁內(nèi)的多糖進(jìn)行微波輔助提取并優(yōu)化提取工藝，同時(shí)對(duì)比熱水提取法與微波輔助提取法的提取率差異。[方法]采用單因素和正交試驗(yàn)對(duì)提取時(shí)間、微波功率和液料比3個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化，確定微波提取火麻仁的最佳條件，并與熱水提取法進(jìn)行比較。[結(jié)果]微波提取的最佳條件為微波功率250 W，提取時(shí)間6 min，液料比60∶1（mL/g）。通過(guò)正交試驗(yàn)和試驗(yàn)因素的方差分析可知，微波功率對(duì)火麻仁多糖的提取率影響最大，其次為時(shí)間和液料比。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，采用微波提取火麻仁多糖的效果明顯優(yōu)于熱水提取法，其中微波凍融提取效果最好，提取率為11.11%，而熱水提取率僅為4.35%。 [結(jié)論]該研究?jī)?yōu)化了微波輔助提取火麻仁多糖的工藝，提高了多糖提取率，同時(shí)縮短了提取時(shí)間，為火麻仁多糖相關(guān)生物活性的進(jìn)一步研究提供了支持。

關(guān)鍵詞 火麻仁;多糖;微波輔助提取;正交試驗(yàn)

Abstract [Objective]Microwave-assisted extraction of polysaccharides in hemp seed and optimization of the extraction process were studied，while compared the difference in extraction rate between hot water extraction and microwave-assisted extraction.[Method]Three factors of extraction time，microwave power，and material-to-liquid ratio were selected by single factor and orthogonal experiments，then the best conditions for microwave extraction of hemp seed were determined and compared with hot water extraction method.[Result]The best conditions for microwave extraction were microwave power 250 W，extraction time 6 min，and liquid-solid mass ratio of water to hemp seed 60∶1.Among them，the orthogonal experiment and the variance analysis of the experimental factors showed that the microwave power had the greatest influence on the extraction rate of hemp seed polysaccharides，followed by time and solid-liquid mass ratio.Through the comparative experiments，the effect of microwave extraction of hemp seed polysaccharides was significantly better than that of hot water extraction.The microwave freeze-thaw extraction，seffect was the best，the extraction rate was 11.11%，and the hot water extraction rate was only 4.35%.[Conclusion]This study optimized the microwave-assisted extraction process of hemp seed polysaccharides，improved the extraction rate of polysaccharides，and shortened the extraction time，which provided support for further research on the biological activities of hemp seed polysaccharides.

Key words Hemp seed;Polysaccharides;Microuwave-assisted extraction;Orthogonal test

火麻仁，又名大麻仁、火麻、冬麻子等，喜濕喜溫，性味甘平，臨床上對(duì)于通便潤(rùn)燥、祛風(fēng)痹、治療丹毒等療效顯著[1]?；鹇槿蕦匐p子葉植物綱，蕁麻目，?？?干燥時(shí)呈扁卵圓形，外果皮菲薄，內(nèi)果皮堅(jiān)脆[2]。研究發(fā)現(xiàn)，火麻仁含有30%油、25%蛋白質(zhì)，以及多種膳食纖維、維生素和礦物質(zhì)等[3-4]，是一種極具潛力的中藥材。多糖廣泛存在于各種植物及微生物之中，是一類(lèi)重要的功能性碳水化合物，已被證明具有多種生理和生物活性[5-6];在過(guò)去的幾十年中，多糖相關(guān)的結(jié)構(gòu)修飾研究日益深入[7-8]，到如今，人們已經(jīng)熟練掌握了合成定制多糖的技術(shù)[9]，但天然來(lái)源的多糖因其更具有親和性以及更易吸收代謝而仍在多糖研究、藥物釋放系統(tǒng)乃至納米工程材料研究等領(lǐng)域占有重要地位[10-11]。有研究表明，火麻仁多糖對(duì)于環(huán)磷酰胺所引起的鼠類(lèi)腸道病變具有良好的修復(fù)作用，因此，其藥用價(jià)值同樣不容忽視[12]。筆者通過(guò)對(duì)火麻仁內(nèi)的多糖進(jìn)行微波輔助提取并優(yōu)化其工藝，對(duì)比熱水提取法與微波輔助提取法的提取率差異，確立最優(yōu)提取工藝，以期為火麻仁多糖的進(jìn)一步研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 火麻仁原材料產(chǎn)自廣西巴馬縣，已干燥。

1.2 試劑與儀器 試劑：無(wú)水乙醇（貨號(hào)：10009218）、三氯甲烷（貨號(hào)：10006818）、正丁醇（貨號(hào)：10005208）、苯酚（貨號(hào)：10015318）以及無(wú)水乙醚（貨號(hào)：80059618）全部采購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，均為分析純。

儀器：中藥粉碎機(jī)（103型，瑞安市永歷制藥機(jī)械有限公司）;大容量低速離心機(jī)（TD5K，長(zhǎng)沙旺東實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）;冷凍干燥機(jī)（FD-1E，北京德天佑科技發(fā)展有限公司）;恒溫水浴鍋（HH-S，鞏義市予華儀器責(zé)任有限公司）;祥鵠電腦微波超聲波組合合成/萃取儀（XH-300A，北京祥鵠科技發(fā)展有限公司）;紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-1600，上海美譜達(dá)儀器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 火麻仁多糖的提取。

火麻仁去殼，粉碎，過(guò)40目篩，備用;乙醇乙醚混合（1∶1）后作為提取液對(duì)火麻仁干粉進(jìn)行索氏提取脫脂，脫脂過(guò)程持續(xù)至提取液變無(wú)色。之后，取出火麻仁粉末殘?jiān)鼡]發(fā)溶劑并烘干。稱取適量處理后的粉末，加入二次蒸餾水，調(diào)整不同微波功率與加熱時(shí)間，分別進(jìn)行提取。離心取上清液，濃縮至原體積的1/5，醇沉過(guò)夜。醇沉后溶液與Sevage試劑（正丁醇與氯仿1∶5）按5∶1混合，30 ℃攪拌30 min，離心，取下層清液。重復(fù)此操作直至離心后多糖溶液與Sevage試劑兩液面分層處無(wú)雜質(zhì)， 取下層清液，透析24 h后得火麻仁粗多糖。

1.3.2 多糖測(cè)定。采用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線作為樣品OD值的對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線，葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線為A=3.943 8c+0.095 3，R2=0.992 8。其線性有效范圍為0～0.5 μg/mL。

采用苯酚硫酸法測(cè)定，提取率計(jì)算公式如下：提取率=（m×D×V/M）×100%

式中，m為火麻仁多糖提取液OD值對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線所得糖含量; D為稀釋倍數(shù); V為樣品液總體積（mL）;M為投加的火麻仁干粉質(zhì)量。每個(gè)樣品做3組平行。

1.3.3 單因素對(duì)比。

1.3.3.1 提取溫度對(duì)提取率的影響。微波提?。悍Q取1.20 g脫脂后粉末6份，液料比50∶1（mL/g），固定提取時(shí)長(zhǎng)2 h，將100 W作為起始功率，以50 W為梯度逐級(jí)增加。

熱水提取： 稱取1.20 g脫脂后粉末5份，液料比50∶1，固定提取時(shí)長(zhǎng)2 h，將30 ℃作為起始溫度，以10 ℃為梯度逐級(jí)增加。

1.3.3.2 提取時(shí)間對(duì)提取率的影響。微波提?。悍Q取1.20 g脫脂后粉末7份，液料比與提取時(shí)間同“1.3.3.1”。功率設(shè)定為250 W，將2 min作為起始時(shí)間，以2 min為梯度逐級(jí)增加。

熱水提?。悍Q取1.20 g脫脂后粉末5份，液料比同“1.3.3.1”，提取溫度設(shè)置為50 ℃。將1 h作為起始時(shí)間，以1 h 為梯度逐級(jí)增加。

1.3.3.3 液料比對(duì)提取率的影響。微波提?。悍Q取1.20 g脫脂后粉末5份，微波功率為250 W，加熱時(shí)間設(shè)置為6 min，將30∶1作為起始液料比，以10∶1為梯度逐級(jí)增加。

熱水提取稱取5.00 g處理過(guò)的火麻仁粉末5份，提取溫度設(shè)置為50 ℃，將30∶1作為起始液料比，以10∶1為梯度逐級(jí)增加，加熱2 h。

1.3.4 微波提取工藝的正交試驗(yàn)優(yōu)化。經(jīng)過(guò)單因素試驗(yàn)分析后，確定3個(gè)主要因素，因素水平見(jiàn)表1，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

1.3.5 不同微波提取法與熱水提取法提取率比較。分別設(shè)5種提取處理：處理①（熱水提取）：將處理好的原料60 ℃水浴提取6 h，計(jì)算提取率;處理②（微波直接提?。?，將處理好的原料250 W微波提取6 min，計(jì)算提取率;處理③（微波一次浸泡提?。?，將處理好的原料在常溫下浸泡2 h后，再用微波提取6 min;處理④（微波二次浸泡提?。?，先將處理好的原料在常溫下浸泡2 h，再用250 W微波提取6 min，過(guò)濾提取液，等體積混合蒸餾水與殘?jiān)?，微波提? min;處理⑤（微波凍融提取），將處理好的原料在-12 ℃下冷凍12 h，用250 W微波加熱融化，重復(fù)2次，再按“處理③”的方法提取。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱水和微波提取的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 提取溫度對(duì)提取率的影響。微波提取法中功率變化會(huì)引起熱量的變化，因此其本質(zhì)變量依舊是提取溫度。由圖1可知，提取率隨著微波功率的增加而逐漸增大，當(dāng)功率為250 W時(shí)，提取率最大，達(dá)8.90%，然后逐漸下降并趨于平緩。分析原因，起初功率增大帶來(lái)的熱能促進(jìn)了細(xì)胞內(nèi)容物的溶出，有助于提取，然而隨著功率不斷增大，過(guò)量的熱能降解了多糖，致使提取率下降。 因此，250 W為最佳提取功率。由圖2可知，熱水提取法提取率在50 ℃時(shí)達(dá)到最高值，為3.90%，不到微波的1/2。這證明采用微波提取方法的高效性。

2.1.2 提取時(shí)間對(duì)提取率的影響。由圖3可知，在一定范圍內(nèi)，提取率隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，6 min時(shí)，達(dá)到最大值9.30%。隨后，隨著時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，曲線反而下降并趨于平緩。這可能與過(guò)度加熱導(dǎo)致多糖降解與雜質(zhì)溶出有關(guān)。在圖4中，曲線趨勢(shì)與圖3大致相同，最大提取率出現(xiàn)在2 h點(diǎn)，所需時(shí)間為微波提取達(dá)到最大提取率的20倍，且熱水提取法的最大提取率僅為4.40%。這再一次證明微波提取的優(yōu)越性。

2.1.3 液料比對(duì)提取率的影響。由圖5可知，液料比低于50∶1 時(shí)，隨著液料比的不斷增大，提取率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，料液比為50∶1時(shí)，提取率達(dá)到峰值8.20%，此后緩緩下降。這可能是由于濃度差的增大加快了細(xì)胞內(nèi)多糖的擴(kuò)散速度，或是由于接觸面積的增大，多糖溶出量增加，但是超過(guò)一定范圍后，細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)已全部溶出，同時(shí)雜質(zhì)也阻礙著多糖溶出，因此呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。由圖6可知，熱水提取法提取率達(dá)到峰值的料液比為50∶1，提取率僅為4.65%，與微波提取法相差甚遠(yuǎn)。

2.2 微波輔助提取工藝的正交優(yōu)化

當(dāng)不考慮各要素間的相互影響時(shí)，綜上可知，微波提取法的最佳條件為微波功率250 W，提取時(shí)間6 min，液料比50∶1;熱水提取法的最佳條件為溫度50 ℃，提取時(shí)間2 h，液料比50∶1。

設(shè)計(jì)并建立正交試驗(yàn)（表2），通過(guò)方差分析確立對(duì)提取率產(chǎn)生最大影響的因素。試驗(yàn)結(jié)果表明：微波功率、提取時(shí)間和液料比是影響提取率的3個(gè)因素，其中最優(yōu)方法是A2B2C3，即微波功率250 W、提取時(shí)間6 min、液料比為60∶1。方差分析表明：對(duì)于火麻仁多糖的提取，微波功率最為顯著，其他2個(gè)因素略次之。

2.3 4種微波輔助提取法對(duì)提取率的影響

由表3可知，采用微波輔助提取法效率明顯高于熱水法，且處理④可明顯提高提取率。在5種提取處理中，處理⑤最優(yōu)，提取率高達(dá)11.11%。

3 討論與結(jié)論

天然多糖是由生物體合成的一種生物大分子，其為生命活動(dòng)提供了必需的支持與能量。在自然界中，天然多糖以不同的形式廣泛存在于各類(lèi)物質(zhì)之中，如甲殼素、海藻酸、纖維素等均屬于其范圍之列[13]。作為生物體成長(zhǎng)及蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)過(guò)程中的重要組成部分，天然多糖結(jié)構(gòu)內(nèi)存在著多種不同的官能基團(tuán)，這些官能基團(tuán)使其具有高的化學(xué)反應(yīng)性，因而可以在疫苗、藥物以及保健品等不同領(lǐng)域中得到應(yīng)用[14-16]?；鹇槿首鳛橐环N來(lái)源豐富且價(jià)格低廉的藥材，擁有深遠(yuǎn)的藥用歷史，《神農(nóng)本草經(jīng)》記載，火麻仁可以彌補(bǔ)人體氣血虛弱，潤(rùn)腸并刺激腸黏膜收縮，促進(jìn)糞便排泄[17-18];到現(xiàn)代，火麻仁相關(guān)研究常見(jiàn)于火麻仁油和火麻仁蛋白方面[19-21]，而對(duì)于火麻仁多糖的研究較少。究其原因，可能與火麻仁多糖的提取率較低有關(guān)。

微波輔助提取過(guò)程中，高頻微波能可使樣品中的偶極分子產(chǎn)生偶極渦流、離子傳導(dǎo)與高頻率摩擦，這一過(guò)程中，大量熱能被釋放并參與到提取中[22-23]，裂解細(xì)胞壁，促進(jìn)內(nèi)容物溶出。多項(xiàng)研究表明，相比于傳統(tǒng)提取法，微波提取法具有操作簡(jiǎn)單、提取率更高、不破壞多糖結(jié)構(gòu)等多種優(yōu)點(diǎn)[24-26]，因此被廣泛用于真菌代謝物分離純化[27]、多糖提取[28-29]、皂苷分離[30]以及揮發(fā)油純化[31-32]等領(lǐng)域。該研究分別采用單因素和正交試驗(yàn)，研究了微波功率、提取時(shí)間、液料比3個(gè)因素對(duì)火麻仁多糖提取率的影響，確定微波輔助提取火麻仁的最佳條件，并與相同變量下熱水提取法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)微波輔助提取法優(yōu)于熱水提取法。然后，又比較了4種微波提取法（微波一次直接提取、微波一次浸泡提取、微波二次浸泡提取以及微波凍融提取）的提取率差異，進(jìn)一步探明了4種提取法中微波凍融法效果最好，提取率高達(dá)11.11%。綜上，該試驗(yàn)不僅為火麻仁多糖的提取及分離純化提供了參考依據(jù)，還為火麻仁資源的開(kāi)發(fā)及生物學(xué)活性探究提供了理論支持，同時(shí)為火麻仁多糖這一極具潛力的物質(zhì)在食品、藥品、洗化用品乃至保健品與飼料加工等方面的應(yīng)用與擴(kuò)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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