黄芪多糖超声-微波协同提取研究

杜广芬，蔡志华，王 刚，代 斌，何 林

新疆兵团化工绿色过程重点实验室/石河子大学化学化工学院，新疆石河子 832000

黄芪(Radix Astragali)为豆科草本植物蒙古黄芪、膜荚黄芪的根，是常用的中药材，其具有补气固表、利水退肿、托毒排脓等多种疗效。在我国，黄芪主要分布于东北、华北、西北和西南地区。黄芪中含有多糖、皂甙、黄酮、氨基酸等多种活性成分［1-3］，具有较高的药用价值。目前，已从黄芪及其同属植物中分离出10多种多糖［4］、100多种黄酮类化合物和40多种皂甙类成分。研究表明，黄芪多糖具有增强机体免疫功能、强心降压、降血糖、抗应激、抗肿瘤、抗病毒、抗辐射、抗氧化等多种药理功效［5，6］。黄芪多糖过去大都采用水煎煮法提取［7］，近年相关研究主要集中在利用微波［8-12］或超声波［13-15］辅助提取等较为高效的提取方法。但文献报道的各种方法均存在提取时间长、多糖得率不高［16，17］等不足。因此，发展更加快捷高效的提取方法具有重要的应用价值。超声-微波协同提取法［18-22］是一种先进的萃取手段，该方法将微波和超声两种手段有机结合起来，大大提高了提取效率。本实验在黄芪多糖水浸提法提取的基础上，以多糖得率及粗多糖纯度为目标函数，对黄芪多糖的微波-超声协同提取进行了研究。

1 材料与仪器

原料:黄芪，经分析符合中华人民共和国药典2005年版一部“黄芪”项下有关规定。98%硫酸、苯酚、95%乙醇、葡萄糖均为分析纯。

主要仪器:CW-2000型超声-微波协同萃取/反应仪(上海新拓分析仪器有限公司);UV22501PC型紫外可见分光光度计(日本岛津公司);BS 124S电子分析天平。

2 实验方法

2.1 葡萄糖标准曲线的制作

2.1.1 葡萄糖标液配置:精密称取0.1087 g葡萄糖定容至1000 mL容量瓶中加蒸馏水稀释至刻度线。

2.1.2 标准曲线的绘制:准确吸取葡糖糖标准液0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL 于 10 mL试管中，统一用蒸馏水稀释至2 mL，再各加入5%的苯酚1 mL，迅速滴加5 mL浓硫酸，摇匀，室温下放置30 min，以加入葡萄糖贮备液0.0 mL组作为空白液，进行空白试验。

2.1.3 最大吸收波长的选择:取配置的标准葡萄糖溶液2 mL，加入5% 的苯酚1 mL，迅速加入浓硫酸5 mL，摇匀，室温显色30 min，冷却，在波长为200～600 nm范围内，用紫外可见分光光度计扫描，测得最大吸收波长为490 nm。

将上述各黄芪多糖待测液，在490 nm处测得吸光度，以吸光光度值为纵坐标，葡萄糖含量为横坐标作标准曲线如图 1，得回归方程:Y=0.0119X-0.0057(R2=0.9985)。

图1 葡萄糖标准曲线Fig.1 Standard curve of glucose

2.2 黄芪多糖测定方法［23］

采用苯酚-硫酸法。多糖在浓硫酸的作用下水解生成单糖，并迅速脱水形成糠醛衍生物，然后与苯酚缩合成有色化合物，在490 nm处有最大吸收。

准确称取约0.01 g粗多糖样品，置于250 mL量瓶中，加水溶解，定容。精密吸取2 mL样品溶液于试管中，再加入1 mL的苯酚，迅速滴加5 mL浓硫酸，摇匀，室温下放置30分钟，以加入葡萄糖贮备液0.0 mL组作为空白液，进行空白试验，在490 nm处测定吸光值。由标准曲线方程Y=0.0119X-0.0057计算可得黄芪多糖含量，其中Y为吸光度值，X为葡萄糖浓度(ug/mL)。

2.3 黄芪多糖提取方法

以水为溶剂浸提:准确称取5 g黄芪粉末(过20目筛)，加入10～30倍量的水，室温下静置60 min，在超声波-微波协同作用下提取一段时间，趁热过滤得提取液，提取液适当浓缩，加入约3倍浓缩液体积的95%乙醇醇沉，静置5 min，过滤、干燥得到黄芪粗多糖。

3 结果与分析

3.1 单因子实验

3.1.1 提取时间对黄芪多糖得率的影响

在料液比为1∶10，功率为180 W的条件下，分别控制提取时间为 60 s、90 s、120 s 、150 s、180 s提取黄芪多糖，计算提取率及纯度，得图。由实验结果可知，150 s内多糖提取过程基本达到平衡，增加提取时间，多糖得率变化不大，由于黄芪中其它成分的溶出，多糖纯度反而呈下降趋势。因此可以选择120，150，180 s作为正交因子。

图2 时间对多糖得率和纯度的影响Fig.2 Effect on yield of hippophae rhamnoides polysaccharide by time

3.1.2 不同功率对黄芪多糖得率的影响

在提取时间为150 s，料液比为1∶10的情况下，在微波功率分别为60 W、120 W、180 W、240 W、300 W下，提取黄芪多糖，计算提取率及纯度，得图3。由实验结果可知，多糖得率随微波功率增加而增大，当微波功率增加到120 W时，进一步增加功率，多糖得率变化不明显，由于其它成分的溶出，多糖纯度呈下降趋势。因此可以选择60 W，120 W，180 W作为正交因子。

图3 不同功率对黄芪多糖得率的影响Fig.3 Effect on yield of hippophae rhamnoides polysaccharide by different power

在提取时间为150 s，微波功率为120 W的情况下，取不同的料液比 1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30 提取多糖，计算提取率及纯度，得图4。实验结果表明，溶剂用量为20 mL/g原料较合适，进一步增加溶剂用量，提取率下降明显，这可能是因为过多的溶剂增加了多糖的溶解，使析出的多糖减少。因此可以选择 1∶15、1∶20、1∶25 作为正交因子。

图4 不同料液比对沙棘多糖得率的影响Fig.4 Effect on yield of hippophae rhamnoides polysaccharide by different rate of solid to liquid

3.2 正交试验

综合上述单因素实验结果，以超声波-微波协同提取时间、微波功率和料液比作为正交因子，设计了3因素3水平正交实验，优选最佳工艺条件，正交实验及方差分析结果如下:

表1 正交实验因子水平表Table 1 The orthogonal experiment factor level table

表2 正交实验表及结果Table 2 The orthogonal experiment table and results

表3 正交实验结果方差分析Table 3 Orthogonal experimental results of variance analysis

通过正交实验和方差分析可以看出，各因素对黄芪多糖提取率的影响顺序为:B＞A＞C，即微波功率＞提取是间＞料液比。各因素的最佳组合为B2A2C3，即微波功率120 W，提取时间150 s，料液比1∶25(g/mL)时，在此最优条件下，黄芪多糖的提取率最高可达4.25%。

3.3 最佳工艺验证实验

取同一批次药材按最佳提取工艺条件进行提取，分别提取三批，结果如下(表四)所示，平均提取率为4.162%，RSD 为1.938;平均纯度为 68.433%，RSD 为0.276。

表4 验证实验Table 4 Demonstration test

3.4 最佳工艺验证实验

将超声-微波协同提取法与文献报道的水提法［7］、微波辅助法［8］、超声辅助法［13］进行平行提取实验，对提取率及多糖纯度进行了比较。结果表明，利用超声-微波协同提取法可以获得更高的多糖提取率及更优的多糖纯度(图5)。

图5 黄芪多糖不同提取方法的比较Fig.5 Comparison of different extraction methods of astragalus polysaccharides

4 结论

通过以上实验得出黄芪多糖超声波-微波协同提取的最佳工艺为:微波功率120 W、提取时间150 s、最佳料液比为1∶25(A2B2C3)，黄芪多糖提取率为4.245 mg/g。结果表明，超声-微波协同提取法与其他方法相比，更加省时、高效，所得多糖纯度更高。

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