正交试验优化红参多糖超声提取工艺

（牡丹江医学院，黑龙江牡丹江157011）

红参（radix ginseng rubra，RGR）为五加科植物人参（Panax ginseng C.A.Mey.）的栽培品经蒸制后干燥根及根茎，性寒，味甘、微苦，具有大补元气、复脉固脱、益气摄血的功效[1]。其生理活性成分主要是人参皂苷、挥发油和多糖[2-3]。近年来，从各种植物中提取多糖的研究日益增多，植物多糖的生物活性也日渐得到人们的重视。药理研究表明多糖具有降血糖[4]、降血脂[5]、抗病毒[6]、抗炎[7]、抗氧化[8-9]、免疫调节[10]和抗肿瘤[11]等方面的生物活性，且毒副作用小。红参多糖作为红参中一种主要的成分，也具备多种生物活性。研究表明，红参中可溶性多糖含量明显高于人参、西洋参[12]。故本试验选取红参为试验材料，采用超声提取法[13]进行多糖提取，采用苯酚-硫酸法[14]进行多糖含量测定，通过单因素试验、正交试验，确定红参多糖的最佳超声提取工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红参：吉林省长白县；葡萄糖（批号110833，分析纯）：中国药品生物制品检定所，；苯酚（分析纯）：沈阳试剂一厂；硫酸（分析纯）：天津市富宇精细化工有限公司；无水乙醇（分析纯）：哈尔滨市新达化工厂。

HN-1000CT恒温超声波提取机：上海汗诺仪器有限公司；SYC-15B超级恒温水浴：南京桑力电子设备厂；GZX-9070MBE电子恒温鼓风干燥箱：上海博迅实业有限公司医疗设备厂；723型可见分光光度计：上海光谱仪器有限公司；RE-5299旋转蒸发器：上海予华仪器有限公司；TGL-16C离心机：上海天美科技有限公司；TA 2004电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 葡萄糖标准曲线的绘制

葡萄糖使用前，先于105℃烘箱中，烘干至恒重，精密称取10 mg葡萄糖，用蒸馏水溶解，定容至100 mL容量瓶，混匀备用。配制成0.1 mg/mL葡萄糖标准溶液。分别吸取0.1 mg/mL葡萄糖标准溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，置于带塞试管中，用蒸馏水依次补至1.0 mL。加入1.0 mL 5%的苯酚溶液，震荡混匀后，与液面垂直逐滴加入5.0 mL浓硫酸，充分混合。置于沸水浴中反应20 min后，取出，室温下冷却30 min，以相同处理的蒸馏水为对照组，于490 nm波长处，测定其吸光度A。以标准葡萄糖含量为横坐标，吸光度A为纵坐标，制定标准曲线。

1.2.2 红参多糖的含量测定

对红参多糖的含量测定采用苯酚-硫酸法。按

1.2.1项下方法操作，根据标准曲线，计算红参多糖提取率。

多糖提取率/%=（供试品中糖含量/原料的质量）×100

1.2.3 超声波法辅助提取红参多糖的工艺流程

红参粉末+蒸馏水→充分溶解→超声→真空抽滤→滤液用sevage法除蛋白质→浓缩→醇沉→得红参多糖测吸光度

1.2.4 单因素试验

试验采用超声功率（80、90、100、110、120、140、160、180 W），超声温度（30、40、50、55、60、70、80 ℃），料液比[1 ∶10、1 ∶15、1 ∶20、1 ∶25、1 ∶30、1 ∶35（g/mL）]及超声时间（25、30、35、40、45、50、55、60 min）为对红参多糖提取率的影响进行研究。

1.2.5 正交试验

根据单因素试验的结果，选择合适的超声功率（A）、超声温度（B）、料液比（C）、超声时间（D）为参考因素，以红参多糖提取率为指标，进行L9（34）正交试验设计，对红参多糖的超声提取工艺进行优化，确定最佳提取工艺条件。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and lerels for orthogonal array design

2 结果与分析

2.1 葡萄糖标准曲线

葡萄糖标准曲线见图1。

图1 葡萄糖标准曲线Fig.1 Glucose standard curve

由图1可知，以吸光度值A为纵坐标，葡萄糖含量为横坐标（mg），得线性回归方程：y=7.765x+0.028，R2=0.999 2，试验表明标准葡萄糖在0.02 mg～0.1 mg之间呈良好的线性关系。

2.2 单因素试验

2.2.1 超声功率对红参多糖提取率的影响

称取5 g红参粉末，按照超声功率80、90、100、110、120、140、160、180 W，料液比 1 ∶30（g/mL）、超声温度50℃、超声时间30 min，按1.2.3项下方法提取测定，计算多糖提取率，结果如图2所示。

结果表明，随着超声功率的增大，多糖提取率先上升后下降，120 W后增大超声功率对多糖提取率的影响不大，在超声功率为100 W处取得最大值，即超声功率在100 W左右时，红参多糖的提取效果较好。

2.2.2 超声温度对红参多糖提取率的影响

图2 超声功率对红参多糖提取率的影响Fig.2 The effect of ultrasonic power on extraction rate of red ginseng polysaccharides

称取5 g红参粉末，按照超声温度30、40、50、55、60、70、80℃，料液比 1∶30（g/mL）、超声功率 100 W、超声时间30 min，按1.2.3项下方法提取测定，计算多糖提取率，结果如图3所示。

图3 超声提取温度对红参多糖提取率的影响Fig.3 The effect of ultrasonic extraction temperature on the extraction rate of red ginseng polysaccharides

结果表明，超声温度对红参多糖提取率的影响不大，随着超声温度的增大，多糖提取率逐渐上升，在超声温度为60℃时取得最大值，70℃时多糖提取率开始下降，即超声温度在60℃左右时，红参多糖提取效果较好。

2.2.3 料液比对红参多糖提取率的影响

称取 5g红参粉末，按照料液比 1∶10、1∶15、1∶20、1 ∶25、1 ∶30、1 ∶35（g/mL）、超声温度 60 ℃，超声功率100 W、超声时间30 min，按1.2.3项下方法提取测定，计算多糖提取率，结果如图4所示。

图4 料液比对红参多糖提取率的影响Fig.4 The effect of the solid-liquid ratio on the extraction rate of red ginseng polysaccharides

结果表明，随着料液比的增大，多糖提取率先上升后下降，在料液比为1∶25（g/mL）时取得最大值，红参多糖提取效果较好。

2.2.4 超声作用时间对红参多糖提取率的影响

称取5 g红参粉末，按照超声时间25、30、35、40、45、50、55、60 min，料液比 1 ∶25（g/mL）、超声温度 60 ℃，超声功率100 W，按1.2.3项下方法提取测定，计算多糖提取率，结果如图5所示。

图5 超声作用时间对红参多糖提取率的影响Fig.5 The effect of ultrasonic time on the extraction rate of red ginseng polysaccharides

结果表明，超声时间对红参多糖提取率的影响较为明显，随着超声作用时间的增大，多糖提取率逐渐上升，在超声时间为55 min时取得最大值，即超声作用时间为55 min左右时，红参多糖提取效果较好。

2.3 正交试验

2.3.1 正交试验结果与分析

根据单因素试验的结果，选择合适的超声功率（A）、超声温度（B）、料液比（C）、超声时间（D）为参考因素，以红参多糖提取率为指标，进行L9（34）正交试验设计，对红参多糖的超声提取工艺进行优化见表2，方差分析见表3。

表2 L9（34）正交试验结果Table 2L9（34）orthogonal experimental results

表3 正交试验方差分析结果Table 3 Results of the orthogonal experimental variance analysis

由表2正交试验结果中R值可知，各因素对红参多糖提取率的影响程度依次为：超声时间>超声功率>超声温度>料液比。确定正交试验优化出的最佳提取工艺为A2B1C2D1，即超声功率100 W，超声温度50℃，料液比1∶25（g/mL），超声时间50 min。由表3方差分析可知，FC＜FB＜FA＜FD＜F0.05，因此超声时间、超声功率、超声温度、料液比对超声提取红参多糖的提取率均无显著影响。

2.3.2 验证性试验

按照正交试验确定的最佳提取工艺条件A2B1C2D1，即超声功率100 W，超声温度50℃，料液比1 ∶25（g/mL），超声时间 50min 进行提取，平行 3 次，结果见表4，得出红参多糖提取率分别为53.77%、53.83%、54.30%，多糖平均提取率为53.98%，RSD值为0.52%（n=3）。计算结果表明，该提取工艺稳定可行。

表4 验证性试验Table 4 Verification test

3 结论

超声提取法是一种用超声波强化辅助提取植物多糖的方法。以物理破碎的方式促使植物的有效成分进入到溶剂中。同时，超声波在液体中形成一种高温、高压的环境，从而达到缩短提取时间的效果。故超声提取法可用于红参多糖的提取。

本文通过L9（34）正交优化试验结果表明，各因素对红参多糖提取率的影响程度依次为：超声时间>超声功率>超声温度>料液比。红参多糖超声提取的最佳工艺条件为A2B1C2D1，即超声功率100 W，超声温度50℃，料液比 1∶25（g/mL），超声时间 50min。在最佳超声提取工艺条件下，红参多糖平均提取率为53.98%，RSD值为0.52%（n=3），表明此方法提取率高且稳定性好。超声提取红参多糖工艺简单、方便、稳定、可行，可用于红参多糖的提取。