郭怡，于晶晶，肖萍,2,通信作者

超高壓法提取葛根多糖的工藝研究

郭怡1，于晶晶1，肖萍1,2,通信作者

（1. 天津農(nóng)學(xué)院 食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津 300384；2. 天津市農(nóng)副產(chǎn)品深加工技術(shù)工程中心，天津 300384）

本文以葛根塊為原料，采用超高壓技術(shù)提取葛根中的多糖，以多糖提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察超高壓壓力水平、保壓時(shí)間、料液比、浸泡時(shí)間對(duì)葛根多糖提取率的影響，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)對(duì)葛根多糖的超高壓提取工藝方法進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的提取工藝條件為：料液比1∶50（g/mL）、超高壓壓強(qiáng)300 MPa、保壓時(shí)間3 min、浸泡時(shí)間90 min。在此條件下，超高壓法提取葛根多糖的提取率為23.81 mg/g。

葛根；多糖；超高壓技術(shù)；工藝優(yōu)化

葛根（Radix Puerariae）是豆科植物葛（（Willd.）Ohwi）的干燥根。其種類主要分為野葛和粉葛，經(jīng)對(duì)古今歷代本草的考察表明，將淀粉含量高、質(zhì)量較好的葛根冠名為粉葛根；將根纖維性極強(qiáng)的葛根稱為野葛根[1]。葛根具有清熱、解肌、止渴、生津、解毒的作用。多糖作為葛根的主要活性成分之一，具有抗氧化、調(diào)節(jié)免疫、降脂降糖、解酒保肝等多種生理功能，且毒副作用小[2]。傳統(tǒng)的葛根多糖提取以水浸提法和有機(jī)溶劑浸提法為主，提取出來(lái)的成分復(fù)雜，有效成分不明確且含量比例較低。因此對(duì)葛根在多糖的提取和結(jié)構(gòu)等方面的研究仍需進(jìn)一步探討。

超高壓技術(shù)是近些年食品加工中展現(xiàn)出的一種新型技術(shù)，因其可改變植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)，改變?nèi)軇┖湍繕?biāo)分子間的親和力，具有縮短提取時(shí)間、降低能耗、減少雜質(zhì)成分溶出等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，逐漸發(fā)展起來(lái)[3]。目前，關(guān)于超高壓提取技術(shù)應(yīng)用于多糖的制備已有報(bào)道，如利用超高壓法提取多糖的研究包括黃精多糖[4]、黃芪多糖[5]、大蒜渣多糖[6]、宣木瓜多糖[7]、太子參多糖[8]、蛹蟲(chóng)草多糖[9]等。但是，利用超高壓技術(shù)提取葛根多糖的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，因此本研究主要以粉葛為原材料，應(yīng)用超高壓提取技術(shù)提取多糖，并對(duì)葛根多糖的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期為葛根中有效成分的提取提供一種耗時(shí)短、條件溫和、操作簡(jiǎn)單的新工藝。

1 材料與設(shè)備

1.1 材料

塊狀粉葛葛根，購(gòu)于老百姓大藥房；苯酚、葡萄糖、濃硫酸、NaOH溶液、亞硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、3，5－二硝基水楊酸等，均為分析純。

1.2 試驗(yàn)儀器

電子精密天平（天津領(lǐng)華科技有限公司）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；紫外分光光度計(jì)（上海菁華科技儀器有限公司）； LD5－2B高速冷凍離心機(jī)（北京雷勃爾有限公司）；高速萬(wàn)能粉碎機(jī)（天津市泰斯特儀器有限公司）；美川真空包裝機(jī)（諸城市美川機(jī)械有限公司）；HPP.L1－600/5超高壓設(shè)備（天津華泰森淼生物工程技術(shù)有限公司）。

2 試驗(yàn)方法

2.1 葛根干粉制備

將塊狀葛根放入粉碎機(jī)中粉碎后過(guò)80目篩得到葛根干粉，4 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

2.2 超高壓提取葛根多糖單因素試驗(yàn)

2.2.1 料液比對(duì)葛根多糖提取率的影響

精確稱取一定量的葛根粉，按料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50（g/mL）加入一定量的蒸餾水，密封后在壓力400 MPa條件下，進(jìn)行超高壓提取5 min，提取完成后4 000 r/min離心10 min，取上清液，測(cè)定多糖含量。

2.2.2 超高壓水平對(duì)葛根多糖提取率的影響

精確稱取葛根粉1 g，按料液比1∶20（g/mL）加入一定量的蒸餾水，密封后進(jìn)行超高壓提取 5 min，超高壓水平分別為100、200、300、400、500 MPa，提取完成后4 000 r/min離心10 min，取上清液，測(cè)定多糖含量并計(jì)算多糖提取率。

2.2.3 保壓時(shí)間對(duì)葛根多糖提取率的影響

精確稱取葛根粉1 g，按料液比1∶20（g/mL）加入一定量的蒸餾水，密封后進(jìn)行超高壓提取，提取條件為400 MPa，保壓時(shí)間分別為2、3、4、5、6 min進(jìn)行試驗(yàn)，提取完成后4 000 r/min離心10 min，取上清液，測(cè)定多糖含量并計(jì)算多糖提 取率。

2.2.4 浸泡時(shí)間對(duì)葛根多糖提取率的影響

精確稱取葛根粉1 g，按料液比1∶20（g/mL）加入一定量的蒸餾水，在室溫條件下分別浸泡0、30、60、90、120 min后，400 MPa超高壓提取5 min，提取完成后4 000 r/min離心10 min，取上清液，測(cè)定多糖含量并計(jì)算多糖提取率。

2.3 葛根多糖的提取工藝正交試驗(yàn)優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采取正交設(shè)計(jì)進(jìn)一步研究料液比、提取壓力、保壓時(shí)間、浸泡時(shí)間對(duì)葛根多糖提取效果的影響。因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)表

2.4 多糖提取率的計(jì)算

采用苯酚－硫酸法和3，5－二硝基水楊酸法分別測(cè)定葛根總糖含量和還原糖含量，并按公式（1）計(jì)算葛根多糖含量。

多糖含量＝總糖含量－還原糖含量 （1）

3 結(jié)果與分析

3.1 料液比對(duì)葛根多糖提取率的影響

由圖1可知，當(dāng)料液比在1∶10～1∶40（g/mL）范圍內(nèi)，隨著料液比的增加，多糖的提取率逐漸升高，原因?yàn)樵诟鸶|(zhì)量一定的條件下，增加溶劑的用量，可使細(xì)胞內(nèi)外多糖的濃度梯度增大，有利于有效成分的溶出[10]；當(dāng)料液比為1∶40（g/mL）時(shí)，葛根中的多糖已基本溶出，再增加溶劑用量，提取率有所下降，可能是由于其他溶出物對(duì)多糖的溶出產(chǎn)生了干擾[11]，因此選擇料液比為1∶40（g/mL）。

圖1 不同料液比對(duì)葛根多糖提取率的影響

3.2 超高壓水平對(duì)葛根多糖提取率的影響

如圖2所示，在100～300 MPa壓力范圍內(nèi)，提取率隨壓力的增加而升高，二者呈正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明隨著壓力的升高，細(xì)胞壁和細(xì)胞膜被破壞的數(shù)量增加，細(xì)胞內(nèi)的多糖被釋放出來(lái)，因此產(chǎn)生了提取率隨壓力的增加而提高的現(xiàn)象；當(dāng)壓力大于300 MPa，隨壓力的增加提取率顯著下降，可能是由于壓力過(guò)大，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的雜質(zhì)成分同時(shí)被釋放出來(lái)而影響了多糖的溶出[10,12]。因此，選取提取壓力為300 MPa。

圖2 不同超高壓水平對(duì)葛根多糖提取率的影響

3.3 保壓時(shí)間對(duì)葛根多糖提取率的影響

由圖3可知，葛根保壓時(shí)間達(dá)到4 min時(shí)，提取率得到最高值，繼續(xù)增加加壓時(shí)間，提取率有所下降。因?yàn)樘崛毫芨?，?xì)胞內(nèi)外的壓差較大，在較短的時(shí)間內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)外的壓力平衡、有效成分的溶解平衡即可完成，即在很短的時(shí)間內(nèi)，葛根中有效成分的溶解擴(kuò)散已經(jīng)達(dá)到了平衡，溶出基本達(dá)到最大值[13]。因此，從節(jié)約能源和時(shí)間的角度，保壓時(shí)間選定為4 min。

圖3 不同保壓時(shí)間對(duì)葛根多糖提取率的影響

3.4 浸泡時(shí)間對(duì)葛根多糖提取率的影響

如圖4所示，當(dāng)浸泡時(shí)間小于60 min時(shí)，隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，溶劑逐漸向葛根內(nèi)部滲透，提取率隨浸泡時(shí)間的增加而提高；當(dāng)浸泡時(shí)間大于60 min時(shí)，葛根已基本浸透，細(xì)胞內(nèi)外壓到達(dá)平衡，浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)使多糖提取率明顯下降。因此，選取浸泡時(shí)間為60 min。

圖4 不同浸泡時(shí)間對(duì)葛根多糖提取率的影響

3.5 葛根多糖的提取工藝正交試驗(yàn)優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，使用SPSS 23.0 軟件對(duì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表和數(shù)據(jù)結(jié)果分析

由表2可知，根據(jù)值可以看出4個(gè)因素對(duì)多糖提取影響的大小依次為料液比（A）＞保壓時(shí)間（D）＞超高壓水平（B）＞浸泡時(shí)間（C）。葛根多糖提取的最佳工藝為A3B2C3D1，即：料液比1∶50、保壓時(shí)間3 min、超高壓水平300 MPa、浸泡時(shí)間90 min，此時(shí)多糖提取率最高為23.81mg/g。

4 討論

葛根中含有豐富淀粉、植物蛋白、黃酮類化合物、氨基酸、葛根素、大豆苷元等物質(zhì)，從而在食藥方面得到了廣泛的應(yīng)用[14]。曾明等人研究了不同來(lái)源葛根中多糖的含量，結(jié)果顯示：不同種類的葛根多糖含量差異較大，其中粉葛中多糖含量顯著高于野生葛根[12]。Zhao等人通過(guò)熱回流萃取法提取葛根多糖含量高達(dá)423.3 g/kg，是葛根重要的活性成分[15]。但是，目前對(duì)于葛根中有效成分的研究還主要集中在野葛根中的黃酮類化合物，對(duì)粉葛根有效成分開(kāi)發(fā)利用則相對(duì)較少。因此，本試驗(yàn)選取多糖含量豐富的粉葛根為原料，研究其多糖提取的工藝，以期為葛根多糖的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

目前，植物活性成分提取的新興技術(shù)主要包括超聲波提取、微波提取、生物酶法提取、超濾法提取、超臨界流體提取、微切助互提取、超高壓提取等。其中，超高壓提取技術(shù)是在常溫下，以100～1 000 MPa的流體靜壓力作用于原材料和提取溶劑的混合液上，保持一段時(shí)間后迅速卸壓，使活性成分穿過(guò)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外提取液中[16]，它已廣泛應(yīng)用于不同來(lái)源的多糖提取研究中，如魏煒等利用單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面方法優(yōu)化了超高壓提取黃精多糖的工藝條件，研究表明，在壓力255 MPa、固液比 1∶17（g/mL）、保壓時(shí)間 9.5 min、提取溫度為常溫、提取劑為水的工藝條件下，多糖提取率為25.01%[4]，比傳統(tǒng)煎煮法多糖提取率高出5.18%；伍亞華等以宣木瓜飲片為原料，采用超高壓技術(shù)提取宣木瓜多糖，在單因素基礎(chǔ)上，通過(guò)響應(yīng)面法對(duì)提取的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得出最佳提取工藝條件為：提取壓力313 MPa，提取溫度為35.0 ℃，提取時(shí)間5.3 min，料液比 1∶30（g/mL），在此條件下宣木瓜粗多糖提取得率為 6.22%[7]；Chen等利用超高壓技術(shù)從蛹蟲(chóng)草中提取多糖，采用響應(yīng)面法優(yōu)化得到最佳提取工藝條件，通過(guò)鐵離子還原法和自由基清除法（超氧自由基、羥基自由基和DPPH自由基）評(píng)價(jià)超高壓提取后多糖的抗氧化活性，發(fā)現(xiàn)采取超高壓技術(shù)提取的多糖具有顯著的抗氧化活性，可作為一種新型抗氧化劑[9]，但將其應(yīng)用于葛根多糖的提取中則較少。因此，本研究采用超高壓技術(shù)提取粉葛根中的多糖，并考察超高壓壓力水平、保壓時(shí)間、料液比、浸泡時(shí)間對(duì)葛根多糖提取率的影響，確定最優(yōu)提取工藝條件。曾明等人采用傳統(tǒng)的水浸提法提取粉葛多糖，提取率為15.38%[12]，提取率高于本文中采用的超高壓提取法，其原因可能為葛根的來(lái)源不同。但是，采用超高壓提取法提取葛根多糖具有節(jié)約提取時(shí)間、避免高溫對(duì)多糖結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響、降低能耗的優(yōu)點(diǎn)。后續(xù)研究中可采用超高壓提取法對(duì)不同來(lái)源的粉葛多糖進(jìn)行提取并對(duì)提取率進(jìn)行比較。同時(shí)，可對(duì)超高壓提取的葛根多糖結(jié)構(gòu)和功能性等方面與傳統(tǒng)水浸提法提取的多糖進(jìn)行比較，以期為超高壓提取葛根多糖的工業(yè)化生產(chǎn)提供更多的理論支撐。

5 結(jié)論

超高壓提取工藝操作簡(jiǎn)單，機(jī)械化程度高，且具有高效率、無(wú)污染、符合“綠色環(huán)保”標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，適用于現(xiàn)代化生產(chǎn)。本文選取了料液比、超高壓壓力水平、保壓時(shí)間和浸泡時(shí)間4個(gè)因素，研究葛根多糖提取的工藝參數(shù)，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化后，得到適宜的提取條件為：料液比1∶50（g/mL）、超高壓壓強(qiáng)300 MPa、保壓時(shí)間3 min、浸泡時(shí)間90 min，在此條件下，超高壓法提取葛根多糖的提取率為23.81 mg/g。

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Study on the technology of extracting polysaccharides from Radix Puerariae by Ultra-high pressure method

GUO Yi1, YU Jing-jing1, XIAO Ping1,2,Corresponding Author

（1. College of Food Science and Bioengineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Tianjin Engineering and Technology Research Center of Agricultural Products Processing, Tianjin 300384, China）

In this paper, Ultra-high pressure technology（UHP）was used to extract polysaccharide from Radix Puerariae with the extraction rate of polysaccharide as the evaluation index. UHP pressure level, UHP time, solid-liquid ratio and soaking time were analyzed. Through single factor and orthogonal test, the optimal extraction conditions were obtained: liquid ratio 1∶50（g/mL）, UHP pressure 300 MPa, UHP time 3 min, soaking time 90 min. Under these conditions, ultra high pressure extraction rate of extraction of polysaccharide was 23.81 mg/g.

Radix Puerariae; polysaccharides; Ultra-high pressure technology（UHP）; process optimization

1008-5394（2020）03-0066-04

10.19640/j.cnki.jtau.2020.03.015

TS201.1

A

2019-08-12

郭怡（1996-），女，碩士在讀，主要從事功能多糖與腸道菌群研究。E-mail：1076348079@qq.com。

肖萍（1986-），女，講師，博士，主要從事功能多糖與腸道菌群研究。E-mail：xiaoping19860724@126.com。

責(zé)任編輯：張愛(ài)婷