陳曉輝 陳雨婕 聞正順

摘要 [目的]對火麻仁內的多糖進行微波輔助提取并優(yōu)化提取工藝，同時對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對提取時間、微波功率和液料比3個因素進行優(yōu)化，確定微波提取火麻仁的最佳條件，并與熱水提取法進行比較。[結果]微波提取的最佳條件為微波功率250 W，提取時間6 min，液料比60∶1（mL/g）。通過正交試驗和試驗因素的方差分析可知，微波功率對火麻仁多糖的提取率影響最大，其次為時間和液料比。通過對比試驗可以發(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%。 [結論]該研究優(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，同時縮短了提取時間，為火麻仁多糖相關生物活性的進一步研究提供了支持。

關鍵詞 火麻仁;多糖;微波輔助提取;正交試驗

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，臨床上對于通便潤燥、祛風痹、治療丹毒等療效顯著[1]?；鹇槿蕦匐p子葉植物綱，蕁麻目，?？?干燥時呈扁卵圓形，外果皮菲薄，內果皮堅脆[2]。研究發(fā)現(xiàn)，火麻仁含有30%油、25%蛋白質，以及多種膳食纖維、維生素和礦物質等[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];在過去的幾十年中，多糖相關的結構修飾研究日益深入[7-8]，到如今，人們已經熟練掌握了合成定制多糖的技術[9]，但天然來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域占有重要地位[10-11]。有研究表明，火麻仁多糖對于環(huán)磷酰胺所引起的鼠類腸道病變具有良好的修復作用，因此，其藥用價值同樣不容忽視[12]。筆者通過對火麻仁內的多糖進行微波輔助提取并優(yōu)化其工藝，對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一步研究提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 火麻仁原材料產自廣西巴馬縣，已干燥。

1.2 試劑與儀器 試劑：無水乙醇（貨號：10009218）、三氯甲烷（貨號：10006818）、正丁醇（貨號：10005208）、苯酚（貨號：10015318）以及無水乙醚（貨號：80059618）全部采購自國藥集團化學試劑有限公司，均為分析純。

儀器：中藥粉碎機（103型，瑞安市永歷制藥機械有限公司）;大容量低速離心機（TD5K，長沙旺東實驗儀器有限公司）;冷凍干燥機（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-可見分光光度計（UV-1600，上海美譜達儀器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 火麻仁多糖的提取。

火麻仁去殼，粉碎，過40目篩，備用;乙醇乙醚混合（1∶1）后作為提取液對火麻仁干粉進行索氏提取脫脂，脫脂過程持續(xù)至提取液變無色。之后，取出火麻仁粉末殘渣揮發(fā)溶劑并烘干。稱取適量處理后的粉末，加入二次蒸餾水，調整不同微波功率與加熱時間，分別進行提取。離心取上清液，濃縮至原體積的1/5，醇沉過夜。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。重復此操作直至離心后多糖溶液與Sevage試劑兩液面分層處無雜質， 取下層清液，透析24 h后得火麻仁粗多糖。

1.3.2 多糖測定。采用葡萄糖標準曲線作為樣品OD值的對照標準曲線，葡萄糖標準曲線為A=3.943 8c+0.095 3，R2=0.992 8。其線性有效范圍為0～0.5 μg/mL。

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

式中，m為火麻仁多糖提取液OD值對照標準曲線所得糖含量; 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量。每個樣品做3組平行。

1.3.3 單因素對比。

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

熱水提?。?稱取1.20 g脫脂后粉末5份，液料比50∶1，固定提取時長2 h，將30 ℃作為起始溫度，以10 ℃為梯度逐級增加。

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

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

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

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

1.3.4 微波提取工藝的正交試驗優(yōu)化。經過單因素試驗分析后，確定3個主要因素，因素水平見表1，正交試驗設計見表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5種提取處理：處理①（熱水提?。簩⑻幚砗玫脑?0 ℃水浴提取6 h，計算提取率;處理②（微波直接提?。?，將處理好的原料250 W微波提取6 min，計算提取率;處理③（微波一次浸泡提取），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，過濾提取液，等體積混合蒸餾水與殘渣，微波提取6 min;處理⑤（微波凍融提?。瑢⑻幚砗玫脑显?12 ℃下冷凍12 h，用250 W微波加熱融化，重復2次，再按“處理③”的方法提取。

2 結果與分析

2.1 熱水和微波提取的單因素試驗結果

2.1.1 提取溫度對提取率的影響。微波提取法中功率變化會引起熱量的變化，因此其本質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，當功率為250 W時，提取率最大，達8.90%，然后逐漸下降并趨于平緩。分析原因，起初功率增大帶來的熱能促進了細胞內容物的溶出，有助于提取，然而隨著功率不斷增大，過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 ℃時達到最高值，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 提取時間對提取率的影響。由圖3可知，在一定范圍內，提取率隨提取時間的延長而呈現(xiàn)上升趨勢，6 min時，達到最大值9.30%。隨后，隨著時間的進一步延長，曲線反而下降并趨于平緩。這可能與過度加熱導致多糖降解與雜質溶出有關。在圖4中，曲線趨勢與圖3大致相同，最大提取率出現(xiàn)在2 h點，所需時間為微波提取達到最大提取率的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 液料比對提取率的影響。由圖5可知，液料比低于50∶1 時，隨著液料比的不斷增大，提取率呈現(xiàn)上升趨勢，料液比為50∶1時，提取率達到峰值8.20%，此后緩緩下降。這可能是由于濃度差的增大加快了細胞內多糖的擴散速度，或是由于接觸面積的增大，多糖溶出量增加，但是超過一定范圍后，細胞內的物質已全部溶出，同時雜質也阻礙著多糖溶出，因此呈現(xiàn)下降趨勢。由圖6可知，熱水提取法提取率達到峰值的料液比為50∶1，提取率僅為4.65%，與微波提取法相差甚遠。

2.2 微波輔助提取工藝的正交優(yōu)化

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

設計并建立正交試驗（表2），通過方差分析確立對提取率產生最大影響的因素。試驗結果表明：微波功率、提取時間和液料比是影響提取率的3個因素，其中最優(yōu)方法是A2B2C3，即微波功率250 W、提取時間6 min、液料比為60∶1。方差分析表明：對于火麻仁多糖的提取，微波功率最為顯著，其他2個因素略次之。

2.3 4種微波輔助提取法對提取率的影響

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11.11%。

3 討論與結論

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物質之中，如甲殼素、海藻酸、纖維素等均屬于其范圍之列[13]。作為生物體成長及蛋白質調節(jié)過程中的重要組成部分，天然多糖結構內存在著多種不同的官能基團，這些官能基團使其具有高的化學反應性，因而可以在疫苗、藥物以及保健品等不同領域中得到應用[14-16]?；鹇槿首鳛橐环N來源豐富且價格低廉的藥材，擁有深遠的藥用歷史，《神農本草經》記載，火麻仁可以彌補人體氣血虛弱，潤腸并刺激腸黏膜收縮，促進糞便排泄[17-18];到現(xiàn)代，火麻仁相關研究常見于火麻仁油和火麻仁蛋白方面[19-21]，而對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。

微波輔助提取過程中，高頻微波能可使樣品中的偶極分子產生偶極渦流、離子傳導與高頻率摩擦，這一過程中，大量熱能被釋放并參與到提取中[22-23]，裂解細胞壁，促進內容物溶出。多項研究表明，相比于傳統(tǒng)提取法，微波提取法具有操作簡單、提取率更高、不破壞多糖結構等多種優(yōu)點[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]等領域。該研究分別采用單因素和正交試驗，研究了微波功率、提取時間、液料比3個因素對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?。┑奶崛÷什町悾M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11.11%。綜上，該試驗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發(fā)及生物學活性探究提供了理論支持，同時為火麻仁多糖這一極具潛力的物質在食品、藥品、洗化用品乃至保健品與飼料加工等方面的應用與擴展奠定了堅實的基礎。

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