超声波辅助酶法优化茶陵白芷多糖提取工艺的研究

◎ 胡 鹏，陈光静，李福元，刘 艳，李志华

（1.湖南中医药高等专科学校，湖南 株洲 412012；2.贵阳学院 食品与制药工程学院，贵州 贵阳 550005）

白芷，一种用途非常广的药食同源材料，既可作为中药治疗疾病，又可作为香料做美容用品，还可用于食材。中药白芷以根入药，有祛病除湿、排脓生肌、活血止痛等功能[1-3]。茶陵白芷栽培历史已有2 000多年，是茶陵“三宝”之一，誉满全国。茶陵白芷古称“楚芷”，今称“茶芷”，和“杭芷”“川芷”并列为全国三大名芷，1987年出版的《全国土特产大全》，茶芷名列白芷榜首。2021年，茶陵白芷经国家知识产权局批准，成功注册地理标志证明商标。目前，白芷香豆素和挥发油在药学和调味品领域均有所研究，但对茶陵白芷中的多糖还没有相关研究[4-5]。

多糖的提取方法主要有水提醇沉法、微波提取法、超临界流体提取、超高压提取、超声波辅助提取法和酶提取法等[6-9]。本试验采用超声波辅助纤维素酶法提取茶陵白芷多糖，采用单因素试验和正交试验进行提取工艺优化，为茶陵白芷多糖的开发利用提供理论依据和数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茶陵白芷购自湖南省茶陵药材市场，经鉴定为茶陵白芷的干燥根，粉碎成粉备用。

浓硫酸：株洲星空化玻有限公司；葡萄糖、苯酚、正丁醇、石油醚和乙醇：上海麦克林生化科技有限公司；纤维素酶（酶活力＞30 000 U·g-1）：和氏璧生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

KQ-100DE型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；紫外可见分光光度计，上海精科仪电分析仪器有限公司；中药粉碎机，温岭市林大机械有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 超声波辅助纤维素酶法提取茶陵白芷多糖及含量测定

（1）超声波辅助酶法提取茶陵白芷多糖。茶陵白芷→烘干→粉碎→索氏提取器抽提脱脂→烘干→加纯净水→加纤维素酶→超声波提取→沸水灭酶→过滤→滤液真空蒸发浓缩→醇沉→离心→沉淀用无水乙醇、乙醚洗涤→烘干→多糖[10]。

（2）多糖含量的测定。采用苯酚-硫酸法测定[11]。

1.3.2 单因素试验

在固定料液比1∶30（g∶mL），超声功率240 W，酶解温度60 ℃，酶解时间40 min，pH=5.0的条件下，考察纤维素酶添加量分别为2%、3%、4%、5%和6%（以干样质量百分数计）时茶陵白芷多糖的提取率。

在固定料液比1∶30（g∶mL），超声功率240 W，酶解温度60 ℃，酶解时间40 min，纤维素酶添加量为5%的条件下，考察pH值分别为2、3、4、5及6时茶陵白芷多糖的提取率。

在固定料液比1∶30（g∶mL），超声功率240 W，酶解时间40 min，纤维素酶添加量为5%，pH=5的条件下，考察酶解温度分别为45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃和65 ℃时的茶陵白芷多糖的提取率。

在固定料液比1∶30（g∶mL），超声功率240 W，酶解温度60 ℃，纤维素酶添加量为5%，pH=5的条件下，考察酶解时间分别为10 min、20 min、30 min、40 min和50 min下茶陵白芷多糖的提取率。

1.3.3 正交试验

以单因素试验结果为基础，选择纤维素酶添加量、酶解温度、酶解时间和酶解pH值作为考察因素，进行4因素3水平的正交试验设计L9(34)。正交试验因素水平设计见表1。

表1 正交试验因素水平表

1.4 数据处理

使用Excel进行图表的绘制，正交软件和SPSS 23.0软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 茶陵白芷多糖含量标准曲线

按照葡萄糖浓度和测定的吸光度计算出线性回归方程为y=0.010 5x-0.003 7，R2=0.999 3，茶陵白芷多糖标准曲线见图1。

2.2 单因素试验

2.1.1 纤维素酶添加量对茶陵白芷多糖提取率的影响

由图2可知，随着纤维素酶添加量的增加，茶陵白芷多糖的提取率先增加后减小，在纤维素酶添加量为5%时茶陵白芷提取率最高，纤维素酶的添加量过大，会产生竞争性抑制反应。因此选择纤维素酶添加量4%、5%、6%进行后续正交试验。

2.1.2 pH值对茶陵白芷多糖提取率的影响

由图3可知，酶解pH值为4时茶陵白芷多糖的提取率最大，可见纤维素酶在pH=4时具有较高的活性，所以选择酶解pH值为3、4、5进行后续的正交试验。

2.1.3 酶解温度对茶陵白芷多糖提取率的影响

由图4可知，温度低于55 ℃时，茶陵白芷多糖提取率逐渐增加，在55 ℃时茶陵白芷多糖提取率最大，温度高于55 ℃时，茶陵白芷多糖提取率逐渐降低。温度的增加有利于多糖提取，但温度过高会导致纤维素酶失活，从而使多糖提取率降低。因此，选择纤维素酶酶解温度50 ℃、55 ℃、60 ℃进行后续的正交试验。

2.1.4 酶解时间对茶陵白芷多糖提取率的影响

由图5可知，随着酶解时间的增加，茶陵白芷多糖的提取率也在不断增加。酶解时间在30 min内，茶陵白芷多糖的提取率增加较快，在30 min后多糖的提取率增加缓慢。考虑到提取效率，选择酶解时间20 min、30 min、40 min进行后续的正交试验。

2.2 茶陵白芷多糖提取工艺优化

以茶陵白芷提取率作为评价指标，试验结果见表2。由表2可知，超声波辅助纤维素酶法提取茶陵白芷多糖提取率的影响因素主次排列顺序为酶解pH值＞酶解温度＞酶添加量＞酶解时间，酶解时间对茶陵白芷多糖的提取影响最小，综合考虑，得出最优组合为A2B2C2D2，即酶解温度为55 ℃、pH值为4、酶解时间为30 min，酶添加量为5%。对此进行补充验证试验，得到茶陵白芷多糖提取率为22.37%。

表2 正交试验结果表

3 结论

影响超声波辅助酶法提取茶陵白芷多糖提取率的主次因素排列顺序为酶解pH值＞酶解温度＞酶添加量＞酶解时间，酶解时间对茶陵白芷多糖的提取影响最小，综合考虑，得出最优组合为A2B2C2D2，即酶解温度为55 ℃、pH值为4、酶解时间为30 min，酶添加量为5%。对此进行补充验证试验，得到茶陵白芷多糖提取率为22.37%。