分光光度法助力研究瑪卡多糖提取工藝

瑪卡是原產(chǎn)南美洲安第斯山脈的一種十字花科植物。葉子橢圓，根莖形似小圓蘿卜，可食用，是一種天然食品，營(yíng)養(yǎng)成份豐富，有“南美人參"之譽(yù)。瑪卡多糖是瑪卡中提取的主要活性成分，其具有延緩衰老、降血糖、提高免疫力、抗病毒及抗癌等作用。瑪卡多糖的提取有超聲提取和加熱回流提取方法，目前有報(bào)道稱加熱回流提取不如超聲提取效率高，且超聲提取操作簡(jiǎn)單、方便、快速，且適合工業(yè)化生產(chǎn)^[1]。本文利用分光光度法采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)分析，確定瑪卡多糖的最佳提取工藝，以便為瑪咖多糖的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試劑

瑪卡（采自云南）；葡萄糖對(duì)照品；硫酸、苯酚、乙醇等試劑均為分析純

1.2 儀器

UV-9000S型紫外可見分光光度計(jì)（上海元析儀器有限公司）

1.3 方法

1.3.1 樣 品 前 處 理 樣 品

打粉，過40目篩，取300.00 g 瑪咖粉末于圓底燒瓶，加入適量的75%乙醇溶液，加熱回流2h，棄提取液，除去脂溶性成分，殘?jiān)鼡]干溶劑后備用。

1.3.2 提取

精密稱取樣品粉末2.00 g 于三角燒瓶中，加入一定量的去離子水，進(jìn)行超聲提取并抽濾，濾液定容待用。

1.3.3 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

參考文獻(xiàn)^［2］，以吸光度為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。同時(shí)方程為：A=28.94C+0.07，相關(guān)系數(shù) r=0.993，在 0.0047~ 0.0268mg/mL線性良好。

1.3.4 瑪咖多糖含量測(cè)定

取適量提取液，以苯酚-硫酸法測(cè)定吸光度代入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程中，得其多糖的質(zhì)量濃度。

1.3.5 單因素實(shí)驗(yàn)

稱取瑪咖粉末2.00 g，考察超聲時(shí)間（20、30、40、50、60 min）、液料比（20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1）、溫度（30、40、50、60、70 ℃）對(duì)瑪咖多糖提取率的影響。

1.3.6 響應(yīng)面設(shè)計(jì)

考察超聲時(shí)間、液料比、溫度3個(gè)因素作為響應(yīng)因變量，利用Design-expert 8.0.6 軟件，按照 Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以瑪咖提取液中多糖得率為響應(yīng)值，通過響應(yīng)曲面分析進(jìn)行試驗(yàn)條件的優(yōu)化，響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素與水平如表 1所示。

表1  響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素與水平

2 結(jié)果分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 超聲時(shí)間對(duì)多糖得率的影響

當(dāng)液料比為40∶1、溫度為 60 ℃，超聲時(shí)間在20~30 min 內(nèi)，多糖得率如圖1所示。

圖1  超聲時(shí)間對(duì)多糖提取的影響

2.1.2 料液比對(duì)多糖得率的影響

當(dāng)超聲時(shí)間為30 min、溫度為60℃，液料比在20∶1~40∶1時(shí)，多糖得率如圖2所示。

圖2  料液比對(duì)多糖得率的影響

2.1.3  溫度對(duì)多糖得率的影響

當(dāng)超聲時(shí)間為30min、液料比為 40∶1，溫度在 30~60 ℃時(shí)，多糖得率如圖3所示。

圖3  溫度對(duì)多糖得率的影響

2.2  響應(yīng)面設(shè)計(jì)結(jié)果

Box-Behnken 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表2，方差分析見表3。經(jīng)過 Design-expert 8.0.6軟件多元回歸擬合，得到瑪卡多糖的預(yù)測(cè)模型方程：Y=39.32+2.63A+ 2.78B+10.21C-0.26

AB+1.23AC-0.54BC-2.48A2-4.30B2+1.23C2，其中，Y為瑪卡多糖含量，A為超聲時(shí)間，B為液料比，C為溫度。

表2  Box-Behnken 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平及結(jié)果

從表3可以看出，溫度的“Prob＞F"值小于0.01，表明其對(duì)瑪卡多糖得率的影響極顯著，液料比和超聲時(shí)間的“Prob＞F"值小于0.05，表明其影響顯著，整體模型的“Prob＞F"值小于0.01，表明該二次方程模型高度顯著。

表3 回歸方程方差分析

注：“*"差異不顯著（P＞0.05）；“**"差異顯著（P＜0.05）；“***"差異極顯著（P＜0.01）

響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值對(duì)各因素（A、B、C）所構(gòu)成的三維空間曲面圖，從圖4至圖6可看出，各因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響，溫度的影響最為顯著，表現(xiàn)為曲線較陡，溫度的最佳值在60 ℃；而超聲時(shí)間和液料比次之，表現(xiàn)為曲線較為平滑，其最佳響應(yīng)值分別為40 min和40∶1。

圖4 提取時(shí)間和液料比對(duì)多糖得率的響應(yīng)面和等高線

圖5  提取時(shí)間和溫度對(duì)多糖得率的響應(yīng)面和等高線

圖6  料液比和溫度對(duì)多糖得率的響應(yīng)面和等高線

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本文以超聲時(shí)間、液料比、溫度為考察因素，采用Box-Behnken響應(yīng)面法，建立了瑪卡多糖提取的二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型，經(jīng)顯著性檢驗(yàn)分析，可利用該模型預(yù)測(cè)瑪卡多糖的得率。優(yōu)化后的最佳工藝為：超聲時(shí)間40 min、液料比40∶1、溫度60 ℃，在此工藝下多糖得率為51.21%，該法為瑪卡多糖的進(jìn)一步開發(fā)利用和工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 薛峰，李春娜，李朋收，等. 超聲提取在中藥化學(xué)成分提取中的應(yīng)用［J］. 中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志，2014，20（18）：231-234.

[2] 王彩步，段寶忠. 云南不同種植基地滇黃精中多糖含量測(cè)定分析［J］. 大理學(xué)院學(xué)報(bào)（綜合版），2018，3（2）：14-17.

文章內(nèi)容來源于：黃貽杰，張海珠. Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化瑪卡多糖提取工藝[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，60（12）：124-127.