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超声波提取珠子参根茎多糖的工艺优化



全 文 :南 方 农 业 学 报 45卷
收稿日期:2014-05-30
基金项目:贵州省科技厅联合基金项目(黔科合J字LKT[2012]03号);梵净山特色动植物资源重点实验室科研项目(黔教合KY[2011]
005号)
作者简介:郭春喜(1981-),主要从事园林规划及植物生物技术研究工作,E-mail:gaoyq919@163.com
超声波提取珠子参根茎多糖的工艺优化
郭春喜,高宇琼
(铜仁学院 生物与化学工程系,贵州 铜仁 554300)
摘要:【目的】优化超声波提取珠子参根茎多糖的工艺条件,为珠子参的开发利用提供参考依据。【方法】以珠子参
根茎为原料,通过单因素试验和正交试验考察料液比、提取时间、提取温度、超声波功率对多糖提取率的影响。【结果】
影响超声波提取珠子参根茎多糖的因素顺序为:料液比>提取温度>提取时间>超声波功率,其最佳提取条件为:在料
液比1∶10、提取温度60℃、提取功率90 W的条件下提取20 min,珠子参根茎多糖提取率为11.71%。【结论】超声波提取
法具有提取时间短、提取率较高、操作简便、稳定性好等优点,是提取珠子参根茎多糖的有效方法。
关键词:珠子参;根茎;多糖;超声波提取;工艺优化
中图分类号:R284.2 文献标志码:A 文章编号:2095-1191(2014)12-2242-06
0 引言
【研究意义】珠子参[Panax japonicus C.A. Mey.
var. major(Burk.)C.Y.Wu et K.M.Feng]又称鸡腰参、
大金线吊葫芦、珠儿参、白地瓜,属五加科(Araliaceae)
人参属(Panax)植物,具有补肺、养阴、活络、止血等功
效(国家药典委员会,2005;赵仁等,2008),其干燥根
茎为中药药材。珠子参含有皂苷、多糖、氨基酸等多种
天然有效成分(时晓磊等,2013),其中多糖是多种生
物活性的聚合物,具有免疫调节、抗肿瘤、抗衰老、降
血糖、抗凝血等作用,且对机体毒副作用小(季宇彬,
2005)。因此,如何有效提取珠子参根茎中的多糖,对
开发利用珠子参具有重要意义。【前人研究进展】目
前,对珠子参的药理活性研究较多,包括抗肿瘤、对免
疫功能的影响及镇痛镇静作用等(胡卫和陈涛,2005;
贺海波等,2010)。在珠子参有效成分提取研究方面,
以皂苷为主(高培红等,2006;沈玥和丁元贺,2009),
而关于珠子参多糖提取工艺的研究较少。袁菊丽等
(2007)研究水提醇沉法提取珠子参多糖工艺,发现用
8倍量的蒸馏水提取3次,每次1.5 h,醇沉浓度70%,室
温下醇沉12 h,其提取率最高;刘小琴等(2009)通过正
交试验法优化水提法提取珠子参粗多糖工艺,结果表
明,珠子参粗多糖的最佳提取工艺为:料液比8∶1、提取
Optimization of ultrasonic-assisted extraction of polysaccharide
from the rhizome of Panax japonicus
GUOChun-xi,GAOYu-qiong
(Department of Biological and Chemical Engineering,Tongren University,Tongren,Guizhou 554300,China)
Abstract: 【Objective】The ultrasonic -assisted extraction of polysaccharide from the rhizome of Panax japonicus
was optimized to provide references for development and utilization of Panax japonicus. 【Method】Polysaccharide from
the rhizome of Panax japonicus was extracted using ultrasonic -assisted extraction method. The key factors including
ratio of material and liquid, extraction time, extraction temperature and ultrasonic power were all investigated. By us-
ing single factor analysis and orthogonal experiments, the optimal conditions were identified. 【Result】The order of in-
fluencing factors was ratio of material and liquid > extraction time > extraction temperature > ultrasonic power. The
best extraction conditions were ratio of material and liquid of 1 ∶10(mg:L), extraction temperature of 60 ℃, extraction
time of 20 mins and ultrasonic power of 90 W, under which the yield of polysaccharide reached 11.71%. 【Conclu-
sion】Ultrasonic extraction method has advantages of high extracting rate, simple operation and good stability, hence it
can be an effective way for extracting polysaccharides from the rhizome of Panax japonicus.
Key words: Panax japonicus; rhizome; polysaccharide; ultrasonic extraction; process optimization
DOI:10.3969/j:issn.2095-1191.2014.12.2242
南方农业学报 Journal of Southern Agriculture 2014,45(12):2242-2247
ISSN 2095-1191;CODEN NNXAAB http://www.nfnyxb.cn
12期
次数3次、提取时间3 h;陈涛等(2010)采用水提醇沉法
提取珠子参粗多糖,经活性炭脱色、链霉蛋白酶-Sevag
法除蛋白、透析法去除小分子杂质后得到珠子参精制
糖。【本研究切入点】超声波提取法具有提取温度低、
提取时间较短、提取率较高,且产品易纯化等优点,被
广泛应用于天然产物有效成分的提取(王桓等,
2009;黄德礼等,2012),但采用超声波法提取珠子参
根茎多糖的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】通过
单因素试验和正交试验对超声波提取珠子参根茎多
糖的工艺条件进行优化,确定最佳工艺条件,为珠子
参的开发利用提供参考依据。
1 材料与方法
1. 1试验材料
珠子参根茎采自贵州梵净山自然保护区四年生
植株。试验试剂包括:葡萄糖标准品;苯酚、浓硫酸、乙
醇、正丁醇、氯仿均为国产分析纯。主要仪器设备有:
AR124CN型电子天平(奥豪斯仪器上海有限公司)、
101-3型电热鼓风干燥箱(北京科伟永兴仪器有限公
司)、SG5200HPT型台式超声波清洗器(上海冠特超声
仪器有限公司)、80-2型离心沉淀机(江苏金坛市中大
仪器厂)、SHZ-D(Ⅲ)型循环水式真空泵(巩义市予华
仪器有限责任公司)、HH-S6型电热恒温水浴锅(北京
科伟永兴仪器有限公司)、T6新世纪型紫外分光光度
计(北京普析通用仪器有限责任公司)。
1. 2珠子参根茎多糖含量测定
1. 2. 1 苯酚溶液制备 称取5.0 g苯酚置于烧杯中,
加入95.0 mL蒸馏水溶解,获得浓度为5%的苯酚溶液,
将其转移至棕色瓶中,放置冰箱备用。
1. 2. 2 对照品溶液制备 精密称取经105 ℃干燥至
恒重的葡萄糖标准品0.100 g,加水溶解后定容至100.0
mL容量瓶,即得1 mg/mL的葡萄糖对照品溶液。
1. 2. 3 葡萄糖标准曲线绘制 准确移取葡萄糖对照
品溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 mL分别置于具塞试管
中,加蒸馏水定容至2.0 mL后加入1.0 mL 5%苯酚溶
液,再迅速加入5.0 mL浓硫酸,摇匀,放置10 min,置80
℃水浴保温20 min,取出后以冷水迅速冷却至室温,
取2.0 mL蒸馏水为空白对照,在490 nm处测定吸光
值。分别以葡萄糖质量浓度、吸光值为坐标绘制标准
曲线(图1),回归方程为:y=3.2215x+0.0751,R2=0.9994。
1. 2. 4 多糖含量测定 将珠子参根茎清洗干净,研
碎后于60 ℃烘干,继续粉碎后过40目筛得珠子参根茎
粗粉。称取珠子参根茎粗粉50.0 g,经石油醚脱脂后超
声波法提取多糖,抽滤,用无水乙醇沉淀24 h,以4000
r/min离心20 min,去上清液,得到粗多糖;加入1.0 mL
5%苯酚溶液和5.0 mL浓硫酸,置80 ℃水浴保温
20 min,冷却至室温,然后按照苯酚—硫酸法测定其
吸光值。计算公式为:
多糖提取率(%)=(A-0.0751)/3.2215×D×V/M×100
式中,A为吸光值,D为样品液的稀释倍数,V为浸
提液体积(mL),M为珠子参根茎质量(g)。
1. 3单因素试验
1. 3. 1 料液比的确定 准确称取5份珠子参根茎粗
粉各1.0 g,在固定提取温度50 ℃、超声波功率100 W、
提取时间30 min的条件下,考察料液比(1∶4、1∶6、1∶8、
1∶10、1∶12 g/mL)对珠子参根茎多糖提取率的影响。
1. 3. 2 提取温度的确定 准确称取5份珠子参根茎
粗粉各1.0 g,在固定料液比1∶8、提取时间30 min、超声
波功率100 W的条件下,考察提取温度(40、50、60、70、
80 ℃)对珠子参根茎多糖提取率的影响。
1. 3. 3 提取时间的确定 准确称取5份珠子参根茎
粗粉各1.0 g,在固定料液比1∶8、提取温度50 ℃、超声
波功率100 W的条件下,考察提取时间(10、20、30、40、
50 min)对珠子参根茎多糖提取率的影响。
1. 3. 4 超声波功率的确定 准确称取5份珠子参根
茎粗粉各1.0 g,在固定料液比1∶8、提取时间30 min、提
取温度50 ℃的条件下,考察提取功率(70、80、90、100、
110 W)对珠子参根茎多糖提取率的影响。
1. 4正交试验
在单因素试验的基础上,取料液比、提取温度、提
取时间、超声波功率4因素3水平进行L9(34)正交试验,
以多糖提取率为评价指标,优化珠子参根茎多糖的提
取条件,试验因素水平如表1所示。
图 1 葡萄糖标准曲线
Fig.1 Standard curve for glucose



A
b
s
o
r
b
a
n
c
e
葡萄糖质量浓度(mg/mL)
Glucosemassconcentration
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
0.0 0.5 1.0 1.5
y=3.2751x+0.0358
R2=0.9993
表 1 正交试验设计的因素及水平
Tab.1 Factor and level of orthogonal test
水平 因素 Factor
Level A:料液比 B:提取 C:提取 D:超声波
(g/mL) 温度(℃) 时间(min) 功率(W)
Material Extraction Extraction Ultrasonic
liquid ratio temperature time power
1 1∶6 40 20 70
2 1∶8 50 30 80
3 1∶10 60 40 90
郭春喜等:超声波提取珠子参根茎多糖的工艺优化 2243· ·
南 方 农 业 学 报 45卷
表 2 料液比对珠子参根茎多糖提取率影响的方差分析结果
Tab.2 One-way ANOVA of the ratio of material to solution
方差来源 Variance source 平方和 Sum of squares 自由度 df 均值Mean square F P F0.05 F0.01
组间 SSt 17.865 4 4.466 117.593** <0.001 3.48 5.99
组内 SSe 0.380 10 0.038
总计 Total 18.245 14
**表示影响因子对多糖提取率的影响极显著(P<0.01)。下同
**meant the impact factor had very significant effect on the yield of polysaccharide(P<0.01). The same was applied in the subsequent tables
表 3 料液比对珠子参根茎多糖提取率影响的LSD多重比较结果
Tab.3 LSD multiple comparison results of the ratio of material to solution
料液比(g/mL) 多糖提取率平均值(%) 料液比(g/mL)Material liquid ratio
Material liquid ratio Average of the yield of polysaccharide 1∶4 1∶6 1∶8 1∶10
1∶4 1.48
1∶6 3.63 2.15**
1∶8 4.61 3.13** 0.98**
1∶10 4.26 2.78** 0.63** 0.35
1∶12 3.25 1.77** 0.38* 1.36** 1.01**
*表示两水平之间对多糖提取率的影响差异显著(P<0.05),**表示两水平之间对多糖提取率的影响差异极显著(P<0.01)。下同
* meant the two levels had significant effect on the yield of polysaccharide(P<0.05),**meant the two levels had very significant effect on the yield
of polysaccharide(P<0.01). The same was applied in the subsequent tables
2. 1. 2 提取温度对珠子参根茎多糖提取率的影
响 由图3可知,珠子参根茎多糖提取率随着提取温
度的升高呈先升后降再略升的变化趋势,当提取温
度为50 ℃时,珠子参根茎参多糖提取率达最大值
(11.08%),超过50 ℃后,多糖提取率逐渐下降。这可能
因为随着液体温度的不断上升,液体中生存的气泡会
遮断声波,使超声波减弱,从而使提取率降低。
提取温度对珠子参根茎多糖提取率影响的方差
分析见表4,由表4可知,F=97.959>F0.01,即P<0.01,表明
提取温度对多糖提取率的影响极显著。进一步比较各
水平之间对珠子参根茎多糖提取率影响的差异程度,
进行LSD多重比较(表5),结果表明,提取温度50 ℃和
图 3 提取温度对珠子参根茎多糖提取率的影响
Fig.3 Effects of extraction temperature on the yield of polysac-
charide from the rhizome of Panax japonicus






%)
T
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P
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c
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提取温度(℃)Extractiontemperature
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
0 1:4 1:6 1:8 1:10 1:12
图 2 料液比对珠子参根茎多糖提取率的影响
Fig.2 Effects of the ratio of material to solution on the yield of
polysaccharide from the rhizome of Panax japonicus
料液比(g/mL)Materialliquidratio
1∶ ∶ ∶ 1∶ ∶
1. 5统计分析
采用Excel 2003和SPSS 19.0软件对试验数据进
行处理和分析。
2 结果与分析
2. 1单因素试验结果
2. 1. 1 料液比对珠子参根茎多糖提取率的影响 由
图2可知,珠子参根茎多糖提取率随着料液比的降低
呈先升高后降低的变化趋势,当料液比为1∶8时,珠子
参根茎多糖提取率达最大值(4.61%)。这可能是因为
随着料液比的降低,多糖的溶解量越多,当溶剂中多
糖含量增加到一定值时,细胞内外多糖浓度近似平
衡,从而抑制了细胞内多糖的溶出;此外,提取过程中
也会发生多糖降解情况,导致多糖提取率下降。
料液比对珠子参根茎多糖提取率影响的方差分
析见表2,由表2可知,F=117.593>F0.01,即P<0.01,表明
料液比在考察范围内对多糖提取率的影响极显著。为
进一步比较料液比各水平之间影响的差异程度,进行
LSD多重比较,从表3可以看出,料液比1:8和1:10之间
对珠子参根茎多糖提取率的影响差异不显著(P>0.05,
下同),1∶6和1∶12之间对珠子参根茎多糖提取率的影
响差异显著(P<0.05,下同),其他各水平之间的影响
均为差异极显著(P<0.01,下同)。
综合试验结果和方差分析结果,从提高多糖提取
率和节约生产成本等方面考虑,确定超声波提取珠子
参根茎多糖的最佳料液比为1∶8。
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
0 40 50 60 70 80






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2. 1. 4 超声波功率对珠子参根茎多糖提取率的影
响 由图5可知,珠子参根茎多糖提取率随着超声波
功率的增加也呈先升高后降低的变化趋势,当提取功
率为90 W时,珠子参根茎多糖提取率达最大值
(6.72%),超过90 W后,多糖提取率逐渐下降。对于一
定频率和一定发生面的超声波,增大其功率,声强随
之增大;单位时间内超声产生的空化事件增多,有利
于多糖提取率的提高;但声强过高易产生大量空泡,
表 6 提取时间对珠子参根茎多糖提取率影响的方差分析结果
Tab.6 One-way ANOVA of extraction time
方差来源 Variance source 平方和 Sum of squares 自由度 df 均值Mean square F P F0.05 F0.01
组间 SSt 28.019 4 7.005 75.316** <0.001 3.48 5.99
组内 SSe 0.930 10 0.093
总计 Total 28.949 14
表 7 提取时间对珠子参根茎多糖提取率影响的LSD多重比较结果
Tab.7 LSD multiple comparison results of extraction time
提取时间(min) 多糖提取率平均值(%) 提取时间(min)Extraction time
Extraction time Average of the yield of polysaccharide 10 20 30 40
10 3.97
20 5.26 1.29**
30 6.48 2.43** 1.14**
40 5.89 1.99** 0.70* 0.44
50 2.67 1.30** 2.59** 3.73** 3.29**
表 4 提取温度对珠子参根茎多糖提取率影响的方差分析结果
Tab.4 One-way ANOVA of extraction temperature
方差来源 Variance source 平方和 Sum of squares 自由度 df 均值Mean square F P F0.05 F0.01
组间 SSt 75.303 4 18.826 97.959** <0.001 3.48 5.99
组内 SSe 1.922 10 0.192
总计 Total 77.225 14
表 5 提取温度对珠子参根茎多糖提取率影响的LSD多重比较结果
Tab.5 LSD multiple comparison results of extraction temperature
提取温度(℃) 多糖提取率平均值(%) 提取温度(℃)Extraction temperature
Extraction temperature Average of the yield of polysaccharide 40 50 60 70
40 8.44
50 11.08 2.64**
60 10.80 2.36** 0.28
70 5.34 3.10** 5.74** 5.46**
80 6.72 1.72** 4.36** 4.08** 1.38**
2. 1. 3 提取时间对珠子参根茎多糖提取率的影
响 由图4可知,随着提取时间的延长,珠子参根茎多
糖提取率先升高后降低,当提取时间为30 min时,珠子
参根茎多糖提取率达最大值(6.48%),此时超声波对
细胞的破碎作用最强,利于多糖溶出;提取时间过长,
会使多糖分解和大量杂质溶出,从而降低多糖提取率。
提取时间对珠子参根茎多糖提取率影响的方差
分析见表6,由表6可知,F=75.316>F0.01,即P<0.01,表明
提取时间对多糖提取率的影响极显著。进一步比较各
水平之间影响的差异程度,进行LSD多重比较,由表7
可知,提取时间30 min和40 min之间对珠子参根茎多
糖提取率的影响差异不显著,20 min和40 min之间对
珠子参根茎多糖提取率的影响差异显著,其他各水平
之间的影响差异均为极显著。
综合试验结果和方差分析结果,同时考虑实际生
产中的易操作性和节约提取时间等因素,确定超声波
提取珠子参根茎多糖的提取时间为30~40 min均可,
但以30 min最佳。
图 4 提取时间对珠子参根茎多糖提取率的影响
Fig.4 Effects of extraction time on the yield of Polysaccharide
from the rhizome of Panax japonicus






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提取时间(min)Extractiontime
60 ℃之间对珠子参根茎多糖提取率的影响差异不显
著,其他各水平之间的影响差异均达极显著水平。
综合试验结果和方差分析结果,超声波提取珠子
参根茎多糖的提取温度控制在50~60 ℃均可。
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
0 10 20 30 40 50
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表 8 超声波功率对珠子参根茎多糖提取率影响的方差分析结果
Tab.8 One-way ANOVA of ultrasonic power
方差来源 Variance source 平方和 Sum of squares 自由度 df 均值Mean square F P F0.05 F0.01
组间 SSt 7.955 4 1.989 7.784** <0.001 3.48 5.99
组内 SSe 2.555 10 0.256
总计 Total 10.510 14
表 9 超声波功率对珠子参根茎多糖提取率影响的LSD多重比较结果
Tab.9 LSD multiple comparison results of ultrasonic power
超声波功率(W) 多糖提取率平均值(%) 超声波功率(W)Ultrasonic power
Ultrasonic power Average of the yield of polysaccharide 70 80 90 100
70 5.26
80 5.97 0.71
90 6.72 1.46* 0.75
100 5.34 0.08 0.63 1.38*
110 4.56 0.70 1.41* 2.16* 0.78
2. 2正交试验结果
由表10可知,各因素对珠子参根茎多糖提取率的
影响主次顺序为:A>B>C>D,即料液比是影响珠子参
根茎多糖提取的主要因素,其次是提取温度和提取时
间,而超声波功率对多糖提取的影响相对较小,且料
液比、提取温度和提取时间在所考察范围内影响均显
著。因此,超声波提取珠子参根茎多糖的最佳工艺组
合为A3B3C1D3,即其最佳提取工艺条件为:料液比1∶10、
提取温度60 ℃、提取时间20 min、超声波功率90 W。
2. 3验证试验结果
为验证工艺组合A3B3C1D3是否最佳,特进行3次平
行试验。结果表明,在A3B3C1D3组合工艺条件下,珠子参
根茎多糖的平均提取率为11.71%,RSD为0.21%,高于正
交试验中的任何一组,说明该工艺稳定可靠。
3 讨论
超声波提取法是通过超声波的空化作用,使细胞
壁破碎程度大,有助于细胞被有效成分的溶出,从而
提高有效成分提取率(冯丽娟等,2014)。本研究采用
超声波提取法从珠子参根茎中提取多糖,结果表明,
在料液比1∶10、提取温度60 ℃、超声波功率90 W的条
件下提取20 min,珠子参根茎多糖提取率为11.71%,
较袁菊丽等(2007)、刘小琴等(2009)采用传统的水提
醇沉法提取珠子参根茎多糖所需时间分别缩短250和
160 min;提取温度低于水提醇沉法所需的沸水温度,
且多糖提取率较袁菊丽等(2007)所得的提取率高出
2.04%。说明超声波法提取珠子参根茎多糖具有提取
时间短、提取温度低、提取率较高、操作简便等优点,
且可避免高温对多糖分子结构的破坏。
影响多糖提取的因素较多,本研究通过单因素试
空泡通过反射声波可能减少能量的传递,不利于多糖
提取;因此,超声波功率过大时,多糖提取率反而降低。
超声波功率对珠子参根茎多糖提取率影响的方
差分析见表8,由表8可知,F=7.784>F0.01,即P<0.01,表
明超声波功率对多糖提取率的影响极显著。进一步比
较各水平之间影响多糖提取率的差异程度,进行LSD
多重比较,由表9可知,除超声波功率70 W和90 W、80
W和110 W、90 W和100 W、90 W和110 W之间对珠子
参根茎多糖提取率的影响差异显著,其他各水平之间
的影响差异均不显著。
综合考虑试验结果和方差分析结果,同时考虑节
约能源因素,确定超声提取珠子参根茎多糖的最佳超
声波功率为90 W。
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
0 70 80 90 100 110






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图 5 超声波功率对珠子参根茎多糖提取率的影响
Fig.5 Effects of ultrasonic power on the yield of Polysaccharide
from the rhizome of Panax japonicus
超声波功率(W)Ultrasonic power
表 10 正交试验结果
Tab.10 Results of orthogonal test
试验号 因素 Factor 多糖提取率(%)
No. A B C D Yield of polysaccharide
1 1 1 1 1 4.94
2 1 2 2 2 5.63
3 1 3 3 3 6.11
4 2 1 2 3 5.59
5 2 2 3 1 7.38
6 2 3 1 2 8.01
7 3 1 3 2 8.98
8 3 2 1 3 11.44
9 3 3 2 1 10.43
K1 5.560 6.503 8.130 7.583
K2 6.993 8.150 7.217 7.540
K3 10.283 8.183 7.490 7.713
R 4.723 1.680 0.913 0.173
F/F0.05 720.824* 113.384* 27.009* 1.000
*表示影响因子对多糖提取率的影响显著(P<0.05)
*meant the impact factor had significant effect on the yield of polysac-
charide(P<0.05)
2246· ·
12期
验和正交试验对超声波法提取珠子参根茎多糖的工
艺条件进行优化,结果表明,影响珠子参根茎多糖提
取率的因素主次顺序为:料液比>提取温度>提取时
间>超声波功率,其中料液比是影响珠子参根茎多糖
提取的主要因素,而超声波功率对其影响相对较小。
这与郑少泉等(2008)采用超声波法提取龙眼多糖,发
现超声波功率是影响龙眼多糖提取量最显著的因素,
而料液比对其影响最小的研究结果相反,可能与试验
材料不同有关。对各影响因素进行方差分析,结果发
现料液比、提取温度和提取时间在所考察范围内对珠
子参根茎多糖提取影响均显著,今后可对这3个因素
进行深入研究,尤其是料液比,找出更优的试验点。
4 结论
本研究结果表明,超声波提取珠子参根茎多糖的
最佳工艺条件为:在料液比1∶10、提取温度60 ℃、提取
功率90 W的条件下提取20 min,珠子参根茎多糖提取
率为11.71%。该提取工艺具有提取时间短、提取率较
高、操作简便、稳定性好等优点,是提取珠子参根茎多
糖的有效方法。
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(责任编辑 罗 丽)
郭春喜等:超声波提取珠子参根茎多糖的工艺优化 2247· ·