黄精多糖提取工艺优化及其吸湿、保湿性能研究.pdf

第 43 卷第 2 期2024 年 2 月中 国 野 生 植 物 资 源Chinese Wild Plant ResourcesVol.43 No.2Feb.2024黄精多糖提取工艺优化及其吸湿、保湿性能研究程茜菲1，2，张玩涛1，2，王飞娟1，2，李娟花1，彭修娟1，2，王静3，韩文冬3，刘峰1，4*（1.陕西国际商贸学院，陕西 西安 712046；2.陕西省中药绿色制造技术协同创新中心，陕西 西安 712046；3.临潼区中医院，陕西 西安 7106003；4.陕西步长制药有限公司，陕西 西安 710075）摘要 目的：优化黄精多糖提取工艺，并研究其吸湿保湿性能、探索其护肤功能。方法：采用热回流法结合正交进行黄精多糖提取工艺优化；以黄精多糖为实验对象，采用重量法进行吸湿性（相对湿度分别为43%和81%）、保湿性试验，并对吸湿曲线进行模型拟合；将黄精多糖添加到市售面霜中进行皮肤水分测试。结果：实验表明黄精多糖最佳提取工艺条件为：料液比1 25（g/mL），提取时间是150 min，提取次数为1 次；黄精多糖在不同相对湿度下的吸湿均符合双指数模型；置于干硅胶环境下48 h，黄精多糖保湿率为14.00%。结论：黄精多糖具有良好的保湿性，在护肤品开发中具有一定的应用价值。关键词 黄精多糖；提取工艺优化；吸湿保湿性能文献标识码：A 文章编号：1006-9690（2024）02-0020-06Study on Optimization of Extraction Process and Hygroscopicity and Moisture Retention of Polysaccharides from Polygonati RhizomaCheng Qianfei1，2，Zhang Wantao1，2，Wang Feijuan1，2，Li Juanhua1，Peng Xiujuan1，2，Wang Jing3，Han Wendong3，Liu Feng1，4*（1.Shaanxi Institute of International Trade and Commerce，Xi an 712046，China；2.Collaborative Innovation Center of Green Manufacturing Technology of Traditional Chinese Medicine in Shaanxi Province，Xi an 712046，China；3.Lintong District Hospital of Traditional Chinese Medicine，Xi an 710600，China；4.Shaanxi Buchang Pharmaceutical Limited Company，Xi an 710075，China）Abstract Objective：The extraction process of polysaccharides from Polygonati Rhizoma was optimized，and the moisture absorption and skin care function was studied.Methods：The extraction process of polysaccharides from Polygonati Rhizoma was optimized by heating reflux method combined with orthogonal design.Taking polysaccharides from Polygonati Rhizoma as the experimental object，the hygroscopicity（relative humidity was 43%and 81%）and moisture retention tests were carried out by weight method，and the model fitting of hygroscopic curve was carried out.The skin moisture test was performed by adding polysaccharides from Polygonati Rhizoma to a commercially available cream.Results：The optimum extraction conditions were as follows：the radio of solid to liquid was 1 25（g/mL），extraction was performed once for 150 min.The hygroscopicity of polysaccharides from Polygonati Rhizoma under different relative humidity was consistent with the double exponential model，the moisture retention rate of was 14.00%under dry silica gel environment for 48 h.Conclusion：Polysaccharides from Polygonati Rhizoma showed good moisturizing properties，and had certain application value in skin care development.doi：10.3969/j.issn.1006-9690.2024.02.004收稿日期：2023-02-17，录用日期：2024-02-08基金项目：陕西省教育厅2021年度青年创新团队建设科研计划项目（21JP012）；陕西省科技厅重点研发计划项目（2022SF-355）。作者简介：程茜菲（1986-），女，汉族，陕西咸阳人，讲师，硕士，研究方向为中药药效物质基础及质量标准研究。E-mail：417565376 *通讯作者：刘峰（1968-），男，汉族，陕西宝鸡人，主任药师，博士，研究方向为中药新药开发和中药大品种技术升级改造研究。E-mail： 20第 2 期程茜菲，等：黄精多糖提取工艺优化及其吸湿、保湿性能研究Key words Polysaccharides from Polygonati Rhizoma；Optimization of extraction process；Hygroscopicity and moisture retention黄精（Polygonati Rhizoma）为百合科（Liliaceae）植 物 滇 黄 精（Polygonatum kingianum Coll.et Hemsl.）、黄精（Polygonatum sibiricum Red.）或多花黄精（Polygonatum cyrtonema Hua）的干燥根茎1。自古以来，黄精就被认为是药食同源之品，久服可轻身不老，益寿延年。黄精多糖为黄精中主要成分，是其抗疲劳、抗氧化作用以及延缓衰老的主要活性物质2。天然植物的多糖提取物具有低刺激性、安全、营养成分丰富等特性，应用于化妆品可以产生保湿、抗紫外线、抗菌消炎、抗氧化和延缓衰老等功效3。本研究采用热回流法，并运用正交设计进行了黄精多糖提取工艺优化；并对黄精多糖的吸湿保湿、护肤性能进行研究；采用双指数、一级过程、零级过程等 6种数学模型探索了黄精多糖的吸湿机制4-6，从而为黄精多糖等多糖生产企业和研究者提供理论依据。1材料与方法1.1材料与仪器黄精，购自西安中药材市场，经陕西国际商贸学院雷国莲教授鉴定为百合科植物黄精（Polygonatum sibiricum Red.）的干燥根茎；D-无水葡萄糖（202109，中国药品生物制品检定所）；乙醇、无水乙醇、苯酚、浓硫酸、甘油以及透明质酸为分析纯。TU-1810紫外分光光度计（北京普析通用有限公司）；SHH-500GSD-2T综合药品稳定性试验箱（重庆康诚永生试验设备有限公司）；Milli-Q Reference超纯水仪（默克化工技术上海有限公司）。1.2方法1.2.1样品前处理将黄精药材在60条件下干燥4 h后，粗碎。1.2.2多糖含量测定称取D-无水葡萄糖适量，加纯化水溶解制成质量浓度分别为每升含17、25、34、42、51 mg的标准品溶液。分别吸取标准品溶液2 mL，加入2 mL体积分数为 5%苯酚溶液和 5 mL 浓硫酸，摇匀静置30 min。应用紫外分光光度仪在 490 nm处测定吸光度值，以吸光度值为Y轴，浓度为X轴，得线性回归方程Y=0.068 2X-0.0007，R2=0.999 5。吸取样品溶液2 mL，加入2 mL体积分数为5%苯酚溶液和5 mL浓硫酸，摇匀静置 30 min。在 490 nm 处测定吸光度值，结合线性回归方程计算样品多糖含量。1.2.3黄精多糖提取工艺优化1.2.3.1单因素实验将回流提取时间固定为30 min，提取次数固定为1 次，考察料液比1 10、1 15、1 20、1 25和1 30（g/mL）对结果的影响。将料液比固定为1 20（g/mL），提取次数固定为1 次，考察回流提取时间（30、60、90、120和150 min）对结果的影响。将料液比固定为1 20（g/mL），回流提取时间固定为120 min，考察提取次数（1、2、3、4和5 次）对结果的影响。试验过程中，平行试验均3次。1.2.3.2正交试验设计根据单因素结果，采用正交设计L9（34）进行提取工艺优化试验方案设计，根据试验方案进行试验，提取液进行适宜的稀释。1.2.3.3工艺验证根据最优提取工艺条件，平行试验3 次，计算3 次试验结果的RSD值。1.2.4吸湿率测定及拟合1.2.4.1吸湿率测定精密称定黄精多糖、甘油、透明质酸各0.5 g，置于已恒重的称量瓶中，平行3份。再分别置于综合药品稳定性试验箱中（25，相对湿度 43%；25，相对湿度 81%），放置 1、2、3、4、5、6、12、36、48、60、72 h后取出，称定质量，计算吸湿率，式1。吸湿率=吸湿后样品质量-吸湿前样品质量吸湿前样品质量 100%（1）1.2.4.2拟合以时间为横坐标、吸湿率为纵坐标做吸湿曲线图，采用 SPSS 24 软件，按照表 1 中 6 种模型进行拟合。1.2.5保湿率测定精密称定黄精多糖、甘油、透明质酸各0.5 g，置于称量瓶中，分别加入纯水0.5 g，平行3份，置于装有干硅胶箱（25）中48 h，称重，计算保湿率，式2。21中 国 野 生 植 物 资 源第 43 卷保湿率=保湿后样品质量-0.50.5 100%（2）1.2.6人体皮肤水分测试供试品制备：将质量浓度为2 g/L的黄精多糖溶液添加到市售常用面霜中，且使得面霜中黄精多糖溶液的质量分数分别达到5%，10%，15%和20%，以质量分数为5%的透明质酸液（2 g/L）、质量分数5%的甘油溶液制成的面霜为对照。测试方法：受试者为20 35岁的志愿者，受试者人数为 11。试验前，受试者净洗左右前臂并搽干，平衡30 min（22，RH=50%65%的环境中），于受试者左右前臂上划出测试区域（3 cm 3 cm），测定各受试区域的皮肤水分含量，每个区域测3个部位，以平均值作为最终测试值。1.3数据处理采用SPSS 24统计软件完成数据分析，多组间比较采用方差分析，组间两两比较采用多重比较分析，P 0.05表示差异有统计学意义。2结果与分析2.1单因素实验图1 3分别为液料比、回流提取时间和提取次数对黄精多糖提取率影响的折线图，并对数据进行多重比较分析。由图可知不同料液比对提取率的影 响 呈 先 增 大 后 减 小 的 趋 势，当 料 液 比 为1 20（g/mL）时多糖提取率最高，该水平与其它水平均有显著性差异（P 0.05）；回流提取时间对提取率的影响呈先增大后减小的趋势，当提取时间为120 min时多糖提取率最高，该水平与其它水平均有显著性差异（P 0.05）；提取次数对提取率的影响呈先增大后减小且趋平的势态，提取次数为2 次时多糖提取率最高，该水平与其它水平均有显著性差异（P 内部扩散速率常数k2，而黄精多糖在不同的相对湿度环境下，表面吸湿速率常数k1（0.602、0.339）、内部扩散速率常数k2（0.067、0.028）有明显差异。因此，黄精多糖吸湿量主要由内部扩散决定。表3试验方案及结果Tab.3Test plan and results试验号123456789K1K2K3Rj料液比（A）11122233360.9860.8071.4610.66提取时间（B）12312312361.2765.6866.295.02提取次数（C）12323131264.0262.9066.323.43空白列123312231提取率（mg g-1）59.5761.4661.9153.2866.1063.0170.9669.4773.95图4相对湿度43%下样品吸湿率随时间的变化Fig.4Changes of sample moisture absorption with time at 43%relative humidity图5相对湿度81%下样品吸湿率随时间的变化Fig.5Changes of sample moisture absorption with time at 81%relative humidity表46种吸湿模型拟合结果Tab.4Fitting results of six moisture absorption models模型双指数一级过程二次曲线方程Higuchi方程零级过程Logarithmic 模型湿度43%81%43%81%43%81%43%81%43%81%43%81%方程y=12.081-4.861e-0.602x-7.22e-0.067xy=20.016-4.071e-0.339x-15.957e-0.028xy=9.7（1-e-25.961x）y=11.479（1-e-37.565x）y=-0.004x2+0.376x+3.588y=-0.004x2+0.489x+2.308y=1.773x1/2y=2.272x1/2y=5.564+0.117xy=4.353+0.221xy=3.309+2.164lnxy=-2.102+4.599lnxR20.9990.9990.6410.3580.8310.9700.6570.9860.6190.8790.9810.987RSS0.0850.23047.387212.72022.30710.02245.2554.62850.37140.0720.9002.809 23中 国 野 生 植 物 资 源第 43 卷2.4保湿性能根据1.2.5方法测定并绘制图，见图6。由图知，黄精多糖、透明质酸和甘油48 h保湿性能强弱顺序为透明质酸 黄精多糖 甘油，并进行单因素方差分析，3种物质保湿性有显著性差异（P 0.05）。黄精多糖中的亲水基团能更好地降低水分有效扩散系数，导致水分扩散能力减弱，从而具有良好的持水保湿作用。当黄精多糖与甘油合用时保湿性低于单一物质，说明两者合用具有拮抗作用，同时对数据进行多重比较分析，结果显示两者合用与单一物质保湿性有显著性差异（P 0.05）；多糖与透明质酸合用时保湿性高于单一物质，说明两者合用具有协同作用，多重比较结果显示两者合用与甘油的保湿性有显著性差异（P F0.05，涂抹不同浓度黄精多糖溶液的受试区域与空白面霜有显著性差异，说明黄精多糖能够有效地促进皮肤水分含量增加。添加黄精多糖、甘油、透明质酸的面霜在相同时间段测量的皮肤含水量均高于空白面霜，采用F检验法对实验数据进行方差分析，结果F F0.05，说明加黄精多糖、甘油、透明质酸的面霜相互间没有明显差异。3讨论与结论3.1黄精多糖吸湿、保湿性根据文献报道银耳多糖8、山药多糖、白及多糖9等植物多糖具有良好的吸湿保湿性能。多糖这一性能可能与其分子结构中含有大量的羟基有关，另外多糖还可在皮肤表面形成一层均匀的薄膜10。本研究发现黄精多糖在不同相对湿度环境下，表面吸湿速率常数k1、内部扩散速率常数k2有明显差异，因此，可通过环境相对湿度来控制黄精多糖的吸湿率，在相对湿度较大的环境中，黄精多糖含水量明显上升。3.2探索黄精多糖在护肤品中的应用报道显示，50 mg/mL石莲花多糖溶液涂抹于皮肤，1 h内可以保持不错的水分含量，在60 min内具有良好的保湿效果12；1%的铁皮石斛多糖溶液涂抹于皮肤在 30 min 内保湿能力较 10%甘油更强13。本研究结果显示，黄精多糖溶液具有良好的保湿性，且在12小时内其保湿效果与甘油、透明质酸无显著差异。石莲花多糖、铁皮石斛多糖和黄精多糖均为植物多糖，植物多糖的分子结构能够与水形成大量的氢键，在皮肤表面形成“锁水膜”防止皮肤水分流失，达到持久保湿效果11。通过本研究可进一步为植物多糖应用于化妆品领提供理论支撑。3.3现状与展望查阅文献知，黄精多糖现有研究主要包括提取工艺、结构特征、抗氧化、药理作用等方面，未见其吸湿保湿性能和护肤应用两方面的研究，但其他多糖应用于护肤品中已有报道。植物多糖具有保湿、抗氧化、抗衰老等作用，可用于化妆品中起到改善皮肤环境、美肤护肤的效果14。透明质酸是护肤品常用天然成分之一，但其图6在干燥硅胶条件下样品的保湿率Fig.6The moisture retention rate of the samples under dry silica gel condition图7不同样品对皮肤含水量影响随时间的变化Fig.7Influence of different samples on skin moisture content over time 24第 2 期程茜菲，等：黄精多糖提取工艺优化及其吸湿、保湿性能研究价格较高，通过本研究结果表明，黄精多糖有望部分替代天然成分透明质酸，为黄精又增加了一新用途，为黄精种植户可增加一定的经济收入；此外黄精多糖吸湿动力学研究可为其生产企业生产、保存的环境提供数据参考。本研究应用的黄精多糖为粗制品，研究结果显示其吸湿保湿及护肤性能较好，由此可初步推断纯化后的黄精多糖活性或可更高，在后续的研究中将进一步对黄精多糖进行分离、纯化，并对纯化品进行深入研究。参考文献:1 国家药典委员会.中华人民共和国药典 M.北京：中国医药科技出版社，2020：319-320.2 尹舒雅，钱丽华.黄精基源植物种质多样性及其利用研究进展J.中国野生植物资源，2022，41（2）：49-57.3 景永帅，金姗，张丹参，等.3种海藻多糖的理化性质和护肤功效研究 J.现代中医药，2021，51（2）：121-126，138.4 乔子桐，付慧敏，张纯刚，等.芪黄通秘软胶囊吸湿动力学研究 J.中南药学，2022，20（1）：70-74.5 许燕，何雁，张爱玲，等.基于动态水分吸附法的金银花喷干粉吸湿特性研究 J.中草药，2017，48（16）：3353-3358.6 杨薇，王雅洁，汤成成，等.三七提取物吸湿性及其数学模型研究 J.中药材，2018，41（3）：670-676.7 林婷婷，何雁，肖雄，等.中药浸膏粉吸湿过程模型及应用研究 J.中国中药杂志，2010，35（7）：847-851.8 安星亮，赵永亮，王欢，等.银耳多糖提取工艺的响应面法优化及抗氧化和保湿性研究 J.食品研究与开发，2022，43（15）：123-130.9 何晓梅，赵良冰，金新茹，等.大别山白及多糖制备及其吸湿保湿性能研究 J.中国野生植物资源，2023，42（6）：37-40，52.10赵峡，杨海，于广利，等.海洋多糖保湿乳剂的制备研究 J.中国海洋大学学报（自然科学版），2007，37（4）：4.11沈晨露，孔昊，郭嘉文，等.复合酶法提取石莲花多糖及其护肤特性研究 J.化学与医药工程，2022，43（1）：41-45.12孔芒芒.铁皮石斛多糖应用于化妆品的研究 D.上海：上海应用技术大学，2018.13谷仿丽，姜雪萍，陈艳君.霍山石斛多糖吸湿保湿性能及皮肤刺激性研究 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