响应面法优化落葵多糖的提取工艺条件研究

胡晓冰

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

响应面法优化落葵多糖的提取工艺条件研究

胡晓冰

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

在提取时间、提取温度、料液比3个单因素实验的基础上，通过响应面法优选落葵多糖的提取条件。利用中心组合（Box-Benhnken）设计模型，研究3个变量对落葵多糖提取率的影响。结果表明：最佳提取工艺是提取时间为6 h，提取温度为89℃，液料比为52∶1mL／g。在此条件下，落葵多糖的提取率可达13.63%，与理论预测值（13.83%）的相对误差为-1.46%。采用响应面分析法优化落葵多糖的工艺条件是可行的。

落葵多糖；提取工艺；响应面分析；提取时间；液料比；提取温度

0 引言

植物多糖又称植物多聚糖，是植物细胞代谢产生的聚合度超过10个的聚糖。现今植物多糖研究日益受到关注，国际科学界甚至提出21世纪是多糖的世纪［1］。科学实验研究显示，许多植物多糖具有生物活性，具有免疫调节、抗肿瘤、降血糖、降血脂、抗辐射、抗菌抗病毒、保护肝脏等保健作用［2］。所以，植物多糖已被广泛运用到医学界、餐饮界等大众生活领域中。

落葵又称木耳菜、胭脂菜、豆腐菜、篱笆菜等，为落葵科落葵属缠绕茎生草本植物，在我国有着悠久的种植历史［3］。落葵含有丰富的营养成分，不仅蛋白质、维生素和无机盐的含量很高，还含有皂甙、葡聚糖、黏多糖等多糖。经常食用落葵，有降血压、清热、凉血、防止便秘等疗效。因此，落葵是最适于老年人食用的保健蔬菜［4］。本研究利用传统的水提法提取落葵多糖，通过考察影响落葵多糖提取率的主要因素，获得最佳提取工艺，以期为落葵多糖的进一步开发利用提供参考［5］。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

实验所用落葵为市售落葵。将市售落葵在烘箱（50℃）中烘干至恒重，粉碎后过80目筛，备用。

1.2 实验仪器及试剂

实验所用仪器包括：RE-52AA型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂生产），ZRD-5210型电热鼓风干燥箱 （上海智诚分析仪器制造有限公司生产），HH-4型恒温水浴锅 （北京中兴伟业仪器有限公司生产），AB204-L型电子天平 （梅特列-托利多集团生产），SHZ-DⅢ型真空泵 （上海予正仪器设备有限公司生产），TU-1810型分光光度计 （北京普析通用仪器有限责任公司生产）。

实验所用试剂包括：乙醇、葡萄糖、正丁醇、氯仿、苯酚、浓硫酸、石油醚等，其均为分析纯。

1.3 实验方法

1.3.1 落葵多糖提取工艺流程

每个试验样本称取 （5.000±0.010）g的落葵粉，按照落葵粉→浸泡→热浸提→过滤→离心→浓缩→一次醇沉→过滤收集多糖→溶解多糖→二次醇沉→过滤收集多糖→溶解多糖→用石油醚脱脂→用sevage法脱蛋白［6］→三次醇沉→过滤，收集多糖→冷冻干燥→粗多糖→溶解多糖→多糖测定→计算提取率的工艺流程进行多糖提取操作。

1.3.2 多糖提取率的测定

以葡萄糖为标准品，采用苯酚-硫酸法测定［7］。1.3.3 多糖测定标准曲线的绘制

准确移取浓度为10.00mg／mL的葡萄糖标准溶液0.00mL、0.50mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL、2.50mL、3.00mL、3.50mL、4.00mL分别置于20.00mL的具塞试管中，再在各试管中加入2mL体积比为5%的苯酚和6mL的浓硫酸，30℃水浴锅中放置30min，使用蒸馏水定容至20.00mL，摇匀，以试剂空白溶液为参比，用l cm比色皿于波长490 nm处测其吸光度。以葡萄糖质量 （mg）为横坐标，以吸光度（OD）为纵坐标，绘制校准曲线。

1.3.4 多糖提取率的计算

1.3.5 落葵多糖提取的试验方案

在前期单因素试验结果的基础上，采用响应面分析法，根据Box-Behnken试验设计原理，选取提取时间、提取温度和液料比3个因素为自变量，以落葵多糖提取率为响应值，进行试验设计，优化提取工艺。试验因素与水平设计见表1。

表1 响应面法试验的因素水平编码Table 1 RSM test factor level encoding

2 实验结果分析

2.1 多糖标准曲线

以标准葡萄糖质量为横坐标，以490 nm处吸光度为纵坐标作出葡萄糖标准曲线，如图1所示：

图1 多糖测定标准曲线Fig.1 Polysaccharide determ ination standard curve

2.2 响应面分析设计方案与试验结果

以提取时间A（h）、液料比B（mL／g）、提取温度C（℃）为自变量，以多糖提取率为响应值，试验结果如表2所示。

表2 响应面分析方案及实验结果Table 2 RS analysis scheme and test results

采用软件Design Expert Version 7对表2试验数据进行多元回归分析，得到试验因素对响应值影响的回归方程为：

Y＝12.33+1.33A+0.16B+2.84C+0.49AB-0.87AC-0.55BC-0.32A2-0.7B2-2.22C2（1）

4个试验因素均以量纲线性编码处理，方程中各项系数绝对值的大小能反映各因素对响应值的影响程度。

采用Design Expert Version软件对表2数据进行方差分析，结果如表3所示。

由表3可知，模型的P值小于0.0001，表明二次方程拟合极其显著，而且失拟项的F值远大于0.05，表明失拟项不显著，说明方程模拟的比较好，可以很好用于数据的分析。决定系数R2＝0.9870，校正系数R2＝0.9702，也说明回归方程的拟合程度很好。变异系数CV值越低，显示试验稳定性越好。从表3中的P值可知，方程中A、C、AC、C2对Y值的影响极其显著（P＜0.01），这与模拟回归预测吻合。综上所述，该回归方程为优化落葵多糖的提取工艺条件提供了一个良好的模型，可以利用该回归方程确定最佳提取工艺条件。

2.3 落葵多糖提取响应面分析

当提取温度编码固定为0时，提取时间与液料比对多糖提取率的影响如图2所示。由图2可知，提取时间的编码从-1到1的范围内，多糖提取率呈不断增加的趋势，接近编码1的时候，增加趋势放缓。液料比编码从-1到0的范围内，多糖提取率不断增加，之后编码从0到1范围内，多糖提取率有下降的趋势。通过图2及方差分析可知，提取时间要比液料比对多糖的提取率影响更大。

表3 响应面回归分析结果Table 3 RS regression analysis results

图2 提取时间（A）与液料比（B）对落葵多糖提取率的响应面与等高线分析图Fig.2 RS of extraction time(A)and liquid-to-solid ratio(B)to malabar spinach polysaccharide extraction ratio and contour line analysis

当液料比编码固定为0时，提取时间与提取温度对多糖提取率的影响如图3所示。由图3可知，提取时间的编码从-1到1范围内，多糖提取率呈现不断增加的趋势，接近编码1的时候，增加趋势放缓。提取温度编码从-1到0.5的范围内，多糖提取率不断增加，之后，编码从0.5增大到1范围内，多糖提取率有下降的趋势。通过图3及方差分析可知，提取温度要比提取时间对多糖的提取率影响更大。

图3 提取时间（A）与温度（C）对落葵多糖提取率的响应面与等高线分析图Fig.3 RS of extraction time(A)and temperature(C)to malabar spinach polysaccharide extraction ratio and contour line analysis

当提取时间编码固定为0时，液料比与提取温度对多糖提取率的影响如图4。由图4可知，液料比编码从-1到0的范围内，多糖提取率不断增加，之后，编码从0到增大1范围内，多糖提取率有下降的趋势。提取温度编码从-1到0.5的范围内，多糖提取率不断增加，之后，编码从0.5增大到1范围内，多糖提取率有下降的趋势。通过图4及方差分析可知，提取温度要比液料比对多糖的提取率影响更大。

图4 液料比（B）与温度（C）对落葵多糖提取率的响应面与等高线分析图Fig.4 RS of liquid-to-solid ratio(B)and tem perature(C)to malabar spinach polysaccharide extraction ratio and contour line analysis

2.4 验证实验

根据图2、图3、图4响应面以及回归模型，预测的落葵多糖提取最佳工艺条件的提取时间为6 h，液料比为51.51∶1，提取温度为89.07℃。在此条件下，落葵多糖提取率理论上可达13.8315%。考虑到实际操作的可行性，将落葵多糖的最佳提取条件进行修正，即提取时间为6 h，液料比为52∶1mL／g，提取温度为89℃。采用此工艺条件进行验证实验，平行三组，测得的落葵多糖提取率分别为13.61%、13.56%和13.72%，落葵多糖提取率的平均值为13.63%，相对误差为-1.46%，与理论值基本符合。这表示该模型能很好地预测实际提取情况。

3 结语

通过响应面分析对落葵多糖提取工艺优化，其结果表明，落葵多糖水提取的最佳工艺条件是，提取时间为6 h，液料比为52∶1mL／g，提取温度为89℃。在此条件下，实际提取率为13.63%，理论预测值为 13.8315%，此值与理论预测值的相对误差为-1.46%，精密度好。由此可见，采用响应面分析法优化得到的提取条件参数准确可靠，具有很好的实际应用价值。

［1］刘姚，欧阳克蕙，葛霞，等.植物多糖生物活性研究进展［J］.江苏农业科学，2013，41（1）：1-4.

［2］Koh J H，Kim J M，Chang U J，et al.Atifatigue and antistress effect of the hot-water extract from mycella of cordyceps Sinensis ［J］.Biologic＆ Pharma Bull，2003，26（5）：691-694.

［3］卢毓，岳森，卢隆杰.营养保健型蔬菜-落葵［J］.特种蔬菜，2006（2）：30-31.

［4］李书洲，刘心纯.落葵的生药学研究［J］.广东药学，1997（3）：27-29.

［5］胡章，李国庆，林奕武，等.响应面法优化浒苔多糖提取工艺的研究［J］.安徽农业科学，2013，41（15）：6872-6873.

［6］李知敏，王伯初，周菁.植物多糖提取液的几种脱蛋白方法的比较分析［J］.重庆大学学报，2004，27（8）：57-59.

［7］林爱琴，郭善慧，陈少昆.落葵多糖含量测定方法的研究［J］.化工时刊，2009，23（8）：24-26.

[责任编辑 杨明庆]

O636

A

1008-486X（2015）01-0041-05

2014-07-10

黄河水利职业技术学科学技术项目：落葵深加工技术研究及产品开发（2014KXJS015）。

胡晓冰（1981-），男，河南开封人，讲师，硕士研究生，主要从事食品生物技术专业的教学与研究工作。