响应面法优化刺五加多糖提取工艺的研究①

沈 宇，赵宏博，张 宇，张羽男，王 雪

(1. 佳木斯大学药学院，黑龙江 佳木斯 154007；2. 佳木斯大学康复医学院，黑龙江 佳木斯 154003)

响应面法优化刺五加多糖提取工艺的研究①

沈 宇1，赵宏博2，张 宇1，张羽男1，王 雪1

(1. 佳木斯大学药学院，黑龙江 佳木斯 154007；2. 佳木斯大学康复医学院，黑龙江 佳木斯 154003)

目的：筛选刺五加多糖的最佳提取部位并优化刺五加多糖的提取工艺。方法：采用水提醇沉法提取刺五加的根茎、叶、果实三个部位中的多糖，并进行多糖提取率和含量的对比，确定最佳提取部位。在单因素试验基础上通过Box-Behnken中心组合设计试验和响应面分析方法，考察提取时间、提取温度、醇沉浓度、料液比对刺五加多糖提取率的影响。结果：刺五加根茎、叶、果实的多糖提取率分别为2.986%、5.088%、11.97%，多糖含量分别为26.91%、33.97%、27.32%。响应面法优化的刺五加多糖提取的最佳工艺条件：当提取时间为116min，提取温度为95℃，醇沉浓度为85% ，料液比为31:1时，刺五加多糖的提取率最高为13.21%。结论：通过试验得出，刺五加果实是刺五加多糖的最佳提取部位。响应面法对刺五加多糖的提取工艺参数优化具有可行性，优选出来的最佳提取工艺稳定。

响应面法；刺五加多糖；提取工艺

刺五加(Acanthopanaxsenticosus)系五加科植物，商品名为五加参，其根、茎、叶均可入药，具有祛风除湿、舒筋活血、益气健脾、补肾安神之功效[1]。刺五加多糖是刺五加中的有效成分之一，具有免疫调节、抗肿瘤、抗衰老等药理作用[2]。本实验首先对刺五加三个提取部位的多糖提取率和含量进行对比，然后再采用响应面分析法对刺五加多糖提取工艺进行优化，基本解决刺五加多糖提取率较低的问题，为人们进一步开发利用刺五加多糖奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 药品与试剂

刺五加根茎、刺五加果、刺五加叶(佳木斯民生药行)；苯酚(天津凯通化学试剂有限公司)；浓硫酸(天津科密欧化学试剂有限公司)；葡萄糖标准品(天津科密欧化学有限公司)；95%乙醇(天津凯通化学试剂有限公司)。

1.1.2 仪器

KDM可调控温电热套(山东鄄城华鲁电热仪器有限公司)；FA2004N型电子分析天平(上海恒平科学仪器有限公司)；DZF-6050型真空干燥箱(上海恒平科学仪器有限公司)；DL-5-B低速大容量离心机(上海安亭科学仪器厂)；HH-2电子恒温水浴锅(苏州威尔实验用品有限公司)；RE-52A型旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)；FW80型高速万能试样粉碎机(河北省黄骅市新兴电器厂)；757型紫外可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 刺五加多糖提取部位的筛选

分别取刺五加根茎、果、叶50g，粉碎，各加入1000mL水浸泡过夜，煎煮120min，纱布趁热过滤，将滤液浓缩至200mL，冷却至室温，加入95%的乙醇，醇浓度调至75%，低温静置24h，3000r/min离心15min，取沉淀，常温干燥至无醇味，分别得到刺五加根茎多糖、刺五加果多糖和刺五加叶多糖。称重，计算提取率。

1.2.2 多糖提取的单因素实验

取干燥刺五加果实，粉碎，适量水浸泡过夜，按照表1所设定的条件：提取温度、提取时间、醇沉浓度、料液比这4因素，分别进行单因素试验考察。

表1 水提醇沉法提取条件因素水平表

1.2.3 响应面分析法优化提取工艺

结合单因素试验结果，选取提取时间、提取温度、醇沉浓度和料液比作为影响刺五加多糖提取率的关键因素。利用Design-Expert.V8.0.6.1 软件，采用中心组合试验Box-Behnken设计方案，对提取工艺进行响应面分析[3]。分析因素和水平设计，见表2。

表2 正交实验因素水平及编码

2 结果

2.1 刺五加各部位多糖的提取

刺五加多糖的提取率及多糖含量，见表3。

表3 刺五加多糖的提取率及多糖含量

由表3可以看出，提取相同质量的刺五加的不同部位所得的多糖提取率和多糖含量有显著差异，刺五加果实的多糖提取率最高，虽然多糖含量不是最高，但是综合分析最终确定刺五加多糖的最佳提取部位为果实。

2.2 单因素实验结果

提取时间对多糖提取率的影响见图1，提取温度对多糖提取率的影响见图2，醇沉浓度对多糖提取率的影响见图3，料液比对多糖提取率的影响见图4。

图1 提取时间对多糖提取率的影响

图2 提取温度对多糖提取率的影响

图3 醇沉浓度对多糖提取率的影响

图4 料液比对多糖提取率的影响

2.3 响应面分析法优化提取工艺的结果

选取提取时间、提取温度、醇沉浓度和料液比作为影响刺五加多糖提取率的因素。采用Box-Behnken中心组合试验设计方案，通过响应曲面法确定刺五加多糖提取的最佳工艺条件。试验条件和试验结果见表4。利用Design-Expert.V8.0.6.1 软件，以表4中刺五加多糖的提取率为响应值，各因素经回归拟合后，建立多元回归方程如下，并进行方差分析见表5。

Y=13.05-0.60A+0.53B+0.015C+0.040D-0.13AB-0.42AC-0.010AD-0.48BC+0.32BD-0.017CD-2.16A2-0.68B2-1.13C2-1.00D2

表4 响应曲面试验设计编码变量值与结果

表5 回归模型方差分析

模型的可靠性可从方差分析及相关系数来考察，P<0.05即表示该项指标显著。结果表明对刺五加多糖提取率所建立的二次多项模型具有显著性。因而该模型拟合程度比较好，试验误差小，可以用此模型对刺五加多糖进行分析和预测。模型方程回归系数及其显著性检验同样见表5。结果表明：B、C、D、B2不显著，A、A2、C2、D2极显著，交互项AB、AC、AD、BC、BD、CD不显著。为了更直观地反映各因素间的相互作用以及各因素对响应值(刺五加多糖)提取率的影响，作响应值对影响因素的三维空间响应面图，见图5。

图5 各因素交互作用的响应面图

2.4 提取工艺条件的确定

根据Design-Expert.8.05 软件，采用中心组合试验Box-Behnken设计方案的计算结果，可得到刺五加多糖提取率的最佳工艺参数与理论产率。

根据提取工艺参数优化的结果，得到刺五加多糖的提取率的最佳工艺参数为：提取时间116min、提取温度95℃、醇沉浓度85%、料液比31:1，刺五加多糖的提取率预测值为13.21%。刺五加多糖的平均提取率为13.55%与理论产率13.21%接近，表明响应曲面法可以很好地优化刺五加多糖的提取工艺条件。

3 讨论

刺五加多糖是刺五加中最有效的成分之一，参与许多生理和病理过程[4，5]。近年来研究表明刺五加多糖具有免疫调节、抗肿瘤、抗衰老等多种药理作用，越来越受到广泛的关注[6]。刺五加的根茎多作为刺五加多糖的主要提取部位，但是提取率有限，本文通过三个提取部位的筛选，最终确定了刺五加多糖的最佳提取部位为刺五加果实，为进一步开发利用刺五加的植物资源提供了理论基础。本文采用了水提醇沉法提取刺五加多糖，此方法与其他方法相比较为经济，容易操作，仪器设备易得。在传统水提醇沉法的基础上，先进行了单因素试验，然后再采用Box-Behnken设计并运用响应面分析法建立影响因子的多元数学统计矩模型，利用响应曲面法探究提取时间、提取温度、醇沉浓度和料液比对刺五加多糖提取率的的影响。通过试验结果分析比较，确定刺五加多糖的最佳提取工艺条件为：提取时间116min、提取温度95℃、醇沉浓度85%和料液比31:1，在此条件下刺五加多糖提取率可达13.21%。用响应曲面法对刺五加多糖的提取工艺参数优化具有可行性，即精确了传统提取方法的实验条件，又确定了最佳提取工艺，优化得到的最佳工艺条件科学可靠，为充分开发和利用刺五加多糖提供了有力的理论依据。

[1]李滨兰. 刺五加茎叶药效学研究[J]. 黑龙江医药科学, 1999, 22(1):41-42

[2]XiaoLanLi,AiGuoZhou.PreparationofpolysaccharidesfromAcanthopanaxsenticosusanditsinhibitionagainstirradiation-inducedinjuryofrat[J].CarbohydratePolymers, 2007, 67(2):219-226

[3]YaqinXu,FeiCai,ZeyuanYu,etal.Optimisationofpressurisedwaterextractionofpolysaccharidesfromblackcurrantanditsantioxidantactivity[J].FoodChemistry，2016, (194):653-654

[4]Rui-ZhanChen,LiTan,Chen-GuangJina,etal.Extraction,isolation,characterizationandantioxidantactivityofpolysaccharidesfromAstragalusmembranaceus[J].IndustrialCropsandProducts，2015, (77):435-436

[5]樊如强, 傅宏征, 金学英，等. 刺五加有效成分提取工艺考察及不同产地刺五加中有效成分量的比较[J]. 中草药, 2014, 45(2):260-264

[6]程海涛, 刘德江, 罗志文，等. 药用植物刺五加资源分布与环境因子的相关性[J]. 黑龙江医药科学, 2012, 35(2):8-9

佳木斯大学校级面上项目，编号：S2014-028。

沈宇(1986～)女，黑龙江佳木斯人，硕士，讲师。

赵宏博(1986～)男，黑龙江佳木斯人，硕士，主管药师。E-mail：zhb_jms@163.com。

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1008-0104(2017)03-0075-03

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