响应面法优化无花果多糖的提取条件研究

李 静，操庆国，凡军民，韩艳丽

(江苏农林职业技术学院,江苏 句容 212400)

响应面法优化无花果多糖的提取条件研究

李 静，操庆国，凡军民，韩艳丽

(江苏农林职业技术学院,江苏 句容 212400)

为了确定无花果多糖的最佳提取条件，在单因素试验基础上，采用响应面分析法研究各因素对无花果多糖提取率的影响。建立模型，得出各因素对多糖提取率的影响次序为：提取温度gt;提取时间gt;液料比gt;pH；最佳提取条件为：提取时间43 min、pH值8.1、液料比18 mL/g、提取温度81 ℃，多糖的实际提取率为10.45%。结果表明：响应面法对无花果多糖的提取条件优化合理可行。

无花果多糖；提取；响应面法

无花果为桑科榕属的植物浆果类，作为一种传统的药食同源的天然保健果品，已有几百年的食用历史，成熟无花果的可溶性固形物含量高达24%[1]。现代研究发现，多糖是无花果中的重要活性成分[2]，具备免疫调节、抗肿瘤、调节血糖、抗菌、抗溃疡、降血脂和抗氧化功效[3-8]。作为一种高效的活性成分，对其提取条件的优化具有重要意义。本文通过响应面分析法研究无花果水溶性多糖的最优提取条件，为进一步开发利用无花果资源提供依据。

1 材料与方法

1.1器材与试剂

原材料：无花果果干(市售)。

主要试剂：无水乙醇、苯酚、浓硫酸、3，5-二硝基水杨酸、葡萄糖、酒石酸钾钠等，均为分析纯。

主要仪器：DL-5C低速离心机(由上海安亭科学仪器厂生产)；HWS-24恒温水浴锅(由上海一恒科技有限公司生产)；DHG-9143BS-Ⅲ电热恒温鼓风干燥箱(由上海新苗医疗器械制造有限公司生产)；梅特勒me204e电子天平[由梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司生产]；QE-500摇摆式万能高速粉碎机(由浙江屹立工贸有限公司生产)；T6新悦紫外-可见分光光度计(由北京普析通用仪器有限责任公司生产)。

1.2试验方法

1.2.1 无花果多糖的提取 将无花果放于干燥箱干燥，用粉碎机粉碎至粉末状，筛子过筛3次，取过筛后的无花果粉末10 g，加水并调节至一定的pH值，置于一定温度水浴中浸提、每隔30 min搅拌1 min，浸提结束，冷却，离心，得上清液进行浓缩，并加水定容。分别测定总糖、单糖的含量，计算无花果多糖提取率。

1.2.2 无花果多糖的测定及提取率计算 多糖提取率/%=(总糖-还原糖)×提取液体积/无花果总质量×100%。

总糖的测定采用苯酚-硫酸法[9]，还原糖测定采用DNS法[9]。

1.2.3 单因素试验设计 分别对无花果提取过程中的提取时间、pH值、液料比、提取温度进行单因素试验设计，各因素设计5个水平，试验设计见表1。

表1 试验因素水平表

1.2.4 响应面试验设计 在单因素试验基础上，设计了4因素3水平响应面试验，其因素水平编码见表2。

表2 响应面因素水平编码

2 结果与分析

2.1无花果多糖提取单因素试验结果

2.1.1 提取时间对水溶性多糖提取率的影响 取10 g无花果粉末5份，各加水150 mL，调整pH值为7.0，分别置于80 ℃下水浴提取20、40、60、80、100 min，离心，上清液浓缩并定容，测定多糖提取率。

由图1可知，提取率在40 min时达到最大值，延长浸提时间，提取率缓慢下降，可能是由于浸提时间过长对水溶性多糖造成损失。因此，选取提取时间为40 min。

2.1.2 pH值对水溶性多糖提取率的影响 取10 g无花果粉末5份，各加水150 mL，分别调整pH值为6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，置于80 ℃下水浴提取40 min，离心，上清液浓缩定容，测定多糖提取率。

从图2可以看出，随着pH值的升高，水溶性多糖的提取率先升高再下降，这可能是由于无花果中的酸性多糖的含量较高，在酸性和碱性较强时多糖发生水解，而在弱碱性条件下，更利于多糖提取。当pH值为8.0时，水溶性多糖的提取率达到最大值，所以选择pH值为8.0。

图1 提取时间对无花果水溶性多糖提取率的影响

图2 pH值对无花果水溶性多糖提取率的影响

2.1.3 液料比对多糖提取率的影响 取10 g无花果粉末5份，分别加水50、100、150、200、250 mL，调整pH值为8.0，置于80 ℃下水浴提取40 min，离心，上清液浓缩并定容，测定多糖提取率。

由图3可知，随着液料比增加，无花果多糖提取率呈上升趋势，从液料比5 mL/g到15 mL/g时，多糖提取率显著增加，主要是因为液料比过低，无花果粉末无法完全溶于溶剂中，不利于多糖提取；液料比在15 mL/g以上时，多糖提取率增大缓慢，考虑多糖提取后续工序中需要进行浓缩，故选择液料比为15 mL/g。

图3 料液比对无花果水溶性多糖提取率的影响

2.1.4 提取温度对多糖提取率的影响 取10 g无花果粉末5份，加水150 mL，调整pH值为8.0，分别置于60、70、80、90、100 ℃水浴下提取40 min，离心，上清液浓缩并定容，测定多糖提取率。

由图4可知，随着提取温度的逐渐升高，无花果多糖的提取率先升高后有所降低，当温度升到80 ℃时多糖的提取率达到最大值，这主要是由于在一定的范围内随浸提温度的升高，有利于水溶性多糖的溶出，低于此温度范围提取效果就不是很明显，且温度过高易造成多糖降解、淀粉糊化等，因此选择提取温度为80 ℃。

图4 提取温度对无花果水溶性多糖提取率的影响

2.2响应面试验结果

2.2.1 建立模型方程与显著性检验 按照1.2.4响应面试验设计方法进行试验分析，试验设计与结果见表3。

表3 响应面分析试验设计与结果

对表3中的各因素X与无花果多糖提取率Y进行模型拟合，回归方程(编码)为：

Y=10.79+0.05X1-0.012X2+0.12X3+0.56X4+0.057X1X2+0.2X1X3+0.16X1X4+0.17X2X3-0.23X2X4+0.035X3X4-0.3X12-0.16X22-0.19X32-2.82X42

对回归模型进行显著性检验，结果见表4。

表4 回归模型方差分析表

2.2.2 响应面分析与提取工艺优化 对各因素交互作用进行模型的响应面分析，具体见图5～图10。

通过图5～图10可对提取过程中因素的相互作用及对无花果多糖提取率的影响进行分析与评价，从而确定无花果多糖提取的最佳条件。从图5可以看出：与X2方向比较，X1效应面曲线较陡，X1等高线的密度显著高于沿X2移动的密度，说明提取时间(X1)对提取率的影响显著高于pH(X2)。图6表明：X1等高线的密度高于沿X3移动的密度，说明提取时间(X1)对提取率的影响高于液料比(X3)。图7表明：与X1方向比较，X4效应面曲线较陡，X4等高线的密度显著高于沿X1移动的密度，说明提取温度(X4)对提取率的影响显著高于提取时间(X1)。图8表明：与X2方向比较，X3效应面曲线较陡，X3等高线的密度高于沿X2移动的密度，说明液料比(X3)对提取率的影响高于pH(X2)。图9表明：与X2方向比较，X4效应面曲线较陡，X4等高线的密度显著高于沿X2移动的密度，说明提取温度(X4)对提取率的影响显著高于pH(X2)。图10表明：与X3方向比较，X4效应面曲线较陡，X4等高线的密度显著高于沿X3移动的密度，说明提取温度(X4)对提取率的影响显著高于液料比(X3)。

综上所述，提取过程中各因素对无花果多糖提取率的影响次序为：提取温度gt;提取时间gt;液料比gt;pH。经模型分析，在响应值Y处于最大值时，得到与其对应的最佳提取条件为：提取时间43.38 min、pH值8.14、液料比18.02 mL/g、提取温度81.01 ℃，获得无花果多糖提取率预测值为10.90%。

图5 提取时间和pH值对多糖提取率影响

图6 提取时间和液料比对多糖提取率影响

2.2.3 模型验证 为了检验响应面法的可行性，以回归模型所得最佳提取条件进行验证试验。考虑到实际操作情况，以提取时间43 min、pH值8.1、液料比18 mL/g、提取温度81 ℃进行验证。3次平行得到的实际提取率均值为10.45%，与理论值相差0.45%。因此，该响应面法优化得到的多糖提取条件合理有效。

图7 提取时间和提取温度对多糖提取率影响

图8 pH值和液料比对多糖提取率影响的响应面

图9 pH值和提取温度对多糖提取率影响

3 结论

(1)在单因素试验基础上，应用响应面法优化无花果多糖提取条件，建立模型。结果表明：提取时间和液料比、提取时间和提取温度、pH值和液料比、pH值和提取温度对多糖提取率有显著的交互作用。各因素对多糖提取率的影响次序为：提取温度gt;提取时间gt;液料比gt;pH，回归方程模型拟合程度良好，可以分析和预测无花果多糖的提取率。

(2)回归分析和验证试验结果表明：该响应面法优化得到的多糖提取条件合理有效，最佳条件为：提取时间43 min、pH值8.1、液料比18 mL/g、提取温度81 ℃，多糖的实际提取率为10.45%。

[1] 邱松山，周天，姜翠翠.无花果粗多糖提取工艺及抗氧化活性研究[J].食品与机械，2011，27(1)：40-42.

[2] 王振斌，马海乐，王超.无花果多糖提取技术研究[J].食品科学，2006，27(2)：174-177.

[3] Robert V, Mateja C, Franci S. Phenolic acids and flavonoids of fig fruit(FicuscaricaL.)in the northern mediterranean region[J]. Food Chemistry, 2008, 16(1): 153-157.

[4] 吴亚林，黄静，潘远江.无花果多糖的分离、纯化和鉴定[J].浙江大学学报：理学版，2004，31(2)：177-179.

[5] 汪开毓,陈霞,黄锦炉,等.无花果多糖对鲫鱼非特异性免疫功能的影响[J].水生生物学报,2011,35(4):630-637.

[6] You C R, Kim H R, Yoon C H, et al. Macrophage activation syndrome in juvenile rheumatoid arthritis successfully treated with cyclosporine A: a case report[J]. Journal of Korean Medical Science, 2006, 21(6): 1124-1127.

[7] 戴伟娟，司端运，王绍红，等.无花果多糖对荷瘤小鼠免疫功能的影响[J].时珍国医国药，2001，12(12):1059-1060.

[8] 王力男，王勤，苗明三.无花果多糖对环磷酰胺致免疫抑制小鼠免疫功能的影响[J].中医学报，2010，25(149):676-678.

[9] 张惟杰.糠复合物生化研究技术[M].第2版.杭州：浙江大学出版社，1999:10-12.

(责任编辑：曾小军)

OptimizationofConditionsforExtractionofPolysaccharidefromFicuscaricabyUsingResponseSurfaceMethodology

LI Jing, CAO Qing-guo, FAN Jun-min, HAN Yan-li

(Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry, Jurong 212400, China)

In order to ascertain the optimum conditions for the extraction of polysaccharide fromFicuscaricaL., we used single-factor experiments and response surface methodology to research the influences of various factors on the extraction rate of polysaccharide fromF.carica. According to the built model, the influences of various factors on the extraction rate of polysaccharide showed the following order: extraction temperature gt; extraction time gt; liquid-material ratio gt; pH-value. The optimum extraction conditions were obtained as follows: extraction time 43 min, pH-value 8.1, liquid-material ratio 18 mL/g, extraction temperature 81 ℃. Under these optimum conditions, the actual extraction rate of polysaccharide was 10.45%. The results indicated that the response surface methodology was reasonable and feasible for the optimization of extraction conditions of polysaccharide fromF.carica.

Ficuscaricapolysaccharide; Extraction; Response surface methodology

S663.3

A

1001-8581(2017)12-0093-05

2017-08-17

2015年江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目(201513103001Y)。

李静(1983─)，女，江苏徐州人，讲师，硕士，主要从事食品安全控制技术的研究工作。