响应面法优化仙人掌多天的提取工艺研究

修维 孙丽娜 黄占吉 潘磊 赵志亮 王彦章

[摘 要]利用响应面分析法，来优化仙人掌多糖的提取工艺。在单因素实验基础上选取实验因素与水平构建数学模型，运用响应面设计和中心组合实验原理，采用三因素三水平的响应面分析法，来分析料液比、提取时间、提取温度对仙人掌多糖提取率的影响，并优化了水浸提法提取仙人掌多糖的工艺。

[关键词]仙人掌；多糖；提取；响应面分析

[中图分类号]TS241 [文献标识码]A

仙人掌多糖拥有明显的延缓机体衰老的功能，抗菌消炎的功能，对肿瘤具有良好的抗性和降低血糖的功能。这些年来，对仙人掌多糖及其药理方面研究进入了人们的视线，并对其进行了初步的研究。但是，关于仙人掌多糖的研究报告却很少，所以为了能够对仙人掌多糖进行更加深入的研究，我们将通过实验方法，在以前提取仙人掌多糖的方法的基础上，对仙人掌多糖的提取工艺进行优化研究。

1 仙人掌多糖的提取工艺

1.1 仙人掌多糖的提取工艺流程

新鲜仙人掌茎（挖除刺状叶）→切碎→石油醚（沸程60-90℃）回流脱脂（料液比1：5 g/ml）→挥干石油醚的滤渣→滤渣60℃烘干→水浴提取→上清液→蒸发浓缩至原体积的1/4→取上清液Saveg法除蛋白→活性炭除色素→上清液无水乙醇溶液沉淀→乙醇、丙酮清洗沉淀→真空干燥沉淀→粗多糖→称重。

1.2 仙人掌多糖的提取率计算

采用苯酚-硫酸法对仙人掌多糖的含量进行测定，并计算仙人掌多糖的提取率。粗多糖提取率（%）=[粗多糖干品质量（g）/原料质量（g）] ×l00%

1.3 单因素实验

精密称取仙人掌粉末5g，采用固定变量法来考察料液比（g/ml）（1：2、1：3、1：4、1：5、1：6和1：7）、提取温度（40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）和提取时间（0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h）对仙人掌多糖提取率的影响，其他实验条件相同的情况下按照试验流程进行试验。

1.4 响应面法对水提取法提取仙人掌多糖的条件优化

根据单因素实验的结果，选取的响應面试验的料液比分别为1：4、1：5、1：6，响应面试验的提取温度分别为60℃、70℃、80℃，响应面试验的提取时间分别为1h、2h、3h。以上述三个影响因素作为自变量，以仙人掌多糖的提取率作为响应值设计实验。进行Box-Behnken中心组合实验，见表1。

2 实验结果与分析

2.1 单因素实验结果及分析

合适的料液比应该在1：4～1：6区间之内，在70℃左右多糖的提取率最高，提取时间在2～3h区间内，多糖的提取率最大。

2.2 采用响应面法优化仙人掌多糖提取工艺

2.2.1 多糖提取实验方案。依据单因素实验结果，选取的响应面试验的料液比分别为1：4、1：5、1：6，响应面试验的提取温度分别为60℃、70℃、80℃，响应面试验的提取时间分别为1h、2h、3h。以上三个影响因素作为自变量，以仙人掌多糖的提取率作为响应值设计实验。根据单因素实验设计三因素三水平响应面分析实验。

2.2.2 响应面分析方案及结果。以料液比、提取温度、提取时间为自变量，以仙人掌多糖提取率为响应值，建立仙人掌多糖提取率拟合最优的回归方程模型。多糖产率=0.81+0.025A-3.625E-0.04B+0.013C-5.500E-0.04AB-0.024AC-2.475E-0.03BC-0.034A2-2.485E-0.03B2-0.027C2（A提取温度，单位为℃；B—提取时间，单位为h；C—料液比，单位为g/ml）

2.2.3 因素间的交互影响

根据回归方程，由两个提取因素和提取率绘制成的三维图像可以分析出，如图1、图2所示；三个因素对于提取率的影响均为先增大后减小。按照各因素对结果的总体的影响顺序为料液比影响最大、提取温度次之、提取时间最小。

2.3 最佳提取工艺及实验模型的合理性验证

通过软件Design -Expert6.0求解方程，给出了最优提取工艺条件为：料液比1：5.1，提取温度73.43℃，提取时间1.84h，此时的实验预计提取率为0.8166%。因为，在实际操作中，不可能达到这样的理想条件，另外，在提取效果较好的前提下，还应该考虑到实验所需试剂、试剂、所需环境能否达到，因此需要对提取条件进行修正，所得结果为：料液比1：5，提取温度70℃，提取时间2.0h。同时为检验结果的可靠性，利用修正所得的条件来进行浸提实验，同时进行3组实验，得出3组实验所得提取率的平均值为0.80%，与理论预测值基本吻合。可以看出预测值和实验所得结果是比较接近的，所以可以得出由实验拟合的结果是符合实际的，在实际应用中是切实可行的。

3 结论

本实验用响应面法进行三因素三水平共17组实验测定仙人掌多糖的最佳提取工艺，综合考虑提取工艺的料液比，提取温度，提取时间等重要影响因素对仙人掌多糖提取率的影响，根据Design-Expert V8.0.6数据分析的最优条件为料液比1：5.1，提取温度73.43℃，提取时间1.84h，仙人掌多糖的提取率为0.8166%。因此在最佳工艺条件下，进行3组重复试验。验证结果表明：在此条件下仙人掌多糖实际平均提取率为0.80%，可以看出由实验拟合的结果是符合实际的。本实验应用响应面分析法优化仙人掌多糖的浸提工艺，通过模型方差分析和响应面法的分析表明，预测值和实验所得结果是比较接近，该模型回归显著，对实验的拟合性较好，整个试验方法先进、合理、实验数据可靠。

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