1、响应面分析法优化枸杞多糖提取工艺条件 【摘要】 目的利用响应面分析法（ Response Surface Methodology）对枸杞多糖的提取工艺进行优化。方法在单因素实验基础上选取实验因素与水平，根据中心组合（ Box-Benhnken）实验设计原理采用 3 因素水平的响应面分析法，依据回归分析确定各工艺条件的影响因子，以多糖提取率为响应值作响应面和等高线。结果在分析各个因素的显著性和交互作用后，得出枸杞多糖水浸提的最佳工艺条件为：料液比 1 32；浸提温度 84 ；浸提时间 2.3h；浸提 1 次。结论在最佳工 艺条件下，枸杞多糖的实际提取率可达 11.10%。 【关键词】 枸杞 枸杞
2、多糖 提取 响应面分析 Optimization of the Extraction Technology of Lycium barbarum Polysaccharide by Response Surface Methodology ， ， ， 1.College of Chemistry and Chemical Engineering， Liaocheng University， Liaocheng 252059， China; 2.Department of Chemistry of College of Science, Zhejiang University,310027,Zh
3、ejiang, China Abstract： Objective To optimize the extraction technology of Lycium barbarum polysaccharides by response surface methodoloy.MethodsExperiment factors and levels were firstly selected by one factor tests. On the basis of the previous results and according to the central composite experi
4、mental design principles,the method of Response Surface Method with 3 factors and 3 levels was adopted.Then the factors influencing the technological parameters were determined by means of regression analysis.Response surface and contour were finally graphed with the extraction rate as the response
5、value.ResultsThe optimum conditions of Lycium barbarum polysaccharides extraction were as follows:the ratio of material to solvent of 1 32,extraction temperature of 84 and extraction time of 2.3 h,one time extraction.ConclusionThe yield of Lycium barbarum polysaccharides is 11.10% under the optimum
6、conditions. Key words： Lycium barbarum ; Lycium barbarum polysaccharides ; Extraction; Response surface methodology 枸杞是多年生灌木，花紫、果红、枝繁叶茂，具有滋补肝肾、益精明目的功效 1。枸杞子是我国传统中药，具有很高的药食两用价值。近年来，枸杞作为一种新兴的保健型食用植物在我国宁夏、新疆等地区进行了大面积种植，种植面积逐年增加。众多的研究表明，枸杞多糖具 有保肝、降血糖、降血脂、抗肿瘤、抗衰老等多种生理功效 2 7。因此，提取枸杞多糖对开发和利用枸杞资源具有重要意义。 响应面
7、分析 (Response Surface Methodology)法系采用多元二次回归方法作为函数估计的工具，将多因子实验中因素与指标的相互关系用多项式近似拟合，依此可对函数的响应面和等高线进行分析，研究因子与响应面之间、因子与因子之间的相互关系。它与过去广为使用的 “正交实验设计法 ”不同，具有实验周期短，求得的回归方程精度高，能研究几种因素间交互作用等优点 8。笔者在单因素实验的基 础上，利用响应面分析法对枸杞多糖提取工艺条件进行了优化。 1 器材与方法 1.1 材料 枸杞子（宁夏产，购于聊城）、优质工业酒精、苯酚（ AR）、浓硫酸（ AR）、蔗糖（ AR）。 1.2 仪器 AR-1104
8、 电子天平（奥克斯国际贸易上海有限公司）； DKB-501A 型超级恒温槽（上海精宏试验设备有限公司）； SHB-11 循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；TU-1810 紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）。 1.3 方法 1.3.1 提取方法精确称取 枸杞 5.0 g，置于 250 ml 圆底烧瓶中，加入 90%乙醇 80 ml 加热回流 1 h，残渣用 10 ml 90%乙醇洗涤两次，然后改用蒸馏水回流一定时间，残渣用 10 ml蒸馏水洗涤两次，滤液于 250 ml 容量瓶中定容，测得多糖含量。 1.3.2 枸杞多糖含量及提取率测定 标准曲线的绘制：精密称取 l0
9、5 下干燥至恒重的葡萄糖 34.0m g，置 100 ml 容量瓶中，加水溶解并稀释至刻度，摇匀，配得葡萄糖标准溶液。精密吸取葡萄糖标准溶液 0.1， 0.2，0.3， 0.4， 0.5， 0.6 ml ，分别置于 10 ml 容量瓶中，分别加入蒸馏水 2.0 ml，然后分别再加人 1.0 ml 5%苯酚溶液，摇匀，迅速加入浓硫酸 5.0 ml，摇匀后置 40 水浴中加热 15 min，取出置冷水中冷却 10 min，同时用 2.0 ml 蒸馏水做空白，用分光光度计在波长 480 nm 处测定吸光度，得标准曲线方程： C=16.077 2A+1.075 6，相关系数 r=0.999 5。 多糖
10、含量与提取率的测定：采用苯酚 -硫酸法 9， 10，精密吸取样品溶液 1 ml 置于25 ml 容量瓶中，并加水稀释定容。然后精密量取 1 ml，置于 10 ml 容量 瓶中，加水 2 ml, 然后再加入 1.0ml 5%的苯酚溶液，摇匀，迅速加入浓硫酸 5.0 ml，摇匀后置 40 水浴中加热15 min，取出置冷水中冷却 10 min，同时用 2.0 ml 蒸馏水做空白，用分光光度计在波长 480 nm 处测定吸光度。多糖提取率用下式计算：多糖提取率（ %） =比色液浓度（ g/ml） 比色液体积（ ml） 定容体积（ 250 ml）供试样品体积（ 0.5 ml） 实验样品质量（ g） 1
11、06100% 2 结果 2.1 单因素实验枸杞中含有多种糖分，如单糖、低聚糖、多糖等。由于多糖溶于 水而不溶于高浓度乙醇 ,根据此原理先用 90%的乙醇回流 1 h，来除去单糖、低聚糖等对多糖提取率有影响的物质，然后用蒸馏水提取多糖，选定 3 个因素即温度、时间、料液比 3 个影响因素研究其对多糖提取率的影响。 2.1.1 浸提温度对枸杞多糖提取率的影响固定 80 ml 90%浓度乙醇在 80 下回流 1 h，提取 1 次，固定料液比为 1 20，水浸提时间 1 h，分别在 30， 40， 50， 60， 70， 80， 90，100 提取。结果见图 1。 由图 1 可知，随着提取温度的升高，
12、多糖提取率不断增大，在 70 前增加较为显著，以后增加不太明显，温度在 70， 80， 90 的提取率曲线较为平缓，同时从提取的多糖溶液可以看出，随着温度的升高，多糖颜色加深。由此可得出，高温可能对多糖的结构与活性有一定的影响，超过 100 多糖容易分解产生单糖而溶解在浓乙醇中进而影响多糖的提取率，所以选择 70 90 作为提取的较适宜温度。 2.1.2 料液比对枸杞多糖提取率的影响固定 80 ml 90%浓度乙醇在 80 回流 1 h，提取1 次，固定水浸提温度为 80 ，料液比分别采取 1 10， 1 15， 1 20， 1 25， 1 30， 135， 1 40，水浸提时间 1 h。结果
13、见图 2。 由图 2 可知，随着加水量的逐渐增大，多糖提取率几乎呈直线上升。由于提取水量的增加，则提取的多糖溶解在水中的量就越多，从而损失的多糖量就越少，相应多糖提取率就高，但增大到一定程度后，多糖提取率几乎不变，再增加水量多糖的提取率反而降低，所以料液比在 1 30 左右提取率较高。 2.1.3 浸提时间对多糖提取率的影响固定 80 ml 90%的浓度乙醇在 80 回流 1 h，提取1 次，固定水浸提温度为 80 ，料液比 1 20，分别选择 0.5， 1， 2， 3， 4， 5 h 提取。结果见图 3。 由图 3 可知，随着加热时间的增加，多糖提取率在 2 h 前增加显著，以后增加较为平缓
14、，增大到一定时间以后多糖提取率几乎保持不变。可能由于加热时间过长，促进多糖的溶解使得提取率增大，但是加热时间过长提取率无明显变化，考虑到经济效益，提取时间选择 1 3 h 为宜。 2.2 响应面分析法优化枸杞多糖提取工艺的研究 2.2.1 响应面实验方案与实验结果根据 Box.Benhnken 的中心组合实验设计原理，以及综合单因素影响多糖提取率的实验结果分析可选取对多糖提取率有较显著影响的 3个因素即温度、时间和料液比 ，在单因素实验的基础上设计 3 因素 3 水平的响应面分析实验的方案。响应面分析因素与水平见表 1。响应面分析方案及实验结果分析见表 2。表 1 响应面分析因素与水平（略）表
15、 2 响应面分析方案及实验结果分析（略）表 3 枸杞多糖浸提回归分析结果（略） 对提取温度，料液比，提取时间作如下变换 X1=（ T-80） /10， X2=（ t-2） /1， X3=（ 2-30）/5 ，以 3 次实验所得多糖提取率的平均值为响应值（ Y），实验设计与实验结果见表 2。其中 1 12 是析因实验， 13 15 是中心实验，用来估计实验误差。响应面分析结果见 图 4 6。 采用 SAS RSREG 程序对响应值与各因素进行回归拟合后，得到回归方程： Y=10.506 7+0.162 5X1+0.192 5X2+0.100 0X3-0.184 6X1X2-0.037 5X2X1
16、-0.007 5X1X3-0.299 6X2X2-0.017 5X3X2-0.154 6X3X3，回归方程中各变量对指标 (响应值 )影响的显著性，由 F检验来判定，概率 P(FF) 的值越小，则相应变量的显著程度越高。由表 3 可以看出，各因素中一次项，二次项都是高度显著的，因此各具体实验因子对响应值 的影响不是简单的线性关系。回归方程也是高度显著的，相关系数 r=1.076 8/1.087 0=99.1%，说明响应值 (提取率 )的变化有 99.1%来源于所选变量，即提取温度、提取时间和料液比。因此，回归方程可以较好地描述各因素与响应值之间的真实关系，可以利用该回归方程确定最佳提取工艺条件
17、。对回归方程取一阶偏导数等于零，整理可得如下三式： 0.162 5-0.369 6X1-0.003 75X2-0.007 5X3=0 (1) 0.192 5+0.037 5X1-0.599 6X2-0.017 5X3=0 (2) 0.100 0-0.007 5X1-0.017 5X2-0.309 2X3=0 (3) 式（ 1）、式（ 2）、式（ 3）联立方程组，解得 X1=0.3994,X2=0.337 4， Z=1 31.69，代入前述的变换公式得到提取温度 T=83.99 ，水料比 Z=31.69 ，提取时间 t=2.29 h，即枸杞多糖提取工艺最佳工艺条件为采用水为溶剂，提取最佳工艺条件
18、为温度 83.99 ，时间2.29 h，料液比 1 31.69。但考虑到实际情况 将最佳提取工艺条件修正为温度 84 ，时间2.3 h，料液比 1 32。在此修正条件下，实际测得提取率为 11.10%，回归模型预测提取率理论值可达 11.14%。实际测定值比理论预测值低 0.3%。 3 结论 通过单因素实验和响应面分析法优化提取枸杞多糖的最佳工艺条件为温度 84 ，时间2.3 h，料液比 1 32。提取率可达 11.10%。 【参考文献】 1苏宇静，贺海明，孙兆平 .中国枸杞资源及在食品工业中的应用现状和开发前景 J .食品科学， 2002， 23（ 8）： 292. 2迟国兴，田 刚 .枸杞
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