响应面法优化海蓬子多糖提取工艺的研究

陈伟洲，宋彩霞，陈美珍，*

(1.汕头大学海洋生物研究所，广东汕头515063;2.汕头大学理学院生物系，广东汕头515063)

响应面法优化海蓬子多糖提取工艺的研究

陈伟洲1，宋彩霞2，陈美珍2，*

(1.汕头大学海洋生物研究所，广东汕头515063;2.汕头大学理学院生物系，广东汕头515063)

为优化海蓬子多糖的水法提取工艺，在单因素实验的基础上，运用响应面分析法，研究水料比、提取时间、提取温度对海蓬子多糖提取率的影响，建立多糖提取得率的二次回归方程，并对其工艺参数进行优化。研究结果表明:水提海蓬子多糖的最佳工艺参数为水料比48∶1，提取时间4.0h，提取温度90℃。在该条件下提取一次，多糖得率为2.0%，而理论预测多糖得率是2.01%，实际得率达到理论预测值的99.5%。

海蓬子，多糖，提取，响应面设计

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

海蓬子干粉 新鲜海蓬子，由广东省汕头大学南澳海洋实验站提供，采集时间为2009年4～5月，海蓬子采摘后取可食茎部，除杂去沙后，洗净，晾干，于50～60℃下烘干，粉碎过20目筛后即为海蓬子干粉，低温保存，备用;浓硫酸、苯酚、标准葡萄糖、3，5-二硝基水杨酸(DNS)等 均为分析纯。

5417R台式高速冷冻离心机 Eppendorf公司;日立CT5DL型离心机 Tokyo公司;DHG-9053A型电热鼓风干燥器、UNICO-UV2100型分光光度计尤尼柯仪器有限公司;DK-S22型电热恒温水浴锅上海精宏实验设备有限公司等。

1.2 实验方法

1.2.1 海蓬子多糖提取 准确称取海蓬子粉末2.00g，按设定的水料比加入蒸馏水，在设定的温度下恒温搅拌提取3～5h后，于5000r/min离心20min，上清液为待测溶液。

1.2.2 单因素实验 以水为提取液，选取浸取温度、时间和水料比三因素进行研究，按照1.2.1方法提取海蓬子多糖，并计算得率。

1.2.3 响应面法实验设计 在单因素实验基础上，采用SAS9.0统计分析软件中Box-Behnken设计三因素三水平的响应分析实验［9］，各因素编码值见表1。以多糖的提取得率为响应值，通过响应面分析及岭脊分析对提取条件进行优化。

表1 Box-Behnken设计因素水平编码表

1.2.4 提取液多糖含量的测定［10-11］先采用苯酚-硫酸法测定总糖含量，以葡萄糖作标准品(用0.9的系数校正)，再采用DNS法测定还原糖含量。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 时间对多糖提取得率的影响 保持80℃、水料比25∶1，提取一次，研究提取时间对多糖得率的影响，结果如图1所示。

图1 提取时间对多糖提取得率的影响

由图1可知，多糖提取得率随着提取时间的延长，呈现整体上升的趋势。在本实验所选提取时间范围内，提取得率没有极值点，且提取5h比4h得率有较大提高，但考虑到长时间加热耗时耗能，还有可能导致多糖变性，因此，提取时间以5h左右为宜。

2.1.2 水料比对多糖提取得率的影响 设定提取时间3h，提取温度80℃，提取一次，研究水料比10∶1～70∶1对提取得率的影响，结果如图2所示。

从图2可以看出，多糖得率随水料比的增加而增加，但到水料比为40∶1后增加缓慢。考虑到溶剂用量过大，水浴加热的负荷增大，并且会给后续工作增加负担，所以认为水料比以40∶1较为合适。

2.1.3 温度对多糖提取得率的影响 保持提取时间3h、水料比25∶1不变，提取一次，探讨温度对海蓬子多糖提取得率的影响，结果如图3所示。

图2 水料比对多糖提取得率的影响

图3 温度对多糖提取得率的影响

由图3可见，随着温度的升高，多糖的得率逐渐增加，到100℃达到最大值。这可能是伴随温度的升高，原料溶胀度增大，传质强化，从而使得多糖的溶出率增加。但从90℃到100℃多糖提取得率增加不多，从温度对多糖稳定性的影响和能耗等综合考虑，多糖的提取以90℃为宜。

2.2 响应面分析法对海蓬子多糖提取工艺条件的优化

2.2.1 响应面分析实验方案及结果 对表1所列的水料比Z1，提取时间Z2和Z3作如下变换:X1=(Z1-50)/10，X2=(Z2-4)/1，X3=(Z3-80)/10，以Xl、X2、X3为自变量，以多糖得率(Y1)为响应值，实验方案及结果见表2，回归模型方差分析结果见表3。

表2 响应面分析方案及实验结果

由表3分析结果可知，回归模型(p=0.0028＜0.01)和一次项(p=0.0012＜0.01)均高度显著，二次项(p=0.0118＜0.05)和交互项(p=0.012＜0.05)显著，表明回归模型可以很好地反映多糖提取得率与因素的关系。此外，回归模型R2=96.94%，说明回归模型和预测值之间有较好的拟合度。因此该模型可用于预测多糖提取得率的实际情况。

表3 回归模型方差分析

2.2.2 拟合回归方程的建立 对响应值与各因素进行回归拟合，回归方程系数显著性检验见表4，回归拟合后得回归方程:

表4 回归方程系数检验

2.2.3 各因素的重要性分析 通过模型方程作响应曲面图，结果如图4～图6。比较三组图可知，温度(X3)对多糖提取得率的影响比较显著，表现为曲线较陡;水料比(X1)和时间(X2)对多糖提取得率的影响比较小，表现为随X1和X2的增加，其响应值变化较小。

图4 Y=f(X2，X3)的响应面图

图5 Y=f(X1，X3)的响应面图

由回归方程中各变量对响应值影响的显著性分析结果见表5。从表5可以看出，三个因素的特征值有正有负，表明此二次响应面是鞍面，无极值存在，因此不能直接从此二次响应面上找出最佳工艺参数，需要进一步作岭脊分析。

图6 Y=f(X1，X2)的响应面图

表5 典型值分析表

2.2.4 岭脊分析 岭脊分析的原理是以原始设计中心点为球心，r为半径的超球面与响应面的交点形成的轨迹范围内找出最佳响应值，即最佳条件。岭脊分析结果见表6。

从表6可以看出，随着r值增大，预估响应值随之增大，最大响应值时的编码半径为1.0，此时的水料比为48.4∶1，时间为4.00h，温度为89.87℃。

表6 岭脊分析结果

2.2.5 模型的验证 对上述优选的多糖提取条件进行验证实验，考虑实际操作的便利，将多糖提取的最优条件修正为:水料比48∶1，时间4h，温度90℃。在此条件下提取多糖，多糖的得率为2.00%，与理论预测值2.01%接近。说明采用响应面法优化得到的多糖提取参数准确可靠，具有实际应用价值。

3 结论

将响应面分析法应用于海蓬子多糖提取工艺条件的研究，确定海蓬子多糖的最佳提取工艺参数为:水料比48∶1，提取时间4.0h，提取温度90℃，最大提取得率预测值为2.01%。实验结果对海蓬子多糖的进一步开发利用有较好的参考价值。

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Optimization of extraction technology of Salicornia bigelovii Torr.polysaccharides by response surface methodology

CHEN Wei-zhou1，SONG Cai-xia2，CHEN Mei-zhen2，*
(1.Marine Biology Institute，Shantou University，Shantou 515063，China; 2.Department of Biology，College of Science，Shantou University，Shantou 515063，China)

The extraction of polysaccharides from Salicornia bigelovii Torr.was studied in this paper.According to the single-factor experiments，three levels of the factors(extraction temperature，time and the ratio of water to solid) were selected for the Box-Behnken factorial design to establish a quadric regression equation for describing the yield of polysaccharides.By response surface analysis，the optimum extraction conditions were obtained as follows:extraction temperature of 90℃，extraction time of 4.0h and water-pueraria residue ratio of 48∶1，under which the experimental yield(2.0%)of polysaccharides accounts for 99.5%of the theoretically predicted value of 2.01% with one-time extraction.

Salicornia bigelovii Torr.;polysaccharides;extraction;response surface analysis

TS201.2+3

B

1002-0306(2011)03-0318-04

海蓬子 (SalicorniabigeloviiTorr.)为藜科(Chenopodiaceae)盐角草属(Salicornia)的无叶、茎肉质化的真盐生植物，俗称海芦笋、海虫草等，原产美洲盐沼地，是一种无公害的绿色新型海水蔬菜［1-2］，在欧美一些国家已经有产品面世，并得到人们的喜爱［3］。海蓬子富含多种营养成分和活性物质［4］，除作为蔬菜之外，还具有药用和保健价值。海蓬子作为民间药物可用于治疗癌症、糖尿病、肥胖症和便秘等多种疾病［5-7］。国外研究发现海蓬子多糖具有免疫调节活性，并认为此活性可能是海蓬子抗癌机理之一［5-7］。作者对产于广东南澳县海蓬子的水提物、醇提物及水提多糖的研究表明海蓬子多糖具有体外抗氧化活性［8］。但目前国内外对海蓬子多糖的研究仍然很少，有关海蓬子多糖的提取利用等报道几乎是空白。本实验在对海蓬子多糖的提取条件单因素研究的基础上应用响应面法对提取工艺参数进行优化选择，以期能充分地提取海蓬子多糖。

2010-01-27 *通讯联系人

陈伟洲(1971-)，男，高级工程师，研究方向:水产养殖。

广东省科技计划项目(2010B090400461)。