响应面法优化超声波提取北五味子多糖工艺

王秀娟，马艳梅，商雪娇，陈晓平，*（.吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林长春08；.黑龙江职业学院，黑龙江双城50；.长春迪瑞医疗科技股份有限公司，吉林长春00）

响应面法优化超声波提取北五味子多糖工艺

王秀娟1，马艳梅2，商雪娇3，陈晓平1，*
（1.吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林长春130118；2.黑龙江职业学院，黑龙江双城150111；3.长春迪瑞医疗科技股份有限公司，吉林长春130012）

摘要：采用单因素试验分析料液比、超声时间、超声功率、提取温度对多糖得率的影响，在单因素试验基础上，利用响应面法对五味子多糖提取工艺进行优化。根据中心组合试验设计原理，采用四因素三水平响应面分析法进行响应面试验，并对各个因素的显著性和交互作用进行分析。确定最佳工艺条件为：料液比1∶25（g/mL）、超声时间40min、超声功率400W、提取温度65℃，多糖得率为5.44%。

关键词：北五味子；多糖；响应面法；提取工艺

北五味子主要产于我国的东北部地区，属木兰科植物，具有很高的药用价值和营养价值[1-2]。五味子多糖是从五味子干燥成熟果实中提取出来的含有五味子总多糖的混合物[3]。五味子多糖味道酸、甘、温，具有补肾宁心、收敛固涩、益气生津等功效。五味子多糖还具有保肝、抗衰老、抗疲劳、抗肿瘤、提高免疫力、清除自由基、提高荷瘤小鼠超氧化物歧化酶活力、体外有效抑制脂质过氧化、抑制红细胞溶血和丙二醇（MDA）生成[4-9]等诸多药理作用。因此，研究北五味子多糖提取的最佳工艺条件，对于新药和功能性食品的开发具有重要意义。

1　材料与方法

1.1材料、仪器与仪器

葡萄糖、乙醚、无水乙醇、丙酮、浓硫酸、苯酚：均为分析纯，北京市化工厂；北五味子：长白山北亚药业有限公司。

CWF-2501超微粉碎机：鑫业仪器有限公司；PHG-9146A电热鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；T6紫外可见分光光度计：安普；RE-52A旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；GL-21M高速冷冻离心机：湖南星科科学仪器有限公司；JY92-2超声波细胞粉碎机：长春安普科技有限公司；PHS-25酸度计：上海日岛科学仪器有限公司；AUY220电子天平：岛津制作所；电热恒温水浴锅：天津市豪斯特分析仪器公司。

1.2方法

1.2.1葡萄糖标准曲线的制作

0.1mg/mL标准液：取1.00mg/mL贮备液10mL置于100mL容量瓶中，稀释至刻度。

精密量取 0.1 mg/mL标准液 0.0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0m L放入试管中，加蒸馏水补至1mL，分别加入1mL 5%的苯酚溶液，5mL浓硫酸，置沸水浴中加热15min，取出冷却至室温，在490 nm处测定吸光度。以葡萄糖浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线[10]。

1.2.2多糖得率的测定

式中：C为标准曲线读数，mg/m L；D为稀释倍数；F为稀释因子；W为五味子质量，mg。

1.2.3单因素试验

在料液比1∶20（g/mL）、超声时间10min、超声功率400W、提取温度55℃不变的情况下，进行单因素试验，参考各因素对多糖得率的影响。

1.2.4响应面试验设计

在单因素试验基础上，利用Design-Expert8.0.7.1软件进行响应面设计。试验方案见表1。

表1　响应面试验因素水平表Table 1　Factorsand their coded levels tested in response surface analysis

2　结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1料液比对多糖得率的影响

在超声时间10min、超声功率400W、提取温度55℃的情况下，考察料液比对多糖得率的影响。结果如图1。

由图1可知，料液比为1∶25（g/mL）时，五味子多糖得率最大。随料液比的增加，多糖得率下降，可能是因为溶剂体积增多使其他杂质溶出，从而抑制多糖溶出。所以选择最适料液比为1∶25（g/mL）。

图1　料液比对得率的影响Fig.1　Influence of the ratio of liquid tomaterialon extraction rates

2.1.2超声时间对五味子多糖得率的影响

在料液比1∶20（g/m L）、超声功率400W、提取温度55℃的情况下，考察超声时间对多糖得率的影响，结果如图2。

图2　超声时间对得率的影响Fig.2　Influenceofultrasonic tim eon extraction rates

由图2可知，超声时间为40min时，五味子多糖得率最大。随时间的延长，多糖得率下降，可能是因为超声波的机械剪切作用，长时间超声使大分子多糖断裂，在后处理过程中损失。所以选择最适超声时间为40min。

2.1.3超声功率对五味子多糖得率的影响

在料液比1∶20（g/mL）、超声时间10min、提取温度55℃的情况下，考察超声功率对多糖得率的影响，结果如图3。

图3　超声波功率对得率的影响Fig.3　Influenceofultrasonic power on extraction rates

由图3可知，超声波功率大于500W后，多糖得率增加很少，考虑到经济性和超声波功率过高可能使多糖降解，降低多糖活性。所以选择最适超声波功率为500W。

2.1.4提取温度对五味子多糖得率的影响

在料液比1∶20（g/m L）、超声时间10min、超声功率400W的情况下，考察提取温度对多糖得率的影响，结果如图4。

图4　提取温度对得率的影响Fig.4　Influenceofextraciton tem perature on extraction rates

由图4可知，提取温度为65℃时，五味子多糖得率最大。随温度升高，多糖得率下降，蛋白质等杂质也将增加，给后处理带来不便。所以选择最适温度为65℃。

2.2响应面优化试验分析

按表1进行响应面试验，共27个试验点，其中1号～24号为析因试验，25号～27号为中心试验。试验方案及结果见表2。

表2　响应面试验设计及结果Table2　Experimentaldesign and results for responsesurfaceanalysis

对试验结果回归拟合，得该模型对应的回归方程为：

Y/%=5.37-0.24X1-0.19X2+0.44X3-0.58X4+ 0.25X1X2+0.048X1X3+0.15X1X4-0.095X2X3+0.26X2X4+ 0.32X3X4-0.97X12-0.95X22-0.38X32-0.64X42（R2=0.976 1）

由Design-Expert8.0.7.1软件对二次回归方程进行方差分析，结果见表3。

表3　回归模型方差分析Table3　Varianceanalysis for the developed regressionmodel

由表3可知，二项式拟合模型方程失拟性（P＞0.05），符合模型要求，回归模型达到极显著水平（P＜0.01），说明该方程拟合度良好，可利用该模型分析最佳提取工艺条件。

2.3响应面结果分析

为了考察交互项对多糖得率的影响，在两个因素固定不变的情况下，对模型进行降维分析，经Design-Expert8.0.7.1软件处理，根据所得模型经响应面回归分析，各两因素交互作用对多糖得率影响的响应面如图5。

有图5得出最佳提取条件为：料液比1∶24.09（g/mL）、超声时间38.18min、超声功率439.85W、提取温度60.87℃，在此条件下多糖得率可达到5.62%。在条件可调范围下即料液比1∶25（g/m L）、超声时间40min、超声功率400W、提取温度65℃，实际多糖得率为5.44%。

3　结论

在单因素试验基础上，通过Box-Behnken试验，建立回归方程，经响应面回归分析得到优化组合条件为：料液比1∶25（g/mL）、超声时间40 min、超声功率400W、提取温度65℃，多糖得率为5.44%，模型率预测值为5.37%，实测结果与预测结果相差较小，结果可靠。

图5　各两因素交互作用对多糖得率影响的响应面图Fig.5　Three-dim ensional response surface showing interactiveeffectsof hydrolysisconditionson polysaccharide

参考文献：

[1]李文科.北五味子的医疗保健作用[J].民营科技,2010(1):20-21

[2]应国清,俞志明,单剑峰,等.北无味子有效组分的研究进展[J].河南中医,2005,25(6):84-87

[3]李晓光,高勤,翁文,等.五味子多糖的研究概况[J].时珍国医国药, 2006,27(6):931-932

[4]苗明三,方晓艳.五味子多糖对正常小鼠免疫功能的影响[J].中国中医药科技,2003,10(2):100-101

[5]陈荣华,吴向阳,仰榴青,等.五味子醇提残渣中粗多糖的体外抗氧化活性研究[J].时珍国医国药,2009,20(6):1512-1513

[6]苗明三.五味子多糖对衰老型小鼠的影响[J].中国医药学报, 2002,17(3):187-188

[7]黄玲,陈华.五味子多糖对荷瘤小鼠SOD和MDA的影响[J].福建中医学院学报,2005,15(1):28-29

[8]谢大泽,湛学军,章涛,等.枸杞等5种多糖清除自由基的实验研究[J].江西医学检验,2002,20(4):195-197

[9]王艳杰,吴勃岩,孙阳,等.五味子粗多糖对H22,S180荷瘤小鼠抑制作用的实验研究[J].中药信息,2007,24(5):64-65

[10]胡芳,陈虞苏.减法提取红枣多糖的工艺研究[J].临床医学,2011, 24(5):2909-2910

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.22.011

收稿日期：2014-06-03

作者简介：王秀娟（1982—），女（汉），中级实验师，硕士，主要从事食品生化及功能性食品研究。

*通信作者：陈晓平（1963—），男，教授，博士，主要从事食品生化及功能性食品研究。

Op tim ization of Extraction Technology of Schisandra chinensis Polysaccharide by Response Sur face Methodology

WANGXiu-juan1，MA Yan-mei2，SHANGXue-jiao3，CHENXiao-ping1，*
（1.College of Food Science and Engineering，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，Jilin，China；2.Heilongjiang VocationalCollege，Shuangcheng150111，Heilongjiang，China；3.Changchun DIRUIMedical Technology Co.，Ltd.，Changchun 130012，Jilin，China）

Abstract：Using single factor experiment to analyze the influence of solid-liquid ratio，ultrasonic time，ultrasonic power，extraction temperature on the yield ofpolysaccharide，the response surfacemethod wasused to optimize the extraction processof Schisandrae chinensis polysaccharide on basisof single factor experiment. According to the center combination experimentdesign principle，the experimentof four factorsand three levels of response surfacewas carried out，and the significance and the interactionsof different factorswere analyzed. The optimum technologicalconditionswere determined as follows：material liquid ratio 1∶25（g/m L），ultrasonic time40min，ultrasonic power400W，extraction temperature65℃，and thepolysaccharideyieldwas5.44%.

Keywords：Schisandra chinensis；polysaccharides；response surfacemethod；extraction process