响应面法优化大叶白麻茎中多糖的提取工艺

靳欣欣，田英姿，2

（1.华南理工大学轻工科学与工程学院，广东广州510641；2.喀什大学生物与食品科学学院，新疆喀什844006）

响应面法优化大叶白麻茎中多糖的提取工艺

靳欣欣1，田英姿1，2

（1.华南理工大学轻工科学与工程学院，广东广州510641；2.喀什大学生物与食品科学学院，新疆喀什844006）

以大叶白麻茎为原料，以水为提取溶剂，采用超声辅助提取方法，考察液料比、超声强度、提取时间、提取次数对提取得率的影响。通过单因素试验和响应面试验对大叶白麻茎中多糖的提取工艺进行优化。得到多糖的最佳提取工艺为：液料比15∶1（mL/g），超声强度35%×1 kW，提取时间45 min，提取次数2次，在此条件下的多糖提取得率为1.565%。

大叶白麻；多糖；响应面法；提取工艺

大叶白麻（Poacynum hendersonii（Hook.f.）Woods），又称大花罗布麻，工业上和罗布红麻并称罗布麻，夹竹桃科（Apocynaceae），白麻属（Poacynum），为直立半灌木，高0.5 m～2.5 m，一般高1 m左右，花期4月～9月（盛开期6月～7月），果期7月～12月（成熟期9月～10月），植株含乳汁，生长于盐碱荒地和沙漠边缘及河流冲积平原水田和湖泊周围，分布在我国新疆、甘肃、青海等省区[1]。由于大叶白麻具有延缓衰老、降压、降脂、抗感冒、镇静安神等功效，大叶白麻已被广泛应用于药用保健业[2-5]。大叶白麻茎中的黄酮、木脂素、香豆素、萜类和维生素等成分已有研究[6-9]。已经有对大叶白麻多糖成分分析的相关报道[10]，但是却鲜有对其提取工艺的探讨，尤其其茎部被大量丢弃，影响了大叶白麻及其多糖的应用研究进展。因此本文应用响应面法对超声辅助提取多糖进行了优化，为大叶白麻及其多糖的分析和应用研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器

真空干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；DLSBFZ低温循环真空泵：郑州长城科工贸有限公司；Q02旋转蒸发仪：艾拓思实验设备（上海）有限公司；FT-IR红外光谱仪ME-113（美国）：上海精密仪器仪表公司；SONICS超声波破碎仪（美国）1kw：上海芃奇科学仪器有限公司；H2050R台式高速离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.2 材料与试剂

大叶白麻茎：新疆塔里木盆地。

石油醚、乙醚、无水乙醇、氯仿、正丁醇、丙酮、活性炭、碘化钾试剂、考马斯亮蓝试剂、浓硫酸、蒽酮、α-萘酚等化学试剂：广州市雨韶贸易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 标准曲线的制作和换算系数的计算

精确称取葡萄糖标准品50.4 mg，置于100 mL容量瓶中，定容，得葡萄糖标液 A。分别取 1、2、3、4、5 mL葡萄糖标准溶液A置于25 mL容量瓶，定容，得5个梯度的葡萄糖标准溶液。取5个梯度的葡萄糖标准液各1 mL置于10 mL具塞试管，另取1 mL超纯水作为空白对照，在6个比色管加入0.2%蒽酮-硫酸溶液4 mL，冰水浴10 min，取出立即沸水浴15 min，冷却至室温，在620 nm处测其吸光度，作A-C标准曲线。

大叶白麻茎多糖实际浓度与测定浓度换算系数：称取精制大叶白麻茎多糖10.002 mg，置于100 mL容量瓶，得100.002 mg/L多糖溶液，使用蒽酮-硫酸法在620 nm处测其吸光度，代入A-C标准曲线，得到其测定显示浓度C0。C与实际浓度L的换算系数X=50.2/C0。

1.3.2 精制大叶白麻多糖纯度的鉴定

碘-碘化钾反应：取1 mL大叶白麻多糖样品制成的溶液，加入碘-碘化钾溶液，观察颜色变化。

考马斯兰显色反应：取1 mL大叶白麻多糖样品制成的溶液，加入0.5 mL 0.1%的考马斯兰乙醇溶液，混匀，煮沸1 min～2 min，冷却观察颜色反应。

Molish反应：取1 mL大叶白麻多糖样品制成的溶液，加入2滴Molish试剂，摇匀，沿管壁慢慢加入1mL浓硫酸，观察浓硫酸与糖交界面颜色的变化。

1.3.3 多糖含量的测定与计算

将提取液进行一定稀释后，运用蒽酮-硫酸法测定并计测定浓度C。大叶白麻茎多糖含量

式中：X为换算系数。

1.3.4 大叶白麻多糖提取方法的优化

单因素试验：对液料比、超声强度、乙醇添加量、超声时间几个因素对提取得率的影响进行探究。

响应面优化试验：根据单因素结果设计响应面试验。

2 结果与分析

2.1 标准曲线回归方程及多糖含量计算方法的确定

葡萄糖标准曲线见图1。

图1 葡萄糖标准曲线Fig.1 Standard curve of glucose

由图1可得，葡萄糖浓度-吸光度线性回归方程为 y=0.010 7x+0.016 6（R2=0.996 7）。

制得的大叶白麻多糖经颜色试验，没有颜色变化。按照1.3.1的方法进行计算，得换算系数为3.51。

2.2 超声提取大叶白麻茎中多糖的单因素试验

2.2.1 液料比对多糖提取得率的影响

超声强度40%×1 kW，乙醇添加量0，超声40 min，考察不同液料比[5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1（mL/g）]对多糖提取得率的影响见图2。

图2 液料比对提取得率的影响Fig.2 Effect of liquid to solid ratio on extraction yield

由图2可知，提取得率随液料比的增大呈现先升后降的趋势，且在10∶1（mL/g）时提取率最高。

2.2.2 超声强度对多糖提取得率的影响

液料比 10∶1（mL/g），超声时间 40 min，乙醇添加量0，考察不同超声强度对于多糖提取得率的影响见图3。

由图3可知，提取得率随超声强度的增大呈现先升后降的趋势，且在35%×1 kW时达到最大。

2.2.3 超声时间对提取得率的影响

液料比 10∶1（mL/g），乙醇添加量 0，超声强度35%×1 kW，考察不同超声时间对多糖提取得率的影响见图4。

图3 超声强度对提取得率的影响Fig.3 Effect of ultrasonic intensity on extraction yield

图4 提取时间对提取得率的影响Fig.4 Effect of extraction time on extraction yield

由图4可知，随着提取时间增长，提取得率先增大后减小，且在提取时间为40 min时达到最大。

2.2.4 乙醇添加量对提取得率的影响

液料比 10∶1（mL/g），超声强度 35%×1 kW，超声时间40 min，考察乙醇添加量对多糖提取得率的影响见图5。

图5 乙醇添加量对提取得率的影响Fig.5 Effect of ethanol concentration on extraction yield

由图5可知，乙醇添加量越高，多糖提取得率越低。因此在响应面试验设计中不再考虑乙醇添加量因素。

2.2.5 提取次数对提取得率的影响

液料比 10∶1（mL/g），超声强度 35%×1 kW，超声时间40 min，乙醇添加量0，每次提取完过滤滤液后，加入新的萃取剂，进行再一次萃取。提取次数对提取得率的影响见图6。由图6可知，超声次数增大到2时，多糖的提取得率基本不再发生变化。

2.3 响应面优化提取条件

2.3.1 设计试验

以液料比A、超声强度B、提取时间C、提取次数D为响应变量，多糖提取得率为响应值（R1）进行Box-Benhnken试验设计，试验设计及结果见表1。

图6 提取次数对提取得率的影响Fig.6 Effect of extraction times on extraction yield

表1 Box-Benhnken试验设计及结果Table 1 Arrangement and experimental results of the BBD

2.3.2 方差分析

利用Design-expert8.0.6软件对试验结果进行二次回归分析，得到提取率与各因素变量之间的二次回归模型。

提取得率=-3.378 37+0.143 00A+0.119 20B+0.044 010C+1.028 66D-1.035 00×10-3AB-4.000 00×10-5AC-8.050 00×10-3AD-1.300 00×10-4BC-2.075 00×10-3BD-1.950 00×10-3CD+4.090 33×10-3A2-1.397 58×10-3B2-3.906 46×10-4C2-0.167 01D2

试验模型方差分析见表2。

表2 Box-Benhnken试验模型方差分析Table 2 Variance analysis for the fitted regression mode

回归方程模型极显著（P＜0.0001），模型相关系数R2为 0.987 5，校正决定系数（Adj.R2）为 0.966 1，模型变异系数（CV.）为1.27%，说明该二次模型能够拟合真实的试验结果，试验误差小；该模型的失拟项（P=0.084 8＞0.05）不显著，表明该模型与试验数据相符，可用其对应的回归方程代替真实试验点对试验数据进行分析。

回归模型系数显著性检验见表3。

表3 提取率回归模型系数显著性检验表Table 3 Extraction yield of regression model analysis of variance

料液比A、超声强度B、提取时间C、提取次数D对多糖提取得率均有显著影响，液料比A、提取时间C、提取次数D对提取得率有极显著影响。除料液比A和提取时间C的交互因素外，4个因素的其它交互因素对提取得率均有显著影响。

2.3.3 响应面分析及提取工艺的优化

不同提取因素对提取得率影响的三维曲面见图7。

图7 不同因素对多糖提取得率的影响Fig.7 Effect of different factors on exrtraction yield of polysaccharide

通过三维曲面可以判断各因素对提取得率影响的显著性及各因素之间交互作用的强弱。6个三维曲面图形均为上凸形，且最高点落在所选区域内，可以说明因素水平选择合理；多糖提取得率随液料比、超声强度、超声时间的增大呈现先升高后降低的二次关系，随超声次数的增加，提取得率先升高后呈现较稳定趋势。

由Design-expert软件获得提取多糖的最佳条件：液料比 15∶1（mL/g），超声强度 33.7%×1 kW，超声时间44.37 min，超声次数2.27，在此条件下多糖的提取得率是1.57%。为了方便实际操作，最佳条件确定为：液料比 15∶1（mL/g），超声强度 35%×1 kW，提取时间 45 min，提取次数2次，在此条件下多糖提取得率为1.565%。与预测值接近，说明该模型用于提取多糖是可靠的。

3 结论

本研究采用响应面对大叶白麻茎中多糖的提取工艺进行了优化，建立了多糖提取的数学模型。评价了液料比、超声强度、提取时间、提取次数对提取得率的影响，其中液料比、超声时间、提取次数对提取得率的影响极为显著，超声强度对提取得率的影响显著；由试验结果得最佳提取工艺为：液料比15∶1（mL/g），超声强度35%×1 kW，提取时间45 min，提取次数2次，在此条件下的多糖提取得率为1.565%。本研究所确定的多糖提取方法操作简便，提取得率相对于传统水提法高，方便于对大叶白麻及其多糖的进一步利用。

[1]吴征镒,陈心启.第六十三卷夹竹桃科白麻属[J/OL].中国植物志,[2017-05-09]http：//frps.eflora.cn/frps/%E5%A4%A7%E5%8F%B6%E7%99%BD%E9%BA%BB

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Optimization of Extraction Technology of the Polysaccharide from Pocynum hendersonii by Reponse Surface Methodology

JIN Xin-xin1，TIAN Ying-zi1，2
（1.College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510641，Guangdong，China；2.College of Life and Geography Sciences，Kashi University，Kashi 844006，Xinjiang，China）

This study used Pocynum hendersonii as the raw material，with water as extraction solvent，adopted the method of ultrasonic assisted extraction，investigated the effect of liquid ratio，ultrasonic strength，extraction time，extraction times on extraction yield of polysaccharide.The extraction technology of polysaccharide was optimized by single factor and response surface analysis.The results showed that the optimal extraction technologywasas follows：liquid tosolidratio15∶1（mL/g），ultrasonicstrengthof35%×1kW，extraction time for 45 min，extraction for 2 times，under this technology，the extraction yield of polysaccharide was 1.565%.

Pocynum hendersonii；polysaccharide；response surface technology；extraction technology

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.17.013

2016-12-15

“罗布麻纤维功能性再造烟叶的研制及应用研究”（QJ/GY G03.009/02）

靳欣欣（1992—），女（汉），硕士研究生，研究方向：植物资源利用与天然产物开发。