响应面法优化超声辅助提取芒果多糖工艺

朱 莹，陈红名，白雅芝，冯小雨

(吉林医药学院公共卫生学院，吉林 吉林 132013)

芒果是营养丰富,含有多种具有生物活性的化合物，其中多糖是其主要活性成分之一[1]。多糖具有多种生物学功效,能提高抗氧化酶活性和抑制脂质过氧化活性，对细胞膜起到保护和延缓衰老的作用[2]。传统提取多糖的方法是热水浸提，此方法耗时长，温度高，提取效率较低。而超声波辅助提取多糖可缩短提取时间，提高提取效率[3]。本研究利用超声辅助技术对芒果中的多糖进行提取，响应面法对其提取工艺条件进行了优化，以期为芒果多糖的研究及利用提供理论参考。

1 资料与方法

1.1 材料与试剂

芒果(台芒，市购),浓硫酸、葡萄糖、苯酚、丙酮、无水乙醇等试剂均为国产分析纯。

KQ-100DB型数控超声清洗器(昆山市超声仪器有限公司)，RE-52AA型旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)。

1.2 芒果多糖的提取和含量的测定

选用一定量的芒果剥皮去核，搅拌机中打成糊状，加入蒸馏水，进行超声浸提，过滤，浓缩至原体积的1/2，然后用2倍量的95%乙醇沉淀，静置12 h后洗涤，过滤得沉淀物，干燥后得到多糖。以葡萄糖为标准曲线,采用苯酚-硫酸法测定多糖含量[4-5]。标准曲线公式为Y=0.005 8X-0.012 99，R2=0.995 9。

1.3 芒果多糖提取Plackett-Burman实验设计

对可能影响芒果多糖提取率的参数：超声温度(t1)、超声时间(t2)、超声功率(t3)、液料比(t4)、提取次数(t5)进PB实验因素水平设计，见表1。

表 1 PB实验因素水平设计表

1.4 最陡爬坡实验

以PB实验结果为依据，确定3个显著因素以选定爬坡的方向，并选择合理步长，设计出最陡爬坡实验最佳路径。

1.5 芒果多糖提取Box-Behnken Design优化设计

在PB实验和最陡爬坡实验结果基础上，选择超声温度(A)、提取次数(B)、液料比(C)为因素，采用Box-Behnken Design的设计方法，因素水平表如表2所示。

表 2 BBD设计因子及水平表

1.6 数据分析

每次做3次平行实验，采用MINITAB17.0软件进行PB实验设计与数据分析，采用Design Expert 8.0.6.1软件对BBD实验进行设计及数据分析。

2 结果与讨论

2.1 Placket-Burman实验结果

Placket-Burman实验结果见表3和4。通过对效应值进行计算，利用Minitab17.0软件对实验数据进行的因子分析t检验得到回归方程为

提取率=0.11-0.049 2t1-0.012 2t2-0.006 42t3+

0.174 34+0.715 8t5

表4结果可知在考察的5个因素中t1、t4、t5对芒果多糖提取率影响显著(P<0.05)。因此把响应面分析的3个因素确定为t1、t4、t5，即超声温度、液料比、提取次数。

表 3 Placket-Burman实验设计结果

表 4 PB实验分析结果

2.2 最陡爬坡实验结果

根据2.1的分析结果合理设计步长，根据确定出的步长设计最陡爬坡实验。超声功率为80 W，超声时间为40 min。最陡爬坡实验设计及其结果见表5。表5可看出实验号3为顶点，因此以实验号3的各因素的水平为中心点来设计下一步的响应面实验。

表 5 爬坡实验设计及结果

2.3 BBD实验结果

BBD实验结果见表6。通过回归方差分析，结果显示模型的F值为72.66，P<0.000 1，表明回归模型极显著；失拟项F=0.57，P>0.05，不显著，说明该模型拟合程度较好，可用此模型来分析和预测芒果多糖提取工艺结果。采用Design-Expert 8.0.6.1软件对实验数据进行多元回归分析，明确各因素对响应值芒果多糖提取率(Y)的影响，得到回归方程为

Y=3.61-0.10A-0.22B+0.14C-0.033AB+

0.035AC-0.13BC-0.11A2-1.20B2-0.21C2

根据上述回归方程得到超声温度、提取次数、液料比的交互作用对多糖提取率的等高线及3D曲面图，分别见图1～图3。图1所示，曲面陡峭，说明提取次数和超声温度交互作用显著，多糖提取率随提取次数和超声温度的递增先增大后减小。等高线为椭圆形，也显示两因素的交互作用显著。图2所示，曲面较平缓，说明液料比和超声温度交互作用不显著，多糖提取率随液料比和超声温度的递增先增大后减小。等高线接近圆形，显示两因素的交互作用不显著。图3所示，曲面陡峭，说明提取次数和液料比交互作用显著，多糖提取率随提取次数和液料比的递增先增大后减小。等高线为椭圆形，显示两因素的交互作用显著。

表 6 BBD设计及结果

2.4 验证实验

通过软件最后优化出芒果多糖提取的最佳工艺条件为液料比为31.65∶1(mL∶g)、提取温度为33.04 ℃、提取次数为2.89次，芒果多糖提取率的理论值为3.66%。

图 1 提取次数、超声温度对提取率影响等高线及3D曲面图

图 2 液料比、超声温度对提取率影响等高线及3D曲面图

图 3 液料比、提取次数对提取率影响等高线及3D曲线图

为检验响应曲面法所得结果的可靠性，同时又考虑到实际可操作性，将实际组合定为液料比为32∶1(mL∶g)，提取温度为33 ℃，提取次数为3次。以此条件进行验证实验，芒果多糖平均提取率为3.58%，与理论预测值接近，说明运用响应面法优化提取芒果多糖工艺是可靠的。

3 结 论

本研究采用超声提取-乙醇沉法提取芒果多糖，通过Plackett-Burman实验设计考察料液比、提取次数、超声温度、超声功率和超声时间对芒果多糖提取率的影响，并采用最陡爬坡实验结合Box-Behnken设计对芒果多糖的提取工艺进行响应曲面分析，建立芒果多糖提取的回归方程。经检验该方程能够较好的预测芒果多糖提取率，其优化后的芒果多糖最佳工艺条件为液料比为32∶1(mL∶g)，提取温度为33 ℃，提取次数为3次。