基于响应面分析法优化党参多糖提取工艺

张雪玲，廉 升，齐淑岚，郭怡怡，陈家巍

（安康学院化学与化工学院，陕西 安康 725000）

党参为《中华人民共和国药典》收录的中草药，来源为桔梗科植物党参、素花党参、或川党参等，根部为党参的主要用药部位［1］。党参产于中国北方海拔1 560～3 100 m 的山地林边及灌丛中［2］，在陕西、甘肃、四川等地有大量栽培，以根条肥大、粗实、纹多、味甜而著名［3］，是颇受欢迎的中药补品，并且为出口产品。党参具有补中益气、健脾益肺功效，现代药理学研究表明，党参多糖具有调整胃肠功能紊乱、抗溃疡［4，5］、增强造血功能、降低血液黏稠度、抗血栓、降血压、强心、抗休克等作用［6，7］，故临床上可以用于辅助治疗，增强人体免疫力［8］。

多糖是多羟基醛或酮及其衍生物的缩合物，天然的单糖、低聚糖、多糖都可溶于水，但多糖难溶于高浓度的醇，利用多糖在水和高浓度醇中的溶解度差异，在多糖水溶液中加入高浓度醇，使醇的浓度到达一定程度，会使多糖沉淀析出［9］。

本研究以药材党参为原料，用Box-Behnken 设计［10］，结合响应面分析法，以多糖提取率为指标，优化提取工艺条件，旨在为安康党参的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

药材：党参，购于安康市。

试剂：石油醚、乙醇、氯仿、正丁醇、活性炭等，试剂均为分析纯，试验用水为去离子水。

仪器：AE224 型电子分析天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；DZKW-4 型电热恒温水浴锅，上海科伟永兴仪器有限公司；DHG-9030 型电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；LD4-2 型低速离心机，北京医用离心机厂；DZF-6021 型真空干燥箱，武汉格莱莫检测设备有限公司；RE-52A 型旋转蒸发仪，上海嘉鹏科技有限公司；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵，南京市予华仪器有限责任公司；MS240 型加热磁力搅拌器，上海达姆实业有限公司；SGWX-4 型显微熔点仪，北京市仪电物理光学仪器有限公司；FT-IR200 型傅里叶红外光谱仪，天津科技发展有限公司。

1.2 试验方法

根据植物多糖的性质，预选水提醇沉法［11］提取党参多糖，再通过单因素试验和响应面分析法［12］优化其最佳提取工艺条件。

1.2.1 党参预处理 取适量党参药材，45 ℃恒温干燥，粉碎过筛，得党参干粉。

1.2.2 多糖提取工艺 取党参干粉10 g，置于150 mL Soxhlet提取器的滤纸筒中，在圆底烧瓶中加入100 mL沸程30～60 ℃的石油醚［13］，索氏水浴加热回流提取，虹吸几次直到提取液颜色较浅为止，待最后一次虹吸下去，稍冷取滤纸筒中的药渣抽滤，然后滤渣置于45 ℃电热恒温干燥箱中烘干，得到除去脂溶性杂质的药渣。

将脂溶性杂质的药渣置于250 mL 圆底烧瓶中，加入150 mL 去离子水，70 ℃水浴搅拌回流浸提3 h，离心分离，滤液减压浓缩，浓缩液用无水乙醇隔夜沉淀，抽滤，取滤渣，置于45 ℃电热恒温干燥箱干燥，得到除去单糖、低聚糖及苷类的粗党参多糖。

粗多糖加水溶解后，加入Sevage 试剂（氯仿∶正丁醇=3∶1，混合摇匀），用NaOH 溶液调pH 至弱碱性，使蛋白质充分沉淀，离心分离，向多糖液中加入固体粗产物1%左右的活性炭脱色，煮沸，抽滤分离无水乙醇再沉淀，45 ℃真空干燥，得党参多糖。

1.2.3 党参多糖提取率计算

式中，m为党参多糖的质量（g），m0为党参药材干粉的质量（g）。

1.2.4 单因素试验 以党参多糖提取率为评价指标，分别探究液料比、提取温度和回流时间对党参多糖提取率的影响。

1.2.5 响应面试验 在单因素试验的基础上，依据Box-Benhnken 原理，结合Design-Expert 10.0.3 软件优化提取工艺，选择合适的提取温度、回流时间和液料比水平，进行3 因素3 水平的响应面试验设计，因素和水平见表1。

表1 响应面试验的因素和水平

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 液料比对党参多糖提取率的影响 固定提取温度80 ℃、回流时间1 h，改变液料比，研究液料比对党参多糖提取率的影响，试验结果如图1 所示。由图1 可知，液料比从5∶1 增加到20∶1 时，多糖提取率呈先增加后降低趋势，当液料比为10∶1 时，党参多糖提取率最高。因此选取液料比为8∶1、10∶1、12∶1 做响应面试验，以确定最佳液料比。

图1 液料比对党参多糖提取率的影响

2.1.2 提取温度对党参多糖提取率的影响 固定液料比10∶1、回流时间1 h，研究提取温度对党参多糖提取率的影响，试验结果如图2 所示。由图2 可知，提取温度从50 ℃增加到90 ℃时，多糖提取率呈先升高后降低趋势，当提取温度为80 ℃，党参多糖提取率最高。因此选取70、80、90 ℃做响应面试验，以确定最佳提取温度。

图2 提取温度对党参多糖提取率的影响

2.1.3 回流时间对党参多糖提取率的影响 固定液料比10∶1、提取温度80 ℃，研究回流时间对党参多糖提取率的影响，试验结果如图3 所示。由图3 可知，随着回流时间的增加，多糖提取率呈先升高后降低趋势，因此选取1、1.5、2 h 做响应面试验，以确定最佳回流时间。

图3 回流时间对党参多糖提取率的影响

2.2 响应面试验结果及分析

2.2.1 响应面优化试验设计及结果 依据单因素试验结果［14］，根据Box-Behnken 的中心组合原理，通过Design-Expert 10.0.3 软件，设计3 因素3 水平的响应面试验，以3 因素为自变量，响应值Y为党参多糖提取率，试验方案及结果见表2。

2.2.2 响应面二次回归模型的建立与方差分析 对表2 的试验结果，用响应面分析软件操作，得出党参多糖提取率为响应值Y的回归方程：Y= 19.28+1.69A+ 0.40B+ 0.79C-0.43AB+ 0.43AC-0.075BC-1.59A2-2.22B2-1.14C2。

表2 响应面优化试验设计及结果

由表3 方差分析结果可知，该模型的F=35.32，回归模型项P＜0.000 1，失拟项P＞0.05，为不显著，表明试验误差小［14］，试验结果与模型拟合度好［15］。由F检验可知，影响党参多糖提取率的主次因素为液料比＞回流时间＞提取温度，方差分析显示，A对Y影响极显著（P＜0.001），B、C对Y影响显著（P＜0.05），A2、B2、C2都是显著的模型项（P＜0.05）。

表3 响应面二次回归模型方差分析

另外模型还计算得到的决定系数R2=0.978 5，说明该方程与对应的响应值拟合程度能够达97.85%，校正决定系数R2adj=95.08%，显示模型预测结果与试验结果拟合，说明该模型结果可靠，用模型能对多糖提取率工艺进行分析和优化预测［16］。

2.2.3 响应面交互及分析 用Design-Expert10.0.3软件，对液料比、提取温度和回流时间3 个因素两两交互，做不同因素间响应面3D 图，响应面3D 图可反映各因素间的相互作用及最佳参数。三维图越陡峭［17］，表明相应因素对多糖提取率影响较大。由图4可知，两因素交互项AB＞AC＞BC，P均大于0.05，表明两因素间交互对响应值的影响不大，这与模型的方差分析结果相一致，所以交互项对多糖提取率没有很显著的影响。

图4 各因素交互作用对党参多糖提取率的影响

2.2.4 响应面优化与验证试验 经响应面软件分析显示预测最佳提取条件为液料比11.166∶1（mL/g）、提取温度80.266 ℃、回流时间1.723 h，党参多糖得率为19.953%。

调整提取参数为液料比11.2∶1（mL/g）、提取温度80 ℃、回流时间1.5 h，验证结果多糖得率为19.38%，拟合度好，误差为2.87%，充分验证了模型的准确性，该工艺优化合理、有效。

3 小结

本研究以党参多糖提取率为指标，以水提醇沉法提取党参多糖。在单因素试验基础上，用响应面分析法优化提取工艺。结果表明，试验的二次模型拟合度较高，3 个因素对多糖提取率有显著影响，依次为液料比＞回流时间＞提取温度，水提醇沉法提取党参多糖的最佳提取工艺参数为液料比11.2∶1（mL/g）、提取温度80 ℃、回流时间1.5 h，此时多糖得率为19.38%。该结论为党参多糖提取工艺提供了依据，同时为党参多糖保健品和药物制剂的开发提供了一定的参考。