響應面法優化海蓬子多糖提取工藝的研究

陳偉洲，宋彩霞，陳美珍，*

(1.汕頭大學海洋生物研究所，廣東汕頭515063;2.汕頭大學理學院生物系，廣東汕頭515063)

響應面法優化海蓬子多糖提取工藝的研究

陳偉洲1，宋彩霞2，陳美珍2，*

(1.汕頭大學海洋生物研究所，廣東汕頭515063;2.汕頭大學理學院生物系，廣東汕頭515063)

為優化海蓬子多糖的水法提取工藝，在單因素實驗的基礎上，運用響應面分析法，研究水料比、提取時間、提取溫度對海蓬子多糖提取率的影響，建立多糖提取得率的二次回歸方程，并對其工藝參數進行優化。研究結果表明:水提海蓬子多糖的最佳工藝參數為水料比48∶1，提取時間4.0h，提取溫度90℃。在該條件下提取一次，多糖得率為2.0%，而理論預測多糖得率是2.01%，實際得率達到理論預測值的99.5%。

海蓬子，多糖，提取，響應面設計

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

海蓬子干粉 新鮮海蓬子，由廣東省汕頭大學南澳海洋實驗站提供，采集時間為2009年4～5月，海蓬子采摘后取可食莖部，除雜去沙后，洗凈，晾干，于50～60℃下烘干，粉碎過20目篩后即為海蓬子干粉，低溫保存，備用;濃硫酸、苯酚、標準葡萄糖、3，5-二硝基水楊酸(DNS)等 均為分析純。

5417R臺式高速冷凍離心機 Eppendorf公司;日立CT5DL型離心機 Tokyo公司;DHG-9053A型電熱鼓風干燥器、UNICO-UV2100型分光光度計尤尼柯儀器有限公司;DK-S22型電熱恒溫水浴鍋上海精宏實驗設備有限公司等。

1.2 實驗方法

1.2.1 海蓬子多糖提取 準確稱取海蓬子粉末2.00g，按設定的水料比加入蒸餾水，在設定的溫度下恒溫攪拌提取3～5h后，于5000r/min離心20min，上清液為待測溶液。

1.2.2 單因素實驗 以水為提取液，選取浸取溫度、時間和水料比三因素進行研究，按照1.2.1方法提取海蓬子多糖，并計算得率。

1.2.3 響應面法實驗設計 在單因素實驗基礎上，采用SAS9.0統計分析軟件中Box-Behnken設計三因素三水平的響應分析實驗［9］，各因素編碼值見表1。以多糖的提取得率為響應值，通過響應面分析及嶺脊分析對提取條件進行優化。

表1 Box-Behnken設計因素水平編碼表

1.2.4 提取液多糖含量的測定［10-11］先采用苯酚-硫酸法測定總糖含量，以葡萄糖作標準品(用0.9的系數校正)，再采用DNS法測定還原糖含量。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 時間對多糖提取得率的影響 保持80℃、水料比25∶1，提取一次，研究提取時間對多糖得率的影響，結果如圖1所示。

圖1 提取時間對多糖提取得率的影響

由圖1可知，多糖提取得率隨著提取時間的延長，呈現整體上升的趨勢。在本實驗所選提取時間范圍內，提取得率沒有極值點，且提取5h比4h得率有較大提高，但考慮到長時間加熱耗時耗能，還有可能導致多糖變性，因此，提取時間以5h左右為宜。

2.1.2 水料比對多糖提取得率的影響 設定提取時間3h，提取溫度80℃，提取一次，研究水料比10∶1～70∶1對提取得率的影響，結果如圖2所示。

從圖2可以看出，多糖得率隨水料比的增加而增加，但到水料比為40∶1后增加緩慢。考慮到溶劑用量過大，水浴加熱的負荷增大，并且會給后續工作增加負擔，所以認為水料比以40∶1較為合適。

2.1.3 溫度對多糖提取得率的影響 保持提取時間3h、水料比25∶1不變，提取一次，探討溫度對海蓬子多糖提取得率的影響，結果如圖3所示。

圖2 水料比對多糖提取得率的影響

圖3 溫度對多糖提取得率的影響

由圖3可見，隨著溫度的升高，多糖的得率逐漸增加，到100℃達到最大值。這可能是伴隨溫度的升高，原料溶脹度增大，傳質強化，從而使得多糖的溶出率增加。但從90℃到100℃多糖提取得率增加不多，從溫度對多糖穩定性的影響和能耗等綜合考慮，多糖的提取以90℃為宜。

2.2 響應面分析法對海蓬子多糖提取工藝條件的優化

2.2.1 響應面分析實驗方案及結果 對表1所列的水料比Z1，提取時間Z2和Z3作如下變換:X1=(Z1-50)/10，X2=(Z2-4)/1，X3=(Z3-80)/10，以Xl、X2、X3為自變量，以多糖得率(Y1)為響應值，實驗方案及結果見表2，回歸模型方差分析結果見表3。

表2 響應面分析方案及實驗結果

由表3分析結果可知，回歸模型(p=0.0028＜0.01)和一次項(p=0.0012＜0.01)均高度顯著，二次項(p=0.0118＜0.05)和交互項(p=0.012＜0.05)顯著，表明回歸模型可以很好地反映多糖提取得率與因素的關系。此外，回歸模型R2=96.94%，說明回歸模型和預測值之間有較好的擬合度。因此該模型可用于預測多糖提取得率的實際情況。

表3 回歸模型方差分析

2.2.2 擬合回歸方程的建立 對響應值與各因素進行回歸擬合，回歸方程系數顯著性檢驗見表4，回歸擬合后得回歸方程:

表4 回歸方程系數檢驗

2.2.3 各因素的重要性分析 通過模型方程作響應曲面圖，結果如圖4～圖6。比較三組圖可知，溫度(X3)對多糖提取得率的影響比較顯著，表現為曲線較陡;水料比(X1)和時間(X2)對多糖提取得率的影響比較小，表現為隨X1和X2的增加，其響應值變化較小。

圖4 Y=f(X2，X3)的響應面圖

圖5 Y=f(X1，X3)的響應面圖

由回歸方程中各變量對響應值影響的顯著性分析結果見表5。從表5可以看出，三個因素的特征值有正有負，表明此二次響應面是鞍面，無極值存在，因此不能直接從此二次響應面上找出最佳工藝參數，需要進一步作嶺脊分析。

圖6 Y=f(X1，X2)的響應面圖

表5 典型值分析表

2.2.4 嶺脊分析 嶺脊分析的原理是以原始設計中心點為球心，r為半徑的超球面與響應面的交點形成的軌跡范圍內找出最佳響應值，即最佳條件。嶺脊分析結果見表6。

從表6可以看出，隨著r值增大，預估響應值隨之增大，最大響應值時的編碼半徑為1.0，此時的水料比為48.4∶1，時間為4.00h，溫度為89.87℃。

表6 嶺脊分析結果

2.2.5 模型的驗證 對上述優選的多糖提取條件進行驗證實驗，考慮實際操作的便利，將多糖提取的最優條件修正為:水料比48∶1，時間4h，溫度90℃。在此條件下提取多糖，多糖的得率為2.00%，與理論預測值2.01%接近。說明采用響應面法優化得到的多糖提取參數準確可靠，具有實際應用價值。

3 結論

將響應面分析法應用于海蓬子多糖提取工藝條件的研究，確定海蓬子多糖的最佳提取工藝參數為:水料比48∶1，提取時間4.0h，提取溫度90℃，最大提取得率預測值為2.01%。實驗結果對海蓬子多糖的進一步開發利用有較好的參考價值。

［1］呂忠進，Edward P Glenn，Roy M Hodges，et al.全海水灌溉的作物——北美海蓬子(上)［J］.世界農業，2001(2):14-16.

［2］呂忠進，Edward P Glenn，Roy M Hodges，et al.全海水灌溉的作物——北美海蓬子(下)［J］.世界農業，2001(2):19-20.

［3］Millman.Trendy sprout thrives on water from the sea［J］.The Wall Street Journal，2003，26(2):1-3.

［4］蔡金龍，駱江蘭，周祥，等.海蓬子的開發應用初探［J］.現代農業科技，2007(20):60.

［5］Lee Kun Yeong，Lee Mee Hong，Chang In Youb，et al. Macrophage activation by polysaccharide fraction isolated from Salicornia herbacea［J］.Ethnopharmacology，2006，103:372-378.

［6］Im Sun-A，Kim Kyungjae，Lee Chong-Kil.Immunomodulatory activity of polysaccharides isolated from Salicornia herbacea［J］. International Immunopharmacology，2006(6):1451-1458.

［7］Im Sun-A，Lee Young-Ran，Lee Young-Hee，et al. Synergistic activation of monocytes by polysaccharides isolated from Salicornia herbacea and interferon - γ ［J］ . Ethnopharmacology，2007，111:365-370.

［8］陳美珍，宋彩霞，陳偉洲，等.海蓬子提取物體外抗氧化活性的研究［J］.食品科學，2009(21):71-74.

［9］洪楠.SAS for Windows［M］.第8版.北京:北京交通大學出版社，2004:540-550.

［10］孫培龍.姬松茸多糖的分離純化、結構鑒定和抗腫瘤活性研究［D］.杭州:浙江大學，2007:29-31.

［11］李亞娜，林永成，佘志剛.響應面分析法優化羊棲菜多糖的提取工藝［J］.華南理工大學學報，2004，32(11):28-32.

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.)為藜科(Chenopodiaceae)鹽角草屬(Salicornia)的無葉、莖肉質化的真鹽生植物，俗稱海蘆筍、海蟲草等，原產美洲鹽沼地，是一種無公害的綠色新型海水蔬菜［1-2］，在歐美一些國家已經有產品面世，并得到人們的喜愛［3］。海蓬子富含多種營養成分和活性物質［4］，除作為蔬菜之外，還具有藥用和保健價值。海蓬子作為民間藥物可用于治療癌癥、糖尿病、肥胖癥和便秘等多種疾病［5-7］。國外研究發現海蓬子多糖具有免疫調節活性，并認為此活性可能是海蓬子抗癌機理之一［5-7］。作者對產于廣東南澳縣海蓬子的水提物、醇提物及水提多糖的研究表明海蓬子多糖具有體外抗氧化活性［8］。但目前國內外對海蓬子多糖的研究仍然很少，有關海蓬子多糖的提取利用等報道幾乎是空白。本實驗在對海蓬子多糖的提取條件單因素研究的基礎上應用響應面法對提取工藝參數進行優化選擇，以期能充分地提取海蓬子多糖。

2010-01-27 *通訊聯系人

陳偉洲(1971-)，男，高級工程師，研究方向:水產養殖。

廣東省科技計劃項目(2010B090400461)。