響應面法優化微波輔助提取滸苔多糖工藝

陳小梅 ，甘純璣 ，陳彩玲 ，汪秋紅 ，林金紅

（1.福建華南女子職業學院，福建 福州 350007；2.福建農林大學，福建 福州 350002）

響應面法優化微波輔助提取滸苔多糖工藝

陳小梅1，甘純璣2，陳彩玲1，汪秋紅1，林金紅1

（1.福建華南女子職業學院，福建 福州 350007；2.福建農林大學，福建 福州 350002）

將微波技術應用于滸苔多糖的提取，利用響應面法優化提取工藝。在單因素試驗基礎上，以微波功率、料液比以及提取時間為自變量，多糖提取率為響應值進行中心組合設計，根據回歸分析得出最佳提取條件如下：微波功率610 W，料液比1:62（g:mL），提取時間11 min，在此條件下，滸苔多糖提取率達到7.58%。實驗結果表明，微波輔助提取工藝簡便易行，為滸苔多糖的提取提供一定的理論參考。

滸苔；多糖；微波提取；響應面法

滸苔（Enteromorpha prolifera）俗稱苔條、青海苔等，為綠藻門、石莼目石莼科滸苔屬的藻類植物，在東南沿海一帶分布廣泛。滸苔營養豐富，據成分分析，滸苔富含碳水化合物、蛋白質、粗纖維及礦物質，同時還含有脂肪和維生素[1-3]。滸苔多糖是滸苔中含有的主要活性成分，存在于藻體細胞間，已發現有諸多的生理功能，如降血脂、抗衰老[4]，對皮膚癌抑制作用[5]等。目前對滸苔多糖的提取研究多采用正交試驗設計法，熱水浸提滸苔水溶性多糖[7－9]，而將微波技術用于滸苔多糖的提取研究少見報道。微波提取技術是近年新發展起來的提取方法，在微波電磁場作用下，可以縮短萃取時間、降低能耗、減少溶劑用量、提高收率和純度、降低生產成本[10]。本文將微波輔助提取技術應用于滸苔多糖的提取，通過響應曲面法（response surface methodology，RSM）初步探求微波輔助提取滸苔多糖的最佳工藝條件，為微波提取滸苔多糖的工業化生產提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 原料

滸苔：采集于福建平潭海域，洗凈、烘干、粉碎后過40目篩備用。

1.1.2 試劑

無水乙醇、濃硫酸、苯酚、葡萄糖均為分析純。

1.1.3 設備

Galanz WD800B型微波爐：廣東格蘭仕集團有限公司；FA2004N電子天平：上海精密科學儀器有限公司；HHS數顯恒溫水浴鍋：常州諾基儀器有限公司；5810R高速冷凍離心機：德國Eppendorf有限公司；冷凍干燥機：北京四環科學儀器有限公司；旋轉蒸發儀：上海貝凱生物化工有限公司；TU-1901紫外可見分光光度儀：北京普析通用儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 標準曲線的制備[11]

準確稱取干燥至恒重的葡萄糖25 mg于250 mL容量瓶中，加水定容，分別吸取 0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0、1.2 mL，各補水至 2 mL。然后加入 6%苯酚溶液1.0 mL和5 mL濃硫酸。靜置10 min，搖勻，室溫放置20 min，于490 nm測吸光度，以橫坐標為多糖微克數，縱坐標為吸光度，繪制標準曲線。葡萄糖標準曲線圖見圖1，葡萄糖標準曲線的回歸方程為：y=0.0071x+0.0194，R2=0.9975。式中：y為標準葡萄糖溶液在490 nm處的吸光度；x為標準溶液的葡萄糖含量，μg。

圖1 葡萄糖標準曲線Fig.1 The standard curve of glucose

1.2.2 滸苔多糖的提取及測定

取滸苔粉末2 g，按一定的料液比加入蒸餾水，微波提取3次，8000 r/min離心，合并提取液，濃縮至30 mL，75%乙醇沉淀，20 mL蒸餾水復溶，冷凍干燥24 h，稱量計重。稱取10 mg多糖樣品，溶于200 mL蒸餾水，吸取1.0 mL樣品液，測得吸光度，根據標準曲線計算總糖含量。

2 結果與討論

2.1 滸苔多糖提取的單因素試驗

2.1.1 微波功率的影響

選擇料液比值為1:60（g:mL），微波提取時間為10 min，提取3次，考察微波功率對滸苔多糖提取率的影響，結果如圖2所示。

圖2 微波功率對多糖提取率的影響Fig.2 Effect of microwave power on extraction rate

由圖2可知，當微波功率在120 W～600 W范圍內，多糖提取率隨微波功率的增加而逐漸提高；微波功率大于600 W時，隨著微波功率的增加，多糖提取率反呈下降趨勢。其原因可能是當微波輻射時間一定時，輻射功率越高，對物料細胞破壞作用越大，引起了多糖的降解，在醇沉工藝中，小分子糖類保留在溶液中而不能沉淀下來，故多糖提取率降低。

2.1.2 料液比值的影響

選擇提取時間為10 min，微波功率為600 W，提取3次，考察料液比值對滸苔多糖提取率的影響，結果如圖3所示。

圖3 料液比值對多糖提取率的影響Fig.3 Effect of ratio of water to material on extraction rate

由圖 3 可以看出：料液比在 1:20～1:60（g:mL）之間，隨著料液比值增大，多糖提取率提高；但當料液比值達到 1:60（g:mL）后，提取率略為下降，故料液比值取值為 1:60（g:mL）。

2.1.3 提取時間的影響

選擇料液比為 1:60（g:mL），微波功率為 600 W，提取3次，考察微波提取時間對滸苔多糖提取率的影響，結果如圖4所示。

由圖4可見，當提取時間為10 min時，多糖提取率達到最大；當提取時間超過15 min時，多糖提取率呈下降趨勢。其原因可能是提取時間過短，多糖溶解不充分，時間過長，可能引起多糖的分解，從而導致提取率下降。

圖4 提取時間對多糖提取率的影響Fig.4 Effect of extraction time on extraction rate

2.1.4 提取次數的影響

選擇料液比值為 1:60（g:mL），微波提取時間為10 min，微波功率為600 W，考察提取次數對滸苔多糖提取率的影響，結果如圖5所示。

圖5 提取次數對多糖提取率的影響Fig.5 Effect of extraction times on extraction rate

由圖5可以看出，提取次數越多，多糖提取率越高，其中提取次數為2次時，多糖提取率達到6.56%；提取次數大于2次后多糖提取率變化不大。

2.2 響應面實驗方案及結果

2.2.1 實驗設計

在單因素試驗結果基礎上，采用中心組合Box-Benhnken 設計方案，以微波功率（X1=500、600、700）、料液比值（X2=50、60、70）和提取時間（X3=5、10、15）為自變量，多糖提取率Y為響應值，設計三因素三水平的試驗，響應面因素水平表見表1。

表1 響應面因素水平表Table 1 Analytical factors and levels for RSM

2.2.2 實驗結果與數據分析

采用SAS對實驗數據進行回歸分析。15個實驗點可分為2類：其一是析因點，自變量取值在五所構成的三維頂點，共有l2個；其二是零點，為區域的中心點，零點實驗重復3次，用以估計實驗誤差，響應面實驗方案及結果見表2。

表2 響應面實驗方案及結果Table 2 Design and experimental results of RSM

假設由最小二乘法擬合的二次多項方程為：

當n=3時，方程（1）可轉換為：

方程（2）中，Y為應變量（多糖提取率）；B0為常數項，B1、B2、B3分別為線性系數，B12、B13、B23為交互項系數，B11，B22，B33為二次項系數。

利用統計軟件SAS-RSREG程序對上述回歸模型進行方差分析，得到響應面模型方程如下：

對該模型的方差分析結果見表3，模型系數顯著性檢驗結果見表4，響應面圖和等高線圖分別見圖6～圖8。

表3 模型回歸方程方差分析Table 3 Variance analysis(ANOVA)for regression equation of model

從表3可以看出響應面的模型總的離差平方和為 4.8440，X1、X2、X33 個因子對 Y 的效應不僅有線性的還有二次項的，這兩方面都達到顯著水平。模型的R2=0.9918，說明該模型與實際實驗擬合好，完全可以用于滸苔多糖提取實驗的理論預測。

表4 模型回歸系數顯著性檢驗和結果Table 4 Significance test and Results for regression coefficients of model

根據表4得出，方差分析結果較顯著，因此可用回歸方程代替實驗值進行分析。X1項P＜0.01說明微波功率影響最顯著，X1X1、X2X2、X3X3項 P＜0.01，說明單因素影響顯著，交互作用的影響相對不顯著。

圖6 Y=f(X1,X2)的響應面和等高圖Fig.6 Responsive surfaces and contour plot of Y=f(X1,X2)

圖7 Y=f(X1,X3)的響應面和等高圖Fig.7 Responsive surfaces and contour plot of Y=f(X1,X3)

圖8 Y=f(X2,X3)的響應面和等高圖Fig.8 Responsive surfaces and contour plot of Y=f(X2，X3)

從圖6～圖8多糖提取率和3個提取因素的三維圖和等高線我們可以看出，參數X1隨著取值從－1～1的過程中多糖提取率先增加，后降低，在X1=0點附近提取率有個極大值，同理參數X2和X3也在中央零點附近時，多糖提取率有個最大值，且提取率和3個參數的關系在極值附近曲線幅度較高，二維曲線關系顯著，響應面模型在中央極值處能夠較好的模擬出提取率和提取參數的非線性的關系，說明該模型預測結果精度高，優于傳統的線性模擬。對上面的響應面模型方程（3）求導，得出模型的極值，當 X1=0.107239，X2=0.241344，X3=0.205502，多糖提取率有最大值Y=7.583675。也即當微波功率 610 W，料液比 1:62（g:mL），提取時間11 min時，多糖提取率有個最佳的得率7.58。

3 結論

在單因素試驗的基礎上，考察了微波功率、料液比以及提取時間對多糖提取率的影響。由響應面分析實驗得出，微波功率、料液比以及提取時間是影響多糖提取率的主要因素，其中微波功率的影響最為顯著。依據回歸分析確定滸苔多糖微波輔助提取的最佳工藝：微波功率 610 W，料液比 1:62（g:mL），提取時間11 min，在此條件下，滸苔多糖提取率達到7.58%。與正交試驗法浸提滸苔水溶性多糖相比，該方法提取速度快，能有效降低生產成本，容易實現產業化。

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Microwave-assisted Extraction of Polysaccharides from Enteromorpha Prolifera(EP)by Response Surface Methodology

CHEN Xiao-mei1,GAN Chun-ji2,CHEN Cai-ling1,WANG Qiu-hong1,LIN Jin-hong1
（1.Fujian Hwa Nan Women's College，Fuzhou 350007，Fujian，China;2.Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，Fujian,China）

The microwave-assisted was applied to optimize the extraction of polysaccharides from Enteromorpha Prolifera（EP）by response surface methodology（RSM）.The effects of the microwave power,the radio of water to materia1 and the extraction time were studied with the central composite experimental design.Optimal conditions were as follows:microwave power 610 W,the ratio of water to material 1:62（g:mL）,extraction time 11 min.Under such condition that the response surface model of the polysaccharides was up to 7.58%.The RSM is feasible for optimal extraction process and this will improve the extraction conditions of polysaccharides from EP.

Enteromorpha Prolifera;polysaccharides;microwave-assisted extraction;response surface methodology

陳小梅（1972—），女（漢），講師，碩士，研究方向：食品營養與檢測。

2010-08-23