響應面法優化水浴提取太白貝母粗多糖工藝

摘要： 對太白貝母（Fritillaries taipaiensis）粗多糖提取工藝進行研究，采用水浴提取太白貝母粗多糖，在單因素試驗基礎上以提取時間、提取溫度、料液比為試驗因素，采用3因素3水平響應面分析方法進行試驗。結果表明，3個因素對太白貝母粗多糖提取率的影響從大到小順序為提取時間、提取溫度、料液比，通過典型性分析得出最優工藝條件為提取溫度84.2 ℃，提取時間為1.6 h，料液比為1∶16.3（g∶mL），得到的粗多糖提取率為1.267%。響應面法對太白貝母粗多糖提取條件的優化是可行的，可用于實際預測。

關鍵詞： 太白貝母（Fritillaries taipaiensis）多糖；水浴提取；響應面分析

中圖分類號：TS201.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）03-0720-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.03.043

Abstract： To study the extraction process of polysaccharide in Fritillary taipaiensis（FTP）， it would provide a basis for in-depth utilization of FTP. On the basis of single factor experiments with the method of water bath extraction，response surface analysis method of a three-variable（extraction time， extraction temperature and solid-liquid ratio）， and in three-level was adopted. The experimentoptimal parameters of extraction process was researched by using response surface method. The order of affective factors of FTP on polysaccharide extraction rate was： extraction time > extraction temperature > solid-liquid ratio. By typicality analysis， the optimum process conditions were as follows： the ultrasonic treatment time was 1.6 h， the extraction temperature was 84.2 ℃ and the material/liquid ratio was 1∶16.3 （g∶mL）. Under such conditions， an optimal total sugar yield of 1.267% was obtained. It showed that the optimization of Ultrasonic-assisted polysaccharide extraction process from FTP using response surface method is feasible， which can be used in practical forecasting.

Key words：Fritillary taipaiensis；water bath extraction；response surface method

太白貝母（Fritillaries taipaiensis）屬百合科貝母屬[1]，其鱗莖可供藥用，有清熱潤肺、止咳祛痰等功效[2]。貝母屬藥用植物品種繁多，同一物種因地域差異其藥理作用有所不同。太白貝母因為其良好的藥用效果常被用作川貝母使用[3，4]。目前，對太白貝母的研究主要為生物堿含量和功能的測定，而其所含的多糖化合物有重要的作用[5]。多糖化合物廣泛存在于中藥中，生物類多糖在抗腫瘤、抗衰老等方面都發揮著重要的生物活性[6，7]。

水浴提取法操作簡單，效率高，具有較大的開發前景。水浴提取法可有效避免植物中低沸點成分被破壞，且體系加熱平穩。響應面分析方法（Response surface methodology，RSM）是一種優化工藝條件的有效方法[8，9]，可用于確定各因素及其交互作用在工藝過程中對指標（響應值）的影響，精確地表述因素和響應值之間的關系。本試驗以重慶巫溪地區太白貝母為原料，利用水浴法進行太白貝母中粗多糖的提取，運用響應面分析方法優化水浴提取太白貝母粗多糖，確定最佳提取工藝，為太白貝母的深入研究提供理論依據及技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

太白貝母，重慶巫溪地區采集鮮樣品。將太白貝母洗凈烘干，用粉碎機將其打成粉末，過40目篩；稱取50 g太白貝母粉末，加入石油醚250 mL回流提取2 h脫脂，過濾取濾渣，烘干備用；葡萄糖標準品：上海一基生物試劑有限公司；蒸餾水、石油醚、無水乙醇、95%乙醇、氯仿、正丁醇、蒽酮、濃硫酸均為分析純。

UV-2450型紫外可見分光光度計（日本島津公司）；SHZ-D（Ⅲ）型循環水式真空泵（鞏義市予華儀器有限公司）；101 FAR-1型電熱鼓風干燥箱（黃驊市卸甲綜合電器廠）；FW80型高速試樣粉碎機（河北省黃市新興電器廠）；IKA HB10 basic型旋轉蒸發儀（美國IKA公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 太白貝母粗多糖的提取 稱量1 g太白貝母粉末置于錐形瓶中，加蒸餾水至預定體積，熱水浸提，離心取上清液，并將其體積濃縮至原體積的1/4～1/5，采用Savage法脫蛋白2～3次，加入95%乙醇溶液，靜置過夜析出粗多糖，以5 000 r/min離心分離20 min取沉淀物，將其風干，得到粗多糖成品。

1.2.2 單因素試驗 以太白貝母粗多糖提取率為衡量指標，對以下影響因素進行考察。①提取溫度：精確稱取6.0 g太白貝母粉末平均分成6份，在料液比1∶15（g∶mL，下同）的條件下，分別于50、60、70、80、90、100 ℃水浴浸提2.0 h，考察提取溫度對粗多糖提取效果的影響；②提取時間：精確稱取6.0 g太白貝母粉末平均分成6份，在料液比為1∶15、溫度80 ℃的條件下，分別浸提0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h，考察提取時間對粗多糖提取效果的影響；③料液比：精確稱取6.0 g太白貝母粉末平均分成6份，在溫度80 ℃的條件下，分別以料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35水浴浸提2.0 h，考察料液比對粗多糖提取效果的影響。

1.2.3 響應面設計 在單因素試驗的基礎上，以提取溫度、提取時間以及料液比3個因素為考察對象，采用響應面分析并設計試驗，以獲取最佳工藝參數。響應面分析方案如表1所示。

1.2.4 標準曲線的制作 取0.1 mg/mL的葡萄糖標準溶液0、0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.60、0.80 mL分別置于10 mL刻度試管中，去離子水補足至10 mL，將試管置入冰水中，加入蒽酮顯色劑3 mL后同時搖勻，再將試管放入沸水煮沸15 min取出，立即放入冰水中冷卻5 min后在室溫中平衡10 min。用1 cm比色皿，以相應的試劑為空白，采用紫外-可見分光光度法在620 nm波長處測定吸光度，以吸光度（A）為縱坐標，葡萄糖濃度（C）為橫坐標，繪制標準曲線，得到的方程為A=0.732 287C+0.031 76，相關系數R2=0.999 3。表明葡萄糖濃度在0.005～0.080 mg/L范圍內線性關系良好。

1.3 統計分析

采用SAS 9.0統計軟件對試驗數據進行回歸分析，每組試驗均3次重復，預測太白貝母粗多糖提取的最優工藝參數并進行試驗驗證。

2 結果與分析

2.1 太白貝母粗多糖提取的單因素試驗

2.1.1 溫度對粗多糖提取率的影響 提取溫度對太白貝母粗多糖提取率的影響如圖1所示，在水提2.0 h和料液比1∶15的條件下，太白貝母粗多糖含量隨提取溫度的升高而增加；當達到80 ℃后，其增加量不明顯，而且當溫度超過 90 ℃后，有下降的趨勢，這可能是粗多糖降解導致糖鏈斷裂所致。綜合考慮，提取溫度選擇80～90 ℃為宜。

2.1.2 提取時間對粗多糖提取率的影響 提取時間對太白貝母粗多糖提取率的影響如圖2所示，在提取溫度為80 ℃，料液比為1∶15時，太白貝母粗多糖含量隨提取時間的增加而增加。一般來說，當提取時間達到1.5 h時，其增加量不明顯；在提取時間為2.5 h時，太白貝母粗多糖提取率最大，考慮到能源消耗、生產周期延長都會增加生產成本，水提時間不宜過長，綜合考慮，提取時間選擇1.5～2.5 h為宜。

2.1.3 料液比對多糖提取率的影響 料液比對太白貝母粗多糖提取率的影響如圖3所示，在水浴溫度為80 ℃，水提時間2.0 h的條件下，太白貝母粗多糖含量隨料液比的增加而增加。料液比達到1∶15后，其增加量不明顯，綜合考慮，料液比選擇1∶15～1∶25為宜。

2.2 響應面試驗

綜合單因素試驗結果，選取提取溫度、提取時間、料液比3個因素，采用三因素三水平的響應面分析方法進行最佳工藝的優化，試驗結果如表2所示。采用SAS 9.0軟件對表2試驗數據進行多元回歸擬合，得到太白貝母粗多糖提取率對提取溫度、提取時間和料液比的二次多項回歸模型為Y=1.24+0.08X1+0.09X2+0.13X3-0.11X12-0.08X1X2-0.07X22+0.07X1X3-0.06X2X3-0.12X32。

模型系數顯著性結果和方差分析結果見表3、表4。

從回歸模型的方差分析（表3）看到，復相關系數R2為0.954 1，響應面回歸模型達到極顯著水平（P=0.000 2<0.01），說明該二次模型能夠擬合真實的試驗結果，試驗誤差小。表4的分析結果表明，在所選的各因數水平范圍內，各因素對粗多糖提取率影響的大小順序為提取溫度、提取時間、料液比。其中，X1、X2、X12、X32對Y的影響極顯著，X22對Y的影響顯著，X3、X1X2、X1X3、X2X3對Y的影響不顯著。

利用SAS繪制各因素對粗多糖提取率的響應面和等高線圖，結果見圖4。等高線的性狀可以反映出交互效應的強弱，圓形表示兩交互作用不顯著，橢圓形表示兩者交互作用顯著[10]。

圖4a表明料液比取中心水平時，提取溫度與水浴提取時間對太白貝母粗多糖提取率的交互作用。由圖4a可知，等高線的形狀呈圓形，說明了提取溫度與提取時間之間的交互作用顯著。隨著提取溫度的增加太白貝母粗多糖提取率呈先增加后逐漸減小的趨勢。在水浴時間較短時，提取溫度表現為先增加后減小的過程，在水浴時間較長時提取溫度對太白貝母多糖的得率影響不大。圖4b顯示等高線的形狀趨近于圓形，說明提取溫度與料液比之間的交互作用較不顯著，提取溫度影響顯著，在試驗范圍內隨著料液比的增加太白貝母粗多糖提取率呈先迅速增加后緩慢減小的趨勢。圖4c顯示提取溫度取中心水平時，等高線的形狀趨近于圓形，說明了提取時間與料液比之間的交互作用不顯著。在試驗范圍內太白貝母粗多糖提取率隨著提取時間和料液比的增加呈先迅速增加后逐漸減小的情況，在低水平區兩者的交互作用對太白貝母粗多糖提取率的影響高于兩者高水平區。由SAS9.0軟件分析得到響應值是最大時，提取溫度、提取時間、料液比對應的編碼值分別為X1=0.421 356、X2=0.162 579、X3=0.251 634，對應的粗多糖提取的最佳條件為提取溫度84.2 ℃，提取時間為1.6 h，料液比為1∶16.3，得到的粗多糖提取率為1.267%。

3 小結

綜合單因素和響應面設計試驗的結果，在單因素試驗基礎上采用3因素3水平的響應面分析方法對太白貝母粗多糖提取工藝進行了優化，取得了較好的試驗效果。結果顯示，太白貝母多糖提取的最佳提取工藝參數為提取溫度84.2 ℃，提取時間為1.6 h，料液比為1∶16.3，得到的粗多糖提取率為1.267%。同時得到太白貝母粗多糖提取率與各因素變量的二次多項式回歸方程，該模型回歸顯著，具有實際應用價值。

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