響應面法優化仙人掌多天的提取工藝研究

修維 孫麗娜 黃占吉 潘磊 趙志亮 王彥章

[摘 要]利用響應面分析法，來優化仙人掌多糖的提取工藝。在單因素實驗基礎上選取實驗因素與水平構建數學模型，運用響應面設計和中心組合實驗原理，采用三因素三水平的響應面分析法，來分析料液比、提取時間、提取溫度對仙人掌多糖提取率的影響，并優化了水浸提法提取仙人掌多糖的工藝。

[關鍵詞]仙人掌；多糖；提取；響應面分析

[中圖分類號]TS241 [文獻標識碼]A

仙人掌多糖擁有明顯的延緩機體衰老的功能，抗菌消炎的功能，對腫瘤具有良好的抗性和降低血糖的功能。這些年來，對仙人掌多糖及其藥理方面研究進入了人們的視線，并對其進行了初步的研究。但是，關于仙人掌多糖的研究報告卻很少，所以為了能夠對仙人掌多糖進行更加深入的研究，我們將通過實驗方法，在以前提取仙人掌多糖的方法的基礎上，對仙人掌多糖的提取工藝進行優化研究。

1 仙人掌多糖的提取工藝

1.1 仙人掌多糖的提取工藝流程

新鮮仙人掌莖（挖除刺狀葉）→切碎→石油醚（沸程60-90℃）回流脫脂（料液比1：5 g/ml）→揮干石油醚的濾渣→濾渣60℃烘干→水浴提取→上清液→蒸發濃縮至原體積的1/4→取上清液Saveg法除蛋白→活性炭除色素→上清液無水乙醇溶液沉淀→乙醇、丙酮清洗沉淀→真空干燥沉淀→粗多糖→稱重。

1.2 仙人掌多糖的提取率計算

采用苯酚-硫酸法對仙人掌多糖的含量進行測定，并計算仙人掌多糖的提取率。粗多糖提取率（%）=[粗多糖干品質量（g）/原料質量（g）] ×l00%

1.3 單因素實驗

精密稱取仙人掌粉末5g，采用固定變量法來考察料液比（g/ml）（1：2、1：3、1：4、1：5、1：6和1：7）、提取溫度（40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）和提取時間（0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h）對仙人掌多糖提取率的影響，其他實驗條件相同的情況下按照試驗流程進行試驗。

1.4 響應面法對水提取法提取仙人掌多糖的條件優化

根據單因素實驗的結果，選取的響應面試驗的料液比分別為1：4、1：5、1：6，響應面試驗的提取溫度分別為60℃、70℃、80℃，響應面試驗的提取時間分別為1h、2h、3h。以上述三個影響因素作為自變量，以仙人掌多糖的提取率作為響應值設計實驗。進行Box-Behnken中心組合實驗，見表1。

2 實驗結果與分析

2.1 單因素實驗結果及分析

合適的料液比應該在1：4～1：6區間之內，在70℃左右多糖的提取率最高，提取時間在2～3h區間內，多糖的提取率最大。

2.2 采用響應面法優化仙人掌多糖提取工藝

2.2.1 多糖提取實驗方案。依據單因素實驗結果，選取的響應面試驗的料液比分別為1：4、1：5、1：6，響應面試驗的提取溫度分別為60℃、70℃、80℃，響應面試驗的提取時間分別為1h、2h、3h。以上三個影響因素作為自變量，以仙人掌多糖的提取率作為響應值設計實驗。根據單因素實驗設計三因素三水平響應面分析實驗。

2.2.2 響應面分析方案及結果。以料液比、提取溫度、提取時間為自變量，以仙人掌多糖提取率為響應值，建立仙人掌多糖提取率擬合最優的回歸方程模型。多糖產率=0.81+0.025A-3.625E-0.04B+0.013C-5.500E-0.04AB-0.024AC-2.475E-0.03BC-0.034A2-2.485E-0.03B2-0.027C2（A提取溫度，單位為℃；B—提取時間，單位為h；C—料液比，單位為g/ml）

2.2.3 因素間的交互影響

根據回歸方程，由兩個提取因素和提取率繪制成的三維圖像可以分析出，如圖1、圖2所示；三個因素對于提取率的影響均為先增大后減小。按照各因素對結果的總體的影響順序為料液比影響最大、提取溫度次之、提取時間最小。

2.3 最佳提取工藝及實驗模型的合理性驗證

通過軟件Design -Expert6.0求解方程，給出了最優提取工藝條件為：料液比1：5.1，提取溫度73.43℃，提取時間1.84h，此時的實驗預計提取率為0.8166%。因為，在實際操作中，不可能達到這樣的理想條件，另外，在提取效果較好的前提下，還應該考慮到實驗所需試劑、試劑、所需環境能否達到，因此需要對提取條件進行修正，所得結果為：料液比1：5，提取溫度70℃，提取時間2.0h。同時為檢驗結果的可靠性，利用修正所得的條件來進行浸提實驗，同時進行3組實驗，得出3組實驗所得提取率的平均值為0.80%，與理論預測值基本吻合?？梢钥闯鲱A測值和實驗所得結果是比較接近的，所以可以得出由實驗擬合的結果是符合實際的，在實際應用中是切實可行的。

3 結論

本實驗用響應面法進行三因素三水平共17組實驗測定仙人掌多糖的最佳提取工藝，綜合考慮提取工藝的料液比，提取溫度，提取時間等重要影響因素對仙人掌多糖提取率的影響，根據Design-Expert V8.0.6數據分析的最優條件為料液比1：5.1，提取溫度73.43℃，提取時間1.84h，仙人掌多糖的提取率為0.8166%。因此在最佳工藝條件下，進行3組重復試驗。驗證結果表明：在此條件下仙人掌多糖實際平均提取率為0.80%，可以看出由實驗擬合的結果是符合實際的。本實驗應用響應面分析法優化仙人掌多糖的浸提工藝，通過模型方差分析和響應面法的分析表明，預測值和實驗所得結果是比較接近，該模型回歸顯著，對實驗的擬合性較好，整個試驗方法先進、合理、實驗數據可靠。

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