響應面法優化蕨麻多糖超聲輔助提取工藝研究

◎ 李剛剛，于思源，孫 靜，李小東

（蘭州理工大學技術工程學院，甘肅 蘭州 730050）

蕨麻（Potentilla anserina L.），學名鵝絨委陵菜，薔薇科，屬多年生匍匐草本植物，主產于青海、西藏、甘肅等高海拔、高寒地區，藏醫稱“卓老沙僧”[1]，具有益胃健脾、益氣補血、生津止咳等功效，其富含多種氨基酸、維生素，多糖和微量元素[2-3]。蕨麻藥用成分的定性分析表明，其含豐富的生物類黃酮、多糖[4-7]。本文以甘南野生蕨麻為原料，超聲波輔助提取多糖，苯酚-濃硫酸法快速測定多糖的含量，并采用響應面法對提取工藝進行優化，以期為蕨麻的開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗原材料

蕨麻，購于甘肅省甘南藏族自治州。

1.1.2 主要儀器

KQ-500DE 型數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）、DZF-6020 型真空干燥箱（上海圣科儀器設備有限公司）、UV-901 型分光光度計（美國安捷倫科技公司）。

1.1.3 主要試劑

葡萄糖標準品（HPLC ≥98%），上海金穗生物科技有限公司。其他試劑均為分析純。

1.2 試驗方法

1.2.1 提取方法

甘南野生蕨麻干燥后粉碎，過50 μm 篩得到蕨麻粉。稱取10.0 g 按料液比（g·mL-1）1 ∶10，超聲功率200 W，50 ℃超聲波輔助提取50 min，減壓過濾，上清液濃縮后，加入一定量無水乙醇靜置醇沉，離心分離，所得沉淀冷凍干燥，得蕨麻粗多糖。

1.2.2 多糖含量及提取率的測定

以葡萄糖標準品為對照，采用苯酚-硫酸法[8-10]進行多糖含量測定，得葡萄糖標準曲線線性回歸方程：A=0.012 8m-0.013（R2=0.997）。通過式（1）計算蕨麻多糖提取率。

式中，E-蕨麻多糖提取率，%；C-蕨麻多糖提取液濃度，單位為mg·mL-1；V-蕨麻多糖提取液體積，單位為mL；M-蕨麻粗多糖質量，單位為mg。

1.2.3 單因素試驗

準確稱取蕨麻粉10.0 g，按照1.2.1 方法，以蕨麻多糖提取率為評價指標，評價超聲溫度（50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃）、超聲時間（40 min、60 min、80 min、100 min 和120 min）、超聲功率（80 W、120 W、160 W、200 W 和240 W）以及料液比（g·mL-1）（1 ∶6、1 ∶8、1 ∶10、1 ∶12、1 ∶14）對蕨麻多糖提取率的影響。

1.2.4 響應曲面實驗

根據單因素試驗結果，確定響應面試驗設計因素和水平見表1。

表1 響應面試驗設計因素和水平表

1.3 數據處理

所有數據均測定3 次，以平均值±標準差方式表示，結果數據采用Design Expert 8.0.6 軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 超聲溫度對蕨麻多糖提取率的影響

在一定的料液比（1 ∶10）、超聲功率（200 W）和超聲時間（50 min）的條件下，分別考察超聲溫度為50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃時對蕨麻多糖提取率的影響，結果如圖1 所示。

圖1 超聲溫度對蕨麻多糖提取率的影響圖

由圖1 可知，當超聲溫度為70 ℃時，蕨麻多糖提取率最大。若進一步升高溫度使部分多糖組分分解，故最佳提取溫度選擇為70 ℃。

2.1.2 超聲時間對蕨麻多糖提取率的影響

在一定的料液比（1 ∶10）、超聲功率（200 W）和超聲溫度（70 ℃）的條件下，分別考察超聲時間為40 min、60 min、80 min、100 min 和120 min 時 對 蕨麻多糖提取率的影響，結果如圖2 所示。

圖2 超聲時間對蕨麻多糖提取率的影響圖

由圖2 可知，當超聲時間為60 min 時，蕨麻多糖提取率最大。提取初期，因提取劑中蕨麻多糖濃度較低，增加提取時間有利于多糖的萃取溶解，但當多糖的濃度接近飽和時，增加提取時間對蕨麻多糖提取率影響不大，且可能使提取劑中多糖發生降解[11]，影響蕨麻多糖提取率。故最佳提取時間選擇為60 min。

2.1.3 超聲功率對蕨麻多糖提取率的影響

在一定的料液比（1 ∶10）、超聲溫度（70 ℃）和超聲時間（60 min）的條件下，分別考察超聲功率為80 W、120 W、160 W、200 W 和240 W 時對蕨麻多糖提取率的影響，結果如圖3 所示。

圖3 超聲功率對蕨麻多糖提取率的影響圖

由圖3 可知，當超聲功率為160 W 時，提取率最大。隨后增大超聲功率，對蕨麻多糖提取率影響不大，故最佳超聲功率選擇為160 W。

2.1.4 料液比對蕨麻多糖提取率的影響

在一定的超聲溫度（70 ℃）、超聲時間（60 min）和超聲功率（160 W）的條件下，分別考察料液比為1 ∶6、1 ∶8、1 ∶10、1 ∶12 和1 ∶14 時對蕨麻多糖提取率的影響，結果如圖4 所示。

圖4 料液比對蕨麻多糖提取率的影響圖

由圖4 可知，當料液比（g·mL-1）為1 ∶10 時，蕨麻多糖提取率最大，并且隨料液比增大，大量非多糖類水溶性物質被浸出，提取率減小，故最佳料液比（g·mL-1）選擇為1 ∶10。

2.2 蕨麻多糖提取工藝優化

響應面設計及試驗結果見表2。

2.3 蕨麻多糖提取工藝回歸模型的建立及方差分析

對表2 中的試驗數據進行回歸分析，得到蕨麻多糖提取率對以上4 個因素的回歸方程為：

W%=6.66+0.12A-0.084B+0.26C+0.36D+0.17AB+0.16AC-0.18AD-0.18BC+0.12BD-0.26CD-0.90A2-0.95B2-0.17C2-0.82D2

表2 響應面設計及試驗結果表

對回歸模型進行方差分析，結果見表3。

此模型確定系數為R2=0.987 2。因模型F值為3.77，P＜0.005，說明模型極顯著；回歸模型的失擬項P=0.158 7，表明失擬項不顯著，說明該模型較穩定，能較好地優化蕨麻多糖提取工藝。由表3 分析結果可知，超聲功率變化對蕨麻多糖提取率影響最大，超聲溫度和料液比次之，超聲時間變化對其影響最小。

2.4 優化提取參數和驗證模型

根據Box-Behnken 試驗數據結果和回歸方程，利用Design-Expert 8.0.6 軟件處理數據，得蕨麻多糖超聲波輔助提取最優工藝：超聲功率197.2 W、超聲時間58 min、料液比（g·mL-1）為1 ∶9.89、超聲溫度68.95 ℃。在此條件下蕨麻多糖提取率為7.436%。便于實際操作，蕨麻多糖超聲輔助提取最佳工藝條件修正為：超聲功率200 W，超聲溫度70 ℃、超聲時間60 min 和料液比（g·mL-1）為1 ∶10。經3 次驗證性試驗，蕨麻多糖平均提取率為7.365%，與理論計算值誤差在±1%以內，表明響應面法建立的模型可準確的預測實際蕨麻多糖提取率。

表3 回歸模型方差分析結果表

3 結論

以甘南野生蕨麻為原料，通過響應面發優化蕨麻多糖超聲輔助提取最佳工藝條件：超聲時間為60 min，超聲溫度為70 ℃，超聲功率為200 W，料液比（g·mL-1）為1：10，提取率可達7.365%，為蕨麻的開發利用提供了理論依據。