響應面分析法優(yōu)化艾葉多糖提取工藝研究

1、114 2009, Vol. 30, No. 02食品科學工藝技術響應面分析法優(yōu)化艾葉多糖提取工藝研究劉軍海，黃寶旭，蔣德超（聊城大學化學化工學院，山東聊城）摘要：利用響應面法對艾葉多糖的提取工藝進行優(yōu)化。在單因素試驗基礎上選取試驗因素與水平，根據中心組合（）試驗設計原理采用三因素三水平的響應面分析法，依據回歸分析確定各工藝條件的影響因素，以艾葉多糖提取率為響應值作響應面和等高線。在分析各個因素的顯著性和交互作用后，得出艾葉多糖浸提的最佳工藝條件為：料水比：、浸提溫度、浸提時間、浸提次，艾葉多糖的實際一次提取率可達。關鍵詞：艾葉；多糖；提??；響應面分析Optimization of Extra

2、ction Technique of Polysaccharides from Argy Wormwood Leaves viaResponse Surface Methodology (RSM)，（，）：，：，：；中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：（）艾葉（）是中醫(yī)常用藥之一，為菊科植物艾（）的干燥葉，藥用歷史悠久，始載見于名醫(yī)別錄。有散寒止痛，溫經止血的功效，用于少腹冷痛、經寒不調、宮冷不孕、吐血、衄血、崩漏經多、妊娠下血；外治皮膚瘙癢。艾葉中含有黃酮類、多糖類化合物，這些化合物具有較強的抗氧化活性?，F(xiàn)代醫(yī)學研究表明，植物多糖有增強免疫功能和抗感染的作用，還有治療高膽固醇的作用，且可強化血

3、管和預防動脈硬化、血栓癥、心艾葉多糖提取工藝條件進行優(yōu)化。材料與方法材料與試劑艾葉產于安徽。優(yōu)質工業(yè)酒精、苯酚（）、濃硫酸（）、蔗糖（）。儀器與設備電子天平奧克斯國際貿易上海有限公司；型超級恒溫槽上海精宏實驗設備有限公司；循環(huán)水式多用真空泵鄭州長城科工貿有限公司；紫外可見分光光度計北京普析通用儀器有限責任公司。方法多糖含量與提取率的測定標準曲線繪制精密稱取下干燥至恒重的葡萄糖，置肌梗塞等。因此，開發(fā)我國的艾葉資源有十分重要的意義。雖然對艾葉的研究很多，但對艾葉多糖的提取工藝研究較少。響應面分析法（，）是一種優(yōu)化反應條件和加工工藝參數(shù)的有效方法，廣泛應用于化學化工、生物工程、食品工業(yè)等方面。它與

4、正交試驗設計法不同，具有試驗周期短，求得的回歸方程精度高，能研究幾種因素間交互作用等優(yōu)點。本實驗擬在單因素試驗的基礎上，利用響應面分析法對收稿日期：工藝技術食品科學提取率（）2009, Vol. 30, No. 02115容量瓶中，加水溶解并稀釋至刻度，搖勻，配得葡萄糖標準溶液。精密吸取葡萄糖標準溶液、，分別置于容量瓶中，分別加入蒸餾水補至，然后分別再加入苯酚溶液，搖勻，迅速加入濃硫酸，搖勻后置水浴中加熱，取出置冷水中冷卻，同時用蒸餾水做空白，用分光光度計在波長處測定吸光度，得標準曲線方程：，相關系數(shù)。測定方法及公式多糖含量與提取率的測定：采用苯酚硫酸法。精密吸取樣品溶液于容量瓶中，并加水稀釋

5、定容。然后精密量取于容量瓶中，加蒸餾水補至，然后再加入的苯酚溶液，搖勻，迅速加入濃硫酸，搖勻后置水浴中加熱，取出置冷水中冷卻，同時用蒸餾水做空白，用分光光度計在波長處測定吸光度。多糖提取率用式（）計算：比色液濃度×比色液體積×稀釋體積×定容體積多糖提取率（）×（）供試樣品體積×實驗樣品質量×提取時間（）圖提取時間對提取率的影響Fig.1 Effects of extraction time onextraction rate由圖可知，隨著加熱時間的延長可以促進多糖的溶解，后提取率基本保持不變。但加熱時間若過長，能耗明顯要增加，而且多糖

6、可能要發(fā)生水解，從節(jié)約能源、減少生產周期考慮，提取時間在左右為宜。提取溫度對艾葉多糖提取率的影響提取時間是影響艾葉多糖提取率的重要因素，且影響成本。固定乙醇在下回流，提取次，固定料水比：，水浸取時間，分別在、下提取，結果見圖。提取率（）式中：比色液濃度單位為；比色液體積為；稀釋體積為；定容體積為；供試樣品體積為；實驗樣品質量為左右。多糖提取工藝流程艾葉干燥粉碎（過目篩）濃度乙醇回流濾渣蒸餾水回流抽濾得濾液定容測定多糖含量提取工藝主要步驟精確稱取艾葉粉約置于圓底燒瓶中，加入一定體積的乙醇回流，過濾，再向濾渣中加入一定量的蒸餾水，在一定溫度下回流一定時間，濾液于容量瓶中定容后取試液定容在容量瓶中。

7、精密移取按上述方法測定樣品吸光度，計算多糖含量。結果與分析單因素試驗提取溫度（）圖提取溫度對多糖提取率的影響Fig.2 Effects of temperatures on extractionrate由圖可知，隨溫度的升高，多糖提取率不斷增加，到達基本不再增加，趨于平緩，溫度在、無明顯差異，從得到的多糖溶液還發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，多糖色澤加深，考慮到高溫可能對多糖的結構與活性有一定影響，溫度過高多糖易產生降解，而且溫度過高，水分容易揮發(fā)，給操作帶來不便，所以選擇作為提取的最佳溫度。料水比對艾葉多糖提取率的影響料水比對提取率具有重要影響，水量多有利于多糖的擴散傳質，但水量過多增加蒸發(fā)處理的困難

8、。固定乙醇在回流，提取次，固定水浸提溫度、水浸提時間，料水比分別?。?、：、：、：、：進行試驗，試驗結果見圖。由圖可知，隨著加水量的增大，提取量緩慢增大，但到達：時基本達到最大，但加水量到達一定的程度后，提取率基本保持恒定，所以料水比以：左右為宜。提取時間對艾葉多糖提取率的影響艾葉中含單糖、雙糖、低聚糖、苷類、生物堿、氨基酸及醇溶性蛋白質等物質，由于多糖溶于水而不溶于高濃度乙醇，根據此原理先用的乙醇回流，來除去單糖、低聚糖等對多糖提取率有影響的物質，然后用蒸餾水提取多糖。固定濃度乙醇在回流，提取次，固定水浸取溫度為，料水比：，分別提取、，結果見圖。116 2009, Vol. 30, No. 0

9、2食品科學表響應面試驗設計及數(shù)據處理工藝技術提取率（）：料水比（）圖料水比對提取率的影響Fig.3 Effects of ratio of material to water on extraction rate：試驗號Table 2 Program and results of RSA test提取率（）提取次數(shù)對艾葉多糖提取率的影響提取次數(shù)決定操作成本，操作次數(shù)越多，成本越高，且工藝用水量大。固定乙醇在回流，提取次，固定水浸取溫度為，料水比：，分別提取次，結果見圖。提取率（）提取次數(shù)（次）圖提取次數(shù)對提取率的影響Fig.4 Effectsof extraction times on ext

10、raction rate表提取回歸分析結果Table 3 Results of extraction regression analysis方差來源自由度平方和均方值值（）顯著性由圖可知，提取次數(shù)的增多能增加提取總量，在提取一次后，殘渣中多糖含量明顯降低，提取次已接近于零，但從節(jié)省能耗、減少操作工序以及縮短生產周期考慮，提取次數(shù)取次為宜。響應面法優(yōu)化提取工藝條件根據的中心組合試驗設計原理，綜合單因素影響試驗結果，選取提取溫度、料水比、提取時間對艾葉多糖提取率影響顯著的三個因素，在單因素試驗的基礎上采用三因素三水平的響應面分析方法進行試驗設計，分析因素與設計見表。表響應面試驗因素水平表Table

11、 1 Factors and levels of RAS test因素溫度（）時間（）料水比（）水平：回歸誤差總和注：差異極顯著（）。所得多糖提取率的平均值為響應值（），試驗設計與試驗結果見表（其中個試驗中，是析因試驗，是中心試驗，用來估計試驗誤差）。采用軟件處理得響應面分析結果見圖。采用程序對響應值與各因素進行回歸擬合后，得到回歸方程：回歸方程中各變量對指標（響應值）影響的顯著性，由檢驗來判定，概率（）的值越小，則相應變量的顯著程度越高。由表可以看出，各因素中一次項、是極顯著的，二次項、也是極顯著的，其次是交互項、也是極顯著的，由此可見，各具體試驗因素對響應值的影響不是簡單的線性關系。由表可

12、以看出，回歸方程也是極顯著的，相關系數(shù)，說明響應值（提取率）對提取溫度、提取時間、料水比作如下變換：（），（），（），以三次試驗工藝技術食品科學2009, Vol. 30, No. 02117圖Z=f(X1,X2)的響應面與等值線Fig.5 Responsive surface plot and contour plot Z=f(X1,X2)圖Z=f(X2,X3)的響應面與等值線Fig.7 Response surface plot and contour plot of Z=f(X2,X3)的變化有來源于所選變量，即提取溫度、提取時間和料水比。因此，回歸方程可以較好地描述各因素與響應值之間的

13、真實關系，可以利用該回歸方程確定最佳提取工藝條件。對回歸方程取一階偏導數(shù)等于零，整理可得如下三式：（）（）（）式（）、（）、（）聯(lián)立方程組，解得，代入前述的變換公式得到提取溫度，料水比：，提取時間，但考慮到實際操作的便利，將艾葉多糖的最佳提取條件工藝修正為提取溫度，料水比：，提取時間，提取次數(shù)次。在此修正條件下，實際測得提取率為，回歸模型預測提取率理論值可達，實際測定值比理論預測值低。說明該數(shù)學模型能很好的預測各因素同提圖Z=f(X1,X3)的響應面與等值線Fig.6 Response surface plot and contour plot of Z=f(X1,X3)取率之間的關系。結論通

14、過單因素試驗設計，以及在此基礎上通過三因素三水平響應面法試驗，建立了響應值與各因素之間的數(shù)學模型，依此模型可以預測理論提取率。根據此二次118 2009, Vol. 30, No. 02食品科學添加劑，（）：工藝技術回歸模型，確定艾葉多糖的提取最佳工藝參數(shù)：料水比：，浸提溫度，浸提時間，浸提次。按照此工藝條件提取艾葉多糖的提取率較高，艾葉多糖的實際一次提取率可達。建立的數(shù)學模型能很好的預測各因素同提取率之間的關系。參考文獻：周峰，秦路平，連佳芳，等艾葉的化學成分、生物活性和植物資源藥學實踐雜志，（）：宋洪濤，郭濤，宓鶴鳴天然藥物中的抗氧化劑中草藥，（）：陳福君，盧軍，張永煜桑的藥理研究（）桑葉降血糖有效組分對糖尿病動物糖代謝的影響沈陽藥科大學學報，（）：楊文雄，高彥祥響應面法及其在食品工業(yè)中的應用中國食品李亞娜，林永成，佘志剛響應面分析法優(yōu)化羊棲菜多糖的提取工藝華南理工大學學報：自然科學版，（