響應面法優化超聲波提取北五味子多糖工藝

王秀娟，馬艷梅，商雪嬌，陳曉平，*（.吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林長春08；.黑龍江職業學院，黑龍江雙城50；.長春迪瑞醫療科技股份有限公司，吉林長春00）

響應面法優化超聲波提取北五味子多糖工藝

王秀娟1，馬艷梅2，商雪嬌3，陳曉平1，*
（1.吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林長春130118；2.黑龍江職業學院，黑龍江雙城150111；3.長春迪瑞醫療科技股份有限公司，吉林長春130012）

摘要：采用單因素試驗分析料液比、超聲時間、超聲功率、提取溫度對多糖得率的影響，在單因素試驗基礎上，利用響應面法對五味子多糖提取工藝進行優化。根據中心組合試驗設計原理，采用四因素三水平響應面分析法進行響應面試驗，并對各個因素的顯著性和交互作用進行分析。確定最佳工藝條件為：料液比1∶25（g/mL）、超聲時間40min、超聲功率400W、提取溫度65℃，多糖得率為5.44%。

關鍵詞：北五味子；多糖；響應面法；提取工藝

北五味子主要產于我國的東北部地區，屬木蘭科植物，具有很高的藥用價值和營養價值[1-2]。五味子多糖是從五味子干燥成熟果實中提取出來的含有五味子總多糖的混合物[3]。五味子多糖味道酸、甘、溫，具有補腎寧心、收斂固澀、益氣生津等功效。五味子多糖還具有保肝、抗衰老、抗疲勞、抗腫瘤、提高免疫力、清除自由基、提高荷瘤小鼠超氧化物歧化酶活力、體外有效抑制脂質過氧化、抑制紅細胞溶血和丙二醇（MDA）生成[4-9]等諸多藥理作用。因此，研究北五味子多糖提取的最佳工藝條件，對于新藥和功能性食品的開發具有重要意義。

1　材料與方法

1.1材料、儀器與儀器

葡萄糖、乙醚、無水乙醇、丙酮、濃硫酸、苯酚：均為分析純，北京市化工廠；北五味子：長白山北亞藥業有限公司。

CWF-2501超微粉碎機：鑫業儀器有限公司；PHG-9146A電熱鼓風干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；T6紫外可見分光光度計：安普；RE-52A旋轉蒸發儀：上海亞榮生化儀器廠；GL-21M高速冷凍離心機：湖南星科科學儀器有限公司；JY92-2超聲波細胞粉碎機：長春安普科技有限公司；PHS-25酸度計：上海日島科學儀器有限公司；AUY220電子天平：島津制作所；電熱恒溫水浴鍋：天津市豪斯特分析儀器公司。

1.2方法

1.2.1葡萄糖標準曲線的制作

0.1mg/mL標準液：取1.00mg/mL貯備液10mL置于100mL容量瓶中，稀釋至刻度。

精密量取 0.1 mg/mL標準液 0.0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0m L放入試管中，加蒸餾水補至1mL，分別加入1mL 5%的苯酚溶液，5mL濃硫酸，置沸水浴中加熱15min，取出冷卻至室溫，在490 nm處測定吸光度。以葡萄糖濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制標準曲線[10]。

1.2.2多糖得率的測定

式中：C為標準曲線讀數，mg/m L；D為稀釋倍數；F為稀釋因子；W為五味子質量，mg。

1.2.3單因素試驗

在料液比1∶20（g/mL）、超聲時間10min、超聲功率400W、提取溫度55℃不變的情況下，進行單因素試驗，參考各因素對多糖得率的影響。

1.2.4響應面試驗設計

在單因素試驗基礎上，利用Design-Expert8.0.7.1軟件進行響應面設計。試驗方案見表1。

表1　響應面試驗因素水平表Table 1　Factorsand their coded levels tested in response surface analysis

2　結果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1料液比對多糖得率的影響

在超聲時間10min、超聲功率400W、提取溫度55℃的情況下，考察料液比對多糖得率的影響。結果如圖1。

由圖1可知，料液比為1∶25（g/mL）時，五味子多糖得率最大。隨料液比的增加，多糖得率下降，可能是因為溶劑體積增多使其他雜質溶出，從而抑制多糖溶出。所以選擇最適料液比為1∶25（g/mL）。

圖1　料液比對得率的影響Fig.1　Influence of the ratio of liquid tomaterialon extraction rates

2.1.2超聲時間對五味子多糖得率的影響

在料液比1∶20（g/m L）、超聲功率400W、提取溫度55℃的情況下，考察超聲時間對多糖得率的影響，結果如圖2。

圖2　超聲時間對得率的影響Fig.2　Influenceofultrasonic tim eon extraction rates

由圖2可知，超聲時間為40min時，五味子多糖得率最大。隨時間的延長，多糖得率下降，可能是因為超聲波的機械剪切作用，長時間超聲使大分子多糖斷裂，在后處理過程中損失。所以選擇最適超聲時間為40min。

2.1.3超聲功率對五味子多糖得率的影響

在料液比1∶20（g/mL）、超聲時間10min、提取溫度55℃的情況下，考察超聲功率對多糖得率的影響，結果如圖3。

圖3　超聲波功率對得率的影響Fig.3　Influenceofultrasonic power on extraction rates

由圖3可知，超聲波功率大于500W后，多糖得率增加很少，考慮到經濟性和超聲波功率過高可能使多糖降解，降低多糖活性。所以選擇最適超聲波功率為500W。

2.1.4提取溫度對五味子多糖得率的影響

在料液比1∶20（g/m L）、超聲時間10min、超聲功率400W的情況下，考察提取溫度對多糖得率的影響，結果如圖4。

圖4　提取溫度對得率的影響Fig.4　Influenceofextraciton tem perature on extraction rates

由圖4可知，提取溫度為65℃時，五味子多糖得率最大。隨溫度升高，多糖得率下降，蛋白質等雜質也將增加，給后處理帶來不便。所以選擇最適溫度為65℃。

2.2響應面優化試驗分析

按表1進行響應面試驗，共27個試驗點，其中1號～24號為析因試驗，25號～27號為中心試驗。試驗方案及結果見表2。

表2　響應面試驗設計及結果Table2　Experimentaldesign and results for responsesurfaceanalysis

對試驗結果回歸擬合，得該模型對應的回歸方程為：

Y/%=5.37-0.24X1-0.19X2+0.44X3-0.58X4+ 0.25X1X2+0.048X1X3+0.15X1X4-0.095X2X3+0.26X2X4+ 0.32X3X4-0.97X12-0.95X22-0.38X32-0.64X42（R2=0.976 1）

由Design-Expert8.0.7.1軟件對二次回歸方程進行方差分析，結果見表3。

表3　回歸模型方差分析Table3　Varianceanalysis for the developed regressionmodel

由表3可知，二項式擬合模型方程失擬性（P＞0.05），符合模型要求，回歸模型達到極顯著水平（P＜0.01），說明該方程擬合度良好，可利用該模型分析最佳提取工藝條件。

2.3響應面結果分析

為了考察交互項對多糖得率的影響，在兩個因素固定不變的情況下，對模型進行降維分析，經Design-Expert8.0.7.1軟件處理，根據所得模型經響應面回歸分析，各兩因素交互作用對多糖得率影響的響應面如圖5。

有圖5得出最佳提取條件為：料液比1∶24.09（g/mL）、超聲時間38.18min、超聲功率439.85W、提取溫度60.87℃，在此條件下多糖得率可達到5.62%。在條件可調范圍下即料液比1∶25（g/m L）、超聲時間40min、超聲功率400W、提取溫度65℃，實際多糖得率為5.44%。

3　結論

在單因素試驗基礎上，通過Box-Behnken試驗，建立回歸方程，經響應面回歸分析得到優化組合條件為：料液比1∶25（g/mL）、超聲時間40 min、超聲功率400W、提取溫度65℃，多糖得率為5.44%，模型率預測值為5.37%，實測結果與預測結果相差較小，結果可靠。

圖5　各兩因素交互作用對多糖得率影響的響應面圖Fig.5　Three-dim ensional response surface showing interactiveeffectsof hydrolysisconditionson polysaccharide

參考文獻：

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[3]李曉光,高勤,翁文,等.五味子多糖的研究概況[J].時珍國醫國藥, 2006,27(6):931-932

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[5]陳榮華,吳向陽,仰榴青,等.五味子醇提殘渣中粗多糖的體外抗氧化活性研究[J].時珍國醫國藥,2009,20(6):1512-1513

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[7]黃玲,陳華.五味子多糖對荷瘤小鼠SOD和MDA的影響[J].福建中醫學院學報,2005,15(1):28-29

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[10]胡芳,陳虞蘇.減法提取紅棗多糖的工藝研究[J].臨床醫學,2011, 24(5):2909-2910

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.22.011

收稿日期：2014-06-03

作者簡介：王秀娟（1982—），女（漢），中級實驗師，碩士，主要從事食品生化及功能性食品研究。

*通信作者：陳曉平（1963—），男，教授，博士，主要從事食品生化及功能性食品研究。

Op tim ization of Extraction Technology of Schisandra chinensis Polysaccharide by Response Sur face Methodology

WANGXiu-juan1，MA Yan-mei2，SHANGXue-jiao3，CHENXiao-ping1，*
（1.College of Food Science and Engineering，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，Jilin，China；2.Heilongjiang VocationalCollege，Shuangcheng150111，Heilongjiang，China；3.Changchun DIRUIMedical Technology Co.，Ltd.，Changchun 130012，Jilin，China）

Abstract：Using single factor experiment to analyze the influence of solid-liquid ratio，ultrasonic time，ultrasonic power，extraction temperature on the yield ofpolysaccharide，the response surfacemethod wasused to optimize the extraction processof Schisandrae chinensis polysaccharide on basisof single factor experiment. According to the center combination experimentdesign principle，the experimentof four factorsand three levels of response surfacewas carried out，and the significance and the interactionsof different factorswere analyzed. The optimum technologicalconditionswere determined as follows：material liquid ratio 1∶25（g/m L），ultrasonic time40min，ultrasonic power400W，extraction temperature65℃，and thepolysaccharideyieldwas5.44%.

Keywords：Schisandra chinensis；polysaccharides；response surfacemethod；extraction process