響應面法優化刺五加多糖提取工藝的研究①

沈 宇，趙宏博，張 宇，張羽男，王 雪

(1. 佳木斯大學藥學院，黑龍江 佳木斯 154007；2. 佳木斯大學康復醫學院，黑龍江 佳木斯 154003)

響應面法優化刺五加多糖提取工藝的研究①

沈 宇1，趙宏博2，張 宇1，張羽男1，王 雪1

(1. 佳木斯大學藥學院，黑龍江 佳木斯 154007；2. 佳木斯大學康復醫學院，黑龍江 佳木斯 154003)

目的：篩選刺五加多糖的最佳提取部位并優化刺五加多糖的提取工藝。方法：采用水提醇沉法提取刺五加的根莖、葉、果實三個部位中的多糖，并進行多糖提取率和含量的對比，確定最佳提取部位。在單因素試驗基礎上通過Box-Behnken中心組合設計試驗和響應面分析方法，考察提取時間、提取溫度、醇沉濃度、料液比對刺五加多糖提取率的影響。結果：刺五加根莖、葉、果實的多糖提取率分別為2.986%、5.088%、11.97%，多糖含量分別為26.91%、33.97%、27.32%。響應面法優化的刺五加多糖提取的最佳工藝條件：當提取時間為116min，提取溫度為95℃，醇沉濃度為85% ，料液比為31:1時，刺五加多糖的提取率最高為13.21%。結論：通過試驗得出，刺五加果實是刺五加多糖的最佳提取部位。響應面法對刺五加多糖的提取工藝參數優化具有可行性，優選出來的最佳提取工藝穩定。

響應面法；刺五加多糖；提取工藝

刺五加(Acanthopanaxsenticosus)系五加科植物，商品名為五加參，其根、莖、葉均可入藥，具有祛風除濕、舒筋活血、益氣健脾、補腎安神之功效[1]。刺五加多糖是刺五加中的有效成分之一，具有免疫調節、抗腫瘤、抗衰老等藥理作用[2]。本實驗首先對刺五加三個提取部位的多糖提取率和含量進行對比，然后再采用響應面分析法對刺五加多糖提取工藝進行優化，基本解決刺五加多糖提取率較低的問題，為人們進一步開發利用刺五加多糖奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 藥品與試劑

刺五加根莖、刺五加果、刺五加葉(佳木斯民生藥行)；苯酚(天津凱通化學試劑有限公司)；濃硫酸(天津科密歐化學試劑有限公司)；葡萄糖標準品(天津科密歐化學有限公司)；95%乙醇(天津凱通化學試劑有限公司)。

1.1.2 儀器

KDM可調控溫電熱套(山東鄄城華魯電熱儀器有限公司)；FA2004N型電子分析天平(上海恒平科學儀器有限公司)；DZF-6050型真空干燥箱(上海恒平科學儀器有限公司)；DL-5-B低速大容量離心機(上海安亭科學儀器廠)；HH-2電子恒溫水浴鍋(蘇州威爾實驗用品有限公司)；RE-52A型旋轉蒸發儀(上海亞榮生化儀器廠)；FW80型高速萬能試樣粉碎機(河北省黃驊市新興電器廠)；757型紫外可見分光光度計(上海精密科學儀器有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 刺五加多糖提取部位的篩選

分別取刺五加根莖、果、葉50g，粉碎，各加入1000mL水浸泡過夜，煎煮120min，紗布趁熱過濾，將濾液濃縮至200mL，冷卻至室溫，加入95%的乙醇，醇濃度調至75%，低溫靜置24h，3000r/min離心15min，取沉淀，常溫干燥至無醇味，分別得到刺五加根莖多糖、刺五加果多糖和刺五加葉多糖。稱重，計算提取率。

1.2.2 多糖提取的單因素實驗

取干燥刺五加果實，粉碎，適量水浸泡過夜，按照表1所設定的條件：提取溫度、提取時間、醇沉濃度、料液比這4因素，分別進行單因素試驗考察。

表1 水提醇沉法提取條件因素水平表

1.2.3 響應面分析法優化提取工藝

結合單因素試驗結果，選取提取時間、提取溫度、醇沉濃度和料液比作為影響刺五加多糖提取率的關鍵因素。利用Design-Expert.V8.0.6.1 軟件，采用中心組合試驗Box-Behnken設計方案，對提取工藝進行響應面分析[3]。分析因素和水平設計，見表2。

表2 正交實驗因素水平及編碼

2 結果

2.1 刺五加各部位多糖的提取

刺五加多糖的提取率及多糖含量，見表3。

表3 刺五加多糖的提取率及多糖含量

由表3可以看出，提取相同質量的刺五加的不同部位所得的多糖提取率和多糖含量有顯著差異，刺五加果實的多糖提取率最高，雖然多糖含量不是最高，但是綜合分析最終確定刺五加多糖的最佳提取部位為果實。

2.2 單因素實驗結果

提取時間對多糖提取率的影響見圖1，提取溫度對多糖提取率的影響見圖2，醇沉濃度對多糖提取率的影響見圖3，料液比對多糖提取率的影響見圖4。

圖1 提取時間對多糖提取率的影響

圖2 提取溫度對多糖提取率的影響

圖3 醇沉濃度對多糖提取率的影響

圖4 料液比對多糖提取率的影響

2.3 響應面分析法優化提取工藝的結果

選取提取時間、提取溫度、醇沉濃度和料液比作為影響刺五加多糖提取率的因素。采用Box-Behnken中心組合試驗設計方案，通過響應曲面法確定刺五加多糖提取的最佳工藝條件。試驗條件和試驗結果見表4。利用Design-Expert.V8.0.6.1 軟件，以表4中刺五加多糖的提取率為響應值，各因素經回歸擬合后，建立多元回歸方程如下，并進行方差分析見表5。

Y=13.05-0.60A+0.53B+0.015C+0.040D-0.13AB-0.42AC-0.010AD-0.48BC+0.32BD-0.017CD-2.16A2-0.68B2-1.13C2-1.00D2

表4 響應曲面試驗設計編碼變量值與結果

表5 回歸模型方差分析

模型的可靠性可從方差分析及相關系數來考察，P<0.05即表示該項指標顯著。結果表明對刺五加多糖提取率所建立的二次多項模型具有顯著性。因而該模型擬合程度比較好，試驗誤差小，可以用此模型對刺五加多糖進行分析和預測。模型方程回歸系數及其顯著性檢驗同樣見表5。結果表明：B、C、D、B2不顯著，A、A2、C2、D2極顯著，交互項AB、AC、AD、BC、BD、CD不顯著。為了更直觀地反映各因素間的相互作用以及各因素對響應值(刺五加多糖)提取率的影響，作響應值對影響因素的三維空間響應面圖，見圖5。

圖5 各因素交互作用的響應面圖

2.4 提取工藝條件的確定

根據Design-Expert.8.05 軟件，采用中心組合試驗Box-Behnken設計方案的計算結果，可得到刺五加多糖提取率的最佳工藝參數與理論產率。

根據提取工藝參數優化的結果，得到刺五加多糖的提取率的最佳工藝參數為：提取時間116min、提取溫度95℃、醇沉濃度85%、料液比31:1，刺五加多糖的提取率預測值為13.21%。刺五加多糖的平均提取率為13.55%與理論產率13.21%接近，表明響應曲面法可以很好地優化刺五加多糖的提取工藝條件。

3 討論

刺五加多糖是刺五加中最有效的成分之一，參與許多生理和病理過程[4，5]。近年來研究表明刺五加多糖具有免疫調節、抗腫瘤、抗衰老等多種藥理作用，越來越受到廣泛的關注[6]。刺五加的根莖多作為刺五加多糖的主要提取部位，但是提取率有限，本文通過三個提取部位的篩選，最終確定了刺五加多糖的最佳提取部位為刺五加果實，為進一步開發利用刺五加的植物資源提供了理論基礎。本文采用了水提醇沉法提取刺五加多糖，此方法與其他方法相比較為經濟，容易操作，儀器設備易得。在傳統水提醇沉法的基礎上，先進行了單因素試驗，然后再采用Box-Behnken設計并運用響應面分析法建立影響因子的多元數學統計矩模型，利用響應曲面法探究提取時間、提取溫度、醇沉濃度和料液比對刺五加多糖提取率的的影響。通過試驗結果分析比較，確定刺五加多糖的最佳提取工藝條件為：提取時間116min、提取溫度95℃、醇沉濃度85%和料液比31:1，在此條件下刺五加多糖提取率可達13.21%。用響應曲面法對刺五加多糖的提取工藝參數優化具有可行性，即精確了傳統提取方法的實驗條件，又確定了最佳提取工藝，優化得到的最佳工藝條件科學可靠，為充分開發和利用刺五加多糖提供了有力的理論依據。

[1]李濱蘭. 刺五加莖葉藥效學研究[J]. 黑龍江醫藥科學, 1999, 22(1):41-42

[2]XiaoLanLi,AiGuoZhou.PreparationofpolysaccharidesfromAcanthopanaxsenticosusanditsinhibitionagainstirradiation-inducedinjuryofrat[J].CarbohydratePolymers, 2007, 67(2):219-226

[3]YaqinXu,FeiCai,ZeyuanYu,etal.Optimisationofpressurisedwaterextractionofpolysaccharidesfromblackcurrantanditsantioxidantactivity[J].FoodChemistry，2016, (194):653-654

[4]Rui-ZhanChen,LiTan,Chen-GuangJina,etal.Extraction,isolation,characterizationandantioxidantactivityofpolysaccharidesfromAstragalusmembranaceus[J].IndustrialCropsandProducts，2015, (77):435-436

[5]樊如強, 傅宏征, 金學英，等. 刺五加有效成分提取工藝考察及不同產地刺五加中有效成分量的比較[J]. 中草藥, 2014, 45(2):260-264

[6]程海濤, 劉德江, 羅志文，等. 藥用植物刺五加資源分布與環境因子的相關性[J]. 黑龍江醫藥科學, 2012, 35(2):8-9

佳木斯大學校級面上項目，編號：S2014-028。

沈宇(1986～)女，黑龍江佳木斯人，碩士，講師。

趙宏博(1986～)男，黑龍江佳木斯人，碩士，主管藥師。E-mail：zhb_jms@163.com。

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1008-0104(2017)03-0075-03

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