響應曲面法優化超聲-輔助提取玉米須多糖的工藝研究

侯敏娜 李永梅 辛 新

(陜西國際商貿學院，咸陽，712046)

響應曲面法優化超聲-輔助提取玉米須多糖的工藝研究

侯敏娜 李永梅 辛 新

(陜西國際商貿學院，咸陽，712046)

目的：利用響應曲面法優化超聲-輔助提取玉米須多糖的工藝條件。方法：在單因素實驗的基礎上，選取超聲時間、超聲溫度、料液比為自變量，以葡萄糖為對照品，以多糖得率為響應值，應用中心組合設計實驗方法，研究各自變量及其交互作用對多糖得率的影響，建立二次多項回歸方程的數學模型。結果：實驗研究表明，超聲時間對玉米須多糖提取率的影響比較顯著。結論：最終優選的超聲波提取玉米須多糖工藝為：超聲時間32.94 min，超聲溫度60.17 ℃，料液比1∶24.79，在此條件下，玉米須多糖提取率的理論值為5.5318%。

玉米須；多糖；提取；響應曲面法

玉米須(Corn Silk，SM)是禾本科作物玉米(Zea mays L)的花柱和柱頭，來源北、中、南美洲。植被高壯，莖粗大，挺直。玉米須是我國傳統的中藥材，在全國各地都有生產，其性平，味甘、淡。對于許多的疾病具有治療作用，據臨床研究證明玉米須多糖具有解熱利膽[1]、抗菌作用[2]、抗痛風、抗腫瘤[3]、調節血脂、調節免疫[4-6]等方面的藥理作用。我國玉米玉米須中多糖含量較高，有廣闊的研究與開發前景，將會產生巨大的經濟效益和社會效益。超聲波對細胞膜進行破壞是使用了超聲的空化作用，在超聲波的不斷搖晃中使溶質進行擴散，并且超聲波會使水溫升高并對原料有水浴作用。超聲波提取速度快，時間短，收益高。

響應曲面法(Response Surface Methodology，簡稱RSM)又稱回歸設計，可以運用函數的面進行分析，討論因子與因子之間，響應值與因子之間的相互關系，并進行優化。最后能給出響應值與因素之間的回歸方程以及因素的最佳組合。響應曲面法與正交設計法和均勻設計法比較，既保留了正交設計和均勻設計實驗次數少的優點，又具有直觀、高效、方便以及可在短時間內對所選試驗參數進行全面的研究等特點。所以該方法的實驗結果具有一定的使用價值和參考價值。

本文是采用了響應曲面法對超聲波提取玉米須多糖的工藝進行優化，提高玉米須多糖的得率。

1 儀器與試藥

1.1 儀器 KQ5200DE超聲波(昆山市超聲儀器有限公司)、粉碎機(天津鑫博得儀器有限公司)、TGL-15B離心機(上海安平科學儀器廠)、TU-1810紫外分光光度計(上海長城制造有限公司)、YP20002電子天平(上海越平科學儀器有限公司)、HH-2電熱恒溫水浴鍋(北京科偉永興儀器有限公司)等。

1.2 試劑 葡萄糖標準品(中國藥品生物制品鑒定所，批號：2014041)、濃硫酸(天津化學試劑研究所)、苯酚(鄭州化學試劑生產廠)、無水乙醇(上海紅巖試劑廠)等，試劑均為分析純。

1.3 分析樣品 玉米須(購于陜西盛興飲片廠，經我院生藥教研室雷國蓮教授鑒定為Zea mays L)。

2 方法與結果

2.1 供試品溶液制備 精確稱取經干燥、粉碎后過60目篩的玉米須粉2.00 g，置于錐形瓶中，加入50 mL中性純水浸泡1 h，超聲30 min，過濾、離心，取上清液進行醇化處理，將醇化過后的物質吸取3.5 mL放于100 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻,即為供試品溶液。

2.2 葡萄糖標準曲線的繪制 精密移取0.1 mg/mL葡萄糖標準溶液0.02 mL、0.04 mL、0.06 mL、0.08 mL、0.1 mL、0.12 mL，分別置具塞試管中，加蒸餾水，使體積至1.0 mL，再加5%苯酚溶液1.0 mL，搖勻，迅速滴加濃硫酸5.0 mL，置沸水中水浴30 min；另以蒸餾水為空白，制備空白對照液。取出后冰水浴至室溫后于490 nm處檢測其吸光度(A)。以濃度(C)對A進行線性回歸。得到回歸方程為：C=7.594A-0.049，R2=0.9950。其結果如圖1。

2.3 單因素考察[7]超聲波提取玉米須多糖的影響因素主要包括超聲時間、超聲溫度、超聲功率、料液比、乙醇濃度、pH值等。而本文的考察超聲時間、超聲溫度和料液比這3個因素。

2.3.1 超聲時間的影響 精確稱取經干燥、粉碎后過60目篩的玉米須粉5份，各2.00 g，置于10 mL的具塞錐形瓶中，分別加水50 mL浸泡，之后放于超聲波中進行超聲，超聲溫度為60 ℃，超聲功率為70 W，超聲時間分別為20 min、25 min、30 min、35 min、40 min，考察超聲時間對其提取率的影響。見圖2。

由圖2可知，在20～30 min中內，隨著時間的增加，提取率也增加，但隨著時間繼續增加，提取率開始降低，這是因為隨著時間的增加，部分多糖發生了降解。則表明玉米須多糖提取率并不會隨著時間的增加而無限增加，而是在30 min時到達了最高值。

2.3.2 料液比對玉米須多糖提取的影響 精確稱取經干燥、粉碎后過60目篩的玉米須粉5份，各2.00 g，置于10 mL的具塞錐形瓶中，分別加水30 mL、40 mL、50 mL、60 mL、70 mL后浸泡，之后放于超聲波中進行超聲，超聲溫度為60 ℃，超聲時間為30 min，超聲功率70 W。考察料液比對玉米須多糖提取率的影響。見圖3。

圖2 超聲時間對玉米須多糖提取率的影響

圖3 料液比對玉米須多糖提取的影響

由圖3可知，玉米須提取率隨著料液比的增加呈上升趨勢之后有個最高點既是1∶25，當料液比超過這個點時提取率開始隨著料液比的增加而降低。這是由于料液比增大，玉米須細胞內外的多糖濃度差增大，多糖侵出量增加，則提取率就變大，但因為玉米須本身干燥易吸水，料液比過高會影響多糖的提取。

2.3.3 超聲溫度對玉米須多糖提取的影響 精確稱取經干燥、粉碎后過60目篩的玉米須粉5份，各2.00 g，置于10 mL的具塞錐形瓶中，分別加水50 mL浸泡，之后放于超聲波中進行超聲，超聲時間為30 min，超聲功率為70 W，超聲溫度分別為50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃。考察超聲時間對玉米須多糖提取率的影響。見圖4。

圖4 超聲溫度對玉米須多糖提取的影響

由圖4可知，在溫度為60 ℃時，玉米須提取率達到最大值，在50～60 ℃時隨著溫度的升高而逐漸增大，當溫度超過60 ℃后再不斷的增加時，提取率開始下降了，這是因為溫度過低時多糖的溶解度不大，而在溫度過高時可能會有多糖發生水解則這時的提取率也不高，所以超聲提取溫度并不是越高就越好。

2.4 響應曲面優化[8-10]

2.4.1 響應曲面優選分析 在單因素的實驗基礎上，根據Box-Behnken的設計原理，選擇超聲時間、超聲溫度以及料液比為實驗的影響因素，以玉米須多糖提取率為響應值，采用三因素三水平進行實驗結果分析。

表1 因素水平表

在單因素的實驗基礎上，根據因素水平表1,按照響應曲面Box-Behnken的設計原理，共有17組實驗，其實驗結果如下表2、表3。

通過Design-Expert7.1.3軟件對所得數據進行多元回歸擬合，得到玉米須多糖提取率對超聲溫度(X1),超聲時間(X2),料液比(X3)的二次多元回歸方程是：

Y=-173.899 26+4.560 31X1+1.545 88X2+1.360 68X3-9.522 00E-003X1X2+7.051 00E-003X1X3-0.0133 05X2X3-0.036 740X12-9.762 40EX22-0.0271 63X32

由表3可知，回歸方程的R2=0.941 2，表明實驗值與預測值有很好的擬合度。且失擬項不顯著,表明方程的模擬比較好，可以采用這種方法對玉米須多糖提取工藝進行預測和分析。從回歸方程顯著性檢查結果顯示：回歸方程的一次項中，時間(X2)對玉米須多糖提取率的影響顯著，而溫度以及料液比的一次項均不顯著；在交互項中，只有時間和料液比(X2X3)的交互項具有顯著性，其他無顯著性；二次項中，溫度(X12)具有極其顯著性，料液比(X32)具有高度顯著性，時間的二次項無顯著性。在各個因素的水平中，對玉米須多糖提取率影響結果由大到小的順序為超聲時間(X2)>超聲溫度(X1)>料液比(X3)。

2.4.2 響應曲面圖譜與分析 圖5為超聲時間和超聲溫度對玉米須多糖提取率的響應曲面圖，由圖可以看出時間的坡面比溫度的陡，則是表示超聲時間的二次項對玉米須多糖提取率具有明顯的影響，而超聲溫度對其的影響較小。等高線圖趨于橢圓，但不明顯，說明兩者的交互項對提取率的影響不顯著。據圖5可以確定兩因素最佳參數范圍：超聲時間30～35 min,超聲溫度為58～62 ℃。在此范圍內玉米須多糖的提取率最大。

表2 實驗設計及實驗結果[例(%)]

表3 方差分析表

注：*P<0.05顯著**P<0.01高度顯著***P<0.001極其顯著

圖6是料液比和超聲溫度對玉米須多糖提取率的響應曲面圖，由圖可以得出當超聲時間一定時，玉米須多糖提取率都是隨著料液比和超聲溫度的增加都是呈現先增加后降低的趨勢。且溫度的坡面較料液比的陡，則是其提取率受溫度二次項的影響較料液比的大。等高線圖為圓形，說明提取溫度和料液比的交互項對提取率無影響。由圖6可以確定最佳參數范圍：溫度58～62 ℃，料液比1∶23～1∶27。在此范圍內的玉米須多糖提取率最大，當超過則降低。

圖7為超聲時間和料液比對玉米須多糖提取率的響應曲面圖，由圖可是看出超聲時間和料液比的坡面都較陡，則說明他們的二次項對玉米須多糖得率的影響都比較顯著。等高線趨于橢圓，說明提取時間與料液比的交互項對玉米須多糖提取率的影響具有顯著性。據圖7可以確定兩因素的最佳參數范圍：料液比1∶23～1∶27，時間31～34 min。

圖5 超聲時間與超聲溫度的響應曲面圖和等高線圖

圖6 溫度與料液比的響應曲面圖和等高線圖

圖7 超聲時間與料液比的響應曲面圖和等高線圖

根據實驗設計所得出的結果以及二次回歸模型的數學分析結果，使用Design-Expert 7.1.3軟件計算可得到超聲波提取玉米須多糖的最優工藝為：時間32.94 min，超聲溫度60.17 ℃，料液比1∶24.79，在此條件下，玉米須多糖提取率的理論值為5.625 3%。

為了驗證響應曲面法所得結果以及其可實施性，通過實驗對優化后最佳工藝的提取條件進行確定。需要修改提取工藝的參數而達到方便的操作：最終工藝條件調整為：時間33 min，超聲溫度60 ℃，料液比1∶25。在此條件做3次平行實驗，得到玉米須多糖的平均提取率為5.531 8%。本次實驗研究為進一步有效、合理利用玉米須資源提供參考依據，同時也為當地農民的收入產生了一定的附加值。

[1]胡瑛瑛,樓肖成,郭勇,等.玉米須多糖的研究進展[J].安徽農學通報,2009,15(8):36-37.

[2]張育光.玉米須化學成分、藥理作用及其應用研究進展[J].中國中醫藥現代遠程教育,2007，5(2):34-35.

[3]周鴻立,張艷,金海甲,等.玉米須多糖藥理作用及提取純化研究進展[J].吉林化工學院學報,2009，26(1)：23-26.

[4]魯彥,吳紹宇,姚嵩坡,等.玉米須對老年小鼠細胞免疫功能的影響[J].中國老年學雜志,2005，25(11):1387-1388.

[5]祝麗玲,魯彥,陳光,等.玉米須對老年小鼠脾臟免疫細胞功能影響的實驗研究[J].中國老年學雜志,2005,25(6):704-706.

[6]鄭鴻雁,閔偉紅,昌有權,等.玉米須多糖調節免疫功能研究[J].食品科學,2004,25(10):291-293.

[7]應奇才,華啟洪.玉米須多糖提取工藝條件優化[J].中國生化藥物雜志,2004,27(4):233-236.

[8]孟憲軍,李冬男,汪艷群,等.響應曲面法優選五味子多糖的提取工藝[J].食品科學,2010,13(4):111-115.

[9]徐衛東,王佩香,歐陽臻,等.響應曲面法優化桑枝多糖提取工藝[J].中國藥房,2011,22(43):4064-4067.

[10]彭雪萍,李星科,馬路遙,等.響應曲面法優化灰棗多糖的提取工藝[J].食品研究與開發,2013,34(8):44-47.

(2016-07-14收稿 責任編輯：張文婷)

“國風養心杯”有獎征文通知

為了更好的交流養心氏片臨床使用經驗，為臨床醫生提供一個交流學術平臺，《世界中醫藥》編輯委員會與上海醫藥集團青島國風藥業股份有限公司決定自2016年5月1日起，共同舉辦“國風養心杯”有獎征文活動，征文具體要求如下：

征文內容：1.養心氏片臨床療效觀察：

例如：養心氏片在改善穩定性冠心病及PCI術后心功能不全體征及癥狀，心律失常、糖尿病等相關并發癥，圍絕經期綜合征，軀體癥狀障礙等臨床療效觀察。

2.同類產品比較應用的研究總結。

征文要求：1.論文具有創新性和科學性，論點鮮明、論證充分、邏輯嚴謹、結果真實可靠，5000字以內為宜，未公開發表及未在全國性會議上交流過。

2.論文請按“題目、姓名、作者單位、郵編、摘要、關鍵詞(以上中英文)，正文、參考文獻”的順序排列。如多名作者，請在姓名右上角標明第一作者、第二作者及第三作者的數字序號，每篇論文作者一般不超過5人。

3.論文摘要為300～400字，包括“研究目的、方法、結果、結論”四部分簡要內容。

4.論文后可附參考文獻，書寫格式如：

①(書)作者姓名、書名、出版社名、出版年月、頁碼；

②(期刊)作者姓名、文章名、期刊名、年份、卷(期)、頁碼。

5.論文標題下請注明作者姓名、職稱、工作單位、聯系方式、郵箱及郵編。參選者請保留底稿。

稿件評審：本次活動的所有征文均由《世界中醫藥》雜志編輯部組織專家進行審閱并評選出優秀論文，獲獎者均可獲得一定的獎勵。獲獎文章將在2016-2017年《世界中醫藥》雜志正式發表，刊發前將專函通知獲獎論文的第一作者，如有其他發表需求請電函。上海醫藥集團青島國風藥業股份有限公司將保留上述活動的解釋權利，并擁有對來稿的處理權和各種媒體的使用權。

投稿方式：所有論文請以Microsoft

Word電子文件形式，發至growfulmkt@163.com，并注明“養心氏片有獎征文”字樣；或致電：0532-86058972，18660222858。

聯系人：劉先生。

截至時間：2017年12月31日(以電子郵箱收到日期為準)；所有征文恕不退稿，請自留底稿。

凡參加本項活動的第一作者均可獲得上海醫藥集團青島國風藥業股份有限公司贈送的精美紀念品。

歡迎廣大臨床醫生踴躍參加本項活動！

Optimization of Ultrasonic Assisted Extraction of Polysaccharides from Corn Silk by Response Surface Methodology

Hou Minna, Li Yongmei, Xin Xin

(ShaanxiInstituteofInternationalTrade&Commerce,Xianyang712046,China)

Objective:To optimize the processing conditions of corn silk polysaccharide by ultrasonic assisted surface methodology.Methods:To build a mathematical model of two multinomial regression equation on the basis of single factor experiment.While taking ultrasonic time, ultrasonic temperature, material to liquid ratio as independent variables, and glucose as control and the yield of polysaccharide response value, to study the effects of variables on each other and their effect on the extraction of polysaccharide.Results:Ultrasonic time has strong effect on the extraction rate of corn silk polysaccharides.Conclusion:The final optimization of ultrasonic extraction of corn silk polysaccharide processing is set to be:ultrasonic time 32.94 min, ultrasonic temperature 60.17 ℃, the ratio of material to liquid 1:24.79, and under this condition, the theoretical extraction rate of the theoretical value is 5.5318%.

Corn silk; Polysaccharide; Extraction; Response Surface Methodology

陜西省教育廳(15jk2007)；陜西國際商貿學院科研項目(SMXY201505) 作者簡介:侯敏娜(1981.12—)，女，碩士研究生，講師，研究方向：中草藥中活性物質研究，E-mail：276149134@qq.com

R284.2

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2017.08.050