響應面法優化超聲輔助提取桃膠多糖的工藝研究

何宇城，俞錳錳，韋艷雪，王 超，付 晨，陳豪羿，梅高翔，辛振麒，馬國榮，袁建鋒

（1. 浙江師范大學行知學院，浙江金華 321004；2. 浙江蘭溪錦榮生物科技股份有限公司，浙江金華 321004）

桃膠別名桃樹膠。桃、李等薔薇科植物的樹干受外力割傷，或者被微生物感染后，傷口處分泌的膠質物即為桃膠。新鮮的桃膠顏色為淺紅色或者淺黃色，呈半透明狀。桃膠干燥后質地由膠質變為質地堅硬的固體，使用工具切割，可見切割面有光澤感[1]。桃膠中含有大量多糖，主要組成有鼠李糖、半乳糖、α - 葡萄糖醛酸等[2]，中醫認為其具備益氣、活血、止渴之功效，也能降低血脂[3]。隨著研究的不斷深入，桃膠目前在化妝品、印染、化工、食品、醫藥等領域已有應用[4]。

多糖的提取主要有溶劑提取法[5]、微波輔助提取法[6]、酶輔助提取法[7]、雙水相提取法[8]、超聲波輔助提取法[9]、超濾法[10]、高壓脈沖法[11]等方法。超聲波提取法是利用超聲波產生的機械振動，破碎桃膠的細胞壁和細胞膜，在短時間內使其多糖擴散到溶劑中。故采用超聲波輔助提取桃膠多糖，通過響應面法確定其最佳工藝條件，以期為桃膠多糖提取產業化提供一定理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

桃膠，購自浙江金華磐安；3,5 -二硝基水楊酸、氫氧化鈉、苯酚、亞硫酸氫鈉、葡萄糖，國藥集團化學試劑有限公司提供。

JY92-ⅡN 超聲波細胞粉碎儀弄，寧波新芝生物科技股份有限公司產品；料理機，美的集團股份有限公司產品；Eppendorf centrifuge5810 R 型離心機，德國艾本德股份公司產品。

1.2 標準曲線的繪制

準確稱取100 mg 葡萄糖，加蒸餾水溶解，轉移至100 mL 容量瓶中，定容至刻度；將其稀釋，得到葡萄糖標準溶液，配置質量濃度分別為0.02，0.04，0.06，0.08，0.10 mg/mL 梯度的葡萄糖待測液。再加入DNS 試劑5 mL，100 ℃下水浴反應5 min，冷卻后定容至25 mL，用分光光度計測定波長540 nm 處的吸光度。

1.3 桃膠的預處理

用料理機將購自浙江金華磐安的桃膠打成粉末，用80 目篩過濾，得到桃膠粉末。

1.4 桃膠多糖的提取

用蒸餾水按一定的料液比溶解桃膠粉末，在不同的超聲功率下提取相應時間，離心得到上清液，加入6 mol/L 鹽酸，沸水浴條件下加熱1 h。冷卻后加蒸餾水稀釋，并且加入氫氧化鈉稀釋成中性，得桃膠多糖稀釋液。

1.5 單因素試驗

為獲得桃膠多糖提取的最佳工藝，考查不同料液 比（1 ∶100，1 ∶150，1 ∶200，1 ∶250，1 ∶300）、超聲功率（125，150，175，200，225 W）、提取時間（10，15，20，25，30 min） 對桃膠多糖得率的影響。

1.6 響應面試驗

選取單因素試驗中3 個最優水平，構建三因素三水平響應面，優化桃膠多糖提取工藝。

1.7 樣品多糖含量測定

運用上述DNS 法，將提取液重復測定3 次，取3 次測得吸光度的平均值，然后代入線性方程計算出多糖的含量。

2 結果與分析

2.1 標準曲線的測定

葡萄糖質量濃度為橫坐標、吸光度為縱坐標，得到方程Y=9.39X-0.037 6，R2=0.999。結果表明當葡萄糖質量濃度為0.02~0.10 mg/mL 時，與吸光度線性關系較好。

葡萄糖標準曲線見圖1。

圖1 葡萄糖標準曲線

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 料液比對桃膠多糖得率的影響

料液比對桃膠多糖得率的影響見圖2。

圖2 料液比對桃膠多糖得率的影響

在提取功率200 W，提取時間15 min 的條件下，由圖2 可知，逐步增加料液比，桃膠多糖得率不斷提高，在料液比為1∶200 時，桃膠多糖得率最高。進一步增加料液比，桃膠多糖得率下降。可能是過多的溶劑分散了超聲波對桃膠粉末的作用[12]。試驗選取料液比1∶150，1∶200，1∶250（g∶mL） 進行響應面優化分析。

2.2.2 超聲功率對桃膠多糖得率的影響

超聲功率對桃膠多糖得率的影響見圖3。

圖3 超聲功率對桃膠多糖得率的影響

在料液比1∶200，提取時間15 min 的條件下，由圖3 可知，超聲功率為125~175 W，多糖得率隨著超聲功率的增加而增加，功率大于175 W 時，多糖得率略有下降。超聲波可使細胞壁破壞，利于多糖溶出，但當超聲功率過高時，可能會引起局部溫度過高，導致多糖結構被破壞，得率下降[13]。試驗選取超聲功率150，175，200 W 進行響應面優化分析。

2.2.3 提取時間對桃膠多糖得率的影響

提取時間對桃膠多糖收率的影響見圖4。

圖4 提取時間對桃膠多糖收率的影響

在料液比1∶200，提取功率200 W 的條件下，由圖4 可知，在10~20 min 時，多糖得率隨著時間的增加而增加，20 min 后得率下降。可能是因為過長時間的超聲會破壞多糖分子結構，導致得率下降。試驗選取提取時間15，20，25 min 進行響應面優化分析。

2.3 響應面法優化桃膠多糖的提取工藝

Box-behnken 中心組合試驗因素與水平設計見表1，響應面試驗設計與方差分析見表2。

表1 Box-behnken 中心組合試驗因素與水平設計

表2 響應面試驗設計與方差分析

對表3 試驗數據進行分析，得到二次多項回歸模型為：

二次模型的方差分析見表3。

表3 二次模型的方差分析

此模型的p值＜0.01，具有顯著性差異，說明該多項式數學模型對試驗擬合度較好。A2對得率有顯著性影響，C2對得率有極顯著影響。桃膠多糖得率受提取時間的影響最大，其次是料液比，最后是提取功率。

料液比和超聲功率對多糖得率的影響見圖5，料液比和超聲時間對多糖得率的影響見圖6，超聲功率和超聲時間對多糖得率的影響見圖7。

圖5 料液比和超聲功率對多糖得率的影響

圖6 料液比和超聲時間對多糖得率的影響

圖7 超聲功率和超聲時間對多糖得率的影響

通過Design Expert 8.0.6 軟件對響應面數據進行優化，得到最佳工藝為料液比1∶203.5，超聲功率181 W，時間20.35 min 時，理論得率可達到83.97%。

3 驗證試驗

為檢驗響應面模型是否擬合較好，設置料液比1∶203.5，超聲功率181 W，超聲時間20.35 min 試驗組，進行3 次平行試驗，測得桃膠多糖得率為83.94%，與理論值較為接近，說明響應面模型擬合度較高。

4 結論

以桃膠粉碎后的粉末為原料，通過3 個不同的因素（料液比、超聲功率和超聲時間） 來進行響應面法的優化，最終得到了桃膠多糖提取工藝參數為料液比1∶203.5，超聲功率181 W，超聲時間20.35 min時，實際桃膠多糖得率可達到83.94%，為桃膠多糖提取工藝提供理論基礎。