响应面分析法优化艾叶多糖提取工艺研究

1、114 2009, Vol. 30, No. 02食品科学工艺技术响应面分析法优化艾叶多糖提取工艺研究刘军海，黄宝旭，蒋德超（聊城大学化学化工学院，山东聊城）摘要：利用响应面法对艾叶多糖的提取工艺进行优化。在单因素试验基础上选取试验因素与水平，根据中心组合（）试验设计原理采用三因素三水平的响应面分析法，依据回归分析确定各工艺条件的影响因素，以艾叶多糖提取率为响应值作响应面和等高线。在分析各个因素的显著性和交互作用后，得出艾叶多糖浸提的最佳工艺条件为：料水比：、浸提温度、浸提时间、浸提次，艾叶多糖的实际一次提取率可达。关键词：艾叶；多糖；提取；响应面分析Optimization of Extra

2、ction Technique of Polysaccharides from Argy Wormwood Leaves viaResponse Surface Methodology (RSM)，（，）：，：，：；中图分类号：文献标识码：文章编号：（）艾叶（）是中医常用药之一，为菊科植物艾（）的干燥叶，药用历史悠久，始载见于名医别录。有散寒止痛，温经止血的功效，用于少腹冷痛、经寒不调、宫冷不孕、吐血、衄血、崩漏经多、妊娠下血；外治皮肤瘙痒。艾叶中含有黄酮类、多糖类化合物，这些化合物具有较强的抗氧化活性。现代医学研究表明，植物多糖有增强免疫功能和抗感染的作用，还有治疗高胆固醇的作用，且可强化血

3、管和预防动脉硬化、血栓症、心艾叶多糖提取工艺条件进行优化。材料与方法材料与试剂艾叶产于安徽。优质工业酒精、苯酚（）、浓硫酸（）、蔗糖（）。仪器与设备电子天平奥克斯国际贸易上海有限公司；型超级恒温槽上海精宏实验设备有限公司；循环水式多用真空泵郑州长城科工贸有限公司；紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司。方法多糖含量与提取率的测定标准曲线绘制精密称取下干燥至恒重的葡萄糖，置肌梗塞等。因此，开发我国的艾叶资源有十分重要的意义。虽然对艾叶的研究很多，但对艾叶多糖的提取工艺研究较少。响应面分析法（，）是一种优化反应条件和加工工艺参数的有效方法，广泛应用于化学化工、生物工程、食品工业等方面。它与

4、正交试验设计法不同，具有试验周期短，求得的回归方程精度高，能研究几种因素间交互作用等优点。本实验拟在单因素试验的基础上，利用响应面分析法对收稿日期：工艺技术食品科学提取率（）2009, Vol. 30, No. 02115容量瓶中，加水溶解并稀释至刻度，摇匀，配得葡萄糖标准溶液。精密吸取葡萄糖标准溶液、，分别置于容量瓶中，分别加入蒸馏水补至，然后分别再加入苯酚溶液，摇匀，迅速加入浓硫酸，摇匀后置水浴中加热，取出置冷水中冷却，同时用蒸馏水做空白，用分光光度计在波长处测定吸光度，得标准曲线方程：，相关系数。测定方法及公式多糖含量与提取率的测定：采用苯酚硫酸法。精密吸取样品溶液于容量瓶中，并加水稀释

5、定容。然后精密量取于容量瓶中，加蒸馏水补至，然后再加入的苯酚溶液，摇匀，迅速加入浓硫酸，摇匀后置水浴中加热，取出置冷水中冷却，同时用蒸馏水做空白，用分光光度计在波长处测定吸光度。多糖提取率用式（）计算：比色液浓度×比色液体积×稀释体积×定容体积多糖提取率（）×（）供试样品体积×实验样品质量×提取时间（）图提取时间对提取率的影响Fig.1 Effects of extraction time onextraction rate由图可知，随着加热时间的延长可以促进多糖的溶解，后提取率基本保持不变。但加热时间若过长，能耗明显要增加，而且多糖

6、可能要发生水解，从节约能源、减少生产周期考虑，提取时间在左右为宜。提取温度对艾叶多糖提取率的影响提取时间是影响艾叶多糖提取率的重要因素，且影响成本。固定乙醇在下回流，提取次，固定料水比：，水浸取时间，分别在、下提取，结果见图。提取率（）式中：比色液浓度单位为；比色液体积为；稀释体积为；定容体积为；供试样品体积为；实验样品质量为左右。多糖提取工艺流程艾叶干燥粉碎（过目筛）浓度乙醇回流滤渣蒸馏水回流抽滤得滤液定容测定多糖含量提取工艺主要步骤精确称取艾叶粉约置于圆底烧瓶中，加入一定体积的乙醇回流，过滤，再向滤渣中加入一定量的蒸馏水，在一定温度下回流一定时间，滤液于容量瓶中定容后取试液定容在容量瓶中。

7、精密移取按上述方法测定样品吸光度，计算多糖含量。结果与分析单因素试验提取温度（）图提取温度对多糖提取率的影响Fig.2 Effects of temperatures on extractionrate由图可知，随温度的升高，多糖提取率不断增加，到达基本不再增加，趋于平缓，温度在、无明显差异，从得到的多糖溶液还发现，随着温度的升高，多糖色泽加深，考虑到高温可能对多糖的结构与活性有一定影响，温度过高多糖易产生降解，而且温度过高，水分容易挥发，给操作带来不便，所以选择作为提取的最佳温度。料水比对艾叶多糖提取率的影响料水比对提取率具有重要影响，水量多有利于多糖的扩散传质，但水量过多增加蒸发处理的困难

8、。固定乙醇在回流，提取次，固定水浸提温度、水浸提时间，料水比分别取：、：、：、：、：进行试验，试验结果见图。由图可知，随着加水量的增大，提取量缓慢增大，但到达：时基本达到最大，但加水量到达一定的程度后，提取率基本保持恒定，所以料水比以：左右为宜。提取时间对艾叶多糖提取率的影响艾叶中含单糖、双糖、低聚糖、苷类、生物碱、氨基酸及醇溶性蛋白质等物质，由于多糖溶于水而不溶于高浓度乙醇，根据此原理先用的乙醇回流，来除去单糖、低聚糖等对多糖提取率有影响的物质，然后用蒸馏水提取多糖。固定浓度乙醇在回流，提取次，固定水浸取温度为，料水比：，分别提取、，结果见图。116 2009, Vol. 30, No. 0

9、2食品科学表响应面试验设计及数据处理工艺技术提取率（）：料水比（）图料水比对提取率的影响Fig.3 Effects of ratio of material to water on extraction rate：试验号Table 2 Program and results of RSA test提取率（）提取次数对艾叶多糖提取率的影响提取次数决定操作成本，操作次数越多，成本越高，且工艺用水量大。固定乙醇在回流，提取次，固定水浸取温度为，料水比：，分别提取次，结果见图。提取率（）提取次数（次）图提取次数对提取率的影响Fig.4 Effectsof extraction times on ext

10、raction rate表提取回归分析结果Table 3 Results of extraction regression analysis方差来源自由度平方和均方值值（）显著性由图可知，提取次数的增多能增加提取总量，在提取一次后，残渣中多糖含量明显降低，提取次已接近于零，但从节省能耗、减少操作工序以及缩短生产周期考虑，提取次数取次为宜。响应面法优化提取工艺条件根据的中心组合试验设计原理，综合单因素影响试验结果，选取提取温度、料水比、提取时间对艾叶多糖提取率影响显著的三个因素，在单因素试验的基础上采用三因素三水平的响应面分析方法进行试验设计，分析因素与设计见表。表响应面试验因素水平表Table

11、 1 Factors and levels of RAS test因素温度（）时间（）料水比（）水平：回归误差总和注：差异极显著（）。所得多糖提取率的平均值为响应值（），试验设计与试验结果见表（其中个试验中，是析因试验，是中心试验，用来估计试验误差）。采用软件处理得响应面分析结果见图。采用程序对响应值与各因素进行回归拟合后，得到回归方程：回归方程中各变量对指标（响应值）影响的显著性，由检验来判定，概率（）的值越小，则相应变量的显著程度越高。由表可以看出，各因素中一次项、是极显著的，二次项、也是极显著的，其次是交互项、也是极显著的，由此可见，各具体试验因素对响应值的影响不是简单的线性关系。由表可

12、以看出，回归方程也是极显著的，相关系数，说明响应值（提取率）对提取温度、提取时间、料水比作如下变换：（），（），（），以三次试验工艺技术食品科学2009, Vol. 30, No. 02117图Z=f(X1,X2)的响应面与等值线Fig.5 Responsive surface plot and contour plot Z=f(X1,X2)图Z=f(X2,X3)的响应面与等值线Fig.7 Response surface plot and contour plot of Z=f(X2,X3)的变化有来源于所选变量，即提取温度、提取时间和料水比。因此，回归方程可以较好地描述各因素与响应值之间的

13、真实关系，可以利用该回归方程确定最佳提取工艺条件。对回归方程取一阶偏导数等于零，整理可得如下三式：（）（）（）式（）、（）、（）联立方程组，解得，代入前述的变换公式得到提取温度，料水比：，提取时间，但考虑到实际操作的便利，将艾叶多糖的最佳提取条件工艺修正为提取温度，料水比：，提取时间，提取次数次。在此修正条件下，实际测得提取率为，回归模型预测提取率理论值可达，实际测定值比理论预测值低。说明该数学模型能很好的预测各因素同提图Z=f(X1,X3)的响应面与等值线Fig.6 Response surface plot and contour plot of Z=f(X1,X3)取率之间的关系。结论通

14、过单因素试验设计，以及在此基础上通过三因素三水平响应面法试验，建立了响应值与各因素之间的数学模型，依此模型可以预测理论提取率。根据此二次118 2009, Vol. 30, No. 02食品科学添加剂，（）：工艺技术回归模型，确定艾叶多糖的提取最佳工艺参数：料水比：，浸提温度，浸提时间，浸提次。按照此工艺条件提取艾叶多糖的提取率较高，艾叶多糖的实际一次提取率可达。建立的数学模型能很好的预测各因素同提取率之间的关系。参考文献：周峰，秦路平，连佳芳，等艾叶的化学成分、生物活性和植物资源药学实践杂志，（）：宋洪涛，郭涛，宓鹤鸣天然药物中的抗氧化剂中草药，（）：陈福君，卢军，张永煜桑的药理研究（）桑叶降血糖有效组分对糖尿病动物糖代谢的影响沈阳药科大学学报，（）：杨文雄，高彦祥响应面法及其在食品工业中的应用中国食品李亚娜，林永成，佘志刚响应面分析法优化羊栖菜多糖的提取工艺华南理工大学学报：自然科学版，（