響應(yīng)面法優(yōu)化水溶性龍膽多糖的提取研究

王晨瑜，劉鑫，張晶，王戰(zhàn)勇

（遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，遼寧撫順113001）

響應(yīng)面法優(yōu)化水溶性龍膽多糖的提取研究

王晨瑜，劉鑫，張晶，王戰(zhàn)勇*

（遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，遼寧撫順113001）

采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)法（RSM）優(yōu)化水溶性龍膽多糖的提取條件。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化確定提取水溶性龍膽多糖的最適工藝條件如下：提取溫度100℃，料液比1∶26.56（g/mL），提取時(shí)間3 h，提取次數(shù)2次。此條件下，水溶性龍膽多糖的提取率預(yù)測(cè)值為13.51％，水溶性龍膽多糖的試驗(yàn)提取率為（13.36±0.25）％，預(yù)測(cè)值與驗(yàn)證值吻合較好。

多糖；優(yōu)化；響應(yīng)面法；龍膽多糖；水溶性

龍膽為龍膽科植物龍膽（Gentiana scabra Bunge）的干燥根和根莖。主要藥效成分為龍膽苦苷、當(dāng)歸苦苷、獐牙菜苦苷、龍膽多糖、龍膽堿等[1]。龍膽具有保肝、利膽、健胃、降壓、抗炎、增強(qiáng)免疫功能、抗甲亢，抗過(guò)敏及對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響等藥理作用[2]。龍膽多糖是龍膽的有效成分之一，具有重要的藥理活性。現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，龍膽多糖具有抗腫瘤[3]、降血脂[4]、抗凝血[5]、提高小鼠、雛雞[6]等的免疫功能等多種藥理作用。研究表明，龍膽中的多糖還有免疫調(diào)節(jié)、抗病毒、抗輻射、預(yù)防和治療糖尿病、抗氧化[7-8]等生理功能，可作為藥物用于臨床治療。

近些年，隨著人們生活水平的不斷提高，人們的健康保健意識(shí)在逐漸增強(qiáng)。多糖作為保健食品的主要成分己悄然興起。我國(guó)的多糖資源豐富，尤其是來(lái)源于中草藥的植物多糖，應(yīng)用歷史悠久，具有巨大的開(kāi)發(fā)前景[9]。對(duì)多糖的構(gòu)效和量效關(guān)系的研究，可促進(jìn)以多糖（或復(fù)方多糖）為主要成份的高附加值的保健食品生產(chǎn)開(kāi)發(fā)。本研究研究了水溶性龍膽多糖的提取，為其進(jìn)一步的深入開(kāi)發(fā)提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料

龍膽（Gentiana scabra Bunge），產(chǎn)地為撫順清原。苯酚購(gòu)于北京鼎國(guó)生物技術(shù)有限責(zé)任公司；其余所有試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 設(shè)備

LD5-2A低速離心機(jī)：北京醫(yī)用離心機(jī)廠；ALC-1100.2電子天平、ALC-210.4電子分析天平：德國(guó)賽多利斯股份公司；VIS-7220可見(jiàn)分光光度計(jì)：北京瑞利分析儀器公司；DHG-9146A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋：國(guó)華電器有限公司；A11basic分析研磨機(jī)：德國(guó)IKA公司。

1.3 方法

稱(chēng)取1 000 g干燥的龍膽，粉碎后用80％乙醇（體積分?jǐn)?shù)）80℃回流脫脂6 h，去除有色物質(zhì)、單糖、低聚糖和小分子物質(zhì)，4 000 r/min離心20min，回收沉淀，60℃真空干燥后待用。準(zhǔn)確稱(chēng)取龍膽樣品預(yù)處理樣品10 g，將樣品與水按設(shè)定條件進(jìn)行浸提后，4 000 r/min離心20min，收集浸提液。加3倍體積無(wú)水乙醇醇沉過(guò)夜后，4 000 r/min離心15min，收集沉淀，沉淀使用無(wú)水乙醇洗滌3次，無(wú)水乙醚洗1次，充分干燥后即得到龍膽粗多糖。樣品可溶性總糖含量采用苯酚-硫酸法測(cè)定[10]。

1.4 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)

結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用中心復(fù)合設(shè)計(jì)三因素三水平的實(shí)驗(yàn)，以提取時(shí)間、提取溫度、料液比為自變量，水溶性龍膽多糖產(chǎn)量為響應(yīng)值，確定各因素水溶性龍膽多糖產(chǎn)量影響的顯著性，并利用響應(yīng)面法對(duì)水溶性龍膽多糖的提取條件進(jìn)行優(yōu)化。

2 結(jié)果與討論

2.1 響應(yīng)面分析試驗(yàn)對(duì)水溶性龍膽多糖提取條件的優(yōu)化

綜合單因素實(shí)驗(yàn)，采用Box–Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，以提取溫度、提取時(shí)間、液料比、3個(gè)因素為自變量，以龍膽多糖提取率為響應(yīng)值，所得到的數(shù)據(jù)列于表1。

表1 Box–Behnken設(shè)計(jì)方案（BBD）Table1 Experimental domain of Box–Behnken design（BBD）

根據(jù)對(duì)3個(gè)變量中心復(fù)合設(shè)計(jì)后所測(cè)得的水溶性龍膽多糖提取量結(jié)果如表2所示。

經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的多元回歸分析，響應(yīng)變量和實(shí)驗(yàn)變量的關(guān)系如下列二元多次方程：

表2 BBD實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table2 The results of response surface BBD

對(duì)方差進(jìn)行分析，將擬合度和適合的模型總結(jié)于表3。

表3 方程擬合統(tǒng)計(jì)Table3 Fit statistics of Y

由表3可看出，決定系數(shù)（R2=0.980 4）表明了經(jīng)過(guò)二次回歸模型方差分析，只有1.96％的總差異不能由模型來(lái)解釋。調(diào)整決定系數(shù)（調(diào)整R2=0.955 2）說(shuō)明了該模型具有很高的顯著性。與此同時(shí)，一個(gè)很低的變化系數(shù)值4.907清楚的顯示出很高的精密度等級(jí)和實(shí)驗(yàn)值很高的可靠性。此外，該模型的實(shí)驗(yàn)值在預(yù)期的實(shí)驗(yàn)變量的范圍內(nèi)。進(jìn)一步說(shuō)明了回歸方程的擬合程度較好。

上述回歸得到的二元多次方程的回歸系數(shù)被列于表4。

P值是將觀察結(jié)果認(rèn)為有效即具有總體代表性的犯錯(cuò)概率，越小的P值匹配的系數(shù)就越可靠。表4可以看出一次系數(shù)（X2，X3），二次系數(shù)（X32）具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，它具有較小的P值（P＜0.05）?？煽闯觯崛r(shí)間、料液比對(duì)多糖提取率的影響最為顯著。

表4 預(yù)期二次多項(xiàng)式模型的變化系數(shù)Table4 Regression coefficients of the predicted quadratic polynomial model

根據(jù)回歸分析結(jié)果做出相應(yīng)的響應(yīng)等高面圖和曲面圖，以確認(rèn)提取溫度（X1）、提取時(shí)間（X2）、料液比（X3）3因素對(duì)多糖提取率的影響，以此來(lái)推測(cè)出自變量和因變量的關(guān)系。結(jié)果見(jiàn)圖1，圖2和圖3。

圖1 溫度和時(shí)間對(duì)多糖產(chǎn)率影響的響應(yīng)面等高線圖和3D圖Fig.1 Three-dimensional response surface graph and contour plots response surface graph of extraction temperature and time on the yield of polysaccharide

由圖1可看出，當(dāng)其中當(dāng)料液比一定時(shí)，提取時(shí)間保持不變，隨溫度的升高，龍膽多糖產(chǎn)率增加，且在高溫中要比在低溫中升高的速度快；溫度不變，隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)，龍膽多糖產(chǎn)率緩慢上升至穩(wěn)定。由此可以推斷出，在料液比一定的條件下，高溫、延時(shí)有助于提高多糖產(chǎn)率。

圖2 時(shí)間和料液比及其相互作用對(duì)多糖產(chǎn)率影響的響應(yīng)面等高線圖和3D圖Fig.2 Three-dimensional response surface graph and contour plots response surface graph of extraction time and solid-liquid ratio on the yield of polysaccharide

圖3 溫度和料液比及其相互作用對(duì)多糖產(chǎn)率影響的響應(yīng)面等高線圖和3D圖Fig.3 Three-dimensional response surface graph and contour plots response surface graph of extraction temperature and the solid-liquid ratio on the yield of polysaccharide

由圖2可以看出，當(dāng)提取溫度一定時(shí)，保持時(shí)間不變而增加料液比值，龍膽多糖的提取率緩慢上升直到穩(wěn)定；保持料液比不變而延長(zhǎng)浸提時(shí)間，龍膽多糖的提取率逐漸增加。由此表明，在提取溫度一定的情況下，提高料液比和延長(zhǎng)提取時(shí)間有利于提高多糖的提取率。

由圖3可以看出，在提取時(shí)間不變的條件下，龍膽多糖產(chǎn)率隨溫度和料液比的增加而增加。

根據(jù)所得回歸模型，可預(yù)測(cè)最佳工藝為提取溫度為100℃、提取時(shí)間為3 h、料液比為1∶26.56（g/mL），此時(shí)多糖提取率理論上可達(dá)13.51％。為了檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果是否與真實(shí)情況一致，根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了近似驗(yàn)證試驗(yàn)，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)檢測(cè)值與理論預(yù)測(cè)值是否相符，進(jìn)行可靠分析，得到最后優(yōu)化方案。結(jié)果水溶性龍膽多糖實(shí)際提取率為（13.36± 0.25）％，理論預(yù)測(cè)值相比理論值誤差較小，可見(jiàn)該模型能較好地模擬和預(yù)測(cè)試驗(yàn)產(chǎn)率。

3 結(jié)論

本研究采用響應(yīng)面法優(yōu)化龍膽多糖提取工藝參數(shù)，得出最佳提取條件為：提取次數(shù)為2次，提取溫度為100℃，提取時(shí)間為3 h，料液比為1∶26.56（g/mL）。此條件下，水溶性龍膽多糖的提取率預(yù)測(cè)值為13.51％，水溶性龍膽多糖的實(shí)驗(yàn)提取率為（13.36±0.25）％，在這個(gè)條件下與預(yù)期值十分接近，說(shuō)明模型比較可靠。為下一步的大規(guī)模提取龍膽多提供了參考。

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Optimization of Extraction of Water-solubility Polysaccharide from Gentiana scabra Bunge by Response Surface Methodology

WANG Chen-yu，LIU Xin，ZHANG Jing，WANG Zhan-yong*
（College of Chemistry，Chemical Engineering and Environmental Engineering，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，Liaoning，China）

Response surface methodology（RSM）was used to optimize the extraction conditions of watersolubility polysaccharides from the Gentiana scabra Bunge（GSP）.Combining single factor test and response surface methodology，the optimum extraction conditions were chosen as follows：extraction temperature was 100℃，ratio of water to raw material was 26.56，extraction time was 3 h，and number of extraction was 2.Under the optimize conditions，the predicted value of yield of GSP was 13.51％，and the experimental yield of GSP was（13.36± 0.25）％，which showed the results were reasonable.

polysaccharides；optimization；response surface methodology；Gentiana scabra Bunge；watersolubility

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.04.009

2012-12-03

王晨瑜（1986—），女（漢），在讀碩士，研究方向：生物化工。

*通信作者