修維 孫麗娜 黃占吉 潘磊 趙志亮 王彥章

[摘 要]利用響應(yīng)面分析法，來優(yōu)化仙人掌多糖的提取工藝。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上選取實(shí)驗(yàn)因素與水平構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用響應(yīng)面設(shè)計(jì)和中心組合實(shí)驗(yàn)原理，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析法，來分析料液比、提取時(shí)間、提取溫度對(duì)仙人掌多糖提取率的影響，并優(yōu)化了水浸提法提取仙人掌多糖的工藝。

[關(guān)鍵詞]仙人掌；多糖；提??；響應(yīng)面分析

[中圖分類號(hào)]TS241 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

仙人掌多糖擁有明顯的延緩機(jī)體衰老的功能，抗菌消炎的功能，對(duì)腫瘤具有良好的抗性和降低血糖的功能。這些年來，對(duì)仙人掌多糖及其藥理方面研究進(jìn)入了人們的視線，并對(duì)其進(jìn)行了初步的研究。但是，關(guān)于仙人掌多糖的研究報(bào)告卻很少，所以為了能夠?qū)ο扇苏贫嗵沁M(jìn)行更加深入的研究，我們將通過實(shí)驗(yàn)方法，在以前提取仙人掌多糖的方法的基礎(chǔ)上，對(duì)仙人掌多糖的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化研究。

1 仙人掌多糖的提取工藝

1.1 仙人掌多糖的提取工藝流程

新鮮仙人掌莖（挖除刺狀葉）→切碎→石油醚（沸程60-90℃）回流脫脂（料液比1：5 g/ml）→揮干石油醚的濾渣→濾渣60℃烘干→水浴提取→上清液→蒸發(fā)濃縮至原體積的1/4→取上清液Saveg法除蛋白→活性炭除色素→上清液無水乙醇溶液沉淀→乙醇、丙酮清洗沉淀→真空干燥沉淀→粗多糖→稱重。

1.2 仙人掌多糖的提取率計(jì)算

采用苯酚-硫酸法對(duì)仙人掌多糖的含量進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算仙人掌多糖的提取率。粗多糖提取率（%）=[粗多糖干品質(zhì)量（g）/原料質(zhì)量（g）] ×l00%

1.3 單因素實(shí)驗(yàn)

精密稱取仙人掌粉末5g，采用固定變量法來考察料液比（g/ml）（1：2、1：3、1：4、1：5、1：6和1：7）、提取溫度（40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）和提取時(shí)間（0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h）對(duì)仙人掌多糖提取率的影響，其他實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下按照試驗(yàn)流程進(jìn)行試驗(yàn)。

1.4 響應(yīng)面法對(duì)水提取法提取仙人掌多糖的條件優(yōu)化

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選取的響應(yīng)面試驗(yàn)的料液比分別為1：4、1：5、1：6，響應(yīng)面試驗(yàn)的提取溫度分別為60℃、70℃、80℃，響應(yīng)面試驗(yàn)的提取時(shí)間分別為1h、2h、3h。以上述三個(gè)影響因素作為自變量，以仙人掌多糖的提取率作為響應(yīng)值設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)，見表1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

合適的料液比應(yīng)該在1：4～1：6區(qū)間之內(nèi)，在70℃左右多糖的提取率最高，提取時(shí)間在2～3h區(qū)間內(nèi)，多糖的提取率最大。

2.2 采用響應(yīng)面法優(yōu)化仙人掌多糖提取工藝

2.2.1 多糖提取實(shí)驗(yàn)方案。依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取的響應(yīng)面試驗(yàn)的料液比分別為1：4、1：5、1：6，響應(yīng)面試驗(yàn)的提取溫度分別為60℃、70℃、80℃，響應(yīng)面試驗(yàn)的提取時(shí)間分別為1h、2h、3h。以上三個(gè)影響因素作為自變量，以仙人掌多糖的提取率作為響應(yīng)值設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 響應(yīng)面分析方案及結(jié)果。以料液比、提取溫度、提取時(shí)間為自變量，以仙人掌多糖提取率為響應(yīng)值，建立仙人掌多糖提取率擬合最優(yōu)的回歸方程模型。多糖產(chǎn)率=0.81+0.025A-3.625E-0.04B+0.013C-5.500E-0.04AB-0.024AC-2.475E-0.03BC-0.034A2-2.485E-0.03B2-0.027C2（A提取溫度，單位為℃；B—提取時(shí)間，單位為h；C—料液比，單位為g/ml）

2.2.3 因素間的交互影響

根據(jù)回歸方程，由兩個(gè)提取因素和提取率繪制成的三維圖像可以分析出，如圖1、圖2所示；三個(gè)因素對(duì)于提取率的影響均為先增大后減小。按照各因素對(duì)結(jié)果的總體的影響順序?yàn)榱弦罕扔绊懽畲?、提取溫度次之、提取時(shí)間最小。

2.3 最佳提取工藝及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮侠硇则?yàn)證

通過軟件Design -Expert6.0求解方程，給出了最優(yōu)提取工藝條件為：料液比1：5.1，提取溫度73.43℃，提取時(shí)間1.84h，此時(shí)的實(shí)驗(yàn)預(yù)計(jì)提取率為0.8166%。因?yàn)椋趯?shí)際操作中，不可能達(dá)到這樣的理想條件，另外，在提取效果較好的前提下，還應(yīng)該考慮到實(shí)驗(yàn)所需試劑、試劑、所需環(huán)境能否達(dá)到，因此需要對(duì)提取條件進(jìn)行修正，所得結(jié)果為：料液比1：5，提取溫度70℃，提取時(shí)間2.0h。同時(shí)為檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性，利用修正所得的條件來進(jìn)行浸提實(shí)驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行3組實(shí)驗(yàn)，得出3組實(shí)驗(yàn)所得提取率的平均值為0.80%，與理論預(yù)測(cè)值基本吻合。可以看出預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果是比較接近的，所以可以得出由實(shí)驗(yàn)擬合的結(jié)果是符合實(shí)際的，在實(shí)際應(yīng)用中是切實(shí)可行的。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)用響應(yīng)面法進(jìn)行三因素三水平共17組實(shí)驗(yàn)測(cè)定仙人掌多糖的最佳提取工藝，綜合考慮提取工藝的料液比，提取溫度，提取時(shí)間等重要影響因素對(duì)仙人掌多糖提取率的影響，根據(jù)Design-Expert V8.0.6數(shù)據(jù)分析的最優(yōu)條件為料液比1：5.1，提取溫度73.43℃，提取時(shí)間1.84h，仙人掌多糖的提取率為0.8166%。因此在最佳工藝條件下，進(jìn)行3組重復(fù)試驗(yàn)。驗(yàn)證結(jié)果表明：在此條件下仙人掌多糖實(shí)際平均提取率為0.80%，可以看出由實(shí)驗(yàn)擬合的結(jié)果是符合實(shí)際的。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用響應(yīng)面分析法優(yōu)化仙人掌多糖的浸提工藝，通過模型方差分析和響應(yīng)面法的分析表明，預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果是比較接近，該模型回歸顯著，對(duì)實(shí)驗(yàn)的擬合性較好，整個(gè)試驗(yàn)方法先進(jìn)、合理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。

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