响应面法优化无花果多糖提取工艺的研究

响应面法优化无花果多糖提取工艺的研究无花果是一种桑科榕属植物无花果的干燥花托，具有广泛的营养价值和药用价值，不但香甜可口，而且具有润肺止咳、健胃清肠、消肿解毒、增强机体免疫功能、抑制多种肿瘤的的功效，现代医学研究证明，无花果富含黄酮、多糖、SOD等具有防治心血管疾病和老年性痴呆症的生理活性物质和具有抗癌功效的呋喃香豆素内酯等物质。近年来无花果抗肿瘤特性尤其受到人们的重视。目前国内外在无花果抗癌方面的研究十分活跃。多糖是来自高等植物、动物细胞膜、微生物细胞壁中的天然大分子物质，是所有生命有机体的重要组成部分，与维持生命所需的多种生理功能有关。现代研究表明，多糖具有免疫调节作用、降血糖作用、抗感染作用、抗衰老作用、抗艾滋病等病毒以及抗疲劳、预防老年白内障和糖尿病引起的视网膜病的并发症等生理活性功能。因此，多糖的研究已成为各国共同关注的焦点。无花果非极性部位分离得到的苯甲醛、呋喃香豆素、三萜类、补骨脂素等已发现具有良好的抗肿瘤作用，而对其强极性部位分离的多糖的研究尚不够深入。一般来说，优化提取工艺的方法是单次单因子法和正交试验设计法。单次单因子法已逐渐被我们淘汰，因为使用此种方法只能讨论一种因素的影响，但是各个因子并不是单独作用的，它们之间总是存在或多或少的相互影响，所以使用该种方法并非总能获得最佳的优化条件。正交试验设计法则在单次单因子法的基础上更加科学合理地安排试验，它与单次单因子法不同的是，它可以考虑到多种因素并且通过实验组合寻找出最佳因素水平组合，但它的缺陷在于，无法提供响应值及各变量间的准确影响因子，即无法在给出的区域内提供出一个准确的关于变量及响应值间的回归方程，从而无法找到整个区域上因素的最佳组合和响应值的最优值。响应面分析方法则远远优于以上两种方法，是一种试验次数少、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的回归分析方法。响应面方法(ResponseSurfaceMethodology，简称RSM)是利用合理的试验设计通过实验得到的一定数据，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法。本部分实验通过响应面法，确定无花果多糖提取的最佳工艺条件，为深入研究无花果多糖奠定基础。1材料与方法1.1实验材料无花果茶:江苏省扬州市农业科技特种经济作物合作社提供。1.2试剂与设备无水乙醇，丙酮，硫酸，苯酚，氯仿，正丁醇等；低速离心机，旋转蒸发器，分光光度计，真空冷冻干燥机，电子天平。1.3实验方法1.3.1无花果多糖提取工艺无花果干果→粉碎过40目筛→精密称取无花果粉末→氯仿抽提去脂→沸水浸提→过滤、浓缩→醇沉→过滤或离心→醇沉物清洗→冻干→粗多糖1.3.2多糖含量的测定采用苯酚－硫酸比色法。准确称取在105℃干燥至恒重的葡萄糖50mg，溶于500mL容量瓶中，定容至刻度，得到浓度为0.1mg/mL的标准溶液。准确吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mL标准溶液置于10mL比色管中，分别加蒸馏水补足至2.0mL，然后再分别加入质量分数为5%的苯酚1.0mL，98%的浓硫酸5mL，放置10min，充分摇匀，沸水浴中反应15min，取出迅速冷却至室温。以试剂空白为对照，在490nm处分别测吸光度，以葡萄糖质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线并进行线性回归。吸取一定体积多糖提取液于10mL比色管中，按上述操作测其吸光度，按照下式计算得多糖提取率。多糖提取率(%)=C×V×D/W×100式中，C为根据标准曲线计算出供试品的多糖浓度(μg/mL)，V为供试品溶液定容的体积(mL)，D为稀释的倍数，W为无花果样品的质量。1.3.3脱蛋白方法采用Sevag法，是在多糖提取液中加入氯仿：戊醇(或正丁醇)=5:1的混合溶剂，混合物剧烈振摇20～30min，蛋白质与氯仿-戊醇(或正丁醇)生成凝胶物，离心，分去水层和溶剂层交界处的变性蛋白质。1.3.4单因素实验及响应面试验实验中首先拟定浸提时间、、料液比和浸提次数进行单因素实验。在单因素实验成功的基础上确定响应面实验工艺参数范围，通过响应面实验确定最佳提取工艺条件。2结果与讨论2.1多糖含量测定的标准曲线根据实验方法，得到多糖浓度与吸光度的标准曲线回归方程为y=4.4911x+0.0065，R²=0.9965，如图1所示。图1葡萄糖标准曲线Fig.1Standardcurveofglucose2.2单因素实验结果2.2.1浸提时间对多糖得率的影响在料液比为1∶15、提取次数为1次的条件下，研究浸提时间对多糖得率的影响，结果见图2。图2浸提时间对多糖提取率的影响Fig.2Effectofextractiontimeontheextractionrate如图2所示，多糖的提取过程与浸提时间密切相关。浸提时间在30~180min内，多糖提取率随时间延长而增加。当超声时间达到180min时，无花果多糖的提取率达到最高28.27%。此后，再增加浸提时间，无花果多糖的提取率反而下降。分析可能是无花果多糖长时间在高温下降解造成的。并由此确定响应面试验时提取时间150、180、210min。2.2.2液料比对多糖得率的影响在浸提时间为180min、提取次数为1次的条件下，研究液料比对多糖得率的影响，结果见图3。图3液料比对多糖提取率的影响由于无花果多糖是水溶性多糖，液料比越大，多糖的提取率也越高。当液料比为30∶1时，无花果多糖提取率达到最高达29.36%。此后，再增加液料比多糖提取率反而下降。因此确定响应面试验时液料比为25:1，30:1，35:1。2.2.3提取次数对无花果多糖提取率的影响第一次提取的多糖最多，随着次数的增加，每次提取的多糖量越来越少，第四次仅为总多糖量的3.34%，所以提取次数应小于3次，则响应面试验时提取次数可以选择1、2、3次。提取次数1234多糖提取率（%）27.787．513.401.34提取比例（%）69.4018.788.483.34表1提取次数对无花果多糖提取率的影响2.3无花果多糖提取工艺的响应曲面实验结果2.3.1二次多项式回归模型的建立在单因素实验的基础上，依据Box-Behnken的中心组合实验设计原理，采用3因素3水平的响应面分析法，变量设计与水平取值如表2。表2.Box-Behnken组合设计的变量与水平取值表*每种因素取3个水平，中心点用“0”表示，低水平用“-1”表示，高水平用“+1”表示。使用软件MINITAB16进行响应曲面设计，因子数为3，选择一个中心点，共需进行13组实验，设计及结果如下表3所示。FactorCODE-1*01*液料比A25:130:135:1提取时间（min）B150180210提取次数C123料液比提取时间提取次数多糖提取率(%)-1-1029.391461-1030.50478-11033.5663911037.96397-10-127.2761710-131.39543-10141.1369210143.029550-1-129.1131301-132.842730-1130.6161101142.8625500037.07332表3.Box-Behnken组合设计及结果利用MINITAB软件，通过分析得到提取条件与提取率之间的二次回归分析模型为Y=37.07+1.44A+3.45B+4.63C-1.18A*A-3.03B*B-0.18C*C+0.82A*B-0.56A*C+2.13B*C对上述回归模型进行方差分析可知，回归模型的p值小于0.05，说明该模型极显著，R2Adj为0.9249，说明建立的模型能够解释92.49%响应值的变化，能很好地描述无花果多糖的提取过程中提取率随提取条件的变化规律。因此，该模型可用于预测无花果多糖提取过程中的提取率情况。根据回归方程，作响应曲面图，考察所拟合的响应曲面的形状，分析各影响因素对提取率的影响以及各因素间的交互效应，如图4所示。各图显示液料比、提取时间、提取次数中任意两个变量取零水平时，其余两个变量对多糖提取率的影响。图4各因素交互作用对多糖得率的影响使用MINITAB16软件进行响应面优化，结果显示在液料比为33：1，提取时间为210min，提取次数为3时多糖提取率可提升至44.68%。经过验证性实验，在上述条件下多糖提取率达到43.54%，与预测值相近。3.结论本研究在单因素实验的基础上，通过MINITAB软件采用Box－Behnken实验设计法对无花果多糖提取工艺进行设计并优化。根据回归方程得到最佳提取工艺条件为:液料比为33：1，提取时间为210min，提取次数为2，此时多糖的提取率可达43.54%说明该模型可以很好的预测无花果多糖提取条件与提取率之间的关系，同时也证明了响应曲面法优化无花果多糖的提取工艺参数的可行性。354045-1-10-104550-1101C8提取时间料液比-98000-97500-1-10-98000-1-98000-975000-97500-97000-97500-97000-1101C8提取次数料液比-1025-1000-975-1-10-1025-1-10000-975-95010-11C8提取次数提取时间料液比30提取时间180提取次数2保持值无花果多糖提取的曲面图