响应面分析法优化枸骨叶中多糖提取工艺
王子伟 张园园 刘涛 王伟
摘 要：以枸骨叶多糖为试验材料，通过单因素试验测定枸骨叶多糖的得率，研究液料比、提取时间、提取温度3个因素对枸骨叶多糖的影响;在单因素试验基础上，通过响应面法分析优化提取条件。结果表明，枸骨叶多糖提取的最佳工艺条件为：液料比31∶1，提取时间1.5h，提取温度82.3℃，在此条件下，枸骨叶多糖得率为6.96%。该工艺条件组合较好，可用于枸骨叶多糖的提取，并为今后枸骨叶多糖的进一步研究具有重要的参考价值。
关键词：枸骨叶;多糖得率;提取工艺;响应面分析法
中图分类号 TS207.3文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）11-0133-04
Optimization of Extraction Process of Polysaccharide from Holly Leaves by Response Surface Analysis
WANG Ziwei et al.
（College of Food Science， Xinyang Agriculture and Forestry University， Xinyang 464000， China）
Abstract： The extraction process of polysaccharide from holly leaves was optimized by single factor test and response surface analysis. The effect of liquid-material ratio， extraction time and extraction temperature on the green of was studied. On the basis of single factor test， the extraction conditions are optimized by response surface method. The results showed that the optimum extraction conditions were as follows： liquid ratio 31∶1， extraction time 1.5h， extraction temperature 82.3℃. Under this condition， the yield of polysaccharide was 6.96. It can be used for polysaccharide from holly leaves. It has important reference value for the further study of polysaccharides from holly leaves.
Key words： Holly leaf; Polysaccharide yield; Extraction technology; Response surface analysis
枸骨葉即枸骨的干燥叶，枸骨属冬青科植物，别名羊角刺、鸟不宿，主要产自于河南、安徽、江苏、浙江、湖北以及其他长江中下游等地。枸骨叶始载于《本草拾遗》，传统中医药理论认为，枸骨叶具有清热养阴、平肝益肾以及散风通络等功效[1]。另外，它还可用于肺痨咯血、头晕目眩、高血压等症状的缓解[1]。枸骨叶中含有萜类化合物及有机酸、多糖类（苷类）多种生物活性物质，具有很好的研究价值[2-3]。经现代医学研究表明，植物多糖具有优良的抗自由基功能，不仅可以抗氧化[4]、抗肿瘤[5-6]、抗衰老、降血脂和胆固醇[7-8]，也是很好的免疫增强剂，具有抗癌作用[9]。但迄今为止，国内外对枸骨叶化学成分及功效进行系统研究的报道仍较少，尤其是对枸骨叶多糖的研究尚未见报道。因此，为进一步开发利用枸骨资源，本研究以枸骨叶为原料，利用响应面法对枸骨叶多糖的提取工艺进行优化，以期为开发枸骨叶多糖提供依据，也为今后的研究及其工业化生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂 枸骨叶（宇航中药材种植有限公司，产地，河南）。试剂：苯酚（济南创世化工有限公司，分析纯），浓硫酸（湖北鑫润德化工有限公司，分析纯），葡萄糖（无锡市晶科化工有限公司，分析纯），无水乙醇，丙酮，乙醚等均为分析纯。
1.2 仪器与设备 紫外分光光度计（TU-1810，北京普析通用仪器有限公司），高速药物粉碎机（WK-4008，青州市（山东）精诚机械有限公司），离心机（LDZ4-0.8，北京医用离心机厂），数显提取恒温锅（北京精科华瑞仪器有限公司）。
1.3 试验方法
1.3.1 枸骨叶粗多糖的提取工艺 工艺流程：枸骨叶粉末→热水浸提→离心取上清液→减压浓缩→加4倍无水乙醇→丙酮、乙醚洗涤沉淀→真空干燥得枸骨叶粗多糖。称取2.0000g枸骨叶粉末，置于250mL锥形瓶中，按一定料液比加入蒸馏水，置于恒温水浴箱中加热浸提，再将恒温加热过的料液用纱布过滤，并洗涤滤渣多次，合并滤液。用旋转蒸发仪将其浓缩至1/4体积，随后加入体积为浓缩液体积4倍的体积分数95%的乙醇，静置过夜。将样品于3000r转速下离心分离10min左右，即得到枸骨叶粗多糖。
1.3.2 多糖的测定 多糖测定采用苯酚-硫酸法[10]。枸骨叶多糖提取得率计算公式如下：
多糖提取率（%）=[提取液浓取（ug/mL）×提取液稀释取液×提取液体积（mL）原料干重（g）×1000000]×100
1.3.3 标准曲线的绘制 准确称取在105℃下经干燥至恒重的葡萄糖2.5000g于50mL干净的烧杯中并定容于500ml的容量瓶中。然后移取2mL，定容于100mL容量瓶中，即得浓度为100ug/mL的葡萄糖标准溶液。分别移取0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8mL的标准溶液于10mL具塞试管中，加水至2mL，摇匀，加入1mL体积分数5%苯酚溶液，摇匀，加入5mL浓硫酸，立即振荡摇匀，静置30min。在490nm处测定其吸光度。作浓度-吸光度曲线，如图1所示。得其线性回归方程为：Y=0.011X+0.017（R2=0.9962）。
1.3.4 枸骨叶多糖提取的单因素试验设计
1.3.4.1 最适料液比的确定 称取5份2.0000g粉碎后的枸骨粉，固定提取温度为80℃，提取时间为1.5h，设置液料比梯度分别为25∶1、30∶1、35∶1、40∶1、45∶1，加入70mL的蒸馏水，置于恒温水浴锅中进行粗提取。提取完成后过滤、离心3000r、10min），得上清液，测定吸光度。
1.3.4.2 最适提取时间的确定 称取5份2.0000g枸骨叶粉，固定液料比为35∶1和提取温度为80℃，提取时间依次设定为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h，然后置于恒温水浴箱中进行提取。收集滤液、离心（3000r、10min），得上清液，测定吸光度。
1.3.4.2 最适提取温度的确定 称取5份2.0000g枸骨叶粉，固定液料比为35∶1和提取时间为90min，提取温度依次设定为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，然后置于恒温水浴箱中进行提取。收集滤液、离心（3000r、10min），得上清液，测定吸光度。
1.3.5 响应面试验设计 在单因素试验的基础上，依据Box-Benhnken中心试验设计原理设计响应面试验。以枸骨叶多糖提取得率为响应值，并将料液比（A）、提取时间（B）、提取温度（C）作为自变量，优化其提取工艺。自变量的试验水平用-1、0、1作为编码，共设计17个试验点，其中12个作为分析点，5个作为区域的中心零点，用来估计试验误差[11-14]，通过建立多元二次回归模型方程，用多项式对本实验中各个因素与指标的相互关系进行近似拟合，通过对回归方程的分析及各因素交互作用的响应面图形分析来寻求最优工艺参数。
2 结果与分析
2.1 枸骨叶多糖提取工艺参数
2.1.1 液料比对枸骨叶多糖提取得率的影响 由图2可知，在一定范围内，枸骨叶多糖提取得率随料液比的增加而不断增加，当液料比较小时，由于样品中的多糖未能充分溶解，故多糖提取得率随着液料比的增大而升高，枸骨叶多糖的提取得率在液料比35∶1时达到最高，然而当液料比超出35∶1后，多糖提取得率趋于平缓，不再有明显的下降趋势。因此，考虑到后续实验操作，选取35∶1为最佳液料比。
2.1.2 提取时间对枸骨叶多糖提取得率的影响 如图3所示，当提取时间为1.5h时，枸骨叶多糖提取得率达到最大;提取时间小于1.5h时，在设定范围内多糖提取得率随时间延长而提高。超出1.5h以后，多糖提取得率随着时间的延长呈现缓慢下降趋势。其可能的原因是随着加热时间的延长会导致多糖分解。因此，多糖提取的最佳水浴时间为1.5h。
2.1.3 提取温度对枸骨叶多糖提取得率的影响 如图4所示，在设定范围内，多糖提取得率的变化趋势随着提取温度的升高表现为先上升后有所下降且逐渐趋于平缓的趋势。当温度达到80℃时，提取率最高;高于80℃时，由于多糖可能会部分分解，故多糖提取得率缓慢下降。因此，最佳的多糖提取温度设为80℃。
2.2 响应面法优化枸骨叶多糖提取工艺
2.2.1 优化试验结果 采用Design-Expert8.0.6软件对枸骨叶多糖提取条件进行优化试验设计及分析，响应面分析见表2，方差分析见表3。通过对表2中数据进行线性回归分析，得到枸骨叶多糖提取率的回归方程为：Y=6.62-0.52A+0.076B+0.54C-0.027AB-0.080AC+0.060BC-0.28A2-0.80B2-0.72C2。通过对方程的进一步分析可以确定优化枸骨叶多糖提取的最佳工艺参数组合。
2.2.2 回归模型的方差分析 从表3可以看出，模型P<0.00010.05，说明模型拟合度高，可用来描述枸骨叶多糖提取率与其影响因素之间的关系。经中心组合试验设计结果表明，该实验方法可靠。另外，从对数据的显著性检验的结果可以看出，模型中一次项A、C、二次项A2、B2、C2的P0.05）。此结果表明，枸骨叶多糖提取得率总体上受单因素影响较其受单因素之间的交互作用影响更显著。
根据回归方程，利用Design-Expert8.0.6软件绘制响应面3D图，可以直观地反映出两两因素交互作用的响应情况。由图5可知，提取时间与液料比对枸骨叶多糖提取率的影响呈现出相同的变化趋势，即随其各自值的变大而先增加后减小，但由曲面陡峭程度相比较而言，提取时间比液料比对多糖提取率影响更大。另外，由图5可知，在液料比35∶1时提取1.5h左右，其多糖提取率最佳。
由图6可知，液料比与提取温度所构成的响应面图形有最高点，即存在两者的最佳组合，但液料比的曲线弯曲程度不如提取温度的曲线弯曲程度大，这表明提取温度比液料比对多糖提取率影响更显著。由图6也可看出，在提取温度达到85℃，液料比35∶1时，最适宜进行多糖提取。
由图7可知，提取时间与提取温度所构成的响应面图形有最高点，即其最佳组合;且提取时间与提取温度对多糖提取率的影响呈现出相同的变化趋势。同时，由曲面陡峭程度相比较而言，兩者也十分接近，但提取温度比提取时间略微陡峭一点，故提取温度相比提取时间而言对多糖提取率影响略大一点。另外，从图7还可以看出，当液料比一定，在提取温度85℃下提取1.5h时，枸骨叶多糖的提取率达到最大值。
2.2.3 最佳工艺条件的确定 利用Design-Expert8.0.6软件进行优化，枸骨叶多糖提取的最佳工艺为：液料比31.08∶1，提取时间1.51h，提取温度82.29℃，此时理论上枸骨叶多糖提取率达到最佳，达到6.96%。为检验结果的可靠性，依据最佳条件进行验证试验，结果如表4所示。经多次试验验证，得出枸骨叶多糖提取率平均值为6.82%，与上述预测值6.96%相对误差较小。
4 结论
通过单因素试验和响应面法优化提取工艺，确定枸骨叶多糖提取得率的最佳工艺条件为：液料比31.08∶1，提取時间1.51h，提取温度82.29℃。考虑到实际操作的便利性，为了最大程度地提高枸骨叶的多糖提取率，有效开发和利用枸骨叶中的多糖成分，在实际操作中可以将条件设定为：液料比30∶1，提取时间1.5h，提取温度83℃。同时，经验证试验多糖提取率为6.82%，与理论最佳值6.96%的相对误差较小。因此，响应面法优化枸骨叶多糖提取的工艺参数可靠有效，不仅可以作为实际应用操作的参考，也为进一步研究枸骨叶多糖提供了理论依据。
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（责编：张宏民）
