郭元亨,張利軍,劉伯言,曹麗麗,趙慶生,趙 兵,*

(1.中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所,生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,生物煉制工程研究部，北京 100190;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

從荒漠肉蓯蓉分離苯乙醇苷產(chǎn)生的廢棄液中結(jié)晶甘露醇

郭元亨1,2,張利軍1,2,劉伯言1,2,曹麗麗1,趙慶生1,趙 兵1,*

(1.中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所,生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,生物煉制工程研究部，北京 100190;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

荒漠肉蓯蓉中分離苯乙醇苷的工藝中,大量甘露醇因難以與其它糖類分離而被一起丟棄。為了從這些廢棄的糖溶液中分離純化甘露醇,本文開發(fā)了一套甘露醇的結(jié)晶工藝。分別對(duì)影響結(jié)晶過程的3個(gè)主要因素(包括糖溶液的密度、結(jié)晶時(shí)間和結(jié)晶溫度)進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,適宜的操作參數(shù)為:糖溶液的密度為1.21～1.27 g/mL,結(jié)晶時(shí)間為24～30 d,結(jié)晶溫度為-10～0 ℃。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)曲面法對(duì)結(jié)晶的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明最優(yōu)操作條件為:糖溶液的密度為1.24 g/mL,結(jié)晶時(shí)間為28 d,結(jié)晶溫度為0 ℃。在此條件下,甘露醇的回收率和純度分別可達(dá)70.04%和87.17%。以上結(jié)果表明,荒漠肉蓯蓉中分離苯乙醇苷的工藝中,廢棄的糖液可以用于回收甘露醇。本研究獲得的模型可以用來優(yōu)化甘露醇結(jié)晶過程。

荒漠肉蓯蓉,甘露醇,苯乙醇苷,結(jié)晶工藝,響應(yīng)曲面法

荒漠肉蓯蓉(Cistanchedeserticola)是一種隸屬于列當(dāng)科(parasitise)的多年寄生性植物,寄生在雙子葉植物梭梭(Haloxylonammodendrun)的根部,主要分布在中國(guó)西北部的沙漠地區(qū)[1-2]?；哪馍惾氐娜赓|(zhì)莖是一種珍貴的中藥材資源和食用資源,廣泛用于治療陽痿、腎虛、婦科疾病(如女性不孕、帶下、血崩)和老年性便秘[3-4],藥理學(xué)研究表明,肉蓯蓉具有抗炎[5-6],抗骨質(zhì)疏松[7-8],鎮(zhèn)靜安神[9]、抗疲勞[10]、保護(hù)神經(jīng)[11]、降血糖和降血脂[12]、調(diào)節(jié)免疫力[13]、促進(jìn)淋巴細(xì)胞增生[14]等藥理活性。近年來,隨著在中國(guó)西北地區(qū)生態(tài)恢復(fù)工程的加速和梭梭種植面積的擴(kuò)大,肉蓯蓉產(chǎn)量已經(jīng)有了很大的提升。因此,肉蓯蓉的應(yīng)用領(lǐng)域也需要進(jìn)一步拓展。

甘露醇作為一種常用藥物和食品添加劑在全世界廣泛使用。甘露醇可降低腦血管壓力[15]和顱內(nèi)壓[16],提高腦組織供氧水平[17]。當(dāng)前,甘露醇主要是通過化學(xué)合成來生產(chǎn)。隨著消費(fèi)觀念的提升,從天然產(chǎn)物中提取分離制得的甘露醇越來越受到消費(fèi)者青睞。但目前,甘露醇的供需之間仍然存在較大的差距。

荒漠肉蓯蓉含有大量的甘露醇。但目前荒漠肉蓯蓉主要用于生產(chǎn)苯乙醇苷。使用大孔吸附樹脂柱層析工藝從荒漠肉蓯蓉提取液中分離純化苯乙醇苷的過程中,甘露醇不能與其他糖類物質(zhì)有效分離,從而被一起丟棄。這些廢棄的糖溶液造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此,從這些糖溶液中分離純化出純度較高的甘露醇,成為一個(gè)涉及環(huán)境和資源的雙重問題。為了解決這個(gè)問題,在本文中,我們研究了一套結(jié)晶法分離甘露醇的工藝,并且通過響應(yīng)面法優(yōu)化了該結(jié)晶工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

荒漠肉蓯蓉采自內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟,由中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所的王曉東研究員鑒定。

甘露醇 阿拉丁公司;所有涉及高效液相色譜測(cè)定的試劑均為色譜純級(jí);實(shí)驗(yàn)所涉及的溶液用水全部為Milli-Q水凈化系統(tǒng)制備的超純水(Millipore,Bedford,MA,USA);其余所有化學(xué)試劑均為分析純級(jí)。

TDL-5-A臺(tái)式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;RE-600旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠;弘祥隆GCXZ-2B超聲循環(huán)提取機(jī) 北京弘祥隆生物技術(shù)股份有限公司;FD-1B-50壓蓋型冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;Agilent 1260高效液相色譜(Agilent,USA)。

1.2 甘露醇的定量分析

配制甘露醇標(biāo)準(zhǔn)液(10.0 mg/mL),依次稀釋2倍、5倍、10倍、20倍、50倍、100倍、200倍。使用Agilent 1260系列高效液相色譜系統(tǒng)對(duì)甘露醇標(biāo)樣進(jìn)行定量分析。色譜條件如下;Agilent 1260系列高效液相色譜系統(tǒng)包括G 1311C 四元泵,G 1316A 柱溫箱,G 1329B 自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)和G 1236A 示差檢測(cè)器,色譜柱為Bio-Rad Aminex HPX-87H柱(300 mm×7.8 mm)。流動(dòng)相為硫酸水溶液(5 mmol/L),流速為0.6 mL/min,柱溫為65 ℃。以峰面積(3組平行樣取平均值)為縱坐標(biāo),以溶液濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定樣品中的甘露醇含量。

1.3 糖溶液的收集

對(duì)我們組前期報(bào)道的從荒漠肉蓯蓉中分離苯乙醇苷的工藝稍做修改[18],收集生產(chǎn)過程中廢棄的糖溶液。簡(jiǎn)而言之,取干燥的荒漠肉蓯蓉肉質(zhì)莖2.0 kg粉碎至40目。使用20.0 L(50%,v/v)的乙醇水溶液在50 ℃下提取60 min。殘?jiān)谙嗤臈l件下再次提取。合并兩次提取液,并用玻璃棉材質(zhì)的濾布進(jìn)行過濾。透過液(約37 L)用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓濃縮至5.0 L。大孔吸附樹脂柱層析法(HPD 300)分離濃縮液中的苯乙醇苷和糖類物質(zhì)。層析柱徑高比8∶1,柱體積0.5 L。層析過程中,上樣液體積1.0 L,超純水洗脫糖溶液(體積1.0 L),使用乙醇水溶液洗脫(50%,v/v;1.0 L)苯乙醇苷。收集漏吸液和水洗液備用。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 荒漠肉蓯蓉分離苯乙醇苷所生產(chǎn)的廢棄液中回收甘露醇的工藝流程圖Fig.1 The process flow chart of collecting carbohydrate solution from C. deserticola extracts

1.4 單因素實(shí)驗(yàn)

1.3節(jié)所獲得的糖溶液中含有大量的甘露醇。甘露醇純度可達(dá)干物質(zhì)重量的14%左右。在前期的研究中我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)這些糖溶液的濃度增加到一定程度時(shí),其中的甘露醇就會(huì)結(jié)晶析出。糖溶液的濃度與其密度呈正相關(guān)的關(guān)系,因此,為方便操作,實(shí)驗(yàn)中密度經(jīng)常作為溶液濃度的間接指標(biāo)。在單因素實(shí)驗(yàn)中,結(jié)晶溫度和時(shí)間設(shè)定為5 ℃和20 d,分析了糖溶液的密度在1.00～1.30 g/mL之間波動(dòng)時(shí)對(duì)甘露醇的回收率和純度的影響;結(jié)晶溫度和糖液密度設(shè)定為5 ℃和1.15 g/mL,分析了結(jié)晶時(shí)間從0～30 d內(nèi)變動(dòng)對(duì)甘露醇的回收率和純度的影響;結(jié)晶時(shí)間和糖液密度設(shè)定為20 d和1.15 g/mL,分析了結(jié)晶溫度在-25～25 ℃之間波動(dòng)時(shí)對(duì)甘露醇的回收率和純度的影響。甘露醇的回收率和純度分別按式(1)和式(2)計(jì)算。

回收率(%)=(1-Vresidual×Cresidual/Vsolution×Csolution)×100

式(1)

式中:Vresidual表示糖溶液中甘露醇結(jié)晶析出后,殘留液體積;Cresidual表示糖溶液中甘露醇結(jié)晶析出后,殘留液中甘露醇的濃度(mg/mL);Vsolution表示初始糖溶液的體積;Csolution表示初始糖溶液中甘露醇的濃度(mg/mL)。

純度(%)=(mmannitol/msample)×100

式(2)

式中:mmannitol表示樣品中甘露醇的真實(shí)質(zhì)量,msample表示樣品的質(zhì)量。

1.5 Box-Behnken(BBD)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

為了優(yōu)化的甘露醇結(jié)晶工藝,依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,參考郭元亨和張魯?shù)热说姆椒╗19-20],采用Box-Behnken(BBD)中心復(fù)合設(shè)計(jì)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),溶液密度(X1),結(jié)晶時(shí)間(X2)和結(jié)晶溫度(X3)設(shè)為自變量,甘露醇回收率(Y1)和純度(Y2)設(shè)為響應(yīng)值。設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)(詳見表1)。二次回歸方程依據(jù)公式(3)模擬。

式(3)

其中：Y為因變量,β0,βi,βii,βij分別表示常數(shù)項(xiàng)、一次項(xiàng)、二次項(xiàng)和交互項(xiàng)的系數(shù);Xi和Xj表示獨(dú)立量。

表1 三因素三水平響應(yīng)面設(shè)計(jì)(Box-Behnken)Table 1 Experimental design and variables levels for Box-Behnken

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用三個(gè)平行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的均值±S.D.表示。使用Design-Expert軟件(V.8.0.6,State,Inc,Minneapolis,USA)對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化,并進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)以及回歸分析和響應(yīng)曲面的繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 甘露醇的定量分析

依據(jù)1.4中的方法對(duì)甘露醇進(jìn)行了定量分析。甘露醇的高效液相色譜如圖2A所示。甘露醇濃度與峰面積之間的回歸曲線如圖2B所示。甘露醇的出峰時(shí)間在9.6 min左右。峰面積與甘露醇濃度的關(guān)系為Y=76915X+1373.9;R2=0.9999。其中Y表示峰面積,X表示甘露醇的濃度(mg/mL)。

圖2 甘露醇標(biāo)樣的高效液相色譜圖和標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 The HPIEC-RID chromatograms of mannitol and standard curve

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)1.4節(jié)中所述的方法,逐個(gè)分析糖溶液密度、結(jié)晶溫度和結(jié)晶時(shí)間等三個(gè)單因素對(duì)甘露醇回收率和純度的影響。結(jié)果如圖3所示。

圖3A表明,糖溶液的密度達(dá)到1.06 g/mL之前,甘露醇無法結(jié)晶析出。當(dāng)超過了這個(gè)密度值之后,甘露醇回收率隨糖溶液的密度增加而增加。但當(dāng)密度超過1.24 g/mL之后,甘露醇回收率又開始下降。原因可能是:隨著糖溶液的濃度增加,其粘度也在相應(yīng)的增加,當(dāng)溶液的粘度增加到一定程度后,就會(huì)抑制甘露醇分子的運(yùn)動(dòng),從而降低甘露醇分子相互碰撞而結(jié)晶析出的幾率。另外,當(dāng)密度超過1.24 g/mL后,甘露醇的純度也開始下降。這可能是因?yàn)?在隨后通過離心技術(shù)從糖液中分離甘露醇晶體過程中,高粘度的糖溶液不容易與甘露醇晶體分離。因此適宜甘露醇結(jié)晶的糖液密度為1.21～1.27 g/mL之間。

圖3B顯示,在前6 d,沒有甘露醇從糖液結(jié)晶析出。6 d之后,甘露醇的回收率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。純度曲線顯示,12 d后甘露醇的純度趨于穩(wěn)定。但12 d至24 d之間,甘露醇的回收率仍然在快速增長(zhǎng),24 d后增長(zhǎng)趨于緩慢。出于回收率和純度的雙重考慮,將結(jié)晶時(shí)間選擇在24 d至30 d之間。圖3C表明,適宜的結(jié)晶溫度在-10～0 ℃之間。低溫度下分離的甘露醇純度低于高溫度下分離得到的甘露醇,這可能與溫度影響糖溶液的流動(dòng)性有關(guān)。

圖3 糖溶液密度(A)、結(jié)晶時(shí)間(B)和溫度(C)對(duì)甘露醇回收率和純度的影響Fig.3 The effects of carbohydrate solution density(A),crystallizing time(B)and temperature(C) on recovery rate and purity of mannitol

2.3 模型擬合與統(tǒng)計(jì)分析

基于Box-Behnken中心復(fù)合設(shè)計(jì)。通過響應(yīng)面法(RSM)進(jìn)行工藝優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示。整個(gè)設(shè)計(jì)包含17個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn),包括12個(gè)階乘點(diǎn)和5個(gè)中心點(diǎn)。5中心點(diǎn)用來估算純誤差平方和。結(jié)果表明,甘露醇的回收率在62.18%～71.02%之間,純度在76.41%～87.74%之間。

使用統(tǒng)計(jì)軟件Design-Expert V.8.0.6對(duì)表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并采用多元回歸分析,得到自變量X1、X2和X3與兩個(gè)因變量Y1和Y2之間的模擬回歸方程,如公式(4)和式(5)所示。

Y1=70.04+0.89X1+1.4X2-0.28X3+0.64X1X2+1.04X1X3-1.07X2X3-4.49X12-1.38X22+0.14X32

式(4)

Y2=85.56-4.34X1+0.014X2+1.38X3+0.095X1X2-0.32X1X3+1.33X2X3-3.51X12+0.022X22-0.3X32

式(5)

式中:Y1和Y2的表示甘露醇的回收率和純度。X1、X2、X3的編碼值分別表示糖溶液密度(g/mL),結(jié)晶時(shí)間(d)和結(jié)晶溫度(℃)。

表2 BBD設(shè)計(jì)表與實(shí)測(cè)的甘露醇回收率和純度Table 2 The Box-Behnken design matrix and response values for mannitol recovery rate and purity

表3 對(duì)于甘露醇回收率的響應(yīng)曲面回歸模型的單因素方差分析Table 3 Analysis of variance(ANOVA)for the response surface regression model of mannitol recovery rate

注:**表示極顯著差異p<0.01,*表示顯著性差異p<0.05。

表3顯示了甘露醇的回收率和獨(dú)立變量(包括糖液密度、溶液結(jié)晶時(shí)間和結(jié)晶溫度)之間的線性關(guān)系。對(duì)所有變量的 “p-value ”而言,小于0.05表示變量對(duì)響應(yīng)值的影響是顯著的,大于0.05表示變量對(duì)響應(yīng)值的影響是不顯著的。如表3所示,表中Model的“p-value”值為0.0005,表示由干擾導(dǎo)致的模型失真可能性只有0.05%,回歸模型具有顯著性。失擬檢驗(yàn)的“p-Value”為0.1695,表示失擬檢驗(yàn)與純誤差相比不顯著,根據(jù)BBD分析標(biāo)準(zhǔn),失擬檢驗(yàn)不顯著意味著好的結(jié)果。在一次項(xiàng)、二次項(xiàng)和交互項(xiàng)中,X1,X2,X2X3,X12和X22對(duì)響應(yīng)值有顯著影響。

表4顯示了甘露醇純度與糖溶液密度、結(jié)晶時(shí)間和結(jié)晶溫度之間的線性關(guān)系。模型的“p-value”值小于0.0001表示干擾導(dǎo)致的模型失真可能性只有0.01%,回歸模型具有顯著性。失擬檢驗(yàn)的“p-value”為0.1293意味著失擬檢驗(yàn)與純誤差相比不顯著,根據(jù)BBD分析標(biāo)準(zhǔn),失擬檢驗(yàn)不顯著意味著模型良好。在所有一次項(xiàng)、二次項(xiàng)和交互項(xiàng)中,X1,X3,X2X3,X12是對(duì)響應(yīng)值有顯著影響的變量。

表4 對(duì)于甘露醇純度的響應(yīng)曲面回歸模型的單因素方差分析。Table 4 Analysis of variance(ANOVA)for the response surface regression model of mannitol purity

注:**表示極顯著差異p<0.01,*表示顯著性差異p<0.05。

圖4 結(jié)晶溫度與結(jié)晶時(shí)間(A),結(jié)晶溫度與糖液密度(B),結(jié)晶時(shí)間與糖液密度(C)對(duì)甘露醇回收率的響應(yīng)曲面Fig.4 Response surface of mannitol recovery rate effected by crystallizing temperature and time(A),by crystallizing temperature and density of carbohydrate solution(B), by crystallizing time and density of carbohydrate solution(C)

2.4 響應(yīng)曲面及結(jié)晶工藝的優(yōu)化

使用BBD設(shè)計(jì)和響應(yīng)曲面分析,研究了三個(gè)自變量對(duì)甘露醇回收率和純度的影響。三維響應(yīng)曲面圖如圖4和圖5所示。如圖所示,三個(gè)自變量中,保持其中一個(gè)因素在中間水平(0 level),其余兩個(gè)因素組成了一系列同心圓或橢圓。這一系列的同心圓或者橢圓表征了變量之間的相互影響是否顯著。橢圓曲線表明,相應(yīng)的變量之間的相互作用是顯著的。而圓形曲線意味著變量之間的相互作用是不顯著的[21-22]。如圖4C所示。結(jié)晶時(shí)間和糖液密度之間的相互影響(圖4C)是不顯著的(近似同心圓)。其余所有相應(yīng)的變量之間的相互作用均是顯著的,如圖4(A,B)和圖5(A,B和C)所示。

圖5 結(jié)晶溫度與結(jié)晶時(shí)間(A)、結(jié)晶溫度與糖液密度(B)、結(jié)晶時(shí)間與糖液密度(C)對(duì)甘露醇純度的響應(yīng)曲面Fig.5 Response surface of mannitol purity effected by crystallizing temperature and time(A),by crystallizing temperature and density of carbohydrate solution(B),by crystallizing time and density of carbohydrate solution(C)

通過RSM優(yōu)化甘露醇結(jié)晶的最佳工藝參數(shù)為:糖溶液的密度為1.24 g/mL,結(jié)晶溫度和結(jié)晶時(shí)間分別為28.31 d和0 ℃?？紤]到實(shí)際操作條件,將結(jié)晶時(shí)間修改為28 d。在修正的條件下,BBD預(yù)測(cè)的甘露醇回收率和純度分別為69.67%和87.41%。為了驗(yàn)證該模型的可信度,進(jìn)行了3組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),平均回收率和純度分別為70.04%和87.17%。因此,該模型與預(yù)測(cè)值相對(duì)吻合,對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有較好的模擬效果。

3 結(jié)論

在從荒漠肉蓯蓉中分離苯乙醇苷的過程中廢棄的糖溶液可用于分離甘露醇。為獲得高回收率和高純度的甘露醇,用響應(yīng)曲面法來優(yōu)化結(jié)晶過程中的工藝參數(shù)。優(yōu)化的最佳操作條件為:糖溶液的密度為1.24 g/mL,結(jié)晶溫度和時(shí)間分別為28 d和0 ℃。在此條件下,甘露醇的回收率和純度分別可達(dá)70.04%和87.17%。

[1]Editorial Committee of flora of China. Flora of China[M]. Beijing:Science Press,1990,69:82-89.

[2]Chinese Herbalism Editorial committee,State Administration of Traditional Chinese Medicine of the People’s Republic of China. Chinese Herbalism[M]. Shanghai:Shanghai Science & Technology Press,1999:170,179～180.

[3]Chinese Academy of Medical Sciences Institute of Medicinal Plants. Chinese Medicinal Herbal[M]. 2nd ed. Beijing:People’s Medical Publishing House,1988,4:347.

[4]Chinese Pharmacopoeia Committee Editing. Chinese Pharmacopoeia[M]. 2010 ed. Beijing:Chemical Industrial Press,2010,126.

[5]Jia Y M,Guan Q N,Guo Y H,et al. Eehinacoside Stimulates Cell Proliferation and Prevents Cell Apoptosis in Intestinal Epithelial MODE-K Cells by Up-Regulation of Transforming Growth Factor-beta 1 Expression[J]. Journal of Pharmacological Sciences,2012,118(1):99-108.

[6]Lin L W,Hsieh M T,Tsai F H,et al. Anti-nociceptive and anti-inflammatory activity caused byCistanchedeserticolain rodents[J]. Journal of Ethnopharmacology,2002,83(3):177-182.

[7]Li T M,Huang H C,Su C M,et al.Cistanchedeserticolaextract increases bone formation in osteoblasts[J]. Journal of Pharmacy and Pharmacology,2012,64(6):897-907.

[8]Liang H D,Yu F,Tong Z H,et al. Effect of Cistanches Herba Aqueous Extract on Bone Loss in Ovariectomized Rat[J]. International Journal of Molecular Sciences,2011,12(8):5060-5069.

[9]Lu M C. Studies on the sedative effect ofCistanchedeserticola[J]. Journal of Ethnopharmacology,1998,59(3):161-165.

[10]Cai R L,Yang M H,Shi Y,et al. Antifatigue Activity of Phenylethanoid-rich Extract fromCistanchedeserticola[J]. Phytotherapy Research,2010,24(2):313-315.

[11]Geng X C,Tian X F,Tu P F,et al. Neuroprotective effects of echinacoside in the mouse MPTP model of Parkinson’s disease[J]. European Journal of Pharmacology,2007,564(1-3):66-74.

[12]Xiong W T,Gu L,Wang C,et al. Anti-hyperglycemic and hypolipidemic effects of Cistanche tubulosa in type 2 diabetic db/db mice[J]. Journal of Ethnopharmacology,2013,150(3):935-945.

[13]Dong Q,Yao H,Fang J N,et al. Structural characterization and immunological activity of two cold-water extractable polysaccharides fromCistanchedeserticolaY. C. Ma[J]. Carbohydrate Research,2007,342(10):1343-1349.

[14]Wu X M,Gao X M,Tsim K W K,et al. An arabinogalactan isolated from the stems ofCistanchedeserticolainduces the proliferation of cultured lymphocytes[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2005,37(5):278-282.

[15]Tang S C,Lin R J,Shieh J S,et al. Effect of mannitol on cerebrovascular pressure reactivity in patients with intracranial hypertension[J]. Journal of the Formosan Medical Association,2015,114(9):842-848.

[16]Tisherman S A. Mannitol:It is Not Just for Intracranial Pressure Any More! Maybe...[J]. Critical Care Medicine,2015,43(10):2267-2268.

[17]Schilte C,Bouzat P,Millet A,et al. Mannitol Improves Brain Tissue Oxygenation in a Model of Diffuse Traumatic Brain Injury[J]. Critical Care Medicine,2015,43(10):2212-2218.

[18]Liu B Y,Ouyang J,Yuan X F,et al. Adsorption properties and preparative separation of phenylethanoid glycosides fromCistanchedeserticolaby use of macroporous resins[J]. Journal of Chromatography B-Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences,2013,937:84-90.

[19]Guo Y H,Ma L Y,Zheng H,et al. Optimizing Conditions for Microwave-assisted Extraction of CochinealDye Using Response Surface Method[J].Chemistry and Industry of Forest Products,2011,31(4):78-92

[20]Zhang L,Tu Z C,Wang H,et al. Response surface optimization and physicochemical properties of polysaccharides from Nelumbo nucifera leaves[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2015,74:103-110.

[21]Zhao Q S,Kennedy J F,Wang X D,et al. Optimization of ultrasonic circulating extraction of polysaccharides from Asparagus officinalis using response surface methodology[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2011,49(2):181-187.

[22]Muralidhar R V,Chirumamila R R,Marchant R,et al. A response surface approach for the comparison of lipase production by Candida cylindracea using two different carbon sources[J]. Biochemical Engineering Journal,2001,9(1):17-23.

Crystallizing mannitol from discarded liquid produced in the process of separating phenylethanoid glycosides fromCistanchedeserticola

GUO Yuan-heng1,2,ZHANG Li-jun1,2,LIU Bo-yan1,2,CAO Li-li1,ZHAO Qing-sheng1,ZHAO Bing1,*

(1.Division of Biorefinery Engineering,State Key Laboratory of Biochemical Engineering,Institute of Process Engineering,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

In the process of producing phenyethanoid glycosides fromCistanchedeserticola,large quantity of mannitol was discarded along with the carbohydrate solution. To obtain mannitol from these discard solution,a crystallizing process was carried out. The effects of three main influencing factors(including density of carbohydrate solution,crystallizing time and temperature)on both recovery rate and purity of mannitol were tested. Results of single-factor experiment showed that three appropriate operational parameters were:1.21～1.27 g/mL,24～30 days and-10～0 ℃. Response surface methodology was used to optimize crystallizing process. Results illustrated that the optimal operational conditions were as follows:density of carbohydrate solution was 1.24 g/mL,crystallizing time and temperature were 28 days and 0 ℃. Under these conditions,the recovery rate and purity of mannitol were 70.04% and 87.17%. Therefore,discarded carbohydrate solution produced in the process of separating phenyethanoid glycosides fromCistanchedeserticolacan be used to separate mannitol. Besides,the models obtained in this study can be used to optimize the crystallizing process of mannitol.

Cistanchedeserticola;mannitol;phenyethanoid glycosides;crystallization;response surface methodology

2016-07-11

郭元亨(1984-)，男，博士，研究方向：高端藥用植物資源的生化煉制，E-mail:guoyunaheng@163.com。

*通訊作者:趙兵(1966-)，男，博士，研究員，研究方向：植物資源開發(fā)利用及植物細(xì)胞工程，E-mail:bzhao@home.ipe.ac.cn。

阿拉善肉蓯蓉產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用項(xiàng)目(KFA2013-189)；國(guó)家自然科學(xué)基金(21506220)。

TS201.2

B

:1002-0306(2017)03-0215-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.03.033