李 妍，常耀耀，曹珂珂，王 娣，許 暉

蚌埠學院食品與生物工程系，蚌埠，233030

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響應面法優(yōu)化超聲提取西蘭花多糖工藝

李 妍，常耀耀，曹珂珂，王 娣，許 暉

蚌埠學院食品與生物工程系，蚌埠，233030

為優(yōu)化西蘭花中多糖的超聲波提取工藝，利用響應面法，在單因素試驗的基礎上，選取料液比、提取時間和提取溫度為自變量，以西蘭花多糖得率為響應值，采用Box-Benhnken法設計三因素三水平響應面試驗，以獲得最佳的工藝條件。結果表明，料液比(g/mL)1∶70、提取時間50 min、提取溫度55.6℃是最佳的提取工藝條件，在該條件下，西蘭花多糖得率的理論值為5.69%，驗證值為5.60%，相對誤差為1.61%。利用響應面法優(yōu)化提取西蘭花多糖實驗條件穩(wěn)定可靠。

西蘭花；多糖；超聲波提?。豁憫娣治?/p>

西蘭花(BrassicaoleraceaL.var.botrytisL.)又名青花菜、花椰菜、綠菜花，原產地中海東部沿海地區(qū)，是十字花科蕓苔屬甘藍種植物[1]。西蘭花富含多糖、蛋白質、礦物質、碳水化合物、脂肪、維生素C、維生素B和胡蘿卜素等多種成分[2]，具有抗氧化性、抗癌和增強免疫能力等多種生物活性[3]。多糖是西蘭花主要活性成分，西蘭花多糖主要是硫代葡萄糖苷(Glucosinolates，GS)，具有明顯的抗癌抑菌作用[4]。目前對西蘭花多糖的提取及工藝優(yōu)化研究相對較少，而且多以正交實驗設計法為主[5]。本試驗利用超聲波法提取西蘭花多糖，采用響應面法對多糖的提取進行優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮西蘭花(產地安徽省固鎮(zhèn)縣)；葡萄糖、石油醚、丙酮、苯酚、濃硫酸和無水乙醇購自國藥集團化學試劑有限公司，以上均為分析純。

1.2 儀器與設備

722G可見分光光度計(上海菁華科技儀器有限公司)；FA214電子天平(上海?？惦娮觾x器廠)；KDC-160HR高速冷凍離心機(安徽中科中佳科學儀器有限公司)；HN-15AL超聲波清洗機(上海汗諾儀器有限公司)；旋轉蒸發(fā)器RE-2000B(河南鞏義市豫華儀器有限責任公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1 葡萄糖標準曲線

準確稱取0.1000 g葡萄糖標準品，置于100 mL容量瓶中定容，搖勻，從中精密移取10 mL于100 mL容量瓶中定容，搖勻，得到0.1 mg/mL的葡萄糖標準溶液；再從中精密移取標準溶液0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL于試管中，分別加入蒸餾水至2 mL，再加入5%苯酚溶液1 mL，迅速滴加5mL濃硫酸并搖勻。將7份樣品置于水浴鍋中沸水浴15 min，冷卻后在490 nm測量吸光度。以葡萄糖溶液濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線[5]，得到線性回歸方程：y=11.036x-0.0015，R2=0.9995，如圖1。

圖1 葡萄糖標準曲線

1.3.2 西蘭花多糖的超聲波提取

工藝流程：西蘭花粉末→脫脂→超聲波提取(提取溶劑為蒸餾水)→抽濾→測定吸光度→計算西蘭花多糖得率[6]。

其中，C是西蘭花多糖濃度，V1是提取定容液的體積，V2是料液比(g/mL)，M是原料干重。

1.3.3 單因素試驗

(1)料液比的選擇：超聲提取時間40min，提取溫度50℃，分別以1∶30、1∶40、1∶50、1∶60和1∶70的料液比，按項1.3.2操作，平行3次，計算多糖得率。

(2)超聲提取時間的選擇：超聲提取溫度50℃，料液比1∶60，分別以30、40、50、60、70min的提取時間，按項1.3.2操作，平行3次，計算多糖得率。

(3)提取溫度的選擇：料液比1∶60，超聲提取時間40min，分別以30、40、50、60、70℃的提取溫度，按項1.3.2操作，平行3次，計算多糖得率。

1.3.4 響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，進行響應面試驗設計，得出提取西蘭花多糖的最佳工藝條件。

1.3.5 驗證性試驗

根據最佳工藝條件進行驗證性試驗，平行3次，取平均值與預測值作比較。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 料液比對西蘭花多糖得率的影響

由圖2可知，料液比在1∶30～1∶60范圍內，西蘭花多糖得率隨著料液比的增大而增大，而后，隨著料液比的增大，西蘭花多糖得率增大并不明顯，故西蘭花料液比為1∶60最適宜。

圖2 料液比對西蘭花多糖得率的影響

2.1.2 提取時間對西蘭花多糖得率的影響

由圖3可以看出，隨著提取時間的延長，西蘭花多糖得率呈現(xiàn)增大趨勢，40 min后，西蘭花多糖得率逐漸下降，在40 min時出現(xiàn)最大值。故西蘭花提取時間為40 min最適宜。

2.1.3 提取溫度對西蘭花多糖得率的影響

由圖4可以看出，在30℃～50℃之間，西蘭花多糖得率隨著提取溫度的升高而增大，50℃多糖得率最大，超過50℃多糖得率開始下降，故提取溫度為50℃最適宜。

圖3 提取時間對西蘭花多糖得率的影響

圖4 提取溫度對西蘭花多糖得率的影響

2.2 響應面優(yōu)化試驗結果與數(shù)據分析

2.2.1 響應面優(yōu)化試驗結果

在單因素試驗的基礎上，根據響應面分析，用-1、0和1分別表示料液比(A)，提取時間(B)和提取溫度(C)，并設為自變量，西蘭花多糖得率(Y)為響應值，采用Box-Benhnken法進行三因素三水平試驗[8]，得出西蘭花多糖的最佳提取工藝條件。因素水平表如表1，試驗方案與結果表如表2，試驗方差分析及顯著性檢驗表如表3。

表1 響應面分析因素水平表

表2 響應面設計方案及結果

(續(xù)表)

試驗號ABC多糖得率/%110-114．42120115．25130004．73140004．67150004．73160004．59170004．69

表3 響應面設計試驗方差分析及回歸系數(shù)顯著性檢驗

注:***代表極顯著(P<0.001)，**代表高度顯著(P<0.01)，*代表顯著(P<0.05)。

通過回歸方差分析，結果顯示模型F值為3.78，P值小于0.05，說明該模型回歸顯著。由表3可知，提取時間(B)對西蘭花多糖的提取率影響高度顯著，提取溫度的平方項(C2)對西蘭花多糖的提取率影響顯著，其它項不顯著。表中各因素的F值和P值顯示，提取時間(B)對西蘭花多糖得率影響最大；其次是提取溫度(C)和料液比(A)。

采用Design-Expert 8.0.6.1軟件對表3試驗數(shù)據進行多元回歸分析，明確各因素對響應值西蘭花多糖得率(Y)的影響，得到回歸方程：

Y=4.68+0.13A+0.30B+0.16C+0.18AB+0.020AC+0.11BC+0.088A2+0.22B2-0.27C2

方程中各項系數(shù)絕對值的大小直接反映各因素對響應值的影響程度，系數(shù)的正、負反映了影響方向[9]。由回歸方程中一次項系數(shù)絕對值的大小可以得出，影響西蘭花多糖超聲波提取各因素的大小，大小順序依次為提取時間、提取溫度、料液比。

2.2.2 試驗因素交互作用的分析

根據響應面圖形狀，分析料液比、提取時間、提取溫度對西蘭花多糖得率的影響。響應面坡度的陡峭程度說明響應值受三因素影響的變化情況；等高線的形狀反映交互作用的強弱，橢圓形表示兩因素交互作用顯著，否則不顯著[10-11]。

圖5 料液比和提取時間對西蘭花多糖得率影響的響應面和等高線

由圖5可知，響應面陡峭，說明料液比和提取時間的交互作用對西蘭花多糖得率有顯著影響；從等高線形狀來看，提取時間對多糖得率有強影響。

由圖6可知，響應面較陡峭，說明料液比和提取溫度的交互作用對西蘭花多糖得率的影響較大；從等高線形狀來看，提取溫度對多糖得率有一定影響。

圖6 料液比和提取溫度對西蘭花多糖得率影響的響應面和等高線

由圖7可知，響應面較陡峭，說明提取時間和提取溫度的交互作用對西蘭花多糖得率具有一定影響；從等高線形狀來看，提取時間對多糖得率有一定影響。

圖7中能看出多糖得率隨提取時間的增加先增大后減小，在中心點處出現(xiàn)峰值。提取溫度對多糖得率的影響也會出現(xiàn)與提取時間相似的情況，而料液比對多糖得率的影響相對不明顯。故影響超聲波提取西蘭花多糖的因素順序是提取時間>提取溫度>料液比，即B>C>A。

圖7 提取時間和提取溫度對西蘭花多糖得率影響的響應面和等高線

2.2.3 驗證性試驗

回歸模型預測西蘭花多糖提取的最佳工藝參數(shù)為料液比1∶70(g/mL)，提取時間50 min，提取溫度55.55℃，西蘭花多糖得率的理論值為5.69%。根據實際情況，選擇料液比1∶70(g/mL)，提取時間50 min，提取溫度55℃為最佳工藝條件，進行驗證性試驗，平行3次，結果見表4。

表4 驗證性試驗結果

由表4得出，理論值與平均值的相對誤差為1.61%，在合理區(qū)間內，驗證值與理論值擬合較好，采用響應面法優(yōu)化提取西蘭花多糖的試驗條件穩(wěn)定可靠。

3 結 論

西蘭花為常見蔬菜，富含多糖類物質，實驗通過響應面法優(yōu)化超聲提取西蘭花多糖的最佳工藝條件為：料液比(g/mL)1∶70，提取時間50min，提取溫度55.6℃，在此條件下，西蘭花多糖得率的理論值為5.69%，為進一步驗證響應面法的可靠性，采取上述最優(yōu)條件進行3次驗證性試驗，西蘭花多糖得率分別為5.56%、5.61%和5.64%，平均值為5.60%，與理論值相比，相對誤差為1.61%。相比同類文獻，多糖得率不高，可能是由于實驗中先脫脂，做了分離純化處理而影響實驗結果。實驗中采用響應面法設計提取工藝可為以后同類研究提供參考。

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(責任編輯：汪材印)

2016-11-02

安徽省質量工程項目(2014jyxm392)；安徽省校企合作實踐教育基地(2013sjjd068) ；安徽省生物工程專業(yè)綜合改革試點(2013zy080)。

李妍(1982-)，女，安徽蚌埠人，碩士，講師，主要研究方向：天然藥物的提取與分離純化。

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.03.030

R931.6

A

1673-2006(2017)03-0113-04