應用均勻設計優(yōu)化提取絞股藍多糖工藝的研究

1、應用均勻設計優(yōu)化提取絞股藍多糖工藝的研究羅巔輝王昭晶蔡婀娜摘要：本文應用均勻設計優(yōu)化提取絞股藍多糖提取率的工藝條件，對以下四個工藝條件進行了研究，包括水提時間（min），料液比（g/ml）,浸泡時間（min）,水提溫度（°c）。 確定了優(yōu)化條件，并通過數(shù)學模型繪制了三維響應曲面圖。t檢驗和p值表明浸泡時間 和水提時間（x2x4）在響應值中出現(xiàn)了互動效應，接著還出現(xiàn)了水萃取時間（x4）的線性 項，浸泡時間和水提溫度（x2x3）的互動效應。考慮到效率因素，絞股藍萃多糖提取的 優(yōu)化條件是：料液比比為1:67,浸泡時間10分鐘，水提溫度為95°c,水提時間為15 分鐘。在優(yōu)化條件下

2、，多糖提取率為11.29%，接近預測提取率。因此，應用均勻設計 法從絞股籃中提取多糖，能夠極大縮短提取時間。關鍵詞：絞股藍；多糖；提?。痪鶆蛟O計摘要l.l«w22淋購旅32.1實驗材料與儀器32.2絞股藍中多糖的提取32.3多糖含量的測定32.4多糖提取率的計算32.5多糖提取因素的研宂32.6實驗設計和數(shù)據(jù)分析33.1單因素的實驗結果53.1.1浸泡時間對多糖提取率的影響53.1.2料液比對多糖提取率的影響53.1.3.水提溫度對多糖提取率的影響63.1.4水提時間對多糖提取率的影響63.2數(shù)據(jù)分析和均勻設計74.結論111. 刖呂碳水化合物能夠作為細胞的結構組成部分和能量源泉，這

3、一點是大家所公認的。而 更為有趣的是，碳水化合物高度復雜的結構使其能夠進行各種非常特殊的反應.。這樣， 在與細胞間交流和信號傳輸相關的一系列分子識別進程中，這些生物分子都能參與其中, 如細胞的附著、分化、發(fā)育、調整等等?；谏鲜鲈?，人們對多糖基藥物和多糖物質 的分析、提取這一學科的發(fā)展產生了濃厚的興趣。在東方國家，絞股藍是一種著名的可食用的藥用植物。近來，絞股藍以其抗癌活動、抗胃潰瘍作用、免疫調節(jié)作用、抗氧化性能、與高脂血治療作用吸引了眾人的眼球。絞 股藍在醫(yī)學上的培植和提煉被大量生產，但是對于怎樣優(yōu)化提煉絞股藍中的多糖還沒冇 很多的研宄。均勻設計試驗方法是一種建立在方開泰和王元研宄舉出上的

4、新方法。它適用于多因 素多水平的正交試驗，如正交設計，均勻設計提供了大均勻設計表為用戶方便地使用。 均勻設計表的形式是仿照正交設計表，除了水平的數(shù)量等于一些試驗的個數(shù)。均勻設計 允許的最大可能數(shù)額為每個因素以及水平的數(shù)量可以與實驗的個數(shù)相同。均勻設汁確定 影響因素的特性與最佳條件的因素。木文采用正交陣列和方差分析作為分析工具。當許 多因素以及他們的和互作用對結果產生影響的時候，均勻設計是一種有效的優(yōu)化這個過 程的有效工具。同時，均勻設計是一個集統(tǒng)計和數(shù)學技術于一身，并且成功地用于發(fā)展， 改善和優(yōu)化過程的方法?？傊?，均勻設計是首選方法，因為它減少y些實驗的個數(shù)來 評估多個參數(shù)及其相互作用。所以，

5、它是不費力費吋并ii能夠更好地優(yōu)化過程。木研宄涉及從絞股藍中提取多糖的方法，介紹了經優(yōu)化的熱水提取法。我們釆用均 勻設計研究料液比、浸泡時間、水提溫度以及水提時間對于絞股藍多糖提取量的影響。2. 材料與方法2.1實驗材料與儀器從中國的福建省泉州市一個當?shù)氐纳痰曩徺I的絞股藍。上海生命科學研宄院、中w科學院以及所有其他使用葡萄糖（c6h1206） （ar級）作為 化學藥品進行結構分析。722紫外分光光度計來自上海3號設備公司。桌面離心機高速 離心機來自上海安亭科學儀器的公司2.2絞股藍中多糖的提取對絞股藍的提純應采用95%的乙醇在50°c條件下對原料進行提純6h,干燥后，再用 蒸餾水提純

6、。每次用3g樣品。絞股藍汁的提取則是將絞股藍片按特定的比例和時間浸 水，然后在特定溫度下水浴加熱一定吋間，最后收集上清用于測定多糖產量。2.3多糖含量的測定采用苯酚-硫酸法測定總葡萄糖濃度。每次處理時，取1ml （精確）上清液倒入10ml 的試管中。然后加入0.5毫升6%的苯酚并搖勻。接下來再向裝有混合物的試管中加入 2. 5ml硫酸，搖勻后在室溫下靜置30分鐘。最后，用波長為490nm的722分光光度計測 量吸光度。同時，以同樣的方式測量空白混合液作為對照組。2.4多糖提取率的計算多糖的提取率（）為測定的多糖的含量與絞股藍干重的比值2.5多糖提取因素的研究首先，我們研究單個個因素對多糖提取率

7、產生的影響。也就是說，我們在保持其他 因素不變的情況下，研宄單個因素不同水平對多糖提取率產生的影響。2.6實驗設計和數(shù)據(jù)分析本研究采用均勻設計，用于判定干絞股藍多糖的熱浸提優(yōu)化條件。試驗設汁與結果 分析使用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（dps 3.0）軟件，該軟件用于提供試驗設計、數(shù)據(jù)分析及回歸模 型的建立。根據(jù)以上單因素試驗結果設定每個因素的試驗水平。提取過程中獨立變量 xi個體:液體比例，g/ml）、x2 （浸泡時間，min）、x3 （浸提溫度，° c）與x4（水提時 間，min）等的組合效果，共13個變量水平（表1）列于表2。根據(jù)dps軟件的四因素設 計，按隨機順序，共挑取13個組合。其編碼值

8、與實際值亦列于表2。響應函數(shù)（y）即多 糖產量。這些數(shù)值與以下二次多項式（1）所編碼的變量關聯(lián)：tnin= +im+e3z2+yijxixj + e (l)/l/ii<j其屮，y是預測得率，pn、p,、p/7和p/;是回歸系數(shù)，芩和久為獨立變量。每個系數(shù)的顯著性由t值和p值決定。最后取值是用于通過使用冋歸方程汁算相應 的y的函數(shù)值。響應會被檢測，結果也將與其它的預測值進行對比。在這些條件下，最 優(yōu)條件將通過和關實驗檢測出來。為了使每個因素的實驗水平與所得結果之間的聯(lián)系更 加清楚，進而推論出最優(yōu)條件，可用多項式方程和等高線閣來表示。單因素表1單因素的種類及其水平水平123456789101

9、11213料液比(g/ml)1:101:151:201:251:301:351:401:451:501:551:601:651:70浸泡時間(inin)0102030405060708090100110120水提溫度(°c)35404550556065707580859095水提時間(min)153045607590105120135150165180195表2均勻設計法提取多糖的實驗安排表及實驗結果試驗號變量水平實驗值ye預測值yy-yex,x2x3x41159117. 130007. 36332-0. 233322210485. 300005.69461-0.3946133113

10、54.890004.795100. 09490446826.890006.333040. 5569655113135. 050004.510140. 5398666212107. 490007.215650. 27435777776.990007.06128-0.071288812246. 310006. 60065-0.290659931115. 670006. 17014-0. 50014101086125. 200005. 56554-0.36554111113193. 390003.41620-0. 02620121241066. 550006. 58711-0.03711131395

11、38. 090007. 640820. 449183. 結果與討論3.1單因素的實驗結果3.1.1浸泡時間對多糖提取率的影響在固定條件下.料液比為1:30,選擇不同的浸泡時間10、60、90、120、150min進 行實驗。圖1的結果顯示多糖的提取率隨浸泡的時間產生的變化很小。()plox sopimmersing time(min)圖1浸泡時間對多糖提取率的影響3.1.2料液比對多糖提取率的影響在固定條件下：水提溫度為80°c,水提時間為120min下，選擇不同的料液比1:10、 1:20、1:30、1:40、1:50進行實驗。圖2的結果顯示多糖的提取率隨著料液比的增加而 增加。(

12、)pl.2x sap-rsqooesxoj87.576.565.51:101:201:301:401:50sol id:liquid ratio(g/ml)圖2料液比對多糖提取率的影響3.1.3水提溫度對多糖提取率的影響()plojx sof>-rlcaq33esxoj9876043210在固定條件下：料液比為1:35,水提吋間為120min下，選擇不同的水提溫度30、 40、50、60、70、80、90、100°c進行實驗。圖3的結果表明隨著水提溫度的升高，多 糖的提取率不斷地增加，當溫度到達80°c的時候，提取率最高，超過80°c后，多糖的 提取率開始下

13、降。405060708090100water extraction temperature(*c)圖3水提溫度對多糖提取率的影響3.1.4水提時間對多糖提取率的影響在閬定條件下：料液比為1:35,水提時間為120min，水提溫度為80°c下，選擇不 同的水提時間30、60、90、120、150、180min進行實驗。圖4的結果表明多糖的提取率隨著水提時間的延長，多糖的提取率不斷地下降。圖4水提時間對多糖提取率的影響所以在均勻設計實驗，我們采用了料液比比l:10-l:70（g/ml）、浸泡時間的0 -120min,水提取溫度35 - 95 °c，水提吋間為15 - 195mi

14、n為進一步研究物體在熱水提取。3.2數(shù)據(jù)分析和均勻設計回歸分析（表3）利用合適的實驗數(shù)據(jù)數(shù)學模型針對一個最優(yōu)的地區(qū)進行探討。下 面的回歸方程（2）可以描述預測的數(shù)學模型，它顯示了多糖提取率和測試變量編碼單 元之間的關系。y=4.37243730+0.5891985101x1-0.30156065499x3+0.6125130254x4- 0.021596663038x1 *x 1 -0:03892431823x1 *x4+0.04462723203x2*x3 -0:05782499153x2*x4（2）多元相關系數(shù)r=0. 96018表明多糖產量的實驗值與預測值基本一致。各系數(shù)的顯著 性是由表

15、3所列的t檢驗和p值確定的。若獨立的t值增大而p值減少，則相關變量將 會變得更加顯著?？梢杂^察到的是：影響最大的變量是浸泡時間與水提時（x2x4）、水 提時間的線性形式的交互作用，其次是浸泡時間與水提取之間的交互作用。表3用二次多項式逐步回歸法處理的數(shù)據(jù)結果因素偏相關t-檢驗顯著水平pxi0.696712.171720.07289x30.797962.960410.02527x40.892004.412370.00451x1x10.550701.475270.19059x1x40.764462.651590.03795x2x3x2x40.837803.431250.892494.424380.

16、013950.00445r = 0.96018; r2= 0.92194.相關系數(shù)r2=0.92194,說明模型的預測值與實際值非常吻合，模型成立。回歸方程（2）顯示了所研究的四個因素與多糖提取率的關系，而因素與因素之間 的交互作用可以通過圖5-7的三維曲而圖去判斷。即保持其中兩個因素不變，通過三維 曲面圖探討另外兩個因素的交互作用對多糖提取率產生的影響。浸泡吋間和水提吋間（x2x4）的交互作用結果顯示在三維曲面圖5上。另外，從 圖6中，我們可以看出，當水提溫度在60°c以下的吋候，隨著水提吋間的增加多糖的提 取率呈線性增長；但是，當水提溫度上升到80°c以上時，隨著水提時

17、間的增加多糖的提 取率呈線性降低。結果符合表3和圖4,并且浸泡提取時間越短，多糖的提取率越高。13.000011.800010.60009.40002 20003.4q007.0000 5 8000 4.6000oosuoszcml ooqtu oosch oim 0000 6 mort00qt20009*9oqssooss0003 00 琴x 00s? 0081 00004圖5 x2與x4之間的互作效砬三維曲面圖以及等高線圖13.000011800010.60009.4000 8 2000 7.0000 6.8000 4 60003.4000 2.2000 1.0000vh hi $ hi

18、十 h <.2r.-.«h i主4-rh-h00s clo署u00solsore 00s 6 0002 ooorzoi.900s9 ciia oqorrosrc00s?oit-00s i圖6 x3與x4之間的互作效應三維曲面圖以及等高線圖圖7描繪的3維曲面圖和二維輪廓線，顯示兩個因素對多糖提取率的影響，即浸池 時間和水提溫度(x2x3)之間的交互作用對多糖提取率的影響。下述曲面顯示x2x3之間 交互作用的復雜性。當浸泡時間短(低于50分鐘)，增加水提溫度可以提高多糖的提取 率。結果表明，較低的浸泡時間和較高的水提溫度，能夠增加多糖的提取率。此外,水提取溫度(x3)對多糖提取率的

19、影響顯示在圖6,水提溫度在三維曲面屮對多 糖的提取率呈線性的影響。顯示一個線性影響多糖產量在3d圖形的表面。以上結果符 合表3的分析。這可能是因為植物細胞擴大和多糖容易被分解在較高的溫度。irnrnersinc time0000? 呂 orcmkoooru00 so l 0008*6 呂00 6 802 80rl0009<ososoooos0002町ooovo8s 8s1 呂00“zmiimi31o9.8.7.5.4.3.21 111water extraction tenperature圖7 x3與x2之間的互作效砬三維曲面圖以及等尚線圖整體而言，這些已經過分析的三維圖形表面與.圖示1-4所顯示的單因子實驗結果是一致的。通過dps數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)獲得預測。該預測顯示，隨著浸泡時間的增長和料液比率的 降低，多糖的提取率增加。本研宂所選擇