响应面法优化超声提取西兰花多糖工艺

李 妍，常耀耀，曹珂珂，王 娣，许 晖

蚌埠学院食品与生物工程系，蚌埠，233030



响应面法优化超声提取西兰花多糖工艺

李 妍，常耀耀，曹珂珂，王 娣，许 晖

蚌埠学院食品与生物工程系，蚌埠，233030

为优化西兰花中多糖的超声波提取工艺，利用响应面法，在单因素试验的基础上，选取料液比、提取时间和提取温度为自变量，以西兰花多糖得率为响应值，采用Box-Benhnken法设计三因素三水平响应面试验，以获得最佳的工艺条件。结果表明，料液比(g/mL)1∶70、提取时间50 min、提取温度55.6℃是最佳的提取工艺条件，在该条件下，西兰花多糖得率的理论值为5.69%，验证值为5.60%，相对误差为1.61%。利用响应面法优化提取西兰花多糖实验条件稳定可靠。

西兰花；多糖；超声波提取；响应面分析

西兰花(BrassicaoleraceaL.var.botrytisL.)又名青花菜、花椰菜、绿菜花，原产地中海东部沿海地区，是十字花科芸苔属甘蓝种植物[1]。西兰花富含多糖、蛋白质、矿物质、碳水化合物、脂肪、维生素C、维生素B和胡萝卜素等多种成分[2]，具有抗氧化性、抗癌和增强免疫能力等多种生物活性[3]。多糖是西兰花主要活性成分，西兰花多糖主要是硫代葡萄糖苷(Glucosinolates，GS)，具有明显的抗癌抑菌作用[4]。目前对西兰花多糖的提取及工艺优化研究相对较少，而且多以正交实验设计法为主[5]。本试验利用超声波法提取西兰花多糖，采用响应面法对多糖的提取进行优化。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜西兰花(产地安徽省固镇县)；葡萄糖、石油醚、丙酮、苯酚、浓硫酸和无水乙醇购自国药集团化学试剂有限公司，以上均为分析纯。

1.2 仪器与设备

722G可见分光光度计(上海菁华科技仪器有限公司)；FA214电子天平(上海海康电子仪器厂)；KDC-160HR高速冷冻离心机(安徽中科中佳科学仪器有限公司)；HN-15AL超声波清洗机(上海汗诺仪器有限公司)；旋转蒸发器RE-2000B(河南巩义市豫华仪器有限责任公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 葡萄糖标准曲线

准确称取0.1000 g葡萄糖标准品，置于100 mL容量瓶中定容，摇匀，从中精密移取10 mL于100 mL容量瓶中定容，摇匀，得到0.1 mg/mL的葡萄糖标准溶液；再从中精密移取标准溶液0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL于试管中，分别加入蒸馏水至2 mL，再加入5%苯酚溶液1 mL，迅速滴加5mL浓硫酸并摇匀。将7份样品置于水浴锅中沸水浴15 min，冷却后在490 nm测量吸光度。以葡萄糖溶液浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线[5]，得到线性回归方程：y=11.036x-0.0015，R2=0.9995，如图1。

图1 葡萄糖标准曲线

1.3.2 西兰花多糖的超声波提取

工艺流程：西兰花粉末→脱脂→超声波提取(提取溶剂为蒸馏水)→抽滤→测定吸光度→计算西兰花多糖得率[6]。

其中，C是西兰花多糖浓度，V1是提取定容液的体积，V2是料液比(g/mL)，M是原料干重。

1.3.3 单因素试验

(1)料液比的选择：超声提取时间40min，提取温度50℃，分别以1∶30、1∶40、1∶50、1∶60和1∶70的料液比，按项1.3.2操作，平行3次，计算多糖得率。

(2)超声提取时间的选择：超声提取温度50℃，料液比1∶60，分别以30、40、50、60、70min的提取时间，按项1.3.2操作，平行3次，计算多糖得率。

(3)提取温度的选择：料液比1∶60，超声提取时间40min，分别以30、40、50、60、70℃的提取温度，按项1.3.2操作，平行3次，计算多糖得率。

1.3.4 响应面试验设计

在单因素试验的基础上，进行响应面试验设计，得出提取西兰花多糖的最佳工艺条件。

1.3.5 验证性试验

根据最佳工艺条件进行验证性试验，平行3次，取平均值与预测值作比较。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 料液比对西兰花多糖得率的影响

由图2可知，料液比在1∶30～1∶60范围内，西兰花多糖得率随着料液比的增大而增大，而后，随着料液比的增大，西兰花多糖得率增大并不明显，故西兰花料液比为1∶60最适宜。

图2 料液比对西兰花多糖得率的影响

2.1.2 提取时间对西兰花多糖得率的影响

由图3可以看出，随着提取时间的延长，西兰花多糖得率呈现增大趋势，40 min后，西兰花多糖得率逐渐下降，在40 min时出现最大值。故西兰花提取时间为40 min最适宜。

2.1.3 提取温度对西兰花多糖得率的影响

由图4可以看出，在30℃～50℃之间，西兰花多糖得率随着提取温度的升高而增大，50℃多糖得率最大，超过50℃多糖得率开始下降，故提取温度为50℃最适宜。

图3 提取时间对西兰花多糖得率的影响

图4 提取温度对西兰花多糖得率的影响

2.2 响应面优化试验结果与数据分析

2.2.1 响应面优化试验结果

在单因素试验的基础上，根据响应面分析，用-1、0和1分别表示料液比(A)，提取时间(B)和提取温度(C)，并设为自变量，西兰花多糖得率(Y)为响应值，采用Box-Benhnken法进行三因素三水平试验[8]，得出西兰花多糖的最佳提取工艺条件。因素水平表如表1，试验方案与结果表如表2，试验方差分析及显著性检验表如表3。

表1 响应面分析因素水平表

表2 响应面设计方案及结果

(续表)

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

表3 响应面设计试验方差分析及回归系数显著性检验

注:***代表极显著(P<0.001)，**代表高度显著(P<0.01)，*代表显著(P<0.05)。

通过回归方差分析，结果显示模型F值为3.78，P值小于0.05，说明该模型回归显著。由表3可知，提取时间(B)对西兰花多糖的提取率影响高度显著，提取温度的平方项(C2)对西兰花多糖的提取率影响显著，其它项不显著。表中各因素的F值和P值显示，提取时间(B)对西兰花多糖得率影响最大；其次是提取温度(C)和料液比(A)。

采用Design-Expert 8.0.6.1软件对表3试验数据进行多元回归分析，明确各因素对响应值西兰花多糖得率(Y)的影响，得到回归方程：

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

方程中各项系数绝对值的大小直接反映各因素对响应值的影响程度，系数的正、负反映了影响方向[9]。由回归方程中一次项系数绝对值的大小可以得出，影响西兰花多糖超声波提取各因素的大小，大小顺序依次为提取时间、提取温度、料液比。

2.2.2 试验因素交互作用的分析

根据响应面图形状，分析料液比、提取时间、提取温度对西兰花多糖得率的影响。响应面坡度的陡峭程度说明响应值受三因素影响的变化情况；等高线的形状反映交互作用的强弱，椭圆形表示两因素交互作用显著，否则不显著[10-11]。

图5 料液比和提取时间对西兰花多糖得率影响的响应面和等高线

由图5可知，响应面陡峭，说明料液比和提取时间的交互作用对西兰花多糖得率有显著影响；从等高线形状来看，提取时间对多糖得率有强影响。

由图6可知，响应面较陡峭，说明料液比和提取温度的交互作用对西兰花多糖得率的影响较大；从等高线形状来看，提取温度对多糖得率有一定影响。

图6 料液比和提取温度对西兰花多糖得率影响的响应面和等高线

由图7可知，响应面较陡峭，说明提取时间和提取温度的交互作用对西兰花多糖得率具有一定影响；从等高线形状来看，提取时间对多糖得率有一定影响。

图7中能看出多糖得率随提取时间的增加先增大后减小，在中心点处出现峰值。提取温度对多糖得率的影响也会出现与提取时间相似的情况，而料液比对多糖得率的影响相对不明显。故影响超声波提取西兰花多糖的因素顺序是提取时间>提取温度>料液比，即B>C>A。

图7 提取时间和提取温度对西兰花多糖得率影响的响应面和等高线

2.2.3 验证性试验

回归模型预测西兰花多糖提取的最佳工艺参数为料液比1∶70(g/mL)，提取时间50 min，提取温度55.55℃，西兰花多糖得率的理论值为5.69%。根据实际情况，选择料液比1∶70(g/mL)，提取时间50 min，提取温度55℃为最佳工艺条件，进行验证性试验，平行3次，结果见表4。

表4 验证性试验结果

由表4得出，理论值与平均值的相对误差为1.61%，在合理区间内，验证值与理论值拟合较好，采用响应面法优化提取西兰花多糖的试验条件稳定可靠。

3 结 论

西兰花为常见蔬菜，富含多糖类物质，实验通过响应面法优化超声提取西兰花多糖的最佳工艺条件为：料液比(g/mL)1∶70，提取时间50min，提取温度55.6℃，在此条件下，西兰花多糖得率的理论值为5.69%，为进一步验证响应面法的可靠性，采取上述最优条件进行3次验证性试验，西兰花多糖得率分别为5.56%、5.61%和5.64%，平均值为5.60%，与理论值相比，相对误差为1.61%。相比同类文献，多糖得率不高，可能是由于实验中先脱脂，做了分离纯化处理而影响实验结果。实验中采用响应面法设计提取工艺可为以后同类研究提供参考。

[1]陈建福,施伟梅.超声波辅助提取西兰花总黄酮的响应面优化[J].延边大学农学学报,2014,36(3):232-239

[2]吴广辉,毕韬韬.西兰花营养价值及深加工研究进展[J].农产品加工,2015(21):61-63

[3]孟丽媛,王凤舞.西兰花多酚提取工艺及其抗氧化活性研究[J].中国食品学报,2013,13(5):62-68

[4]管佳.西兰花提取物防癌抗癌及增强免疫力研究[D].杭州:浙江工商大学食品与生物工程学院,2009:1-3

[5]郎艳婷,刘波,张振宇,等.超声波法提取西兰花多糖的工艺研究[J].特产研究,2012(2):43-45

[6]李妍,陈旭,许晖.两种山药多糖含量提取试验的结果分析[J].宿州学院学报,2015,30(1):92-95

[7]谭胜兵.超声波技术在天然产物提取中的应用[J].枣庄学院学报,2007,24(2):84-86

[8]陈义勇,窦祥龙,黄友如,等.响应面法优化超声-微波协同辅助提取茶多糖工艺[J].食品科学,2012,33(4):100-103

[9]万阅,齐计英,曾红,等.响应面法优化香菇多糖的超声辅助提取工艺[J].生物技术通报,2015,31(1):79-85

[10]肖卫华,韩鲁佳,杨增玲,等.响应面法优化黄芪黄酮提取工艺的研究[J].中国农业大学学报,2007,12(5):52-56

[11]廖素凤,陈建雄,黄志伟,等.响应曲面分析法优化葡萄籽原花青素提取工艺的研究[J].热带作物学报,2011,32(3):554-559

(责任编辑：汪材印)

2016-11-02

安徽省质量工程项目(2014jyxm392)；安徽省校企合作实践教育基地(2013sjjd068) ；安徽省生物工程专业综合改革试点(2013zy080)。

李妍(1982-)，女，安徽蚌埠人，硕士，讲师，主要研究方向：天然药物的提取与分离纯化。

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.03.030

R931.6

A

1673-2006(2017)03-0113-04