全 文 ：297
任 涛1，钟 洁2
(1.陕西师范大学实验室建设与管理处，陕西西安 710062;
2.陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安 710062)
摘 要:采用单因素实验和响应曲面法，通过二次回归正交旋转组合设计方法研究了超声功率、超声时间、水提时间和
水提温度对蒲公英糖蛋白得率的影响，建立数学模型，以确定优化的蒲公英糖蛋白提取工艺，得到的优化提取工艺参
数为:超声功率200W、超声时间 20min、水提时间 5h、水提温度 50℃，蒲公英糖蛋白的平均得率为 5.33%。
关键词:蒲公英，糖蛋白，响应曲面法
Optimization of ultrasonicwave extraction of
Taraxacum mongolicum polyphenols by RSM
REN Tao1，ZHONG Jie2
(1.Department of Lab Construction and Administration，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China;
2.College of Food Engineering and Nutritional Science，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China)
Abstract:By means of orthogonally rotational combination design，the technology of ultrasonic－assisted extracting
glycoprotein was used to study the effect of the producing rate between the four extraction factors(ultrasonic
power，the ultrasonic time，the extracting temperature and the extracting time)using aqueous solvent from
Taraxacum mongolicum in order to obtain the optimization extraction of glycoprotein.The optimum conditions with
the response surface method of process parameters were as follows:ultrasonic time was 20min，ultrasonic power
was 200W，water extraction time was 5h，water extraction temperature was 50℃.The average extraction rate of the
glycoprotein form Taraxacum mongolicum was 5.33% .
Key words:Taraxacum mongolicum;glycoprotein;response surface methodology
中图分类号:TS201.2 + 1 文献标识码:A 文 章 编 号:1002－0306(2011)07－0297－05
收稿日期:2010－06－28
作者简介:任涛(1982－) ，男，助理实验师，研究方向: 计算机科学与
技术。
蒲公英(Taraxacum mongolicum) 别名黄花地丁、
婆婆丁，属菊科属多年生草本植物。其营养丰富，药
用价值高，现代医学研究表明，其具有消肿、利尿、抗
氧化［1］、清热解毒［2］等多种功效。20 世纪初，国内外
许多科研工作者开始对蒲公英中的化学成分进行研
究，从中分离得到对羟基苯乙酸、咖啡酸、总黄酮、胆
碱和甾醇，后来有文献［3］相继报道了蛋白质、脂肪、碳
水化合物也存在于蒲公英中，并进一步证实了黄酮
类化合物、微量元素及维生素的存在等。目前对蒲
公英的研究已经成为一个热点，涉及到提取纯化、活
性鉴定［4］、抗肿瘤作用［5］、降血脂作用［6］、免疫调节作
用［7］、抗菌作用［8］、抗衰老作用［9］等，而国内对于超声
波辅助提取的研究鲜有报道。本文采用响应曲面
法，对超声波辅助提取蒲公英糖蛋白进行实验设计，
研究超声功率、超声时间、水提温度和水提时间对蒲
公英糖蛋白得率的影响，旨在为蒲公英糖蛋白的工
业化生产提供基础的参考资料。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
蒲公英 购于西安市中药材市场，经鉴定为蒲
公英(Taraxacum mongolicum) ，属菊科植物; 无水乙
醇、三氯甲烷、葡萄糖、正丁醇、苯酚、95%乙醇、石油
醚、浓硫酸等 均为国产分析纯试剂。
T6 型紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器
有限责任公司;TDL24 型离心机 上海安亭科学仪
器厂;AL204 型电子天平 上海帅宁仪器有限公司;
78HW－1 型恒温加热磁力搅拌器 杭州仪表电机有
限公司;HHW－21CU－600 型电热恒温水槽、DZF－1
型真空冷冻干燥机 上海福玛实验设备有限公司;
RE－52AA 型旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂;
298
800B型离心机 上海启威电子有限公司;KQ3200B
型超声波清洗机 昆山市超声仪器有限公司; 透析
袋( 分子截留量8000～14000) 美国Sigma公司。
1.2 实验方法
1.2.1 蒲公英糖蛋白粗品的提取工艺 蒲公英→剔除
杂物→洗涤→过 40 目筛→石油醚脱脂→热水浸提→抽滤→
离心→浓缩→脱游离蛋白→无水乙醇沉淀→透析→真空冷冻
干燥→蒲公英糖蛋白粗制品
1.2.2 蒲公英糖蛋白含量的测定
1.2.2.1 多糖含量的测定 参照文献［10］ 采用苯
酚－硫酸法来测定蒲公英糖蛋白中的多糖含量。
1.2.2.2 蛋白质含量的测定 参照文献［11］采用凯氏
定氮法测定蛋白质的含量。
1.2.2.3 蒲公英糖蛋白得率的计算 称取已脱脂干
燥后的蒲公英全草 50g，加 20 倍体积的蒸馏水提取
5h，重复 2 次，合并所得提取液，浓缩，然后依次用
Sevage法脱脂 4 次，再用无水乙醇沉淀后透析 48h，
最后再通过真空冷冻干燥称其重量，得到蒲公英糖
蛋白提取物为 2.663g，得率分别为 5.33%。
1.2.3 蒲公英糖蛋白提取单因素实验
1.2.3.1 超声功率对提取蒲公英糖蛋白得率的影响
超声时间 20min、水提取温度 50℃、水提取时间
5h、提取次数 2 次、料液比 1∶20 时，探讨不同超声功
率对蒲公英糖蛋白得率的影响。
1.2.3.2 超声时间对提取蒲公英糖蛋白得率的影响
超声功率 200W、水提取温度 50℃、水提取时间
5h、提取次数 2 次、料液比 1∶20 时，探讨不同超声时
间对蒲公英糖蛋白得率的影响。
1.2.3.3 水提取时间对提取蒲公英糖蛋白提得率的
影响 超声功率 200W、超声时间 20min、水提取温度
50℃、提取次数 2 次、料液比 1∶20 时，探讨水提取不
同时间对蒲公英糖蛋白得率的影响。
1.2.3.4 水提取温度对提取蒲公英糖蛋白得率的影
响 超声功率 200W、超声时间 20min、水提取时间
5h、提取次数 2 次、料液比 1∶20 时，探讨水提取不同
温度对蒲公英糖蛋白得率的影响。
1.2.3.5 料液比对提取蒲公英糖蛋白得率的影响
超声功率 200W、超声时间 20min、水提取温度 50℃、
水提取时间 5h、提取次数 2 次时，探讨料液比对蒲公
英糖蛋白得率的影响。
1.2.3.6 提取次数对蒲公英糖蛋白得率的影响 超
声功率 200W、超声时间 20min、水提取温度 50℃、水
提取时间 5h、料液比 1 ∶20 时，探讨不同提取次数对
蒲公英糖蛋白得率的影响。
1.3 响应曲面设计
在单因素实验结果的基础上，本实验选出最佳
液料比(1∶20) 和最佳的提取次数(2 次) ，研究其中
的主要影响因素超声时间、超声功率、水提时间和水
提温度对蒲公英糖蛋白得率的影响，根据单因素实
验结果的最优水平，设计四因素三水平的响应曲面
实验［12］，选取超声时间(min)、超声功率(W)、水提取
时间(h)、水提取温度(℃) 四个影响因素，因素编码
及水平见表 1。
表 1 中心组合实验 Box－Behnken实验设计的
因素和水平编码表
因素
编码水平(xi)
－ 1 0 + 1
A超声时间(min) 15 20 25
B超声功率(W) 150 200 250
C水提时间(h) 4 5 6
D水提温度(℃) 40 50 60
2 结果与分析
2.1 葡萄糖标准曲线及回归方程
葡萄糖标准曲线线性回归方程为:Y = 0.0128X
+0.0106，相关系数 R2 = 0.9949。
图 1 葡萄糖标准曲线
2.2 样品中糖含量的测定结果
精确吸取事先配好的蒲公英糖蛋白样品溶液
1mL(0.5mg /mL) ，按照上述标准曲线测定步骤操作，
以不加样品的溶液为空白对照，于 490nm 处测吸光
值，代入回归方程，计算出多糖的含量为 48.12%。
2.3 样品中蛋白质含量的测定结果
利用凯氏定氮法测定糖蛋白中蛋白含量，结果
为 20.37%。
2.4 蒲公英糖蛋白提取工艺的单因素实验结果与
分析
2.4.1 超声时间对蒲公英糖蛋白得率的影响 结果
如图 2，糖蛋白得率随超声时间的增加而增大，在
15～20min范围内得率增加的幅度较大，在 20min 后
得率有所减少，所以本实验提取时间以 20min为宜。
图 2 超声时间对蒲公英糖蛋白得率的影响
2.4.2 超声功率对蒲公英糖蛋白得率的影响 结果
如图 3 所示，糖蛋白得率随超声功率的增加而提高，
在 150～200W 范围内得率增加的幅度较大，继续增
大超声功率，反而会使得率有所减少，所以本实验超
声功率以 200W为最佳。
2.4.3 提取时间对蒲公英糖蛋白得率的影响 结果
如图 4，随着提取时间的延长，糖蛋白的得率会增加，
但当时间达到 5h 以后，再延长时间，糖蛋白的得率
反而会减小，所以最佳的提取时间为 5h。
2.4.4 温度对蒲公英糖蛋白得率的影响 结果如图
299
图 3 超声功率对蒲公英糖蛋白得率的影响
图 4 提取时间对蒲公英糖蛋白得率的影响
5 显示，随着提取温度的升高，糖蛋白的得率也随之
增加。40～50℃时糖蛋白的得率增加得最快，温度为
50℃时得率最高;而后随着温度升高，糖蛋白得率有
所降低。适当升高温度使蛋白质分子热动能增加而
导致蛋白质结构的展开，促进了物质的沉淀，从而使
得率提高;但是温度过高就会引起蛋白质变性，得率
反而降低。因此，本实验选择 50℃为最佳温度。
图 5 温度对蒲公英糖蛋白得率的影响
2.4.5 料液比对蒲公英糖蛋白得率的影响 结果如
图 6 表明，料液比从 1∶10 到 1∶20 时，糖蛋白得率有
所增加;当料液比到达1∶25 之后，糖蛋白得率基本不
变，因此，本实验以料液比 1∶20 为宜。
图 6 料液比对蒲公英糖蛋白得率的影响
2.4.6 提取次数对蒲公英糖蛋白得率的影响 结果
如图 7 显示，随着提取次数的逐渐增多，提取液中糖
蛋白的含量会增加，但是当提取次数超过 2 次以后，
随着提取次数的增多，提取液中的糖蛋白含量增加
缓慢，提取次数越多，在浓缩过程中消耗的时间越
长，能量消耗也随之增加，因此，从降低成本等各方
面因素考虑，选取提取次数 2 次比较合理。
图 7 提取次数对蒲公英糖蛋白得率的影响
2.5 响应面实验结果与分析
2.5.1 响应曲面的回归方程 利用 Design －
Expert7.1.6 软件对表 3 实验数据进行多元回归拟合，
获得超声波辅助提取蒲公英糖蛋白的得率对超声时
间(A)、超声功率(B)、水提取时间(C)、水提取温度
(D) 的二次回归方程为:Y = 5.25 + 0.26A + 0.36B +
0.43C + 0.35D + 0.14AB + 0.25AC + 0.082AD +
0.023BC－0.15BD + 0.14CD－1.04A2 －1.58B2 －1.35C2 －
1.37D2，式中 Y为蒲公英糖蛋白得率的预测值，A、B、
C、D分别为上述四个自变量的编码值。
表 2 实验设计与结果
实验号 A B C D Y提取率(%)
1 0 0 － 1 － 1 1.57
2 1 － 1 0 0 2.34
3 0 0 0 0 5.53
4 0 0 － 1 1 2.36
5 0 1 1 0 3.42
6 0 0 0 0 4.87
7 1 0 － 1 0 2.37
8 0 － 1 0 － 1 1.51
9 0 1 0 － 1 2.41
10 0 1 － 1 0 2.51
11 － 1 0 1 0 2.72
12 － 1 0 － 1 0 2.53
13 0 － 1 － 1 0 1.49
14 1 1 0 0 3.12
15 0 0 1 1 3.68
16 － 1 － 1 0 0 2.37
17 － 1 0 0 1 2.62
18 － 1 1 0 0 2.58
19 0 1 0 1 2.66
20 0 0 1 － 1 2.33
21 0 － 1 1 0 2.31
22 1 0 0 － 1 3.12
23 1 0 1 0 3.57
24 0 0 0 0 5.21
25 0 0 0 0 5.32
26 － 1 0 0 － 1 2.31
27 0 － 1 0 1 2.37
28 1 0 0 1 3.76
29 0 0 0 0 5.29
由表 3 可知，模型的 F = 32.65 ＞ F0. 01(9，4)=
14.66;p = 0.0001 ＜ 0.01，表明回归模型极显著; 失拟
项 F = 0.15 ＜ F0. 05(9，3)= 8.81;p = 0.3694 ＞ 0.05，不显
著;复相关系数R2 = 0.9703，说明拟合程度良好，实验
误差较小，说明用此模型可以得到足够强的相应信
号。因此可以用此模型来预测和分析蒲公英糖蛋白
提取工艺结果。
由表 4 回归模型系数显著性检验结果可知，P值
300
表 3 回归模型方差分析表
变异源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性
模型 37.32 14 2.67 32.65 ＜ 0.0001 ＊＊
失拟项 0.90 10 0.09 0.15 0.3694 不显著
纯误差 0.24 4 0.06
总和 38.46 28
R2 = 0.9703，R2Adj = 0.9405
表 4 回归方程系数显著性检验结果
模型项 回归系数 自由度 标准误差 95%置信度区间低端 95%置信度区间高端 P值
常数项 5.25 1 0.13 4.98 5.53
A 0.26 1 0.083 0.086 0.44 0.0067
B 0.36 1 0.083 0.18 0.54 0.0007
C 0.43 1 0.083 0.26 0.61 ＜ 0.0001
D 0.35 1 0.083 0.17 0.53 0.0008
AB 0.14 1 0.14 － 0.16 0.45 0.3357
AC 0.25 1 0.14 － 0.054 0.56 0.0991
AD 0.82 1 0.14 － 0.22 0.39 0.5730
BC 0.023 1 0.14 － 0.28 0.33 0.8772
BD － 0.15 1 0.14 － 0.46 0.15 0.3040
CD 0.14 1 0.14 － 0.17 0.45 0.3439
A2 － 1.04 1 0.11 － 1.28 － 0.79 ＜ 0.0001
B2 － 1.58 1 0.11 － 1.82 － 1.33 ＜ 0.0001
C2 － 1.35 1 0.11 － 1.59 － 1.11 ＜ 0.0001
D2 － 1.37 1 0.11 － 1.61 － 1.13 ＜ 0.0001
＜ 0.05 即说明模型显著，P值 ＜ 0.0001 即说明模型极
显著。在此实验设计中一次项 C 极显著，A、B、D 不
显著，二次项 A2、B2、C2、D2 极显著，其余各项均不显
著，表明各个影响因素与响应值之间不是简单的线
性关系，此外，还可以看出各个因素对蒲公英糖蛋白
得率影响的大小顺序为:水提取时间(C)＞超声功率
(B)＞水提取温度(D)＞超声时间(A)。
2.5.2 响应曲面分析 超声辅助提取蒲公英糖蛋白
的响应曲面见图 8～图 13。
2.5.2.1 超声时间、超声功率交互作用对超声辅助提
取蒲公英糖蛋白的响应面分析 从图 8 可以看出，
在超声时间 A =20min时为最优条件，此两因素的交
互作用不太显著，在本实验水平范围之内，超声时间
和超声功率的曲面坡度均比较缓慢，说明这两个因
素对蒲公英糖蛋白提取影响都比较小，当超声时间
低于 20min时，蒲公英糖蛋白随着超声时间的增加
而增大，超过该浓度，蒲公英糖蛋白的得率随浓度的
增大而减小。超声时间和超声功率分别在 20～21min
和 200～205W 的范围内，提取的蒲公英糖蛋白可以
达到实验的最大值。
图 8 超声时间、超声功率交互作用
对超声辅助提取蒲公英糖蛋白的响应面
2.5.2.2 超声时间、水提时间交互作用对超声辅助提
取蒲公英糖蛋白的响应面分析 图 9 显示了在水提
时间 C = 5h 时为最佳值，超声时间与水提时间对超
声辅助提取蒲公英糖蛋白的交互影响比较显著，水
提时间对应的响应曲面坡度比较陡峭，说明水提时
间对蒲公英糖蛋白提取影响显著，水提时间和超声
时间分别在 4.9～5h和 20～21min的范围内，提取的蒲
公英糖蛋白可以达到该实验的最大值。
图 9 超声时间、水提时间交互作用
对超声辅助提取蒲公英糖蛋白的响应面
2.5.2.3 超声时间、水提温度交互作用对超声辅助提
取蒲公英糖蛋白的响应面分析 图 10 表明了在水
提温度 D =50℃时为最佳值，超声时间与水提温度对
超声辅助提取蒲公英糖蛋白的交互影响比较不显
著，超声时间对应的响应曲面坡度比较平缓，说明超
声时间对蒲公英糖蛋白提取影响不显著，水提温度
和超声时间分别在 50～51℃和 20～21min 的范围内，
提取的蒲公英糖蛋白可以达到该实验的最大值。
2.5.2.4 超声功率、水提时间交互作用对超声辅助提
取蒲公英糖蛋白的响应面分析 由图 11 可知，超声
功率 B =200W时为最佳值，超声功率与水提时间对
超声辅助提取蒲公英糖蛋白的交互影响极其显著，
超声功率对应的响应曲面坡度比较陡峭，说明超声
功率对蒲公英糖蛋白提取影响极其显著。超声功率
和水提时间分别在 200～205W 和 4.5～5h 的范围内，
提取的蒲公英糖蛋白可以达该实验的最大值。
301
图 10 超声时间、水提温度交互作用
对超声辅助提取蒲公英糖蛋白的响应面
图 11 超声功率、水提时间交互作用
对超声辅助提取蒲公英糖蛋白的响应面
2.5.2.5 超声功率、水提温度交互作用对超声辅助提
取蒲公英糖蛋白的响应面分析 由图 12 显示，超声
功率与水提温度对超声辅助提取蒲公英糖蛋白的交
互影响显著，超声功率对应的响应曲面坡度比较陡
峭，说明超声功率对蒲公英糖蛋白提取影响显著。
超声功率和水提温度分别在 200～205W 和 50～51℃
的范围内，提取的蒲公英糖蛋白可以达到最大值。
图 12 超声功率、水提温度交互作用
对超声辅助提取蒲公英糖蛋白的响应面
2.5.2.6 水提时间、水提温度交互作用对超声辅助提
取蒲公英糖蛋白的响应面分析 由图 13 显示，水提
时间与水提温度对超声辅助提取蒲公英糖蛋白的交
互影响比较不显著，水提时间对应的响应曲面坡度
比较缓慢，说明水提时间对蒲公英糖蛋白提取影响
不显著。超声功率和水提温度分别在 4.5～5h 和 50～
51℃的范围内，提取的蒲公英糖蛋白可以达到该组实
验的最大值。
2.6 验证实验
选择出最优的提取条件为: 超声时间20.8min，
超声功率 205.8W，水提时间 5.2h，水提温度 51.3℃，
根据实际情况稍做调整，即超声时间 20min，超声功
率 200W，水提时间 5h，水提温度 50℃，做三次平行
实验，蒲公英糖蛋白平均得率为 5.33%，与理论最大
图 13 水提时间(C)、水提温度(D) 交互作用
对超声辅助提取蒲公英糖蛋白的响应面
得率 5.35%接近。
3 结论
本实验以葡萄糖为标准品作出了糖含量测定的
标准曲线 Y = 0.0128X + 0.0106，相关系数 R2 =
0.9949;以此为标准曲线计算出提取液中蒲公英糖蛋
白多糖的含量为 48.12%。并且利用凯氏定氮法测定
了糖蛋白中蛋白含量，其结果为 20.37%。
在单因素实验的基础上，通过响应曲面法建立
了超声波辅助提取蒲公英糖蛋白的二次多项数学模
型。选择出最优的提取条件，做三次平行实验，蒲公
英糖蛋白平均得率为 5.33%，与理论最大得率 5.35%
接近。
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