全 文 ：《食品工业》2013 年第34卷第 3 期 96
响应面法优化费菜多糖提取工艺研究
王娜，王奇志*，唐健红，牛荣丽，龙瑞敏
华侨大学化工学院（厦门 361021）
摘 要 试验采用响应面法研究费菜多糖热水提取的工艺条件。首先，使用单因素试验，筛选出对多糖得率有显
著影响的因素（水料比，提取温度，提取时间，提取次数），其次，建立了响应面提取的二次多项式回归模型，
探讨了各因素的影响效应及交互作用。结果表明，费菜多糖热水提取优化工艺条件为：水料比15︰1（mL/g），
提取温度97 ℃，提取时间2.1 h，提取次数3次，多糖提取率可达（2.48%±0.7%），经过验证试验，预测值与实际
值之间误差4.2%，是可行的简单稳定的提取方案。
关键词 费菜；多糖；热水提取；单因素；响应面分析法
Optimization of Extraction Process of Polysaccharides from Sedum aizoon L.
by Response Surface Method
Wang Na, Wang Qi-zhi*, Tang Jian-hong, Niu Rong-li, Long Rui-min
College of Chemical Engineering, Hua Qiao University (Xiamen 361021)
Abstract Response surface methodology (RSM) was been used to determine the optimum extraction conditions
for polysaccharides extracted from Sedum aizoon L. by hot-water extraction. At first, single-factor experiment
was been carried out to select the factors (the ratio of water to material, the extraction temperature, the extraction
time, the extraction number) which had signifi cant effect on the yield of polysaccharides. Subsequently, quadratic
polynomial regression model was been established. Effect and interaction of the factors were been studied. The results
indicate that the optimal conditions as follows; the ratio of water to material was 15︰1 (mL/g), the extraction
temperature was 97 ℃, the extraction time was 2.1 h, and the extraction was 3 times. The yield of polysaccharides
was (2.48%±0.7%). Verifi cation test suggested that 4.2% was the error between the predictive value and the actual
value. The extraction scheme was viable, simple and stable.
Keywords Sedum aizoon L.; polysaccharides; hot water extraction; single factor; response surface methodology
费菜（Sedum aizoon L.）属景天科景天属多年生
肉质草本植物[1]，可药、可食、可观赏。费菜根及全
草入药，其性平，味甘微酸，具有散瘀、止血、宁心
安神、解毒等功效[2]。在浙江、福建等地长期作为民
间药物治疗心血管疾病[3]。
多糖具有抗氧化、抗肿瘤、免疫调节等多种生物
活性和保湿特性，受到国内外学者的广泛关注[4-8]。
费菜化学成分的研究中，多糖提取研究较少，基于响
应面法优化多糖提取工艺尚未见报道，目前集中在黄
酮类、生物碱等研究[9-15]。已开发利用的多糖产品有
香菇多糖、猪苓多糖、云芝多糖等[16]。本试验在单因
素试验的基础上采用响应面分析法中的Box-Behnken
（BBD）设计，建立多糖提取最优工艺的数学模型，
对多糖提取有显著影响的水料比、提取温度、提取时
间和提取次数等条件进行优化。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
费菜，购自福鼎菜市场；无水乙醇、石油醚、浓
硫酸、苯酚、葡萄糖均为分析纯。
旋转蒸发仪（RE-52）：上海亚荣生化仪器厂；
高速万能粉碎机（FW80）：天津市泰斯特仪器有限
公司；冷冻干燥机（FDU-2100）：东京理化；高速
冷冻离心机（H-2050R）：长沙湘仪离心机仪器有限
公司；可见分光光度计（V-1200）：上海美谱达仪器
有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 费菜多糖提取
费菜样品置60 ℃烘箱中烘干，自然冷却后粉
碎，过60目筛，用石油醚72 ℃水浴提取1.5 h，脱
脂，抽滤，滤渣挥干石油醚，用体积分数为80%乙
醇95 ℃提取1.5 h，抽滤，重复提取一次，除去单
糖、低聚糖、生物碱等小分子物质，滤渣挥干乙
醇，干燥后备用。
称取上述干燥后样品加蒸馏水提取，抽滤，弃滤
渣，滤液减压浓缩，加入3倍体积无水乙醇，4 ℃
过夜，6 000 r/min离心5 min，弃上清。沉淀依次用无
水乙醇、丙酮、乙酸乙酯洗涤，冷冻干燥，得费菜粗
多糖。
多糖得率=多糖质量/原料质量×100% （1）
*通讯作者；基金项目：华侨大学引进人才基金项目
（09BS305）；福建省自然科学基金项目（2010J05076）；
国家标本平台教学标本子平台（http：//mnh.scu.edu.cn/）
工艺技术
《食品工业》2013 年第34卷第 3 期 97
1.2.2 样品多糖含量测定
试验采用硫酸-苯酚法测多糖含量[17]。
1.2.2.1 标准溶液的配制
精确称取0.2 g，105 ℃干燥至恒重的葡萄糖，溶
解后定溶至1 000 mL，摇匀，备用。
1.2.2.2 标准曲线的绘制
精确吸取上述葡萄糖标准溶液0.0、0.1、0.2、
0.3、0.4、0.5、0.6 mL各1份，分别置于20 mL具塞试
管中，加蒸馏水至2.0 mL，再加入新配制的5%苯酚溶
液1.0 mL，摇匀，迅速滴加5.0 mL浓硫酸，摇匀，置
于100 ℃水浴中加热15 min，冷却至室温，测490 nm
处吸光度值。以葡萄糖浓度为横坐标，吸光度为纵坐
标绘制标准曲线。
1.2.2.3 样品中多糖含量的测定
费菜粗多糖溶于水，定容至100 mL，配成多糖待
测液。吸取适量待测多糖溶液于具塞试管中，加蒸馏
水至2.0 mL，然后加入1.0 mL，5%苯酚，摇匀，加入
5.0 mL浓硫酸，混匀后置100 ℃水浴中加热15 min，取
出冷却至室温，同时以2.0 mL蒸馏水做空白，用分光
光度计测490 nm处的吸光度值。
1.3 单因素试验
根据前人报道[18-20]，设置了几个重要因素（水料
比、提取温度、提取时间、提取次数）进行单因素试
验，测定多糖得率，从中筛选出对费菜多糖得率有显
著影响的因素。
固定提取温度、提取时间和提取次数，分别按
照水料比5︰1、8︰1、11︰1、14︰1、17︰1、20︰1
（V/m，下同）进行试验，考察水料比对费菜多糖得
率的影响；固定水料比、提取时间和提取次数，分别
于60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃温度下提取多
糖，考察提取温度对多糖得率的影响；固定水料比、
提取温度和提取次数，分别提取0.5 h、1.0 h、1.5 h、
2.0 h、2.5 h、3.0 h，考察提取时间对多糖得率的影
响；固定水料比、提取温度和提取时间，分别提取
1、2、3、4、5次，测定多糖得率。
1.4 响应面分析法
选取单因素试验中具有显著影响的因素，根据
Box-Behnken design（BBD）设计原理[21]，以费菜多糖
得率为响应值，设计试验水平因子。对各组因素水平
的试验数据采用二次回归拟合，分析各因素的主效应
和交互效应，最后通过偏导计算求出最佳值。
1.5 数据统计分析
试验设3次平行，取其平均值，数据采用SPSS
16.0软件进行统计处理，分别对数据作单因子方差分
析（ANOVA）和LSD多重比较分析，以p<0.05表示
差异性显著；响应面分析法试验结果，采用Design-
Expert 8.0.5进行分析。
2 结果与分析
2.1 葡萄糖标准曲线
以葡萄糖质量浓度为横坐标，吸光度A为纵坐标
绘制葡萄糖标准曲线。该标准曲线的线性方程为y=
0.014 6x-0.002 2，同时其线性回归系数R2=0.999 3。
图1 葡萄糖标准曲线
2.2 单因素试验
各单因素对费菜多糖提取影响情况如下：随着加
水量的增加，多糖得率增大。可能由于水量增加使得
溶于水的多糖量增加，损失的多糖量减少，相应的多
糖提取率增高。但当水料比大于14︰1时，再增加水
量，多糖得率几乎不变，且稍有下降趋势。可能是因
为其他杂质溶出抑制多糖溶出。方差分析及多重比较
分析表明，水料比对费菜多糖得率的影响具有统计学
意义。考虑到增加水量不利于后期浓缩，使得效率降
低，所以选择水料比14︰1为后续试验水料比的中心
点；随着提取温度升高，费菜多糖提取率不断增大。
100 ℃多糖得率最高，各温度梯度之间费菜多糖得率
差异显著，考虑到温度过高会造成多糖结构变化，降
低多糖活性，所以提取温度选择95 ℃；提取时间对
费菜多糖得率的影响是显著的，当提取时间小于
2.0 h时，多糖得率随提取时间增加而提高，可能是
因为提取时间少于2.0 h时，多糖还没有完全被浸提出
来。但当提取时间长于2.0 h时，多糖得率略有下降，
故选择提取时间2.0 h为宜；多糖得率随提取次数增加
有显著增加，但是当提取次数大于3次时，多糖得率
变化不大，由于增加提取次数使得能耗增大，不利于
后期浓缩，综合考虑多糖得率与成本选择提取次数3
次为宜。
综上所述，单因素试验中水料比、提取温度、提
取时间和提取次数均对费菜多糖得率有显著影响。因
此，选取水料比、提取温度、提取时间和提取次数作
为自变量进行响应面分析试验。各因素响应面分析试
验的范围分别是：水料比为11︰1～17︰1，提取温度
为90 ℃～100 ℃，提取时间为1.5～2.5 h，提取次数为
2～4次。
2.3 响应面试验
2.3.1 响应面分析法试验结果
工艺技术
《食品工业》2013 年第34卷第 3 期 98
根据响应面分析法中的试验中心点，分别设置
其变化范围是A（水料比）=（11︰1，17︰1），B
（提取温度/℃）=（90，100），C（提取时间/h）=
（1.5，2.5），D（提取次数/次）=（2，4）。对水料
比、提取温度、提取时间、提取次数作如下变换A=
（X1-14）/3，B=（X2-95）/5，C=（X3-2.0）/0.5，
D=X4-3。其中，X1、X2、X3、X4分别代表试验中各自
变量的实际试验水平值，A、B、C、D分别为各自变
量的编码值。响应面试验因素水平编码及试验结果见
表1。
表1 响应面分析法试验结果
序号 A水料比 B温度/℃
C时间
/h
D次数
/次
多糖得率
Y/%
1 -1(11∶1) -1(90) 0(2.0) 0(3) 1.41
2 1(17∶1) -1 0 0 1.41
3 -1 1(100) 0 0 1.77
4 1 1 0 0 2.26
5 0(14：1) 0(95) -1(1.5) -1(2) 1.38
6 0 0 1(2.5) -1 1.96
7 0 0 -1 1(4) 1.71
8 0 0 1 1 1.65
9 -1 0 0 -1 1.48
10 1 0 0 -1 1.74
11 -1 0 0 1 1.61
12 1 0 0 1 1.65
13 0 -1 -1 0 1.38
14 0 1 -1 0 2.01
15 0 -1 1 0 1.63
16 0 1 1 0 2.14
17 -1 0 -1 0 1.51
18 1 0 -1 0 1.54
19 -1 0 1 0 1.67
20 1 0 1 0 2.01
21 0 -1 0 -1 1.33
22 0 1 0 -1 2.03
23 0 -1 0 1 1.45
24 0 1 0 1 2.12
25 0 0 0 0 2.67
26 0 0 0 0 2.71
27 0 0 0 0 2.58
28 0 0 0 0 2.31
29 0 0 0 0 2.44
2.3.2 响应面回归模型的建立及分析
利用软件对响应值与各因素进行回归拟合后，得
到回归方程：
Y=2.54+0.097A+0.31B+0.13C+0.023D+0.12AB+
0.077AC-0.055AD-0.030BC-0.0075BD-0.16CD-
0.47A2-0.36B2-0.40C2-0.46D2
回归方程中概率p的值越小说明相应变量显著
性程度越高。由表3可以看出水料比、提取温度、
提取时对多糖提取影响极显著，提取次数对多糖提
取影响不显著；同时，由F值的大小可以推断，在
所选的试验范围内，4个因素对多糖得率影响的排
序为提取温度>提取时间>水料比>提取次数；二次
项中水料比、提取温度、提取时间对响应值Y的影
响均达到极显著的水平；交叉项中水料比与提取温
度、提取时间与提取次数的交互项达到高显著水
平。模型p<0.000 1，远小于0.05，说明模型是显
著的。判定系数R2为0.971 6>0.75[22]，说明该模型与
实际值拟合较好，自变量与响应值之间线性关系显
著。回归方程失拟项p=0.998 8>0.05，没有显著意
义，说明数据中没有异常点，不需要引入更高次数
的项。
表2 回归分析结果
项目 平方和 自由度 均方 F值 p＞F 显著性
回归模型 4.65 14.00 0.33 34.22 ＜0.000 1 **
A 0.11 1.00 0.11 11.54 0.004 3 **
B 1.15 1.00 1.15 118.71 ＜0.000 1 **
C 0.20 1.00 0.20 20.08 0.000 5 **
D 0.01 1.00 0.01 0.63 0.442 3
AB 0.06 1.00 0.06 6.18 0.026 2 *
AC 0.02 1.00 0.02 2.47 0.138 1
AD 0.01 1.00 0.01 1.25 0.283 2
BC 0.004 1.00 0.004 0.37 0.552 4
BD 0.000 2 1.00 0.000 2 0.02 0.881 2
CD 0.10 1.00 0.10 10.54 0.005 9 **
A2 1.41 1.00 1.41 144.74 ＜0.000 1 **
B2 0.82 1.00 0.82 84.42 ＜0.000 1 **
C2 1.03 1.00 1.03 106.48 ＜0.0001 **
D2 1.37 1.00 1.37 140.88 ＜0.000 1 **
残差 0.14 14.00 0.01
失拟项 0.03 10.00 0.003 0.09 0.998 8
净误差 0.11 4.00 0.03
总离差 4.79 28.00
注：*p＜0.05，显著；**p＜0.01，高度显著；A，水料比；B，提
取温度；C，提取时间；D，提取次数。
2.3.3 响应面分析图
应用响应面分析水料比、提取温度、提取时间、
提取次数对多糖得率的影响，四个因素两两相互作用
的三维响应面图如图2所示。由图可知：6个响应面均
为开口向下的凸形曲面，说明响应值存在极高值[23]。
对拟合方程进行偏导并求解，可得模型极值点，即为
最优提取工艺条件。经计算多糖最优提取工艺条件
为：水料比14.54 mL/g，提取温度97.30 ℃，提取时间
2.1 h，提取次数2.98次，此时费菜多糖得率达到极值
2.63%。
2.4 费菜多糖提取工艺条件验证
考虑到实际操作的局限性及操作的便利，将费
菜多糖提取工艺条件修正为：水料比15︰1，提取温
度97 ℃，提取时间2.1 h，提取次数3次。在此修正
条件下，实际测得多糖得率为2.48%，回归模型预测
多糖得率可达2.59%，实际值与理论预测值的误差为
4.2%。
工艺技术
《食品工业》2013 年第34卷第 3 期 99
图2 多糖得率响应面分析图
3 结论与讨论
本试验采用以上方法，得到费菜多糖热水提取优
化的工艺：水料比15︰1，提取温度97 ℃，提取时间
2.1 h，提取次数3次，多糖得率达到2.59%，为获得经
济、简单、稳定、可行的费菜多糖提取工艺提供了参
考数据。
热水提取法是传统水溶性多糖提取方法[24]。具有
成本低，操作简单，安全，对多糖结构破坏小等优
点，目前仍是多糖提取中最常用的方法[25-26]。响应面
分析法（Response surface methodology），简称RSM，
是一种有效的多变量工艺优化方法，采用多元二次回
归作为函数估计的工具，能够研究自变量与响应值之
间、自变量与自变量之间的相互关系[27-28]，具有周期
短，回归方程精度高。
参考文献：
[1] 中国科学院武汉植物研究所. 湖北植物志[M]. 武汉：湖
北人民出版社，1979: 64-65.
[2] 国家中医药管理局《中华本草》编委会. 中华本草[M].
上海：上海科学科技出版社，1999: 765-767.
[3] 王二丽，郭素华，蔡扬帆. 养心草的药用价值及开发前
景[J]. 海峡药学，2010，22(9): 79-81.
[4] Sun Y X. Structure and biological activities of the polysac-
charides from the leaves， roots and fruits of Panax ginseng
C.A. Meyer. An overview [J]. Carbohydrate Polymers，
2011，85(3): 490-499.
[5] Hsieh Y S Y， Chien C， Liao S K S， et al. Structure and
bioactivity of the polysaccharides in medicinal plant Dendro-
bium huoshanense [J]. Bioorganic & Medicinal Chemistry，
2008，16(11): 6054-6068.
[6] Yang J H，Du Y M，Huang R H， et al. Chemical modi-
fication and antitumour activity of Chinese lacquer poly-
saccharide from lac tree Rhus vernicifera [J]. Carbohydrate
Polymers，2005，59(1): 101-107.
[7] Yang T H，Jia M，Zhou S Y，et al. Antivirus and immune
enhancement activities of sulfated polysaccharide from An-
gelica sinensis [J]. International Journal of Biological Macro-
molecules，2012，50(3): 768-772.
[8] Li H F，Xu J，Liu Y M，et al. Antioxidant and moisture-
retention activities of the polysaccharide from Nostoc com-
mune [J]. Carbohydrate Polymers，2011，83(4): 1821-1827.
[9] Wang Q Z，Luo A X，Fan Y J，et al. In vitro antioxidant
activity of polysaccharide from Sedum aizoon L. extracts [J].
Journal of Medicinal Plants Research，2011，5(30): 6604-
6608.
[10] 付煜荣，王欢，辛立波，等. 土三七中多糖提取条件的
优化及含量测定[J]. 中成药，2009，31(11): 1787-1789.
[11] Kim J H，Hart H T，Stevens J F. Alkaloids of some Asian
Sedum species [J]. Phytochemistry，1996，41(5): 1319-
1324.
[12] Li W L， Luo Q Y， Wu L Q. Two new prenylated iso-
flavones from Sedum aizoon L. [J]. Fitoterapia，2011，82(3):
405-407.
[13] Stevens J F， Hart H T， Van Ham R C H J， et al. Dis-
tribution of alkaloids and tannins in the Crassulaceae [J]. Bio-
chemical Systematics and Ecology，1995，23(2): 157-165.
[14] 付煜荣，姚荣章. 景天三七中总黄酮提取条件和含量分
析[J]. 河北北方学院学报: 医学版，2010，27(1): 13-15.
[15] 陈克克，强毅. 陕西产景天三七总黄酮含量的测定[J]. 北
方园艺，2011，(24): 214-216.
[16] 赵凯，王飞娟，潘薛波，等. 红托竹荪菌托多糖的提
取剂抗肿瘤活性的初步研究[J]. 菌物学报，2008，27(2):
289-296.
[17] 田广文，陈德育，李学俊，等. 猪苓多糖苯酚-硫酸法
测定条件的优选[J]. 中国农学通报，2007，23(7): 75-78.
[18] Lin C Y， Jiang C J. Optimization of extraction process of
crude polysaccharides from Plantago asiatica L. by response
surface methodology [J]. Carbohydrate Polymers，2011，
84(1): 495-502.
[19] Zhu T， Heo H J， Row K H. Optimization of crude
polysaccharides extraction from Hizikia fusiformis using re-
sponse surface methodology [J]. Carbohydrate Polymers，
2010，82(1): 106-110.
[20] Sun Y X， Liu J C， Kennedy J F. Application of response
工艺技术
《食品工业》2013 年第34卷第 3 期 100
surface methodology for optimization of polysaccharides pro-
duction parameters from the roots of Codonopsis pilosula by a
central composite design [J]. Carbohydrate Polymers，2010，
80(3): 949-953.
[21] Box G E P， Behnken D W. Some New Three Level De-
signs for the Study of Quantitative Variables [J]. technomet-
rics，1960，2(4): 455-475.
[22] Reddy L V A， Wee Y J， Yun J S， et al. Optimization
of alkaline protease production by batch culture of Bacillus
sp. RKY3 through Plackett–Burman and response surface
methodological approaches [J]. Bioresource Technology，
2008，99(7): 2242-2249.
[23] 王鸿磊，王红艳，刘鹏丽，等. 响应面法优化胶冻样芽
孢杆菌发酵条件的研究[J]. 中国农学通报，2012，28(8):
63-67.
[24] Chen W，Wang W P，Zhang H S，et al. Optimization of
ultrasonic-assisted extraction of water-soluble polysaccharides
from Boletus edulis mycelia using response surface methodol-
ogy [J]. Carbohydrate Polymers，2012，87(1): 614-619.
[25] 方积年，丁侃. 天然药物——多糖的主要生物活性及分
离纯化方法[J]. 中国天然药物，2007，5(5): 338-347.
[26] 孙锋，谷文英，丁霄霖. 山药粗多糖的提取工艺[J]. 食品
与生物技术学报，2006，25(3): 79-83.
[27] 钱俊青，周文武，匡春兰. 响应面法优化丁酸缩水甘
油酯的酶法拆分工艺[J]. 生物工程学报，2008，24(25):
1062-1067.
[28] Liu J C，Sun Y X，Liu L，et al. The extraction process
optimization and physicochemical properties of polysaccha-
rides from the roots of Euphorbia fischeriana [J]. International
Journal of Biological Macromolecules，2011，49(3): 416-
421.
调配型酸乳饮料是以鲜奶、复原奶和豆奶为主
要原料，不经乳酸菌发酵，直接用有机酸、糖、稳定
剂配制而成，其中蛋白质含量必须大于等于1 %的乳
饮料。
调配型酸乳饮料的生产虽然工艺简单，但是稳定
性比较差，会出现分层，絮凝和聚结现象。这些现象
产生的主要原因是脂肪上浮和蛋白质沉淀。目前提高
调配型酸乳饮料稳定性的主要方法是加入单一或多种
复配稳定剂，通过添加稳定剂可以增大连续相的黏
度，吸附至分散粒子表面[1]，自身交联成网络结构，
工艺参数对调配型酸乳饮料稳定性的影响
王丽颖1，付莉2
1. 大庆乳品厂有限责任公司（大庆 163000）；2. 辽宁医学院食品科学与工程学院（锦州 121001）
摘 要 调配型酸乳饮料存在因脂肪上浮和蛋白质沉淀而导致稳定性很差的问题。试验从调配型酸乳饮料的加工
工艺参数入手，对添加复配稳定剂（果胶浓度0.11%，羧甲基纤维素钠浓度0.05%，大豆水溶性多糖浓度0.11%，
PGA浓度0.13%）的产品稳定性进行研究。研究结果表明，调酸温度为30 ℃，调酸pH4.0，先调酸后均质，均质压
力为30 MPa，均质温度为60 ℃，产品的稳定性较好。
关键词 调酸温度；调酸pH；均质压力；均质温度
The Effect of Processing Technology Parameters on the Stability of
Formulated Sour Milk Drink
Wang Li-ying1, Fu Li2
1. The Daqing Dairy Plant Limited Liability Company (Daqing 163000);
2. Liaoning Medical Colledge (Jinzhou 121001)
Abstract The existence of fl oating fat and protein precipitation of formulated sour milk drink leads to poor stability
problem. We started from the processing technology parameters of formulated sour milk drink to research on the
stability of products which added with compound stabilizer (pectin concentration 0.11%, sodium carboxymethyl
cellulose concentration 0.05%, water soluble soybean polysaccharide concentration 0.11%, PGA concentration
0.13%). The result showed that the adjustable acid temperature was 30℃, the adjustable pH was 4, adjusting acid
after homogenization, homogenization pressure was 30 MPa, homogeneous temperature was 60 ℃, the stability of
the product was better.
Keywords adjustable acid temperature; adjustable acid pH; homogenization pressure; homogeneous temperature
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