全 文 ：第 35 卷 第 8 期
2016 年 8 月
绵阳师范学院学报
Journal of Mianyang Teachers’College
Vol． 35 No． 8
Aug．，2016
收稿日期:2016 － 03 － 10
基金项目:福建省高校杰出青年科研人才培育计划(闽教科［2015］54 号);福建省中青年教师教育科研项目计划(JA15688);漳州职业技
术学院科技计划项目(ZZY1502).
作者简介:蓝志福(1978 －)，男，福建漳浦人，硕士，讲师，工程师，研究方向:园艺植物栽培与应用 .
* 通讯作者:陈建福(1982 －)，男，福建南安人，博士，讲师，研究方向:天然产物化学工艺 .
响应面法优化刺苋多糖的提取工艺研究
蓝志福1，2，陈建福1，2*
(1．漳州职业技术学院食品与生物工程系，福建漳州 363000;
2．农产品深加工及安全福建省高校应用技术工程中心，福建漳州 363000)
摘 要:为得到刺苋多糖的最佳提取工艺，以提取温度、提取时间、液料比为工艺条件，多糖提取率为响应值，
采用响应面法优化提取刺苋多糖的最佳提取工艺 . 结果表明，刺苋多糖提取的最佳工艺为:提取温度 80 ℃、提取
时间 130 min，液料比 32 mL /g，在该条件下，测得刺苋多糖的提取率为 60． 78 mg /g，与预测值相对误差为 1． 25%，说
明该回归方程模型具有较高的拟合度，可以用于刺苋多糖的提取工艺优化 .
关键词:刺苋;多糖;优化
中图分类号:TS201. 1;Q53 文献标志码:A 文章编号:1672-612x(2016)08-0068-06
刺苋(Amaranthus spinosus)为一年生草本，喜生长在干燥荒地，河边荒地、草丛、开阔地等处，在我国南
方大部分省分均有分布［1 － 2］. 刺苋性微温，味咸，具有清热、解毒、消肿、利湿、凉血、止血等功效［3］，刺苋还
含有相当高蛋白质、胡萝卜素、维生素 B、维生素 C、多糖、黄酮、多酚等物质，是一种营养丰富的野菜［4 － 5］.
然而目前尚未有文献对刺苋多糖提取的报道，本文以水为溶剂，对刺苋多糖进行了提取，考察了提取温度、
提取时间和液料比对刺苋多糖提取率的影响，并通过响应面法对提取工艺进行了优化，为刺苋多糖的开发
与利用奠定理论基础 .
1 材料与方法
1． 1 仪器与材料
UV －1800PC － DS2 型紫外可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司;LGJ10 － C冷冻干燥机，北京四
环科学仪器厂有限公司 .
刺苋:采摘于漳州职业技术学院后山，经漳州职业技术学院王水琦教授鉴定刺苋，其它试剂均为分析纯 .
1． 2 试验方法
1． 2． 1 刺苋多糖含量的测定 根据文献［6］的苯酚—硫酸法对刺苋多糖进行测试，并按下式计算刺苋多糖
的提取率 .
刺苋多糖提取率(mg /g)=刺苋多糖重量
刺苋原料重量
1． 2． 2 刺苋多糖的提取工艺 将采摘的刺苋用蒸馏水洗净、自然晾干，冷冻，后于冷冻干燥机中干燥，粉碎，过
筛备用 . 将刺苋粉末在无水乙醇中浸泡 1 h，过滤，将滤渣置于石油醚中脱色脱脂，烘干 . 在提取反应器中准确加
入一定量的刺苋粉末，并设置好温度、提取时间及液料比，提取完后，除蛋白，浓缩，定容，按1． 2． 1中方法得到刺苋
多糖的提取率 .
1． 2． 3 单因素实验设计 (1)提取温度对多糖提取率的影响:将 1 g 的刺苋粉末加入提取反应器中，在液
DOI:10.16276/j.cnki.cn51-1670/g.2016.08.014
料比 30 mL·g －1，提取时间为 120 min的条件下，考察提取温度对多糖提取率的影响 .
(2)提取时间对多糖提取率的影响:将 1 g 的刺苋粉末加入提取反应器中，在提取温度 75 ℃，液料比
30 mL·g －1的条件下，考察提取时间对多糖提取率的影响 .
(3)液料比对多糖提取率的影响:将 1 g的刺苋粉末加入提取反应器中，在提取温度为 75 ℃，提取时间
为 120 min的条件下，考察液料比对多糖提取率的影响 .
1． 2． 4 刺苋多糖的响应面实验设计 以刺苋多糖提取率为响应值，利用 Box － Behnken中心组合方法对液
料比(A)、提取温度(B)、提取时间(C)三个因素进行实验设计，编码表如表 1 所示 .
表 1 因素与水平
Tab． 1 Table of factors and levels
因素
水平
提取温度 /℃ 提取时间 /min 液料比 /mL·g －1
－ 1 65 100 25
0 75 120 30
1 85 140 35
2 结果与讨论
2． 1 刺苋多糖提取的单因素试验
2． 1． 1 提取温度对多糖提取率的影响 从图 1中可知，刺苋多糖提取率在提取温度为 75 ℃时，多糖提取率达
到最大，这是因为随着提取温度的升高，加快了刺苋多糖与溶剂分子的热运动，提高了刺苋多糖从刺苋颗粒中溶
出的机率，当提取温度超过 75 ℃时，提取温度过高，多糖容易发生氧化而分解［7］，造成了多糖提取率的下降，因此
提取温度选择为 75 ℃.
2． 1． 2 提取时间对多糖提取率的影响 从图 2 中可知，刺苋多糖提取率在提取时间为 120 min 时，多糖提
取率达到最大，这是因为随着时间的延长，刺苋多糖在溶剂中慢慢地溶出，提取率增大，而当提取时间过长
时，热处理时间过长，多糖容易发生水解［8］，因此提取时间选择为 120 min.
图 1 提取温度对多糖提取率的影响
Fig． 1 Effect of temperature on yield
of polysaccharides
图 2 提取时间对多糖提取率的影响
Fig． 2 Effect of time on yield
of polysaccharides
2． 1． 3 液料比对多糖提取率的影响 从图 3 中可知，刺苋多糖提取率在液料比为 30 mL /g时，多糖提取率
达到最大，这是因为随着液料比的增加，增加了刺苋多糖与溶剂之间的浓度梯度差，从而增大了多糖从刺
苋颗粒溶出的扩散系数，但液料比过大时，溶剂量过大，溶剂与刺苋颗粒内的杂质扩散系数较大，较易溶
出，并与多糖产生竞争［9］. 因此液料比选择为 30 mL /g.
·96· 蓝志福等:响应面法优化刺苋多糖的提取工艺研究 第 8 期
2． 2 响应面法优化刺苋多糖的提取工艺
2． 2． 1 回归模型及方差分析 利用 Design － Expert 8． 05b统计软件对表 2 的响应面设计实验进行分析，方
差分析如表 3 所示 .
图 3 液料比对多糖提取率的影响
Fig． 3 Effect of liquid － solid ratio
on yield of polysaccharides
根据表 2 的实验结果，用 Design － Expert 8． 05b 统计软
件进行回归拟合，得到刺苋多糖提取率(Y)与液料比(A)、提
取温度(B)、提取时间(C)的二次多项回归模型为:Y = 58． 34
+ 5． 25A + 4． 52B + 2． 68C + 0． 86AB + 2． 29AC + 2． 89BC －
6． 59A2 － 4． 94B2 － 7． 46C2.
从表 3 可以看出，失拟项 P = 0． 102 7 ＞ 0． 05，说明该回
归模型的差异不显著;F = 1 276． 55，P ＜ 0． 000 1，表明该回归
模型达到极显著水平;相关系数 Ｒ2 = 0． 999 4，表明实验测试
值有 99． 94%的数据可以用预测值来表示，说明建立的回归
方程拟合度较高 . 根据方差分析的 F及 P值可以看出，所考
察工艺的主效应主次顺序为:提取温度 ＞提取时间 ＞液料
比，并且方差分析表中的一次项、交互项和二次项对多糖提
取率均达到极显著 . 因此，可以利用该回归模型来对刺苋多
糖的提取率进行预测与分析 .
表 2 响应面实验设计
Tab． 2 The design of response surface experiment
序号 提取温度 /℃ 提取时间 /min 液料比 /mL·g －1 提取率 /mg·g －1
1 － 1 － 1 0 37． 87
2 0 － 1 1 41． 47
3 1 0 － 1 44． 79
4 0 0 0 58． 12
5 0 1 1 56． 28
6 0 － 1 － 1 41． 4
7 0 0 0 58． 61
8 0 0 0 58． 47
9 0 0 0 58． 19
10 1 － 1 0 46． 69
11 0 0 0 58． 33
12 － 1 1 0 45． 21
13 － 1 0 1 39． 21
14 1 1 0 57． 48
15 0 1 － 1 44． 64
16 1 0 1 54． 24
17 － 1 0 － 1 38． 93
·07·第 35 卷 绵阳师范学院学报(自然科学版)
表 3 方差分析
Tab． 3 Variance analysis
方差来源 离差平方和 自由度 均方 F值 P值 显著度
模型 1 077． 62 9 119． 74 1 276． 55 ＜ 0． 000 1 ＊＊
A 220． 29 1 220． 29 2 348． 62 ＜ 0． 000 1 ＊＊
B 163． 62 1 163． 62 1 744． 47 ＜ 0． 000 1 ＊＊
C 57． 46 1 57． 46 612． 60 ＜ 0． 000 1 ＊＊
AB 2． 98 1 2． 98 31． 72 0． 000 8 ＊＊
AC 21． 02 1 21． 02 224． 13 ＜ 0． 000 1 ＊＊
BC 33． 47 1 33． 47 356． 80 ＜ 0． 000 1 ＊＊
A2 183． 04 1 183． 04 1 951． 43 ＜ 0． 000 1 ＊＊
B2 102． 68 1 102． 68 1 094． 71 ＜ 0． 000 1 ＊＊
C2 234． 21 1 234． 21 2 497． 05 ＜ 0． 000 1 ＊＊
残差 0． 66 7 0． 094
失拟度 0． 50 3 0． 17 4． 11 0． 102 7
绝对误差 0． 16 4 0． 040
总离差 1 078． 27 16
注:* P ＜ 0． 05，显著;＊＊P ＜ 0． 01，极显著 .
2． 2． 2 响应面图分析 利用 Design － Expert 8． 05b统计软件对表 2 中的数据进行分析并绘图，得到各工艺
条件对刺苋多糖提取率的响应面和等高线图，如图 4 ～ 6 所示 . 从图中可以直观地看出，提取时间和液料比
的交互作用所呈现响应面图的陡峭程度最大，等高线最密集，说明该提取工艺条件中的提取时间与液料比
的交互作用最为显著，而提取温度和液料比的交互作用所呈现的响应面图的陡峭程度次之，等高线的疏松
程度也次之，而提取温度和提取时间的交互作用的响应面图的陡峭程度最小，等高线最疏松，说明该提取
工艺条件中的提取温度和提取时间的交互作用的影响最为不显著 .
2． 3 验证实验
根据回归模型方程，并利用 Design Expert 8． 05b软件进行分析处理，得到刺苋多糖提取的最佳条件为:
提取温度 80． 03 ℃、提取时间 132． 23 min，液料比 31． 88 mL /g，提取率为 61． 55 mg /g. 根据实验条件的易操
作性，将各工艺条件修正为:提取温度 80 ℃、提取时间 130 min，液料比 32 mL·g －1，按修正后的工艺条件
进行 3 次平行实验，测得刺苋多糖的平均提取率为 60． 78 mg /g，与预测值相对误差为 1． 25%，说明该回归
方程模型具有较高的拟合度，回归方程有效性高，可以用于刺苋多糖的提取工艺优化 .
·17· 蓝志福等:响应面法优化刺苋多糖的提取工艺研究 第 8 期
图 4 提取温度和提取时间对多糖提取率的影响
Fig． 4 Effect of temperature and time on yield of polysaccharides
图 5 提取温度和液料比对多糖提取率的影响
Fig． 5 Effect of temperature and liquid to materials on yield of polysaccharides
图 6 提取时间和液料比对多糖提取率的影响
Fig． 6 Effect of time and liquid to materials on yield of polysaccharides
3 结论
在单因素实验的基础上，对刺苋多糖的提取率进行了响应面优化，得到了最佳的提取工艺为:提取温
度 80 ℃、提取时间 130 min，液料比 32 mL·g －1，在该条件下，所得的刺苋多糖提取率为 60． 78 mg /g，与预
测值相对误差为 1． 25%，说明该回归方程模型具有较高的拟合度，回归方程有效性高，可以用于刺苋多糖
的提取工艺优化，该研究结果可为刺苋多糖的提取与应用提供参考 .
·27·第 35 卷 绵阳师范学院学报(自然科学版)
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On the Extraction of Polysaccharides from Amaranthus Spinosus
Optimization by Ｒesponse Surface Methodology
LAN Zhifu1，2，CHEN Jianfu1，2*
1． Department of Food and Biology Engineering，zhangzhou institute of technology，Fujian Zhangzhou 363000，China;
2． Applied Technical Engineering Center of Fujian University for Further Processing and Safety
of Agricultural Products，Fujian Zhangzhou 363000，China )
Abstract:The extraction of polysaccharides from Amaranthus spinosus was optimized by response surface
methodology． The process parameters of the extraction were adopted including such dependent variables as extrac-
tion temperature，extraction time and liquid to materials． Ｒesults showed that the optimal extraction conditions of
polysaccharides from Amaranthus spinosus were:temperature 80℃，time 130 min and liquid － to － material 32
mL /g． The yield of polysaccharides could be up to 60． 78 mg /g under the optimal extraction condition，the rela-
tive error was 1． 25% compared to the predictive value，which indicated the regression equation model fitted well
with the experimental data． Ｒesult could be used to optimize the extraction of polysaccharides from Amaranthus
spinosus．
Key words:Amaranthus Spinosus，polysaccharides，optimization
(责任编辑:陈桂芳)
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