全 文 ：收稿日期:2014 － 08 － 29
基金项目:福建卫生职业技术学院院级课题(2012 － 2 － 6)。
作者简介:罗兰(1980 －) ，女，讲师，硕士。研究方向:中药药效物质基础与质量控制。Email:fjluolan@ qq． com。
应用响应面分析优化酶法辅助超声
提取余甘子多糖工艺
罗 兰1，曾茂贵2，饶雪娥1，李羚羚1
(1．福建卫生职业技术学院药学系，福建 福州 350101;2．福建中医药大学
附属第二人民医院，福建 福州 350003)
摘要:利用酶法辅助超声提取法从余甘子中提取多糖，考查了超声时间、液料比、超声温度和超声功率对多糖提取率的影
响。在单因素试验的基础上采用响应面分析优化提取工艺条件。结果表明，余甘子多糖的最佳提取工艺条件为:超声温度
41 ℃，液料比 6∶ 1，超声时间 75 min，超声功率 300 W，多糖提取率为 5．76%，接近于模型预测值。
关键词:余甘子;多糖;酶法辅助超声提取;单因素试验;响应面分析
中图分类号:Ｒ285;Ｒ965 文献标识码:A 文章编号:1673-0925(2014)04-0264-05
Optimization of enzyme-ultrasonic extraction of polysaccharides from
Phyllanthus emblica L． using response surface analysis
LUO Lan1，ZENG Mao-gui2，ＲAO Xue-e1，LI Ling-ling1
(1． Department of Pharmacy，Fujian Health College，Fuzhou，Fujian 350101，China;2． The Second Peoples
Hospital of Fujian University of Traditional Chinese Medicine，Fuzhou，Fujian 350003，China)
Abstract:The optimization of the extraction process of polysaccharides from Phyllanthus emblica L． by ultrasonic combined with en-
zymic method has been determined by response surface analysis (ＲSA)after investigating the effects of time，ultrasonic power，tem-
perature and liquid solid ratio on the extraction yield of polysaccharide based on the single-factor experiments． The optimum extrac-
tion yield was 5．76% when the temperature，time and proportion were 41 ℃，75 min，and 6∶ 1 (mL∶ g)respectively． This study
showed the process was feasible and reproducible．
Key words:Phyllanthus emblica L．;polysaccharide;enzyme-ultrasonic extraction;single-factor experiments;response surface a-
nalysis (ＲSA)
余甘子(Phyllanthi fructus)是大戟科(Euphorbiaceae)叶下珠属(Phyllanthus)植物余甘子(P． emblica
L．)的成熟果实。余甘子味甘、酸、涩，性凉，具有清热凉血、消食健胃和生津止渴的功效，可用于血热血
瘀、消化不良腹胀、咳嗽、喉痛和口干等［1］，是卫生部颁布的药食兼用品种。余甘子主要的活性成分包括
鞣质、黄酮和多糖［2 － 6］。余甘子各器官皆含有丰富的多糖类化合物，尤其是鲜果肉含量最高［7］。而植物多
糖具有多种生物活性，如清除自由基、抗氧化和抗肿瘤、免疫调节、降低血脂和血糖［8］。福建闽南地区盛
产余甘子，因此开展余甘子多糖的提取工艺研究具有实际应用价值。
响应面分析法(response surface analysis，ＲSA)是一种寻找多因素系统中最佳条件的数学统计方法。
采用二次回归方程拟合因素和响应值之间的函数关系，解决多变量问题建立数学模型从而得到最佳工艺
参数，具有试验次数少、周期短、求得的回归方程精度高，且能研究几种因素间交互作用等诸多优点［9］。
本文利用超声波法［10］和酶解法［11］的协同作用，以多糖提取率为指标，采用酶法辅助超声提取，通过响应
亚热带农业研究
Subtropical Agriculture Ｒesearch
第 10 卷 第 4 期
2014 年 11 月
面分析确定余甘子多糖的最佳提取工艺，为余甘子应用提供参考。
1 材料与方法
1．1 材料与设备
1．1．1 余甘子 采购于福建省惠安县紫山镇，由福建卫生职业技术学院中药教研室朱扶蓉副教授鉴定。
1．1．2 设备 T6 新世纪紫外—可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);KQ-500DE 型数控超
声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司) ;葡萄糖对照品(批号:20120504，中国药品生物制品检定所) ，纤
维素酶(活性单位≥15 U·mg －1，上海奥博生物制品有限公司)，所用试剂均为分析纯。
1．2 方法
1．2．1 多糖提取工艺 称取干燥至恒重的 2．0 g 余甘子粉末，加 6 倍水混匀，加入 0．1%纤维素酶，以 10
倍 0．1 mol·L －1檬酸—柠檬酸钠缓冲溶液在 40 ℃活化 30 min。将酶液加入提取试管中，超声提取 75
min，用三氯乙酸法［12］除蛋白，离心得滤液，加无水乙醇调节至最终浓度 75%，置于冰箱，静置过夜，离心，
用丙酮洗涤，得精制多糖。
1．2．2 多糖的检识 多糖含量测定采用苯酚—浓硫酸法［13］。以葡萄糖含量(C)为横坐标，吸光度(A)为
纵坐标作图，得标准曲线方程为:A = 2．3346C + 0．03539(Ｒ2 = 0．9951)。
多糖提取率 /% =比色液浓度 ×比色液体积 ×稀释体积 ×定容体积
供试品溶液体积 ×试验样品质量
× 100
1．2．3 单因素试验 准确称取 2 g 余甘子粉末，酶解，固定其他因素，分别考察超声时间(15、30、45、60、
75、90、105 min)、液料比(1∶ 1、2∶ 1、3∶ 1、4∶ 1、5∶ 1、6∶ 1、7∶ 1)、超声温度(30、35、40、45、50 ℃)和超声功率
(100、200、300、400、500 W)对多糖得率的影响。每组试验重复 3 次，取其平均值。
表 1 试验因素与水平设计表
Table 1 Factors and levels of ＲAS
水平
因素1)
X1 /℃ X2 /min X3
－ 1 35 70 5∶ 1
0 40 75 6∶ 1
1 45 80 7∶ 1
1)X1 ．超声温度;X2 ．超声时间;X3 ．液料比。
1．2．4 超声提取工艺条件的优化 采用 Box-Be-
hnken设计原理［14］，综合单因素试验结果，对超声温
度(X1)、超声时间(X2)和液料比(X3)进行 3 因素 3
水平试验，并对 17 个试验点加以响应分析。试验因
素与水平设计见表 1。每组试验重复 3 次，取其平
均值。
2 结果与分析
2．1 单因素试验结果
2．1．1 超声时间 如图 1 所示，随着超声时间的延长提取率呈上升趋势，至 75 min时提取率最高，之后提
取率呈下降趋势。由于超声时间过长会产生热量使温度升高，导致酶解作用降低，提取率下降。
2．1．2 液料比 如图 2 所示，多糖提取率随液料比的增大而提高。当液料比达到 6∶ 1 时，提取率最高，之
后随着液料比的提高，多糖提取率趋于稳定趋势。随着水量的增加，则多糖溶解得越多，相应多糖提取率
就高。但到一定程度后，水量增加对多糖提取率影响较小，且增加生产成本，因此液料比选择 6∶ 1。
2．1．3 超声温度 如图 3 所示，当超声温度在 30 － 40 ℃时，余甘子多糖的提取率不断提高，40 ℃后随着
超声温度的增高而下降。温度升高有助于超声波的空化作用，促进多糖物质往外扩散，但温度超过 40 ℃，
纤维素酶活力降低，使酶解作用减弱，从而使提取率降低。因此超声温度以 40 ℃较为适宜。
2．1．4 超声功率 如图 4 所示，当超声功率从 100 W提高到 300 W时，余甘子多糖提取率快速增加，到了
300 W后，提取率缓慢增加。因此，从节约能源角度考虑，超声功率选择 300 W较为适宜。
2．2 响应面分析优化余甘多糖最佳提取工艺
在单因素试验基础上，本研究 Box-Behnken试验设计与试验结果见表 2。
·562·第 4 期 罗兰等:应用响应面分析优化酶法辅助超声提取余甘子多糖工艺
图 1 超声时间对余甘子多糖提取率的影响
Fig． 1 Effect of ultrasonic extraction time on extraction yield
图 2 液料比对余甘子多糖提取率的影响
Fig． 2 Effect of the ratio of water to material on extraction yield
图 3 超声温度对余甘子多糖提取率的影响
Fig． 3 Effect of ultrasonic temperature on extraction yield
图 4 超声功率对余甘子多糖提取率的影响
Fig． 4 Effect of ultrasonic power on extraction yield
表 2 试验设计及数据处理1)
Table 2 Design and experimental results of ＲSA
序号 X1 X2 X3 Y 序号 X1 X2 X3 Y
1 － 1．00000 － 1．00000 － 1．00000 4．00 10 0．00000 0．00000 0．00000 5．74
2 － 1．00000 1．00000 1．00000 4．50 11 － 1．67332 0．00000 0．00000 3．25
3 1．00000 － 1．00000 1．00000 4．25 12 1．67332 0．00000 0．00000 3．50
4 1．00000 1．00000 － 1．00000 4．40 13 0．00000 － 1．67332 0．00000 3．20
5 0．00000 0．00000 0．00000 5．71 14 0．00000 1．67332 0．00000 3．15
6 － 1．00000 － 1．00000 1．00000 4．50 15 0．00000 0．00000 － 1．67332 3．10
7 － 1．00000 1．00000 － 1．00000 4．35 16 0．00000 0．00000 1．67332 3．10
8 1．00000 － 1．00000 － 1．00000 5．50 17 0．00000 0．00000 0．00000 5．76
9 1．00000 1．00000 1．00000 4．10
1)X1 ．超声温度;X2 ．超声时间;X3 ．液料比;Y．提取率。
2．2．1 回归模型的建立与检验 采用 SAS ＲSＲEG程序对表 2 进行回归拟合，得回归方程:
Y = 5．633239 + 0．096916X1 － 0．523021X
2
1 － 0．072307X2 － 0．59439X
2
2 － 0．068101X3 － 0．621090X
2
3 －
0．200000X1X2 － 0．275000X1X3 － 0．075000X2X3。对回归模型因素进行显著性检验，结果见表 3。
由表 3 可知，二次项 X21、X
2
2 以及 X
2
3 的 P值均小于 0．01，远小于其他因素的 P值，表明超声时间、超声
温度、液料比对提取率的影响显著，交互项 X1X2、X1X3、X2X3 的 P 值均在 0．05 左右，说明交互项因子对多
糖提取率的影响也较显著。
·662· 亚 热 带 农 业 研 究 第 10 卷
表 3 回归分析结果1)
Table 3 Ｒesults of regression analysis of ＲSA
方差来源 自由度 平方和 均方 F值 P值 显著性
X1 1 0．12778 0．127784 0．136590 0．722622
X21 1 3．04670 3．046703 3．256657 0．001141 ＊＊
X2 1 0．07113 0．071128 0．076030 0．790714
X22 1 3．93493 3．934931 4．206094 0．007943 ＊＊
X3 1 0．06312 0．063124 0．067474 0．802525
X23 1 4．30511 4．305110 4．601783 0．006910 ＊＊
X1X2 1 0．32000 0．320000 0．342052 0．057700
X1X3 1 0．60500 0．605000 0．646692 0．044774
X2X3 1 0．04500 0．045000 0．048101 0．083266
误差 7 6．54872
总和 16 14．95565
1)X1 ．超声温度;X2 ．超声时间;X3 ．液料比。＊＊表示差异达 0．01 显著水平。
2．2．2 因素交互效应分析 响应面分析可以运用图形技术将函数关系显示出来，通过直觉观察选择试验
设计中的最优化条件。因此，采用 Statistics 8．0 软件进行响应面分析(图 4 － 6)。由等高线图可以看出，存
在极值的条件在圆心位置。比较图 4 － 6 可知，超声时间、超声温度及液料比对多糖提取率的影响都很显
著，表现为曲线较陡，等高线(响应值)随其数值变化而迅速变化。
图 4 超声温度与超声时间对余甘子多糖提取率的响应面图与等值线图
Fig． 4 Ｒesponsive surfaces and contours of temperature and time on extraction yield
图 5 超声温度与液料比对余甘子多糖提取率的响应面图与等值线图
Fig． 5 Ｒesponsive surfaces and contours of temperature and water to material on extraction yield
2．2．3 最佳条件优化及验证结果 对所建立的模型进行参数优化，得到最佳提取工艺条件为:X1 =
40．66612 ℃，X2 = 74．55552 min，X3 = 5．91031∶ 1，多糖提取率可达 5．65%。修正为超声温度 41 ℃、液料比
·762·第 4 期 罗兰等:应用响应面分析优化酶法辅助超声提取余甘子多糖工艺
6∶ 1、超声时间 75 min，在此修正条件下进行多糖超声提取试验(n = 3) ，测得提取率为 5．76%，与预测值基
本吻合。由此可见，本回归方程较好地预测了理论提取率，且提取参数准确可靠，具有实用价值。
图 6 超声时间与液料比对余甘子多糖提取率的的响应面图与等值线图
Fig． 6 Ｒesponsive surfaces and contours of time and water to material on extraction yield
3 小结
本研究通过酶法辅助超声提取余甘子多糖的单因素试验表明，在超声时间 75 min、超声温度 40 ℃、液
料比 6∶ 1、超声功率 300 W时，多糖提取率较高。在单因素试验基础上，利用响应面分析法建立多糖提取
率与超声温度、超声时间和液料比之间的二次回归模型，通过回归方程优化获得最佳提取工艺参数为:超
声温度 40 ℃，超声时间 75 min，液料比 6∶ 1。在该工艺条件下余甘子多糖提取率可达 5．76%，基本符合预
测值(5．65%)。综合来看，本模型具有较好的预测性能，对生产实践具有一定借鉴意义。
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(责任编辑:陈幼玉)
·862· 亚 热 带 农 业 研 究 第 10 卷