全 文 ：金柑（Fortunella margarita）又名金橘、 夏橘， 属
芸香科常绿小乔木或灌木， 柑橘族， 金柑属植物，
原产于中国， 主要栽培在浙江、 广西、 江西、 湖
南、 福建、 广东等省（区）[1-2]。 金柑营养价值很高，
含有人体所需多种维生素、 氨基酸以及丰富的多
糖、 精油、 柠檬苦素、 黄酮等活性物质 [3-6]。 金柑
对防止血管破裂， 减少毛细血管脆性和通透性， 减
缓血管硬化有良好的作用； 对血压能产生双向调节
作用， 高血压、 血管硬化及冠心病患者食之非常有
益； 金柑还可增强机体的抗寒能力， 防治感冒[7-10]。
目前， 对于金柑的研究主要针对其民间药膳、 相关
食品的研发和采后保鲜等方面， 对其活性成分的研
究还处于初步阶段[11]。
多糖是金柑中的主要活性成分之一， 目前， 关
于金柑多糖的提取及活性分析已有报道 [12-14]， 结果
表明， 金柑多糖对金黄色葡萄球菌、 沙门氏菌、 大
肠杆菌、 枯草芽孢杆菌和假单胞杆菌均有一定的抑
制作用， 且具有一定的清除羟自由基、 超氧阴离子
自由基和 DPPH自由基的能力。 热水浸提法是提取
多糖的传统方法， 但存在多糖得率低的问题， 不利
于后续对其进行结构和功能的研究 [15-17]。 碱液浸提
法能破坏细胞壁， 从而使细胞中可溶性成分溶出，
可显著提高多糖的得率 [18]。 因此， 本文以 NaOH 溶
液为浸提剂， 利用碱提醇沉法提取金柑多糖， 考察
液料比、 提取时间、 提取温度、 NaOH 浓度和提取
次数等 5 个单因素对金柑多糖得率影响的基础上，
热带作物学报 2015， 36（1）： 179-184
Chinese Journal of Tropical Crops
收稿日期 2014-06-25 修回日期 2014-11-01
基金项目 福建省科技计划重点项目 “金柑多糖高效提取技术及功能特性的研究与应用” (No. 2013Y0003)。
作者简介 曾红亮（1986年—）， 男， 博士生； 研究方向： 食品科学与工程， E-mail： zhlfst@163.com。 *通讯作者（Corresponding author）： 郑
宝东（ZHENG Baodong）。
响应面法优化金柑多糖碱提取工艺的研究
曾红亮， 张 怡， 薛雅茹， 刘 骏， 郑宝东 *
福建农林大学食品科学学院， 福建福州 350002
摘 要 为研究碱溶液提取金柑多糖的最佳工艺， 考察液料比、 提取时间、 提取温度、 NaOH 浓度和提取次数
等 5 个因素对金柑多糖得率的影响。 在单因素研究的基础上， 采用五元二次旋转正交设计对其工艺进行优化，
利用 SAS 9.2 响应面分析程序得到回归方程。 结果表明： 回归方程达到显著水平， 多糖的最佳碱提取工艺条件
为： 液料比（V/W）41 ∶ 1， 提取时间 3.5 h， 提取温度 89 ℃， NaOH 浓度 0.05 mol/L， 提取次数 3 次。 在此条件
下， 多糖得率为（8.56±0.23）％， 与理论预测值基本一致， 相比传统热水浸提法， 多糖得率提高 3.73 倍。
关键词 金柑； 多糖； 碱提； 响应面
中图分类号 R284.1 文献标识码 A
Optimization of the Alkali Extraction Technology of
Fortunella margarita Polysaccharides via
Response Surface Methodology
ZENG Hongliang, ZHANG Yi, XUE Yaru, LIU Jun, ZHENG Baodong*
College of Food Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China
Abstract In order to study the optimum technology conditions of Fortunella margarita polysaccharides extracted
by NaOH solution, the effect of liquid/material ratio, extraction time, extraction temperature, NaOH concentration
and extraction times on the yield of F. margarita polysaccharides was investigated, respectively. On the basis of
the single factor experiments, the conditions were optimized by the quadratic orthogonal rotation design with five
factors. A regression equation was established by response surface methodology in SAS 9.2. The results showed that
the equation reached significant level and the optimum conditions were as follows: liquid/material ratio of 41 ∶ 1
(mL ∶ g), extraction time of 3.5 h, extraction temperature of 89 ℃, NaOH concentration of 0.05 mol/L and 3-attempts
extraction. Under the conditions, the yield of polysaccharides could be up to (8.56±0.23)%, which was consistent
with the theoretical prediction value and increased by 3.73 times compared with the traditional hot water
extraction method.
Key words Fortunella margarita; Polysaccharides; Alkali extraction; Response surface methodology
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.01.030
第 36 卷热 带 作 物 学 报
表1 试验因素和水平表
Table 1 Factors and levels of experiments
编码 X1(V/W) X2/h X3/℃ X4/(mol/L) X5/次
2 45 ∶ 1 3.5 100 0.06 5
1 40 ∶ 1 3 90 0.05 4
0 35 ∶ 1 2.5 80 0.04 3
-1 30 ∶ 1 2 70 0.03 2
-2 25 ∶ 1 1.5 60 0.02 1
采用响应面法对金柑多糖的最佳碱提工艺条件进行
优化， 为金柑多糖分离纯化、 结构表征、 功能学研
究以及其综合开发利用提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 材料与试剂 尤溪金柑（九成熟）由尤溪县
农业局提供； 乙醇、 石油醚等均为国产分析纯试
剂； 本试验用水均为双蒸水。
1.1.2 仪器与设备 RE-52A 型旋转蒸发器： 上
海亚荣生化仪器厂； BCD-213KC 型新飞冰箱： 河
南新飞电器有限公司； FZ102 植物粉碎机： 天津市
泰斯特仪器有限公司； AL104型精密分析天平： 梅
特勒-托利多仪器（上海）有限公司； 丹瑞 HH-6 型
数显恒温水浴锅： 江苏省金坛市荣华仪器制造有双
捷实验仪器厂； L530 型台式低速离心机： 长沙高
新技术产业开发区湘仪离心机仪器有限公司 ；
Unic-UV-2000 型紫外可见分光光度计 ： 尤尼柯
（上海）仪器有限公司； 卤素快速水分测定仪： 深圳
市冠亚电子科技有限公司； LG-1.0 型真空冷冻干
燥机： 新阳速冻设备制造有限公司。
1.2 方法
1.2.1 金柑样品的前处理 新鲜金柑→筛选→清
洗→去核→切片→80 ℃干燥 24 h→粉碎→过 40 目
筛→金柑粉末（水分含量<3％）。
金柑样品： 取适量的金柑粉末， 置于圆底烧瓶中，
以 1 ∶ 20 比例加入石油醚， 60 ℃回流浸提 0.5 h，
以脱去表面脂肪， 纱布过滤； 滤渣同样以 1 ∶ 20 比
例加入 95％的乙醇， 70 ℃回流 1 h， 以脱去大部分
色素， 风干待用， 即得到实验样品。
1.2.2 金柑多糖的提取工艺流程 金柑样品→碱
液浸提→离心→上清液→减压浓缩→醇析→离心→
沉淀→冻干→测定。
1.2.3 多糖得率的测定
多糖得率=多糖质量（mg）
样品质量（mg） ×100
％
1.2.4 单因素试验 取 10 g 金柑粉末样品， 以金
柑多糖得率为指标， 研究液料比（文中均为 V/W）、
提取时间、 提取温度、 NaOH 浓度和提取次数对多
糖得率的影响。 分别选取液料比为 20 ∶ 1、 25 ∶ 1、
30 ∶ 1、 35 ∶ 1、 40 ∶ 1、 45 ∶ 1、 50 ∶ 1， 提取时间 1、
1.5、 2、 2.5、 3、 3.5、 4 h， 提取温度为 50、 60、
70、 80、 90、 100、 110 ℃ ， NaOH 浓度为 0.01、
0.02、 0.03、 0.04、 0.05、 0.06、 0.07 mol/L 和提取
次数为 1、 2、 3、 4、 5 次进行单因素试验（平行试
验 3次）。
1.2.5 响应面优化试验 根据单因素试验结果，
采用五元二次回归分析法研究金柑碱提过程中液料
比、 提取时间、 提取温度、 NaOH 浓度和提取次数
与多糖得率的关系， 并根据 SAS 9.2 软件处理数据
得二次回归方程， 采用响应面分析法得到最佳工艺
条件。
1.2.6 验证试验 根据响应面预测的最佳提取工
艺参数， 按照 “1.2.3” 的方法操作， 测定实际得到
的金柑多糖得率， 以验证响应面预测的准确性。
1.3 数据处理
采用 SAS 9.2 对试验数据进行处理， 并对模型
进行显著性分析。
2 结果与分析
2.1 正交试验设计与结果
由单因素试验可知： 液料比选择 35 ∶ 1、 提取
时间选择 2.5 h、 提取温度选择 80 ℃、 NaOH 浓度
选择 0.04 mol/L 和提取次数选择 3 次为最佳条件。
根据单因素试验结果， 以液料比（X1）、 提取时间
（X2）、 提取温度（X3）、 NaOH 浓度（X4）和提取次数
（X5）为变量 ， 以多糖得率 (Y)为目标函数 ， 设计
五元二次通用旋转正交试验， 各试验因素和水平
见表 1。
按五因子 1/2 实施安排试验 , 变量参数 P=5，
星号臂值 R=2， 其中， 试验的次数 Mc=2P-1=16, 星
号点试验次数 Mr=2P=10, 中心点试验次数 M0=10，
因此， 总试验点 N=Mc＋Mr＋M0=16＋10＋10=36， 即
36个处理组合[19-20]。 试验设计及结果见表 2。
表2 试验设计及结果
Table 2 Design and results of experiments
编号 X1 X2 X3 X4 X5 Y/％
1 1 1 1 1 1 8.41
2 1 1 1 -1 -1 7.45
3 1 1 -1 1 -1 6.18
180- -
第 1 期
表4 回归系数方差分析结果
Table 4 Variance analysis of regression coefficients
模型 自由度 非标准化系数 t值 显著性检验
Intercept 1.000 0 -43.666 2 -5.850 0 <0.000 1**
X1 1.000 0 0.355 1 1.880 0 0.079 7
X2 1.000 0 1.210 4 0.680 0 0.506 7
续表2 试验设计及结果
Table 2 Design and results of experiments （continued）
编号 X1 X2 X3 X4 X5 Y/％
4 1 1 -1 -1 1 5.97
5 1 -1 1 1 -1 6.86
6 1 -1 1 -1 1 6.71
7 1 -1 -1 1 1 6.20
8 1 -1 -1 -1 -1 4.72
9 -1 1 1 1 -1 7.53
10 -1 1 1 -1 1 6.29
11 -1 1 -1 1 1 7.00
12 -1 1 -1 -1 -1 4.78
13 -1 -1 1 1 1 7.87
14 -1 -1 1 -1 -1 6.04
15 -1 -1 -1 1 -1 5.36
16 -1 -1 -1 -1 1 5.30
17 2 0 0 0 0 7.30
18 -2 0 0 0 0 6.58
19 0 2 0 0 0 7.87
20 0 -2 0 0 0 6.2
21 0 0 2 0 0 7.11
22 0 0 -2 0 0 4.76
23 0 0 0 2 0 7.62
24 0 0 0 -2 0 5.08
25 0 0 0 0 2 7.63
26 0 0 0 0 -2 6.68
27 0 0 0 0 0 7.52
28 0 0 0 0 0 7.02
29 0 0 0 0 0 7.76
30 0 0 0 0 0 7.58
31 0 0 0 0 0 7.71
32 0 0 0 0 0 7.50
33 0 0 0 0 0 7.05
34 0 0 0 0 0 7.81
35 0 0 0 0 0 7.61
36 0 0 0 0 0 7.66
2.2 模型的建立及显著性分析
采用 SAS 9.2 中的 RSREG 程序对表 2 的数据
进行回归分析， 各因素经回归拟合后， 得到多糖得
率的五元二次方程如下：
Y=-43.666 2+0.355 1X1+1.210 4X2+0.708 7X3+
320.854 2X4 +2.056 0X5 -0.006 2X1X1 +0.062 2X2X1 -
0.524 6X2X2+0.001 3X3X1-0.001 9X3X2-0.004 1X3X3-
3.187 5X4X1+13.875 0X4X2+0.131 3X4X3-3 023.958 3X4X4-
0.008 4X5X1-0.171 3X5X2-0.012 7X5X3+14.187 5X5X4-
0.101 1X5X5
该模型的方差分析结果见表 3。
从表 3 可看出， 回归模型的 P 值小于 0.000 1，
表明该回归模型极显著； 模型相关系数 R2=0.972 1，
变异系数 CV=3.811 6， 且失拟项不显著， 说明响
应值的变化有 97.21％来源于所选变量， 模型可以
较好的解释试验所得多糖得率的变化。 因此， 该回
归方程可以较好的描述各因素与金柑多糖得率之间
的真实关系， 可用于确定最佳提取工艺条件。 一次
项、 二次项的 P 值均小于 0.000 1， 说明一次项和
二次项对多糖得率的影响极显著， 而交互项的 P
值大于 0.05， 所以交互项对多糖得率的影响不显著。
各回归系数方差分析结果见表 4。 由表 4 可
知， 各因素对多糖得率的影响程度从大到小依次排
列为： 提取温度、 NaOH 浓度、 提取次数、 液料比
和提取时间。 在一次项中， X3和 X4对金柑多糖得
率的影响达到极显著水平， X5 对金柑多糖得率的
影响达到显著水平， 而 X1和 X2 对其影响不显著；
在二次项中， X1、 X3和 X4对金柑多糖得率的影响
达到极显著水平， X2 和 X5 对其影响达到显著水
平； 在交互项中， 提取时间和液料比的交互作用
（X2X1）、 NaOH 浓度和液料比的交互作用（X4X1）以
及提取次数和NaOH浓度的交互作用（X5X4）对金柑
多糖得率的影响达到显著水平， 其余交互项对其影
响不显著。
表3 回归模型方差分析
Table 3 Variance analysis of regression model
说明： *表示在p=0.05检测水平上显著； **表示在p=0.01检测
水平上显著。 下同。
Note: * means significant difference at 0.05 level and ** means
significant difference at 0.01 level. The same as below.
方差来源 自由度 平方和 均方和 F 值 P值
回归模型 20 35.026 6 1.751 3 26.086 3 < 0.000 1**
误差 15 1.007 0 0.067 1
总校正 35 36.033 6
一次项 5 23.504 7 4.700 9 70.020 0 < 0.000 1**
二次项 5 9.850 2 1.970 0 29.340 0 < 0.000 1**
交互项 10 1.671 6 0.167 2 2.490 0 0.053 9
失拟项 6 0.326 7 0.054 4 0.720 0 0.644 2
纯误差 9 0.680 4 0.075 6
总误差 15 1.007 0 0.067 1
曾红亮等： 响应面法优化金柑多糖碱提取工艺的研究 181- -
第 36 卷热 带 作 物 学 报
模型 自由度 非标准化系数 t值 显著性检验
X3 1.000 0 0.708 6 7.250 0 <0.000 1**
X4 1.000 0 320.854 2 3.700 0 0.002 2**
X5 1.000 0 2.056 0 2.420 0 0.028 9*
X1*X1 1.000 0 -0.006 2 -3.380 0 0.004 1**
X2*X1 1.000 0 0.062 2 2.400 0 0.029 7*
X2*X2 1.000 0 -0.524 6 -2.860 0 0.011 8*
X3*X1 1.000 0 0.001 3 1.030 0 0.318 2
X3*X2 1.000 0 -0.001 9 -0.140 0 0.886 9
X3*X3 1.000 0 -0.004 1 -8.870 0 <0.000 1**
X4*X1 1.000 0 -3.187 5 -2.460 0 0.026 5*
X4*X2 1.000 0 13.875 0 1.070 0 0.301 1
X4*X3 1.000 0 0.131 3 0.200 0 0.842 2
X4*X4 1.000 0 -3 023.958 3 -6.600 0 <0.000 1**
X5*X1 1.000 0 -0.008 4 -0.650 0 0.527 8
X5*X2 1.000 0 -0.171 3 -1.320 0 0.206 0
X5*X3 1.000 0 -0.012 7 -1.960 0 0.069 0
X5*X4 1.000 0 14.187 5 2.190 0 0.044 7*
X5*X5 1.000 0 -0.101 1 -2.210 0 0.043 2*
续表4 回归系数方差分析结果
Table 4 Variance analysis of regression coefficients （continued）
2.3 响应面图和等高线图分析
由回归模型方差分析结果（表4）可知， 各因素
对多糖得率的影响程度大小依次为： X3>X4>X5>X1>
X2。 X1、 X2、 X3、 X4和 X5二次项的系数均为负值，
方程表示的抛物面开口向下有极大值点 [21]。 响应面
图是响应值对各试验因子构成的三维空间的曲面
图。 等高线图为二维图， 它将具有相同的响应值的
所有点连接在一起， 形成恒定响应的等值线 [22]。 提
取时间和液料比（X2X1）的交互作用、 NaOH 浓度和
液料比（X4X1）的交互作用以及提取次数和NaOH浓
度（X5X4）的交互作用对金柑多糖得率的影响显著，
交互作用的响应面图和等高线图见图 1~3。
由图 1可知， 提取时间不变时， 多糖得率随液
料比的增大而增加， 但并非持续增加， 当液料比达
37 ∶ 1～45 ∶ 1时多糖得率达到最大值， 再继续增大液
料比， 多糖得率反而开始下降， 这是由于加水量过
大稀释了多糖， 在一定体积倍数醇沉淀的过程中不
利于多糖沉淀出来。 由图 2~3 可知， 液料比和提
取次数固定不变时， 多糖得率随 NaOH浓度的增大
而增加， 但并非持续增加， 当 NaOH 浓度达 0.04～
0.058 mol/L 时多糖得率达到最大值， 再继续增大
NaOH 浓度， 多糖得率反而开始下降， 这可能是由
于碱浓度过高会使多糖发生脱酯和 β-消去反应，
使多糖结构受到破坏， 多糖得率下降 [18]。 从图 1～3
可知， 各图形的曲面较陡， 直观反映了各因素的交
互作用对多糖得率的影响较显著， 这与方差分析的
结果一致。
2.4 金柑多糖碱提工艺的确定
结合回归模型， 由 SAS 9.2软件分析得到金柑多
糖最佳的碱提工艺条件为： 液料比 40.875 4 ∶ 1， 提
取时间 3.519 5 h， 提取温度 88.641 9 ℃， NaOH 浓
度 0.049 5 mol/L 和提取次数 3.403 5 次， 多糖得率
为 8.5683％。 根据实际情况调整的最佳提取条件为：
液料比 41 ∶ 1， 提取时间 3.5 h， 提取温度 89 ℃，
NaOH 浓度 0.05 mol/L 和提取次数 3 次。 在此条件
下重复 3 次试验 ， 金柑多糖得率分别为 8.79％、
8.34％、 8.55％， 平均值为（8.56±0.23）％， 与理论
预测值基本一致， 说明回归模型可靠。
图1 提取时间和液料比对多糖得率的响应面图和等高线图
Fig. 1 Response surface graph and contour graph of extraction time and liquid/material ratio on the yield of polysaccharides
182- -
第 1 期
2.5 与传统热水浸提法的对比
笔者之前的研究结果表明 [12]， 金柑多糖水提的
最佳工艺条件为： 液料比38 ∶ 1、 温度 88 ℃、 提取
时间 2.5 h、 乙醇含量 70％和提取 3 次， 在此条件
下， 多糖得率为 1.81％。 在本研究所得最佳的碱提
工艺条件下， 多糖得率为 8.56％， 即比传统热水浸
提法提高 3.73 倍。 说明该方法操作简单， 多糖得
率高， 可有效地应用于金柑多糖的提取。
3 讨论与结论
在提取多糖的相关研究中， 认为碱提法有利于
多糖的溶出， 尤其是粘多糖 [23]。 金柑多糖较粘稠，
适合采用碱提法提取。 就多糖得率而言， 碱提法要
明显优于传统的热水浸提法， 但碱液可能对多糖的
分子结构和理化性质产生影响， 而这两方面都与多
糖的生物学特性有着密切的联系 [24]。 Ai 等 [25]的研究
结果表明， 碱提法和水提法得到的胖大海籽多糖的
单糖组成和比例均一致， 碱提法未对胖大海籽多糖
的结构造成影响； 而 Yi 等 [26]的研究结果表明， 碱
液使龙眼肉多糖的链构象发生了改变， 且提高了龙
眼肉多糖的免疫活性。 碱液是否会影响多糖的分子
结构和理化性质受到很多因素的影响， 如碱浓度，
提取时间和多糖结构等。 因此， 碱提法是否会对金
柑多糖的结构、 理化性质和生物活性产生影响， 需
有待进一步研究。
参考文献
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图2 液料比和NaOH浓度对多糖得率影响的响应面和等高线图
Fig. 2 Response surface graph and contour graph of liquid/material ratio and NaOH concentration on the yield of polysaccharides
图3 NaOH浓度和提取次数对多糖得率影响的响应面和等高线图
Fig. 3 Response surface graph and contour graph of NaOH concentration and extraction times on the yield of polysaccharides
曾红亮等： 响应面法优化金柑多糖碱提取工艺的研究 183- -
第 36 卷热 带 作 物 学 报
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责任编辑： 赵军明
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