全 文 ：福建农林大学学报( 自然科学版) 第 41 卷 第 3 期
Journal of Fujian Agriculture and Forestry University ( Natural Science Edition) 2012 年 5 月
收稿日期: 2011 － 08 － 22 修回日期: 2011 － 10 － 11
基金项目:福建省农产品( 果蔬) 加工工程技术研究中心资助项目( 2009N2002) ．
作者简介:曾红亮( 1986 － ) ，男，硕士研究生．研究方向:食品营养与化学．通讯作者张怡( 1975 － ) ，女，副教授，硕士生导师．研究方向:食品
营养与化学． Email: zyifst@ 163． com．
响应面分析法优化金柑多糖的提取工艺
曾红亮，卢 旭，卞贞玉，林雨菲，张 怡
( 福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350002)
摘要: 采用响应面分析法优化金柑多糖的提取工艺，研究液料比、温度、时间、乙醇含量和提取次数 5 个因素对多糖提取率
的影响，利用 SAS 9．2 响应面的分析程序得到回归方程．结果表明，所得的方程达到显著水平，多糖的最佳提取工艺条件为:
液料比( 毫升 ∶克) 38 ∶ 1、提取温度 88 ℃、提取 2．5 h、乙醇含量 70%和提取 3 次，实际测得的多糖提取率为 1．81%，与理论
预测值基本一致．
关键词: 金柑; 多糖; 提取; 响应面分析
中图分类号: TS255．36 文献标识码: A 文章编号: 1671-5470( 2012) 03-0315-05
Optimization of the extraction technique of Fortunella margarita
polysaccharides via response surface analysis
ZENG Hong-liang，LU Xu，BIAN Zhen-yu，LIN Yu-fei，ZHANG Yi
( College of Food Science，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China)
Abstract: The effects of water /material ratio，temperature，time，ethanol concentration and extraction times were studied on the
Fortunella margarita polysaccharides extraction rate． The regression equation was got with response surface analytical procedure of
SAS 9．2． The results showed that the equations were at significant levels and the optimal conditions for polysaccharides extraction
were as follows: the water /material ratio of 38 ∶ 1 ( mL ∶ g) ，extraction temperature of 88 ℃，extraction time 2．5 h，ethanol concen-
tration 70% ． The extraction rate could be up to 1．81% with three-times extraction．
Key words: Fortunella margarita; polysaccharides; extraction; response surface method
金柑( Fortunella margarita) 又名金橘、绿橘，在植物分类学上属于芸香科柑橘亚科柑橘族柑橘亚族金
柑属的一个杂交种，是圆金柑与罗浮的自然杂交种［1］，主要栽培在浙江、广西、江西、湖南、福建、广东等省
( 自治区) ，以福建省尤溪县种植的金柑品质尤为出名．尤溪县现已成为全国金柑四大产地之一，金柑种植
面积达 6767 hm2，占其水果种植面积的 61%［2］．金柑营养价值很高，内含人体所需的多种维生素、氨基酸
以及丰富的糖分、挥发油、金橘甙、磷、铁等活性物质和微量元素． 金柑具有抑菌、抗肿瘤、抗氧化、调节免
疫、降血脂及防治心脑血管疾病等多种功效．目前，对于金柑的研究主要针对其民间药膳和相关食品、药品
的开发、栽培、防腐保鲜等方面，对其活性成分的研究还处于初级阶段［3 － 6］．越来越多的研究表明，多糖对
细胞的各种生命现象具有调节作用，如黄精、莲藕、胡萝卜、无花果、姬松茸、余甘、龙眼等的多糖［7 － 13］具有
抗氧化，抑制肿瘤等作用．金柑多糖作为金柑的主要成分之一，对其研究目前尚未见报道．本试验对金柑粗
多糖的水提工艺进行了研究，旨在为金柑多糖活性成分的研究及生产上的应用提供参考．
1 材料与方法
1．1 材料
金柑( 九成熟) 由尤溪县农业局提供．
苯酚、浓硫酸、乙醇、石油醚、葡萄糖等均为国产分析纯试剂;本试验用水均为双蒸水．
主要仪器设备有 UV-2000 型紫外可见分光光度计［尤尼柯( 上海) 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］、FZ102 植物粉碎机( 天津市泰斯特仪器有限公司) 、RE-52A
DOI:10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2012.03.007
型旋转蒸发器( 上海亚荣生化仪器厂) 、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) 、丹瑞 HH-6 型数显恒温水浴锅( 金坛市荣华仪器制造有限公司) 、LG-1．0 型真空冷冻干燥机
( 新阳速冻设备制造有限公司) 、试验标准筛( 上虞市银河测试仪器厂) ．
1．2 金柑样品的前处理
流程: → → → → →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．
1．3 金柑多糖的提取工艺
流程: → → → → →
→
金柑粉末 石油醚回流脱脂 乙醇回流脱小分子物质 热水浸提 离心 上清液
→ → → → →减压浓缩 醇析 离心 沉淀 定容 测定．
1．4 多糖提取率的测定
以葡萄糖为标样，采用硫酸—苯酚比色法［14 － 15］测定．
1．4．1 标准曲线溶液的配制 精确称取干燥的葡萄糖标样 20 mg，用 500 mL 蒸馏水定容．分别吸取 0 、
0．4、0．8、1．2、1．6、2．0 mL，用蒸馏水补至 2．0 mL，加入 1．0 mL 6%苯酚，再迅速加入 5．0 mL浓硫酸，显色后
在冷水中冷却 15 min，在波长 490 nm处测定光密度( D) ，以蒸馏水代替葡萄糖作空白对照．
1．4．2 样品的测定 吸取 1．0 mL样品液按照上述步骤操作，在波长 490 nm处测定 D，以标准曲线计算多
糖提取率．
绘制得到标准曲线方程: Y = 7． 3089 X + 0． 0235 ( R2 = 0． 9987) ［式中，X 表示葡萄糖含量 / ( mg·
mL －1 ) ; Y表示 D］，表明 0 － 0．08 mg·mL －1的葡萄糖含量与 D呈良好的线性关系．
1．4．3 多糖提取率的计算 多糖提取率 /% =定容体积 ×多糖含量干重
× 100．
1．5 单因素试验
取 1 g金柑粉末，以金柑多糖提取率为指标，研究液料比( 文中均为毫升 ∶克) 、提取温度、提取时间、
醇沉多糖的乙醇含量和提取次数对多糖提取率的影响．
1．6 响应面试验
根据单因素试验结果，采用二次回归分析法研究金柑水提过程中液料比、提取温度、提取时间、乙醇含
量和提取次数与多糖提取率的关系，并应用 SAS 9．2 软件处理数据得到二次回归方程，用响应面分析法得
出最佳工艺条件．
1．7 验证试验
根据响应面预测的最佳提取工艺条件，按照“1．3”的方法操作，测定金柑多糖提取率，以验证响应面
预测的准确性．
2 结果与分析
2．1 单因素水平的确定
单因素试验结果表明:选取液料比 35∶ 1、提取温度 80 ℃、提取 2 h、乙醇含量 70%、提取 3 次为响应面
分析试验水平．
2．2 响应面分析结果
2．2．1 分析因素的选取及分析方案 根据单因素试验结果，以液料比 ( X1 ) 、提取温度 ( X2 ) 、提取时间
( X3 ) 、乙醇含量( X4 ) 和提取次数( X5 ) 为决策变量，以多糖提取率( Y) 为目标函数，应用 SAS 9．2 软件进行
响应面回归试验设计，各因子编码水平见表 1．试验设计与结果见表 2．
2．2．2 模型的建立与显著性检验 回归模型和回归系数的方差分析及参数估计与显著性分析的结果见
表 3 － 5．
·613· 福建农林大学学报( 自然科学版) 第 41 卷
表 1 响应面分析的因素与水平表
Table 1 Factors and levels of response surface method
编码水平 X1 ( 液料比) X2 ( 提取温度 /℃ ) X3 ( 提取时间 /h) X4 ( 乙醇含量 /% ) X5 ( 提取次数)
2 45 ∶ 1 100 3．0 90 5
1 40 ∶ 1 90 2．5 80 4
0 35 ∶ 1 80 2．0 70 3
－ 1 30 ∶ 1 70 1．5 60 2
－ 2 25 ∶ 1 60 1．0 50 1
表 2 试验设计及结果
Table 2 Design and results of the experiment
编号 X1 X2 X3 X4 X5
Y( 多糖提
取率 /% )
编号 X1 X2 X3 X4 X5
Y( 多糖提
取率 /% )
1 1 1 1 1 1 1．71 19 0 2 0 0 0 1．68
2 1 1 1 － 1 － 1 1．68 20 0 － 2 0 0 0 1．32
3 1 1 － 1 1 － 1 1．54 21 0 0 2 0 0 1．55
4 1 1 － 1 － 1 1 1．57 22 0 0 － 2 0 0 1．43
5 1 － 1 1 1 － 1 1．51 23 0 0 0 2 0 1．36
6 1 － 1 1 － 1 1 1．60 24 0 0 0 － 2 0 1．69
7 1 － 1 － 1 1 1 1．31 25 0 0 0 0 2 1．71
8 1 － 1 － 1 － 1 － 1 1．56 26 0 0 0 0 － 2 1．64
9 － 1 1 1 1 － 1 1．54 27 0 0 0 0 0 1．75
10 － 1 1 1 － 1 1 1．69 28 0 0 0 0 0 1．71
11 － 1 1 － 1 1 1 1．48 29 0 0 0 0 0 1．67
12 － 1 1 － 1 － 1 － 1 1．52 30 0 0 0 0 0 1．68
13 － 1 － 1 1 1 1 1．26 31 0 0 0 0 0 1．74
14 － 1 － 1 1 － 1 － 1 1．59 32 0 0 0 0 0 1．75
15 － 1 － 1 － 1 1 － 1 1．25 33 0 0 0 0 0 1．80
16 － 1 － 1 － 1 － 1 1 1．52 34 0 0 0 0 0 1．63
17 2 0 0 0 0 1．72 35 0 0 0 0 0 1．62
18 － 2 0 0 0 0 1．37 36 0 0 0 0 0 1．69
表 3 回归模型的方差分析
Table 3 The result of variance analysis ( regression model)
方差来源 自由度 平方和 均方和 F P
回归模型 20 0．7765 0．0388 19．5897 ＜ 0．0001
误差 9 0．0178 0．0020
总校正 29 0．7944
表 3、4 表明，二次回归模型的 F 为
19．5897，P ＜ 0．0001，大于 0．01 水平上的 F，
而失拟项的 F 为 1． 7800，小于 0． 05 水平的
F，说明该模型拟合效果好．一次项和二次项
的 F均大于 0．01 水平上的 F，说明一次项和
二次项均对多糖提取率有极显著的影响． 交
互项的 F大于 0．05 水平上的 F，说明交互项对多糖提取率有显著的影响．
表 4 回归系数的方差分析
Table 4 The result of variance analysis ( regression coefficient)
方差来源 自由度 平方和 均方和 F P 方差来源 自由度 平方和 均方和 F P
一次项 5 0．4378 0．0876 33．6500 ＜ 0．0001 失拟项 6 0．0212 0．0035 1．7800 0．2093
二次项 5 0．2733 0．0547 21．0100 ＜ 0．0001 纯误差 9 0．0178 0．0020
交互项 10 0．0655 0．0065 2．5200 0．0420 总误差 15 0．0390 0．0026
由表 5 可知，各因素影响程度从大到小依次为提取温度、液料比、提取时间、乙醇含量和提取次数．多
糖提取率的回归方程为: Y = － 2．9804 + 0．0980X1 + 0．0546X2 + 0．2679X3 + 0．0043X4 － 0．0017X1X1 － 0．0001
X2X1 － 0．0005X2X2 + 0．0053X1X3 + 0．0024X2X3 － 0．1346X3X3 + 0．0006X4X1 + 0．0005X4X2 + 0．0006X4X3 －
0．0005X4X4 － 0．0019X5X1 + 0．0024X5X2 － 0．0088X5X3 － 0．0007X5X4 － 0．0111X5X5 ．
方程的显著性分析显示:回归方程的 F为 19．5897，相应的 P ＜ 0．0001．失拟性检验分析显示: 失拟项
的 F为 1．7800，相应的 P等于 0．2093，决定系数 R2 为 0．9521．由方程的显著性检验可知，该方程的模型达
到极显著水平;失拟性分析表明，该方程无失拟因素存在，回归模型与实测值能较好地拟合．
·713·第 3 期 曾红亮等:响应面分析法优化金柑多糖的提取工艺
表 5 回归模型参数
Table 5 The parameters of regression model
模型 自由度 非标准化系数 t P 模型 自由度 非标准化系数 t P
截距 1 － 2．9804 － 1．7700 0．0975 X3X3 1 － 0．1346 － 3．7300 0．0020
X1 1 0．0980 2．5000 0．0246 X4X1 1 0．0006 2．2100 0．0434
X2 1 0．0546 2．7000 0．0165 X4X2 1 0．0005 3．6800 0．0022
X3 1 0．2679 0．7400 0．4730 X4X3 1 0．0006 0．2500 0．8097
X4 1 0．0043 0．2200 0．8306 X4X4 1 － 0．0005 － 5．3900 ＜ 0．0001
X5 1 0．0069 0．0400 0．9698 X5X1 1 － 0．0019 － 0．7400 0．4736
X1X1 1 － 0．0017 － 4．8400 0．0002 X5X2 1 0．0024 1．9100 0．0752
X2X1 1 － 0．0001 － 0．4400 0．6654 X5X3 1 － 0．0088 － 0．3400 0．7363
X2X2 1 － 0．0005 － 6．0900 ＜ 0．0001 X5X4 1 － 0．0007 － 0．5400 0．5977
X3X1 1 0．0053 1．0300 0．3197 X5X5 1 － 0．0111 － 1．2400 0．2354
X3X2 1 0．0024 0．9300 0．3665
2．2．3 各因素交互作用的响应面图和等高线图分析 由回归模型参数( 表 5) 可知，影响多糖提取率的因
素为: X2 ＞ X1 ＞ X3 ＞ X4 ＞ X5 ． X1 － 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． X1
与 X4 交互作用，X2 与 X3 交互作用对多糖提取率的影响显著．交互作用的响应面图和等高线图见图 1、2．
由图 1 可知，乙醇含量不变时，多糖提取率随液料比的增大而增高，但并非持续增高．当液料比达37∶ 1
－ 39∶ 1 时，多糖提取率达到最大值，再继续增大液料比，多糖提取率反而开始下降，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 可知，在提取时间固定的条件下，多糖提取率随提取温度的升高而增高，但并非持续增高．当温
度达 86 － 90 ℃时，多糖提取率达到最大值，再继续升高温度，多糖提取率反而开始下降，这是由于高温会
使多糖降解，从而导致多糖提取率下降．
2．2．4 多糖提取工艺的确定 结合回归模型，应用 SAS 9．2 软件分析得到金柑多糖最佳的提取条件为:液
料比 38．0615∶ 1、提取温度 88．4710 ℃、提取 2．5382 h、乙醇含量 68．1480%和提取 3．3968 次，多糖提取率为
1．8073% ．根据实际情况调整的最佳提取条件为:液料比 38∶ 1、提取温度 88 ℃、提取 2．5 h、乙醇含量 70%
·813· 福建农林大学学报( 自然科学版) 第 41 卷
和提取 3 次．在此条件下重复 3 次试验，多糖提取率分别为 1．81%、1．80%、1．81%，平均值为 1．81%，与理
论预测值基本一致，说明回归模型可靠．
3 结论
( 1) 应用响应面分析法对金柑多糖水提工艺的影响因子———液料比、提取温度、提取时间、乙醇含量、
提取次数及其相互作用进行分析，得到多糖最佳的提取工艺为:液料比 38∶ 1、提取温度 88 ℃、提取 2．5 h、
乙醇含量 70%和提取 3 次，实际测得的多糖提取率为 1．81%，与理论预测值基本一致．比较分析影响多糖
提取率的 5 个因素，影响程度大小为:提取温度 ＞液料比 ＞提取时间 ＞乙醇含量 ＞提取次数．
( 2) 金柑具有抑菌、抗肿瘤、抗氧化、调节免疫、降血脂和防治心脑血管疾病等多种功效，目前只有对
金柑黄酮［16 － 18］、柠檬苦素［19］、挥发油［20 － 21］、籽油［22 － 23］和精油［24］等活性物质研究的相关报道． 本试验对
金柑多糖的提取工艺进行了研究，填补国内外对金柑多糖研究的空白，也有利于推动“糖生物学”的深入
研究，为金柑多糖工业化提取及其结构和活性等的研究提供参考．
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( 责任编辑: 施晓棠)
·913·第 3 期 曾红亮等:响应面分析法优化金柑多糖的提取工艺