全 文 ：湖 北 农 业 科 学 2015 年
第 54 卷第 5期
2015年 3 月
湖北农业科学
Hubei Agricultural Sciences
Vol． 54 No.5
Mar.，2015
收稿日期：2014－12－16
基金项目：国家自然科学基金项目（31301355）；河北省自然科学基金项目（C2012209013）
作者简介：徐传远（1978－），男，山东长清人，副教授，博士，主要从事油菜分子细胞遗传研究 ，（电话）0315－3726527（电子信箱）
chuanyuanxu＠aliyun．com。
宽叶独行菜（Lepidium latifolium L．）为十字花
科独行菜属多年生草本植物， 又名羊辣辣或大辣
辣，植株高 30～150 cm，广泛分布于我国北方的滨海
及内陆的盐碱土上。 宽叶独行菜抗逆性强，生长旺
盛，常在滨海和内陆的盐碱土上形成大面积的单纯
群落。 其干燥全草可入药，主治肠胃炎、菌痢等疾
病，是传统中草药葶苈子的药源之一 ［1，2］。 宽叶独行
菜的蛋白质含量较高，可作为青饲料饲喂猪、羊等
家畜［2］。也有部分地区将其作为野菜食用［3］。其种子
中含有丰富的棕榈酸，含量占总油分的 50％以上［4］。
宽叶独行菜与油菜同属十字花科， 通过远缘杂交，
可以将其高棕榈酸特性转入油菜。 同时，该种所具
有的抗盐碱特性也为油菜的抗逆育种提供了宝贵
的遗传资源，所以宽叶独行菜是一种极具开发前景
的资源植物。
植物多糖具有多种生物活性， 如提高免疫力、
抗肿瘤、调节血糖等，从而在肿瘤和糖尿病的治疗
中有很好的应用价值［5－7］。作为一种优良的食品添加
剂，多糖可以有效改善食品的外观以及加工和食用
品质，同时还有良好的保健功效，在食品中被广泛
响应面法优化微波提取宽叶独行菜多糖工艺研究
徐传远，王丽萍，王 涛
（河北联合大学生命科学学院，河北 唐山 063000）
摘要：为优化宽叶独行菜（Lepidium latifolium L．）多糖的提取工艺，在单因素试验的基础上，选取粒度、液
料比、微波功率和微波时间作为优化因素，根据 Box－Behnken 试验设计原理，进行 4 因素 3 水平试验。 利
用响应面分析方法，建立了宽叶独行菜多糖提取得率的多元二次回归方程，并得到最佳提取工艺条件。
试验结果表明，粒度、液料比和微波时间对宽叶独行菜多糖提取得率的影响均为极显著，微波功率表现
为显著。当工艺条件为粒度 120 目、液料比 35∶1 mL ／ g、微波功率 400 W、微波时间 150 s 时，宽叶独行菜多
糖的理论最高提取得率为 0．434％，验证值为 0．429％。
关键词：宽叶独行菜（Lepidium latifolium L．）；微波辅助；多糖；响应面法
中图分类号：R284．2；S567．23＋9；TS202．3 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2015）05－1176-05
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.05.038
Optimizing Microwave－assisted Extraction of Polysaccharide from
Lepidium latifolium L． with Response Surface Methodology
XU Chuan－yuan，WANG Li－ping，WANG Tao
（College of Life Sciences， Hebei United University， Tangshan 063000， Hebei， China）
Abstract： The technology of extracting polysaccharide from Lepidium latifolium L． was optimized using the extraction yield as
the evaluation index． On the basis of single－factor experiments， four factors including particle size， liquid－to－solid ratio， mi-
crowaving power and microwaving time were selected as the independent variables． With response surface analysis， a quadrat-
ic regression model was established by the Box－Behnken design experiments． The results showed that microwaving power was
significant to polysaccharides yield. The other factors were extremely significant． The optimal extraction conditions were particle
size of 120 mesh， liquid－to－solid ratio of 35∶1 mL ／ g， 400 W and 150 s． Under these conditions， the expected and observed
values of polysaccharide yield from Lepidium latifolium L． were 0．434％ and 0．429％， respectively．
Key words：Lepidium latifolium L．； microwave－assisted； polysaccharide； response surface methodology
第 5 期
应用［8－10］。 本研究在单因素试验基础上，采用响应面
分析法对宽叶独行菜多糖的微波辅助提取工艺进
行优化，以期为宽叶独行菜的进一步加工利用提供
参考。
1 材料与方法
1．1 材料与试剂
宽叶独行菜，采自唐山地区。
葡萄糖、苯酚、硫酸、95％乙醇、氯仿和正丁醇均
为分析纯试剂，购于天津大茂化学试剂厂。
1．2 仪器与设备
WG700SL23－K6 微波炉，佛山市格兰仕电器有
限公司；FCC－2000 恒温水浴锅，上海比朗仪器有限
公司；DNP－902 电热鼓风干燥箱， 上海精宏仪器设
备有限公司；722S 可见分光光度计， 上海佑科仪器
仪表有限公司；FA1204B 电子天平， 上海精科天美
科学仪器有限公司；不锈钢分选筛，浙江上虞市华
丰五金仪器有限公司；TDL－80－2B 台式离心机，上
海安亭科学仪器厂；RE－52AA旋转蒸发器， 上海亚
荣生化仪器厂。
1．3 试验方法
1．3．1 宽叶独行菜多糖的提取工艺 宽叶独行菜
洗净→60 ℃烘干→粉碎、 过筛→微波处理→Sevag
法去蛋白→醇沉→定容→测定。
1．3．2 多糖提取得率的测定 采用葡萄糖为标准
品，以硫酸－苯酚法测定多糖含量。
多糖提取得率以下式计算：
多糖提取得率＝
吸光度测定浓度×样品稀释倍数×样品溶液体积
试验样品质量
×
100％
式中：吸光度测定浓度为多糖质量浓度（mg ／mL）；
样品稀释倍数为 1；样品溶液体积为 100 mL；试验
样品质量为 1．0 g。
1．3．3 试验设计 试验选取 4 个对多糖提取得率
起主要作用的因素，即粒度、液料比、微波功率和微
波时间，首先进行了单因素试验。 在单因素试验的
基础上，采用 Box－Behnken 试验设计方案，并利用
响应面分析方法对微波辅助提取宽叶独行菜多糖
的工艺条件进行了优化。
2 结果与分析
2．1 单因素试验
2．1．1 粒度对多糖提取得率的影响 微波功率 400
W， 粒度 40、 60、 80、 100、 120 目， 液料比 30∶1
（mL ／ g），后同，微波时间 60 s，考察材料粒度对多糖
提取得率的影响，结果如图 1所示。
由图 1 可知，粒度为 100 目时，具有最高的多
糖提取得率。 目数过小时，材料颗粒较大，细胞不易
破碎，从而多糖不易溶出。 而目数过大，材料具有较
强的表面吸附作用， 限制了多糖的进一步溶出，在
过滤时也会吸附部分多糖。 因此，最佳的提取粒度
为 100 目。
2．1．2 液料比对多糖提取得率的影响 微波功率
400 W， 粒度 100 目， 液料比 20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、
40∶1，微波时间 60 s，考察液料比对多糖提取得率的
影响，结果如图 2所示。
由图 2 可知，液料比为 30∶1 mL ／ g 时，具有最佳
的多糖提取效果；液料比过大或过小均影响多糖的
提取。 故液料比选择 30∶1为宜。
2．1．3 微波功率对多糖提取得率的影响 微波功
率 200、400、600、800、1 000 W，粒度 100 目，液料比
30∶1，微波时间 60 s，考察微波功率对宽叶独行菜多
糖提取得率的影响，结果如图 3所示。
由图 3 可知，微波功率为 600 W 时，多糖提取
得率最高；当微波功率超过 600 W 时，随着功率的
递增， 多糖提取得率呈现递减的趋势。 原因可能
是功率过高时所产生的高温破坏了多糖的结构，
从而降低了多糖的提取得率。 故微波功率以 600 W
为宜。
2．1．4 微波时间对多糖提取得率的影响 微波功
率 600 W，粒度 100 目，液料比 30∶1，微波时间 30、
60、90、120、150 s，考察微波时间对多糖提取得率的
图 1 材料粒度对多糖提取得率的影响
40 60 80 100 120
粒度//目
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
提
取
得
率
//%
图 2 液料比对多糖提取得率的影响
20∶1 25∶1 30∶1 35∶1 40∶1
液料比//mL ／ g
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
提
取
得
率
//%
徐传远等：响应面法优化微波提取宽叶独行菜多糖工艺研究 1177
湖 北 农 业 科 学 2015 年
影响，结果如图 4所示。
由图 4 可知，微波时间为 120 s 时，具有最佳的
多糖提取效果，此时多糖提取得率为 0．285％。 提取
时间少于 120 s 时， 则提取不够彻底； 提取时间过
长， 则多糖的结构被破坏。 所以选择提取时间为
120 s。
2．2 宽叶独行菜多糖提取工艺的响应面优化
2．2．1 回归模型的建立及方差分析 根据 Box－
Behnken 试验设计原理 ［11］，结合单因素试验结果，以
多糖的提取得率Y （％）为响应值，采用 4 因素 3 水
平响应面分析方法来优化多糖的提取工艺。 表 1为
试验因素与水平情况， 表 2所示为响应面试验设计
及结果。
采用 Design－Expert 8．0．6 软件对表 2 的数据
进行多元回归拟合，得到了回归模型。 其多元回归
方程为：Y＝－1．042 560＋0．011 296A－0．011 907B＋
0 ．000 757C＋0．005 601D＋0．000 453AB－0．000 005AC＋
0．000031AD＋0．000017BC－0．000 090BD－0．000 014CD－
0．000116A2－0．000423B2－0．0000001C2－0．000 015D2
由表 3 可知，该回归模型 P＜0．000 1，表现为极
显著。 r＝0．988 1，调整后 r＝0．976 3；失拟项（即回归
拟合失效情况）P＝0．662 7，为不显著，均说明该回归
模型拟合情况较好， 可以用该回归模型来分析并预
测宽叶独行菜多糖的最佳提取工艺条件。 影响宽叶
独行菜多糖提取得率的一次项因素中， 除微波功率
表现为显著外，其他 3项均表现为极显著。按影响大
小排序依次为，粒度（A）＞微波时间（D）＞液料比（B）
＞微波功率（C）。 各个二次项中，除 B2 表现为显著
外，其余 3项均表现为极显著，特别是 A2最为显著。
回归模型中的交互项， 即 AB 项、AC 项、AD 项、BC
项、BD 项和 CD 项，只有 BD 项表现为显著，其他几
项均表现为极显著， 说明各个一次项之间存在明显
的相互作用。
2．2．2 响应面分析 根据拟合回归方程， 作出了交
互项的响应面图，以考察其对提取得率的影响。
由图 5 可以看出，在液料比为 35∶1 时，随着目
表 1 试验因素与水平
水平
-1
0
1
粒度（A）
目
80
100
120
液料比（B）
mL/g
25:1
30:1
35:1
微波功率（C）
W
400
600
800
因素
微波时间（D）
s
90
120
150
表 2 响应面试验设计及结果
实验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
A
-1
1
0
0
-1
0
1
0
0
-1
1
0
1
-1
0
1
-1
0
0
0
1
0
0
-1
0
0
0
0
0
C
0
-1
0
0
-1
0
1
-1
0
0
0
-1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
-1
0
1
-1
0
Y
0.134
0.278
0.257
0.238
0.145
0.142
0.250
0.242
0.258
0.193
0.191
0.147
0.321
0.145
0.342
0.325
0.197
0.246
0.225
0.212
0.155
0.318
0.305
0.130
0.397
0.238
0.267
0.280
0.243
因素
B
0
0
0
0
0
-1
0
-1
-1
0
0
0
1
-1
0
0
0
0
0
-1
-1
1
1
1
0
0
0
1
1
D
-1
0
0
0
0
-1
0
0
1
1
-1
-1
0
0
-1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
-1
图 3 微波功率对多糖提取得率的影响
200 400 600 800 1 000
微波功率//W
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
提
取
得
率
//%
图 4 微波时间对多糖提取得率的影响
30 60 90 120 150
微波时间//s
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
提
取
得
率
//%
1178
第 5 期
数的增加，多糖提取得率逐步提高；随着液料比变
小，多糖提取得率会小幅度地降低。 液料比和粒度
这两个因素交互影响，使响应面呈斜坡状，多糖提
取得率的最大值出现在斜坡的最高处。
由图 6 可以看出，粒度和微波功率二者的交互
作用使响应面呈马鞍形。 微波功率对多糖提取得率
的影响整体呈现为“U”字形，即两头高、中间低的形
态。 随着粒度的增加，多糖的提取得率基本上均表
现为增加。 多糖提取得率的最大值出现在最低功率
和最大目数的交点处。
粒度与微波时间交互作用所呈现的响应面（图
7）与图 5相似，也是斜坡状。 在微波时间较长时，目
数的增加会明显提高多糖的提取得率；而随着微波
时间变短，这种趋势会变得不明显，并逐步呈现为
倒“U”字形的趋势；微波时间的增加，整体上会提高
多糖的提取得率。 多糖提取得率的最高值出现在斜
坡面的最高处。
图 8 所示为液料比和微波功率交互作用所呈
现的响应面图，整体呈现为倾斜的马鞍形。随着液料
比的增加，多糖提取得率表现为增加；而微波功率对
多糖提取得率的影响呈现为“U”字形。 可以发现多
糖提取得率的最大值出现在马鞍形的一个端点上。
图 6 粒度（A）和微波功率（C）对多糖提取得率
影响的响应面图
800
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
提
取
得
率
//%
720
640
560
480 88
96
80400
104
112
120
微波功率（C）//W 粒度（A）//目
150
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
提
取
得
率
//%
138
126
114
102 88
96
8090
104
112
120
微波时间（D）//s 粒度（A）//目
图 7 粒度（A）和微波时间（D）对多糖提取得率
影响的响应面图
表 3 回归方程方差分析结果
变差来源
模型
A
B
C
D
AB
AC
AD
BC
BD
CD
A2
B2
C2
D2
残差
失拟项
纯误差
总计
平方和
0.140
0.028
0.016
7.841×10-4
0.025
8.190×10-3
1.600×10-3
1.406×10-3
1.156×10-3
7.290×10-4
0.026
0.014
7.242×10-4
5.812×10-3
1.192×10-3
1.630×10-3
1.075×10-3
5.548×10-3
0.140
自由度
14
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
14
10
4
28
均方
9.659×10-3
0.028
0.016
7.841×10-4
0.025
8.190×10-3
1.600×10-3
1.406×10-3
1.156×10-3
7.290×10-3
0.026
0.014
7.242×10-4
5.812×10-3
1.192×10-3
1.164×10-4
1.075×10-4
1.387×10-4
F
83.28
237.51
140.49
6.74
213.41
70.36
13.74
12.08
9.93
6.26
226.84
120.18
6.22
49.93
10.24
0.77
P
<0.000 1
<0.000 1
<0.000 1
0.021 2
<0.000 1
<0.000 1
0.002 3
0.003 7
0.007 1
0.025 3
<0.000 1
< 0.000 1
0.025 7
<0.000 1
0.006 4
0.662 7
显著性
* *
* *
* *
*
* *
* *
* *
* *
* *
*
* *
* *
*
* *
* *
注：* 为显著（P＜0．05）；** 为极显著（P＜0．01）。
图 5 粒度（A）和液料比（B）对多糖提取得率
影响的响应面图
35∶1
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
提
取
得
率
//%
33∶1
31∶1
29∶1
27∶1 88
96
8025∶1
104
112
120
液料比（B） 粒度（A）//目
图 8 液料比（B）和微波功率（C）对多糖提取得率
影响的响应面图
800
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
提
取
得
率
//%
720
640
560
480 27∶1
29∶1
25∶1400
31∶1
33∶1
35∶1
微波功率（C）//W 液料比（B）//mL/g
徐传远等：响应面法优化微波提取宽叶独行菜多糖工艺研究 1179
湖 北 农 业 科 学 2015 年
图 9 所示为液料比和微波时间交互影响的响
应面图，整体呈现为斜坡状。 在各种液料比条件下，
微波时间的增加均会提高多糖的提取得率。 在微波
时间较短时，液料比的增加会显著提高多糖的提取
得率；而在微波时间较长时，这种趋势变得不明显。
多糖提取得率的最大值出现在斜坡的顶点。
微波时间和微波功率间的交互影响情况如图
10所示，呈现为倾斜的马鞍形。在微波时间较短时，
微波功率的增大会显著提高多糖的提取得率；而在
微波时间较长时，则表现为相反的趋势。 在低微波
功率和长微波时间的情况下，会得到最大的多糖提
取得率。
通过软件的优化分析，可以得到宽叶独行菜多
糖提取的最佳工艺条件为粒度 119．99 目、 液料比
35．00∶1、 微波功率 400．08 W 和微波时间 150．00 s。
在此条件下， 宽叶独行菜多糖的最高提取得率为
0．434 213％。考虑实际可操作性，将上述最佳条件更
改为粒度 120 目、液料比 35∶1 mL ／ g、微波功率 400
W、提取时间 150 s，并进行试验验证。经 3次随机重
复试验 ， 宽叶独行菜多糖提取得率的均值为
0．429％，与预测值相符。
3 结论
本研究采用微波辅助法提取宽叶独行菜多
糖，通过单因素试验考察了粒度、液料比、微波功
率和微波时间对多糖提取得率的影响。并通过响应
面分析法得到了最佳提取条件：粒度 120 目、液料
比 35∶1、微波功率 400 W、微波时间 150 s。在此条件
下，多糖的提取得率为 0．429％。 经响应面分析优化
后的多糖提取得率比单因素试验的最高值 0．285％
提高了 50．53％，优化效果极明显。 造成单因素试验
结果与响应面分析试验结果差异大的原因，应该是
影响宽叶独行菜多糖提取得率的这几个单因素之
间存在明显的交互作用， 单因素试验选点较少，从
而造成试验的最优值漏选。
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［11］ 吴有炜．试验设计与数据处理［M］．江苏苏州：苏州大学出版社，
2002．
图 9 液料比（B）和微波时间（D）对多糖提取得率
影响的响应面图
150
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
提
取
得
率
//%
138
126
114
102
90
微波时间（D）//s 27∶1
29∶1
25∶1
31∶1
33∶1
35∶1
液料比（B）
图 10 微波功率（C）和微波时间（D）对多糖提取得率
影响的响应面图
150
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
提
取
得
率
//%
138
126
114
102 480
560
40090
640
720
800
微波时间（D）//s 微波功率（C）//W
（责任编辑 蔡端午）
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