全 文 ：粮食与油脂
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2015 年第 28 卷第 2 期 59
响应面法优化超声提取宽叶独行菜多糖工艺研究
徐传远，王丽萍，高文燕
（河北联合大学生命科学学院，　河北唐山　063000）
摘　要：为优化宽叶独行菜多糖的提取工艺，在单因素实验的基础上，选取超声功率、粒度、液料
比和提取时间作为优化因素，根据 Box–Behnken实验设计原理，进行四因素三水平实验。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。
结果表明，提取时间对宽叶独行菜多糖提取得率的影响最为显著。当工艺条件为功率 124 W、粒度
120目、液料比 24∶1 mL/g、提取时间 30 min时，宽叶独行菜多糖的理论最高提取得率为 0.315%，
验证值为 0.319%。
关键词：宽叶独行菜；超声辅助；多糖；响应面
Optimization of ultrasonic-assisted extraction for polysaccharide
from Lepidium latifolium by response surface methodology
XU Chuan-yuan，WANG Li-ping，GAO Wen-yan
（College of Life Science，Hebei United University，Tangshan 063000，Hebei，China）
Abstract：The extraction technology of polysaccharide from Lepidium latifolium was optimized with
the extraction yield as the assessment index. On the basis of single–factor experiments，four factors
including ultrasonic power，material mesh，liquid–to–solid ratio and extraction time were selected as the
independent variables. With response surface analysis，a quadratic regression model was established by
the Box–Behnken design experiments. The results showed that extraction time was the most significant
factor to polysaccharide yield. The optimum extraction conditions were as follows：ultrasonic power
124 W，material mesh 120，liquid–to–solid ratio 24∶1 mL /g，and extraction time 30 min. Under such
conditions，the predicted and experimental values of polysaccharide yield from Lepidium latifolium
were 0.315% and 0.319%，respectively.
Key words：Lepidium latifolium；ultrasonic–assisted；polysaccharide；response surface methodology
中图分类号：TS245 文献标识码：A 文章编号：1008―9578（2015）02―0059―04
收稿日期：2014–07–14
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，副教授，博士，研究方向：油菜分子细胞遗传研究。
宽叶独行菜（Lepidium latifolium L.）又名羊辣辣
或大辣辣，与油菜同属十字花科，为独行菜族多年生
草本植物，广泛分布于我国北方的滨海及内陆的盐碱
土上。该种抗逆性强，植株高约 30~150 cm，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，主治菌痢、肠胃炎等疾病，是
中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，也有部分地
区将其作为野菜食用〔2–3〕。其种子中含有丰富的棕
榈酸，含量占总油分的 50% 以上，可用来生产生物柴
油〔4〕。宽叶独行菜与油菜亲缘关系较近，通过远缘杂
交，可以将宽叶独行菜的抗逆特性转入油菜，或者选
育高棕榈酸油菜。所以宽叶独行菜是一种很有开发价
值的资源植物。
多糖具有多种生物活性，具有提高免疫力，调节
血糖，抗肿瘤等功效，从而在肿瘤治疗和糖尿病治疗
中有很好的应用前景〔5〕。作为一种食品添加剂，多
糖在食品中的应用也很广泛，可以有效改善食品的加
工、食用和外观品质，并具有较好的保健功效〔6–7〕。本
研究在单因素实验基础上，采用响应面分析法对宽叶
独行菜多糖的超声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
KQ–250DE 数控超声波清洗器：昆山市超声仪器
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
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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。
1.3 实验方法
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→超声
处理→ Sevag法去蛋白→醇沉→定容→测定。
1.3.2 多糖提取得率测定
采用葡萄糖为标准品，以硫酸―苯酚法测定多糖
含量。
多糖提取得率按照下式计算：
多糖提取得率=
吸光值测定浓度×样品稀释倍数×样品溶液体积
实验样品质量
×100%
式中：吸光值测定的多糖质量浓度，mg/mL；样
品溶液稀释倍数为 1；样品溶液体积为 100 mL；实验
样品质量为 1.0 g。
1.3.3 实验设计
实验选取 4 个对多糖提取得率起主要影响的因
素，超声功率、粒度、液料比和提取时间，首先进行
了单因素实验。在单因素实验的基础上，采用 Box–
Behnken 实验设计方案〔8〕，并利用响应面分析方法对
超声辅助提取宽叶独行菜多糖的工艺条件进行优化。
2 结果与分析
2.1 单因素实验
2.1.1 超声功率对多糖提取得率影响
超声功率 100 W、125 W、150 W、175 W、200 W，
粒度 80 目，液料比 25 ∶ 1，mL/g，超声时间 20 min，考
察超声功率对宽叶独行菜多糖提取得率的影响，结果
如图 1 所示。
图 1　超声功率对多糖提取得率影响
100 125 150 175 200ߋ⢳ 8
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
ๆ㈂
᣼ं
ᓃ⢳

由图 1 可知，超声功率为 120 W 时，多糖提取得
率最高；当超声功率超过 120 W 时，随着功率的递增，
多糖提取得率表现为递减。可能的原因是，功率过高
时所产生过强的机械效应破坏了多糖的结构，从而降
低了多糖的提取得率。故超声功率以 120 W 为宜。
2.1.2 粒度对多糖提取得率影响
超声功率 120 W，粒度 40 目、60 目、80 目、100 目、
120 目，液料比 25 ∶ 1，mL/g，超声时间 20 min，考察
材料粒度对多糖提取得率影响，结果如图 2 所示。
图 2　材料粒度对多糖提取得率影响
ߋ⢳ 8
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
ๆ㈂
᣼ं
ᓃ⢳

40 60 80 100 120
由图 2 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，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。所以最佳的提
取粒度为 100 目。
2.1.3 液料比对多糖提取得率影响
超声功率 120 W，粒度 100 目，液料比 15∶1 mL/g、
20∶1 mL/g、25∶1 mL/g、30∶1 mL/g、35∶1 mL/g，超声
时间 20 min，考察液料比对多糖提取得率影响，结果
如图 3 所示。
图 3　液料比对多糖提取得率影响
⋞᫅℀  N-H
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
ๆ㈂
᣼ं
ᓃ⢳

15 20 25 30 35
0.30
由图 3 可知，液料比为 25∶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 25∶1 mL/g 为宜。
2.1.4 提取时间对多糖提取得率影响
超声功率 120 W，粒度 100 目，液料比 25∶1 mL/g，
提取时间 10 min、20 min、30 min、40 min、50 min，考察
提取时间对多糖提取得率影响，结果如图 4 所示。
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图 4　提取时间对多糖提取得率影响
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
ๆ㈂
᣼ं
ᓃ⢳
 0.30
0.35
10 20 30 40 50᣼ंᬢ䬠 NJO
由图 4 可知，提取时间为 20 min 时，具有最佳的
多糖提取效果，此时多糖提取得率为 0.303%。提取时
间少于 20 min，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 20 min。
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
表 1　实验因素与水平
因素
水平
-1 0 1
A 功率 /W 100 125 150
B 粒度 / 目 80 100 120
C 料液 /（mL/g） 20:1 25:1 30:1
D 提取时间 /min 10 20 30
表 2　响应面实验设计及结果
实验号
因素 Y
/%A B C D
1 0 1 1 0 0.285
2 0 –1 1 0 0.258
3 0 1 0 –1 0.202
4 1 –1 0 0 0.11
5 1 1 0 0 0.165
6 –1 1 0 0 0.185
7 0 1 –1 0 0.247
8 –1 0 –1 0 0.137
9 0 0 –1 1 0.262
10 0 0 0 0 0.247
11 0 0 0 0 0.274
12 0 –1 0 1 0.21
13 1 0 1 0 0.128
14 0 0 –1 –1 0.148
15 0 0 0 0 0.248
16 1 0 0 –1 0.104
17 0 1 0 1 0.324
18 0 –1 –1 0 0.183
19 1 0 0 1 0.173
20 0 –1 0 –1 0.194
21 –1 –1 0 0 0.144
22 1 0 –1 0 0.175
23 0 0 0 0 0.257
24 –1 0 1 0 0.206
25 0 0 0 0 0.271
26 –1 0 0 –1 0.14
27 –1 0 0 1 0.189
28 0 0 1 –1 0.229
29 0 0 1 1 0.252
根据 Box–Behnken 实验设计原理，结合单因素实
验结果，采用了 4 因素 3 水平响应面分析方法来优化
多糖的提取工艺，响应值为多糖的提取得率（Y/%）。
实验因素与水平情况如表 1 所示，响应面实验设计及
结果见表 2。
采用 Design–Expert 8.0.6 软件对表 2 的数据进行
多元回归拟合，并通过逐步回归法去掉不显著项，得
到了回归模型。其多元回归方程为：
Y=–3.50827+0.041893A+0.003675B+0.06093C+
0.00943D–0.000232AC+0.000133BD–0.000455CD–
0.000146A2–0.000025B2–0.000388C2–0.000201D2
表 3　回归方程方差分析结果
变差来源 平方和 自由度 均方 F 值 Pr＞F 显著性
模型 0.089 11 8.130E–003 46.63 ＜0.0001 **
A 1.776E–003 1 1.776E–003 10.19 0.0053 **
B 7.957E–003 1 7.957E–003 45.64 ＜0.0001 **
C 3.536E–003 1 3.536E–003 20.28 0.0003 **
D 0.013 1 0.013 73.82 ＜0.0001 **
AC 3.364E–003 1 3.364E–003 19.29 0.0004 **
BD 2.809E–003 1 2.809E–003 16.11 0.0009 **
CD 2.070E–003 1 2.070E–003 11.87 0.0031 **
A2 0.054 1 0.054 311.13 ＜0.0001 **
B2 6.584E–004 1 6.584E–004 3.78 0.0687
C2 6.103E–004 1 6.103E–004 3.50 0.0787
D2 2.614E–003 1 2.614E–003 14.99 0.0012 **
残差 2.964E–003 17 1.744E–004
失拟项 2.327E–003 13 1.790E–004 1.12 0.5029
纯误差 6.372E–004 4 1.593E–004
总计 0.092 28
注： *为显著（ρ＜0.05）；**为极显著（ρ＜0.01）。该回归
模型表现为极显著。
由表 3 可知，该回归模型 ρ＜0.000 1，表现为极显
著。R2=0.967 9，调整后 R2=0.947 2；失拟项（即回归
拟合失效情况）ρ=0.502 9，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
多糖提取得率的各个一次项因素均表现为极显著，按
影响大小排序依次为，提取时间（D）＞粒度（B）＞液
料比（C）＞超声功率（A）。各个二次项也均表现为极
显著，特别是 A2 最为突出。回归模型中的交互项，即
AC 项、BD 项和 CD 项，均表现为极显著，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，在超声功率 125 W 处具有最高
的多糖提取得率；随着液料比变大，多糖提取得率会
小幅度地降低。二者交互影响，使响应面呈倾斜的弓
形，多糖提取得率的最大值出现在弓形的最高处。
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图 5　超声功率（A）和液料比（C）
对多糖提取得率影响的响应面图
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
30.00
28.00
26.00
24.00
22.00
20.00
10
0.0
0
10
5.0
0
11
0.0
0
11
5.0
0
14
5.0
012
0.0
0
12
5.0
0
13
0.0
0
13
5.0
0
14
0.0
0
15
0.0
0喝䊱ผߋ⢳ 8
᣼ं
ᓃ⢳

$喝⋞
᫅℀
 N-H

图 6　粒度（B）和提取时间（D）对
多糖提取得率影响的响应面图
80
.00
88
.00
96
.00
10
4.0
0
11
2.0
0
12
0.0
010.00
15.00
20.00
25.00
30.00
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
#喝ㆾᏒ Ⱊ %喝᣼
ंᬢ䬠
NJO
᣼ं
ᓃ⢳

图 7　液料比（C）和提取时间（D）
对多糖提取得率影响的响应面图
20
.00
22
.00
24
.00
26
.00
28
.00
30
.00
30.00
25.00
20.00
15.00
10.00
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05᣼ं
ᓃ⢳

$喝⋞᫅℀  N-H % ᣼
ंᬢ䬠
NJO
由图 6 可以看出，粒度和提取时间二者的交互作
用使响应面呈略带弯曲的斜面。在提取时间较短时，
粒度的增加会降低多糖的提取得率；而随着提取时间
的增加，粒度的增加反而会使多糖提取得率增加。在
斜面的顶端，会得到多糖提取得率的最大值。
液料比与提取时间交互作用所呈现的响应面（如
图 7 所示）与图 6 约略相似。在液料比较小时，提取
时间的增加会明显提高多糖的提取得率；而随着液料
比的增大，这种趋势会变得不明显；在液料比最大时，
随着提取时间的增加，多糖提取得率表现为先增加后
减少的趋势。多糖提取得率的最高值出现在曲面的最
高处。
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超声功率 124.32 W、粒度
120.00 目、液料比 23.80∶1 mL/g 和提取时间 30.00 min；
在此条件下，宽叶独行菜多糖的最高提取得率为 0.315
105%。考虑实际可操作性，将上述最佳条件更改为超
声功率 124 W、粒度 120 目、液料比 24∶1 mL/g、提取
时间 30 min，并进行实验验证。经 3 次随机重复实验，
宽叶独行菜多糖提取得率的均值为 0.319%，与预测值
相符。
3 结论
本研究采用超声辅助法提取宽叶独行菜多糖，通
过单因素实验考察了超声功率、粒度、液料比和提取
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：超声功率 124 W、粒度 120 目、
液料比 24∶1 mL/g、提取时间 30 min，在此条件下，多
糖的提取得率为 0.319%。经响应面分析优化后的多
糖提取得率比单因素实验的最高值 0.303% 提高了
5.28%，优化效果明显。
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