全 文 ：植物科学学报　 ２０１５ꎬ ３３(４): ５７２~５７８
Ｐｌａｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
　 　 ＤＯＩ:１０􀆰 １１９１３ / ＰＳＪ􀆰 ２０９５－０８３７􀆰 ２０１５􀆰 ４０５７２
甘西鼠尾草种子粘液吸水特性、 红外光谱
分析及提取工艺研究
王 涛１ꎬ 林良斌１ꎬ 张巧玲１ꎬ 张 艺２ꎬ 刘世勇１ꎬ 李亚波１ꎬ 张 利１∗
(１. 四川农业大学理学院ꎬ 四川雅安 ６２５０１４ꎻ ２. 四川农业大学农学院ꎬ 成都 ６１１１３０)
摘　 要: 本研究在对甘西鼠尾草种子粘液的吸水特性和红外光谱进行分析的基础上ꎬ 利用响应面分析方法优化甘
西鼠尾草种子粘液的提取工艺ꎬ 并利用中心组合设计探讨提取时间、 液料比、 提取温度 ３ 个自变量对甘西鼠尾
草种子粘液提取率的影响ꎮ 结果表明ꎬ 甘西鼠尾草种子粘液是一类多糖物质ꎬ 吸水性强ꎬ 脱水缓慢ꎻ 甘西鼠尾
草种子粘液优化的提取工艺条件为: 提取时间 ３􀆰２ ｈ、 液料比 ５４ ∶１(ｍＬ∶ｇ)、 提取温度 ６８℃ꎬ 此时种子粘液提取
率为 ４􀆰９３％ꎬ 这为甘西鼠尾草种子粘液资源的开发应用提供了理论依据ꎮ
关键词: 甘西鼠尾草ꎻ 种子粘液ꎻ 响应面法ꎻ 提取方法
中图分类号: Ｑ９４６　 　 　 　 　 文献标识码: Ａ　 　 　 　 　 文章编号: ２０９５￣０８３７(２０１５)０４￣０５７２￣０７
　 　 　 收稿日期: ２０１４￣１２￣０４ꎬ 退修日期: ２０１５￣０１￣１３ꎮ
　 基金项目: 国家级星火计划项目 ( ２０１４ＧＡ８１０００４)ꎻ 国家中小企业科技创新计划 ( １４Ｃ２６２１５１０２９２１)ꎻ 四川省科技计划项目
(２０１４ＦＺ００５６ꎬ ２０１５ＦＺ０００２)ꎮ
　 作者简介: 王涛(１９８６－)ꎬ 男ꎬ 博士研究生ꎬ 研究方向为植物资源与分类(Ｅ￣ｍａｉｌ: ｗａｎｇｔａｏｔｊａｕ＠ｈｏｔｍａｉｌ􀆰 ｃｏｍ)ꎮ
　 ∗通讯作者(Ａｕｔｈｏｒ ｆｏｒ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ􀆰 Ｅ￣ｍａｉｌ: ｚｈａｎｇ８４３４＠ｓｉｎａ􀆰 ｃｏｍ)ꎮ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅꎬ Ｉｎｆｒａｒｅｄ
Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ
Ｍｕｃｉｌａｇｅ ｆｒｏｍ Ｓａｌｖｉａ ｐｒｚｅｗａｌｓｋｉｉ Ｓｅｅｄｓ
ＷＡＮＧ Ｔａｏ１ꎬ ＬＩＮ Ｌｉａｎｇ￣Ｂｉｎ１ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｑｉａｏ￣Ｌｉｎｇ１ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｙｉ２ꎬ
ＬＩＵ Ｓｈｉ￣Ｙｏｎｇ１ꎬ ＬＩ Ｙａ￣Ｂｏ１ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｌｉ１∗
(１. Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ Ｓｉｃｈｕａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｙａ’ａｎꎬ Ｓｉｃｈｕａｎ ６２５０１４ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
２. Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙꎬ Ｓｉｃｈｕａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１１１３０ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔａｋｉｎｇ Ｓａｌｖｉａ ｐｒｚｅｗａｌｓｋｉｉ ｓｅｅｄｓ ａｓ ｔｈｅ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓꎬ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎꎬ
ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎬ ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｏｆ ｍｕｃｉｌａｇｅ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ. Ｂａｓｅｄ
ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓꎬ ｍｕｃｉｌａｇｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ Ｓａｌｖｉａ ｐｒｚｅｗａｌｓｋｉｉ ｓｅｅｄｓ ｗｅｒｅ
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ. Ａ ｃｅｎｔｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｖａｒｉａｂｌｅｓꎬ ｎａｍｅｌｙꎬ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅꎬ ｌｉｑｕｉｄ￣ｔｏ￣ｓｏｌｉｄ
ｒａｔｉｏꎬ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｍｕｃｉｌａｇｅ. Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｍｕｃｉｌａｇｅ
ａｂｓｏｒｂｅｄ ｗａｔｅｒ ｗｅｌｌꎬ ａｎｄ ｄｅｈｙｄｒａｔｅｄ ｓｌｏｗｌｙ. Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ｓｅｅｄ ｍｕｃｉｌａｇｅ ｗａｓ ａ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｏｆ ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ. Ｏｐｔｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｎ
ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ３􀆰２ ｈꎬ ｌｉｑｕｉｄ￣ｔｏ￣ｓｏｌｉｄ ｒａｔｉｏ ｏｆ ５４∶ １ (ｍＬ ∶ ｇ)ꎬ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ
６８℃. Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｍｕｃｉｌａｇｅ ｗａｓ ４􀆰９３％.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｓａｌｖｉａ ｐｒｚｅｗａｌｓｋｉｉꎻ Ｓｅｅｄ ｍｕｃｉｌａｇｅꎻ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅꎻ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ
　 　 植物粘多糖具有较好的粘性ꎬ 能在低浓度下形
成高粘度的水溶液ꎬ 且溶液呈现假塑性流体的特
性ꎮ 天然植物粘多糖还具有降血糖、 降血脂、 润肠
减肥、 与微生物多糖形成凝胶等特性ꎬ 目前已成为
生物大分子研究领域的热点之一[１－４]ꎮ
关于种子粘液的研究主要集中在瓜尔豆(Ｃｙａ￣
ｍｏｐｓｉｓ ｔｅｔｒａｇｏｎｏｌｏｂａ)、 胡卢巴 ( Ｔｒｉｇｏｎｅｌｌａ ｆｏｅ￣
ｎｕｍ￣ｇｒａｅｃｕｍ)、 皂荚(Ｇｌｅｄｉｔｓｉａ ｓｉｎｅｎｓｉｓ)、 野皂
荚(Ｇ. ｍｉｃｒｏｐｈｙｌｌａ) [５]、 塔拉 ( Ｃａｅｓａｌｐｉｎｉａ ｓｐｉ￣
ｎｏｓａ) [６]和沙蒿(Ａｒｔｅｍｉｓｉａ ｄｅｓｅｒｔｏｒｕｍ) [７]等植物
上ꎬ 鼠尾草属仅有 Ｓａｌｖｉａ ｍａｃｒｏｓｉｐｈｏｎ、 Ｓ. ｈｉｓ￣
ｐａｎｉｃａ 等少数几种植物的种子粘液研究被报
道[８ꎬ ９]ꎮ 甘西鼠尾草 ( Ｓ. ｐｒｚｅｗａｌｓｋｉｉ) 为唇形科
(Ｌａｍｉａｃｅａｅ)鼠尾草属多年生草本药用植物ꎬ 主产
于青海、 四川、 云南等省ꎮ 该植物蕴藏量巨大ꎬ 仅
甘肃省就已探明其蕴藏量达 ７􀆰０ × １０６ ｋｇ[１０]ꎻ 此
外ꎬ 青海和甘肃两省已有规模化种植ꎮ 笔者在进行
鼠尾草属植物资源调查时发现ꎬ 种子是甘西鼠尾草
药材生产过程中的主要副产品ꎬ 因其具有发芽率
高、 耐储藏的特点ꎬ 每年播种后都有大量种子剩
余ꎮ 与鼠尾草属其他植物种子[１１－１５]一样ꎬ 甘西鼠
尾草种子表面也覆盖有粘液层ꎮ 本研究通过吸水特
性和红外光谱分析发现ꎬ 甘西鼠尾草种子粘液为一
种吸水能力较强的粘多糖ꎬ 也是一种极具潜力的天
然粘多糖资源ꎻ 为了深入开展甘西鼠尾草种子粘液
开发与利用研究ꎬ 我们拟采用响应面法优化甘西鼠
尾草种子粘液的提取工艺ꎬ 进一步为鼠尾草属植物
资源的研发提供依据ꎮ
１　 材料与方法
１􀆰 １　 材料
经四川农业大学生命科学学院杨瑞武教授鉴
定ꎬ 购自甘肃省定西市陇西县的植物材料为甘西鼠
尾草种子ꎮ 人工剔除种子中混杂的碎枝、 残叶和碎
小石子等ꎬ 然后风选去除干瘪种子及空壳ꎬ 得到颗
粒均匀一致的甘西鼠尾草饱满种子备用ꎮ
１􀆰 ２　 方法
１􀆰 ２􀆰 １　 种子及种子粘液吸水和脱水动态
取甘西鼠尾草的一部分种子置于去离子水中浸
泡 ２ ｈꎬ 并用湿纱布磨去表面粘液层ꎬ 然后 ６０℃烘
干至恒重ꎬ 即为无粘液种子ꎻ 再取甘西鼠尾草的一
部分种子直接 ６０℃烘干至恒重ꎬ 视为粘液种子ꎮ
试验设 ３次重复ꎬ 取其平均值并参照伍晨曦等[１６]
的方法绘制种子及种子粘液的吸水和脱水动态曲
线ꎮ
１􀆰 ２􀆰 ２　 种子粘液红外光谱分析
将 ２ ｍｇ 干燥的甘西鼠尾草种子粘液粉末与
１００ ｍｇ溴化钾放入玛瑙研钵中研磨均匀ꎬ 压片机
压片后置于傅立叶变换红外光谱仪(ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ
Ｉｎｃ.ꎬ 美国)中ꎬ 在 ４０００ ~ ４５０ ｃｍ－１波数范围谱内
扫描并观察记录谱峰ꎮ
１􀆰 ２􀆰 ３　 单因素试验
种子粘液的提取: 精确称取 ５０ ｇ干燥种子ꎬ 根
据不同的液料比加入相应体积的去离子水ꎬ 恒温水
浴、 机械搅拌助提ꎬ ５０００ ｒ / ｍｉｎ 离心 ５ ｍｉｎ 后取上
清液减压浓缩ꎬ 并加入 ４倍体积无水乙醇静置过夜ꎬ
离心收集絮状沉淀ꎬ 烘干即得种子粘液ꎮ 实验设 ３
次重复ꎬ 取其平均值表示提取率: 甘西鼠尾草种子
粘液提取率 ＝ (种子粘液质量 /种子质量) × １００％ꎮ
单因素试验设计: ６５℃恒温水浴、 液料比(去
离子水 ∶甘西鼠尾草 ＝ ｍＬ ∶ ｇ)为 ６０ ∶ １ 的条件下ꎬ
分别收集机械搅拌 １、 ２、 ３、 ４、 ５ ｈ时的离心上清
液ꎻ ６５℃恒温水浴、 机械搅拌 ３ ｈ的条件下ꎬ 分别
收集液料比为 ２０ ∶ １、 ４０∶ １、 ６０ ∶ １、 ８０ ∶ １、 １００ ∶ １
时的离心上清液ꎻ 液料比为 ６０ ∶ １、 机械搅拌 ３ ｈ
的条件下ꎬ 分别收集 ５℃、 ２５℃、 ４５℃、 ６５℃、
８５℃恒温水浴时的离心上清液ꎮ 然后按照上述种
子粘液的提取步骤提取甘西鼠尾草种子粘液ꎮ
１􀆰 ２􀆰 ４　 响应面法优化提取工艺
在 １􀆰 ２􀆰 ３单因素试验的基础上ꎬ 利用 Ｄｅｓｉｇｎ￣
Ｅｘｐｅｒｔ􀆰 Ｖ８􀆰０􀆰６􀆰１软件并根据 Ｂｏｘ￣Ｂｅｈｎｋｅｎ设计原
则ꎬ 以提取时间 (Ｘ１ )、 液料比 (Ｘ２ )和提取温度
( Ｘ３ )为考察因素(表１) ꎬ提取率为指标ꎬ设计响
表 １　 响应面法设计因素和水平
Ｔａｂｌｅ １　 Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ｆａｃｔｏｒｓ
因素
Ｆａｃｔｏｒｓ
水平 Ｌｅｖｅｌｓ
－１ ０ １
Ｘ１提取时间 Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ (ｈ) ２ ３ ４
Ｘ２液料比 Ｌｉｑｕｉｄ￣ｔｏ￣ｓｏｌｉｄ ｒａｔｉｏ (ｍＬ ∶ ｇ) ４０ ∶ １ ６０ ∶ １ ８０ ∶ １
Ｘ３提取温度 Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ (℃) ４５ ６５ ８５
应面法优化甘西鼠尾草种子粘液的提取工艺ꎮ 试验
设 ３次重复ꎬ 取其平均值进行数据分析、 比较ꎮ
２　 结果与分析
２􀆰 １　 甘西鼠尾草种子和粘液的吸水、 脱水动态
由图 １可见ꎬ 甘西鼠尾草无粘液种子、 粘液种
子及粘液的重量在吸水前期随时间延长而增加ꎬ 后
３７５　 第 ４期　 　 　 　 　 　 　 　 王 涛等: 甘西鼠尾草种子粘液吸水特性、 红外光谱分析及提取工艺研究
期吸水至饱和时重量不再增长ꎮ 粘液种子及粘液在
９０ ｍｉｎ时吸水达到饱和ꎻ 无粘液种子在 １５ ｍｉｎ 内
迅速吸水ꎬ ３０ ｍｉｎ时达到饱和ꎬ 其重量不再增加ꎮ
无粘液种子、 粘液种子及粘液的脱水动态则与吸水
情况相反ꎬ 且脱水时间远长于吸水时间ꎮ 粘液种子
及粘液在 ６ ｈ内快速脱水ꎬ ６ ~ １６ ｈ期间缓慢脱水
至干燥ꎻ 无粘液种子脱水迅速ꎬ ４ ｈ时达到干燥ꎮ
２􀆰 ２　 甘西鼠尾草种子粘液的红外光谱分析
红外光谱分析显示(图 ２)ꎬ 甘西鼠尾草种子
粘液具有多糖类物质的特征吸收ꎮ 即在 ３４５２ ｃｍ－１
处出现一宽峰ꎬ 是自由羟基 Ｏ￣Ｈ 的伸缩振动ꎻ
２９２２ ｃｍ－１和 ２８５５ ｃｍ－１处的吸收峰是分子内 Ｃ￣Ｈ
(ＣＨ、 ＣＨ２、 ＣＨ３)伸缩振动引起的ꎻ １６２９ ｃｍ
－１
处的吸收峰是羰基的伸缩振动峰ꎬ 表明该多糖存
在糖醛酸ꎻ １４３９ ｃｍ－１处是羧基 Ｃ￣Ｏ伸缩振动引起
的吸收峰ꎻ １３１８ ｃｍ－１处的吸收峰是 Ｃ￣Ｈ的变角运
动引起的ꎻ １２４９ ｃｍ－１处的弱吸收峰是 Ｏ ＝ Ｓ ＝ Ｏ
的伸缩振动引起的ꎬ 表明有少量硫酸基存在ꎻ
１１６６ ｃｍ－１处是环上 Ｃ￣Ｏ的吸收峰ꎻ １０３５ ｃｍ－１处
的吸收峰是 Ｏ￣Ｈ 的变角振动和 Ｃ￣Ｏ￣Ｃ 的伸缩振
动引起的ꎻ ８９５ ｃｍ－１处是 β￣Ｄ￣甘露吡喃糖环 β 端
基差向异构的 Ｃ￣Ｈ 变角振动的特征吸收峰ꎬ 说明
该多糖为 β￣糖苷键连接ꎻ １０００ ~ １２５０ ｃｍ－１和
８９５ ｃｍ－１处存在吸收峰表明该多糖为 β￣吡喃糖ꎮ
0
0 02.
0 04.
0 06.
0 08.
0 1.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
!"#$ Mucilage seed
%!"#$ Free mucilage seed
!" Mucilage
& Absorption
!"#$ Mucilage seed
%!"#$ Free mucilage seed
!" Mucilage
( Dehydration
0 2 6 16 34 60 100
()* ( )Dehydration time h
+
,
(
)
W
ei
gh
t
g
&)* ( )Water absorption time min
140
图 １　 甘西鼠尾草种子及粘液的吸水、 脱水动态曲线
Ｆｉｇ􀆰 １　 Ｔｉｍｅ￣ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｅｄｓ ａｎｄ ｍｕｃｉｌａｇｅ ｏｆ Ｓａｌｖｉａ ｐｒｚｅｗａｌｓｋｉｉ
500
480
460
440
420
400
380
360
340
320
300
280
260
!
"
#
(%
)
Tr
an
sm
itt
an
ce
4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450
3452
2922
2855
1629
1439
1249
1318 1166
896
1035
$% ( )Wavenumber cm-1
图 ２　 甘西鼠尾草种子粘液的红外光谱分析
Ｆｉｇ􀆰 ２　 Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ Ｓａｌｖｉａ ｐｒｚｅｗａｌｓｋｉｉ ｓｅｅｄ ｍｕｃｉｌａｇｅ
４７５ 植 物 科 学 学 报 第 ３３卷　
２􀆰 ３　 种子粘液提取的单因素试验分析
２􀆰 ３􀆰 １　 提取时间
甘西鼠尾草种子粘液的提取率随提取时间的延
长呈先升后降趋势(图 ３: Ａ)ꎬ 说明提取时间对粘
液提取率有明显影响ꎬ 若提取时间过短则粘液溶解
不充分ꎬ 时间过长却容易引起粘液多糖的分解[１７]
而使其提取率降低ꎮ 由图 ３: Ａ 可见ꎬ ３ ｈ 时种子
粘液的提取率最高且显著高于其他提取时间处理
(Ｐ < ０􀆰０１)ꎬ 因此甘西鼠尾草种子粘液的提取时
间以 ３ ｈ左右为宜ꎮ
２􀆰 ３􀆰 ２　 液料比
甘西鼠尾草种子粘液的提取率随液料比的增加
呈先升后降的趋势(图 ３: Ｂ)ꎬ 表明增加液料比延
长了提取液高温浓缩的时间ꎬ 并使粘液损失量相对
增加ꎮ 由于较高的液料比将使水分浓缩分离工作增
加成本[１８－２０]ꎬ 故在保证提取率的前提下ꎬ 应尽量
减少提取液的用量和降低分离成本ꎬ 甘西鼠尾草种
子粘液提取的液料比以 ６０∶ １左右为宜ꎮ
２􀆰 ３􀆰 ３　 提取温度
甘西鼠尾草种子粘液的提取率随水浴温度的升
高基本上呈上升趋势(图 ３: Ｃ)ꎬ 且在 ６５℃时达到
最高值ꎮ 同时在试验中发现ꎬ 随着提取温度的升高
提取液及提取的粘液颜色逐渐变深ꎬ 这可能是由于
高温使粘液多糖水解并导致其提取率下降、 提取物
颜色加深ꎬ 故甘西鼠尾草种子粘液的提取应避免高
温ꎬ 以 ６５℃左右为其最适优化提取温度ꎮ
２􀆰 ４　 响应面法优化种子粘液提取工艺
２􀆰 ４􀆰 １　 拟合回归模型的显著性检验
根据 Ｂｏｘ￣Ｂｅｎｈｎｋｅｎ 中心组合试验设计原理ꎬ
我们选取提取时间(Ｘ１)、 液料比(Ｘ２)和提取温度
(Ｘ３)为考察因素ꎬ 采用 ３ 因素 ３ 水平响应面分析
方法优化甘西鼠尾草种子粘液的提取工艺ꎮ 由响应
面设计的试验结果(表 ２)得到拟合回归方程: Ｙ ＝
－１８􀆰７２ ＋ ９􀆰１３Ｘ１＋ ０􀆰１４Ｘ２＋ ０􀆰１６Ｘ３－０􀆰００９５Ｘ１Ｘ２－
０􀆰０１１Ｘ１Ｘ３＋ ０􀆰０００２１Ｘ２Ｘ３－ １􀆰２４Ｘ１２－ ０􀆰００１１Ｘ２２－
０􀆰００１０Ｘ３２ꎮ 对拟合回归方程模型进行显著性检
验的结果表明(表 ３) ꎬ 整体模型相关系数Ｒ ２ ＝
０􀆰９９０８ (Ｐ < ０􀆰０００１)达极显著水平ꎬ 表明该拟合
回归方程模型极显著ꎻ 调整相关系数 Ｒ ２Ａｄｊ ＝０􀆰９７９１ꎬ
表明提取率变化的 ９７􀆰９１％来自于自变量ꎻ 失拟项
Ｐ ＝ ０􀆰０９５６ > ０􀆰０５(不显著)ꎬ 说明数据中无异常
结果ꎻ Ｘ１、 Ｘ２、 Ｘ３、 Ｘ１２、 Ｘ２２、 Ｘ３２ 影响极显著
(Ｐ < ０􀆰０１)ꎬ 交互项 Ｘ１Ｘ２影响显著ꎬ 交互项 Ｘ１Ｘ３
影响极显著ꎬ 交互项 Ｘ２Ｘ３影响不显著ꎬ 说明各试
验因素对粘液提取率的影响不是简单的线性关系ꎬ
因此响应面法能够较好的描述它们之间的关系ꎬ 并
可优化种子粘液的提取工艺ꎮ 此外ꎬ 各因素对甘西
鼠尾草种子粘液提取率影响的大小顺序为: 提取时
间 >液料比 >提取温度ꎮ
２􀆰 ４􀆰 ２　 响应面分析
根据二次回归方程建立响应面ꎬ 各因素对甘西
鼠尾草种子粘液提取率的影响以及各因素之间两两
交互作用见图 ４ꎬ 等高线图若为椭圆形说明这两个
因素的交互作用明显ꎬ 若为圆形则说明交互作用不
明显[２１]ꎮ 由图 ４ 可知ꎬ 提取时间和液料比、 提取
时间和提取温度的等高线图为椭圆形并且曲面弧度
较陡ꎬ 说明这两对因素的交互作用对提取率影响极
显著ꎻ 液料比和提取温度的等高线图近似圆形且曲
面弧度平缓ꎬ 表明这两个因素的交互作用对提取率
影响不显著ꎮ
0
1
2
3
4
5
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ie
nc
y
!"$% Extraction time h( ) &( Liquid-to-solid ratio !")* (℃)Extraction temperature
2 5. 3 5. 4 5. 5 5.
0
1
2
3
4
5
10 00. 30 00. 50 00. 70 00. 90 00. 110 00.
0
1
2
3
4
5
0 20 40 60 80 100
A B C
图 ３　 提取时间、 料液比和提取温度对种子粘液提取率的影响
Ｆｉｇ􀆰 ３　 Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅꎬ ｌｉｑｕｉｄ￣ｔｏ￣ｓｏｌｉｄ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｍｕｃｉｌａｇｅ
５７５　 第 ４期　 　 　 　 　 　 　 　 王 涛等: 甘西鼠尾草种子粘液吸水特性、 红外光谱分析及提取工艺研究
表 ２　 响应面法优化甘西鼠尾草种子粘液的提取率
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｍａｔｒｉｘ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｒｅｓｐｏｎｓｅ
ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｏｆ ｍｕｃｉｌａｇｅ ｆｒｏｍ Ｓ. ｐｒｚｅｗａｌｓｋｉｉ ｓｅｅｄ
试验
编号
Ｃｏｄｅ
Ｘ１
提取时间
Ｔｉｍｅ (ｈ)
Ｘ２
液料比
(ｍＬ ∶ ｇ)
Ｌｉｑｕｉｄ￣ｔｏ￣
ｓｏｌｉｄ ｒａｔｉｏ
Ｘ３
温度 (℃)
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
提取率 (％)
Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
１ ２ ８０ ∶ １ ６５ ２.７７
２ ４ ８０ ∶ １ ６５ ３.０１
３ ３ ４０ ∶ １ ４５ ４.０９
４ ３ ６０ ∶ １ ６５ ４.９１
５ ３ ６０ ∶ １ ６５ ４.９５
６ ３ ６０ ∶ １ ６５ ４.７７
７ ３ ４０ ∶ １ ８５ ４.３８
８ ３ ８０ ∶ １ ８５ ４.０７
９ ４ ４０ ∶ １ ６５ ３.９４
１０ ３ ８０ ∶ １ ４５ ３.４５
１１ ２ ４０ ∶ １ ６５ ２.９４
１２ ４ ６０ ∶ １ ４５ ３.７８
１３ ２ ６０ ∶ １ ８５ ３.０７
１４ ４ ６０ ∶ １ ８５ ３.５５
１５ ２ ６０ ∶ １ ４５ ２.４２
１６ ３ ６０ ∶ １ ６５ ４.８８
１７ ３ ６０ ∶ １ ６５ ４.７９
２􀆰 ４􀆰 ４　 最佳提取工艺的确定和模型验证
通过响应面优化出甘西鼠尾草种子粘液理论最
优提取工艺条件为: 提取时间 ３􀆰１７ ｈꎬ 液料比
５３􀆰８６ ∶ １ꎬ 提取温度 ６７􀆰５１℃ꎬ 此时提取率可达
４􀆰９４％ꎮ 为验证该模型的可靠性ꎬ 根据实验的可操
作性ꎬ 我们将提取工艺参数修正为提取时间 ３􀆰２ ｈꎬ
液料比 ５４ ∶ １ꎬ 提取温度 ６８℃ꎮ 依据此参数设置ꎬ
三次测定甘西鼠尾草种子粘液提取率的平均值为
４􀆰９３％ꎬ 与预测值基本相符ꎮ
３　 讨论
鼠尾草属植物主要分布于雨季天气变化无常、
旱季干燥少雨的中南美洲、 中亚－地中海沿岸和东
亚的热带至亚热带的干旱或高原地区ꎬ 种子顺利萌
发需要在短时间内大量吸水并且保水时间尽量延
长ꎬ 这种特性在部分鼠尾草属植物[８ꎬ１４ꎬ１５ꎬ２２]中已有
发现ꎮ 甘西鼠尾草种子具有能在短时间内快速而大
量吸水以及缓慢脱水的特性ꎬ 主要是由于其表面粘
液物质的存在ꎬ 这种胶状粘液层具有保持水分的优
良特性ꎬ 对于抵抗干旱等不良环境十分有利[１４ꎬ１５]ꎮ
表 ３　 拟合回归方程系数显著性检验和方差分析
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｖａｒｉａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
方差来源
Ｓｏｕｒｃｅ
平方和
Ｓｕｍ ｏｆ ｓｑｕａｒｅｓ
自由度
ｄｆ
均方
Ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ
Ｆ值
Ｆ ｖａｌｕｅ
Ｐ值
Ｐ ｖａｌｕｅ
显著性
Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ
模型 Ｍｏｄｅｌ １１.０２ ９ １.２２ ８４.１７ < ０.０００１ ∗∗
Ｘ１ １.１９ １ １.１９ ８１.５２ < ０.０００１ ∗∗
Ｘ２ ０.５３ １ ０.５３ ３６.１１ ０.０００５ ∗∗
Ｘ３ ０.２２ １ ０.２２ １５.２ ０.００５９ ∗∗
Ｘ１Ｘ２ ０.１４ １ ０.１４ ９.９３ ０.０１６１ ∗
Ｘ１Ｘ３ ０.１９ １ ０.１９ １３.３１ ０.００８２ ∗∗
Ｘ２Ｘ３ ０.０２７ １ ０.０２７ １.８７ ０.２１３６
Ｘ１ ２ ６.５１ １ ６.５１ ４４７.７６ < ０.０００１ ∗∗
Ｘ２ ２ ０.８６ １ ０.８６ ５８.９４ ０.０００１ ∗∗
Ｘ３ ２ ０.７１ １ ０.７１ ４８.９５ ０.０００２ ∗∗
残差 Ｒｅｓｉｄｕａｌ ０.１ ７ ０.０１５
失拟误差 Ｌａｃｋ ｏｆ ｆｉｔ ０.０７８ ３ ０.０２６
纯误差 Ｐｕｒｅ ｅｒｒｏｒ ０.０２４ ４ ０.００６
总和 Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏｔａｌ １１.１２ １６
４.３２ ０.０９５６
相关系数 Ｒ ２ ０.９９０８
调整相关系数 Ｒ ２Ａｄｊ ０.９７９１
　 　 注:∗ꎬ∗∗分别代表在 Ｐ < ０.０５和 Ｐ < ０.０１水平上差异显著和极显著ꎮ
Ｎｏｔｅ: ∗ ａｎｄ ∗∗ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｔ ｔｈｅ Ｐ < ０.０５ ａｎｄ Ｐ < ０.０１ ｌｅｖｅｌｓꎬ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.
６７５ 植 物 科 学 学 报 第 ３３卷　
5 5 5
4 5. 4 5. 4.5
4 4 4
3 5. 3 5. 3.5
3 3 3
2 5. 2 5. 2.5
2 2 2
80
72 64 56 48 40 2 2
2 5. 2 5.
3 33
5. 3 5.
4 485 8577 7769 6961 6153 5345 45
!
"
#
Ex
tra
ct
io
n
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% ( )h
Extrac
tion tim
e !"$
% h
Extrac
tion tim
e
( )&( (
)
mL gLiquid-to-solid ratio
: &(
(
)
mL g
Liquid
-to-sol
id ratio
:!")* (℃)
Extraction temperature
!")* (℃)
Extraction temperature
40 4
8 56
64 7
2 8
0
A B C
图 ４　 响应面图
Ｆｉｇ􀆰 ４　 Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｇｒａｐｈｓ
　 　 植物粘液是一类具分支结构的可溶性亲水多糖
或杂多糖[２３]ꎮ 对 Ｓ􀆰 ｈｉｓｐａｎｉｃａ 种子粘液的研究表
明ꎬ 该粘液是以 β￣Ｄ￣ｘｙｌｏｓｅ(木糖) ∶ α￣Ｄ￣ｇｌｕｃｏｓｅ
(葡糖糖) ∶ ４￣Ｏ￣ｍｅｔｉｌ￣α￣Ｄ￣ｇｌｕｃｏｒｏｎｉｃ ａｃｉｄｓ ＝ ２ ∶
１ ∶ １比例结合的多糖四聚体为单体形成的多糖聚合
物[２４]ꎮ 根据红外光谱分析结果ꎬ 本试验确定了甘
西鼠尾草种子粘液也是一类多糖物质ꎬ 且该多糖为
β￣糖苷键连接ꎬ 但对于粘液的单糖组分、 排列方式
以及生物活性等还有待进一步研究ꎮ
响应面优化法将体系的响应值(如提取率)作
为多个影响因素的函数ꎬ 运用图形技术将函数关系
显示出来ꎬ 以供选择试验设计中的最优条件ꎮ 本研
究通过响应面优化出甘西鼠尾草种子粘液提取的优
化工艺参数为: 提取时间 ３􀆰２ ｈꎬ 液料比 ５４∶ １ꎬ 提
取温度 ６８℃ꎬ 此时种子粘液的提取率为 ４􀆰９３％ꎮ
该结果低于 Ｓ􀆰 ｍａｃｒｏｓｉｐｈｏｎ 和 Ｓ􀆰 ｈｉｓｐａｎｉｃａ 种子
粘液的提取率(１０􀆰１％和 ６􀆰９７％)ꎬ 可能与这两种
鼠尾草在提取种子粘液时考虑了 ｐＨ 值有关ꎮ 本研
究前期也将 ｐＨ值作为提取因素ꎬ 但在试验过程中
发现不同 ｐＨ值条件下提取物的性状及其红外光谱
差异很大ꎬ 故我们没有将 ｐＨ值作为考察因素ꎮ
笔者前期对甘西鼠尾草种子和种子油的研
究[２５]表明ꎬ 甘西鼠尾草种子极具开发价值ꎻ 本研
究明确了甘西鼠尾草种子粘液是一类多糖物质ꎬ 这
对其种子粘液资源的开发应用提供了理论依据ꎮ
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(责任编辑: 刘艳玲)
８７５ 植 物 科 学 学 报 第 ３３卷