全 文 ： 2010, Vol. 31, No. 22 食品科学 ※工艺技术268
响应面法优化无梗五加果多糖超声波、微波法
提取工艺研究
冯 颖 1，陈巧红 1，孟宪军 1，王建国 2
(1.沈阳农业大学食品学院，辽宁 沈阳 110866； 2.辽宁省质量技术监督局，辽宁 沈阳 110003)
摘 要：根据中心组合(Box-Behnken)试验设计原理采用响应面分析法，分别对无梗五加果多糖的超声波提取工艺
和微波提取工艺进行优化。结果表明：超声波法提取多糖的最佳工艺参数为料液比 1:70(g/mL)、提取时间 50min、
提取功率 175W、提取温度为 60℃，实际测得多糖得率为 3.491%；微波法提取多糖的最佳工艺参数为料液比 1:40
(g/mL)、提取时间 80s、提取功率 595W，实际测得多糖得率为 3.482%，与模型预测值基本相符。
关键词：无梗五加；多糖；提取；响应面
Optimization of Microwave and Ultrasonic Extraction of Polysaccharides from Acanthopanax sessiliflorus Fruits by
Response Surface Methodology
FENG Ying1，CHEN Qiao-hong1，MENG Xian-jun1，WANG Jian-guo2
(1. College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China；
2. Liaoning Bureau of Quality and Technical Supervision, Shenyang 110003, China)
Abstract ：The response surface methodology based on Box-Behnken design principle was used to optimize processing
parameters of ultrasonic and microwave extraction for polysaccharides from Acanthopanax sessiliflorus fruits. Results showed
that the optimal processing conditions of ultrasonic extraction were material-liquid ratio of 1:70 (g/mL), ultrasonic power of 175
W, extraction temperature of 60 ℃ and extraction time of 50 min. The optimal processing conditions of microwave extraction
were material-liquid ratio of 1:40 (g/mL), microwave power of 595 W and extraction time of 80 s. The yields of polysaccharides
were up to 3.491% and 3.482% under the optimal ultrasonic and microwave extraction conditions, respectively, which was
consistent with the predicted results.
Key words：Acanthopanax sessiliflorus；polysaccharide；extraction；response surface methodology
中图分类号： O629.12 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2010)22-0268-05
收稿日期：2010-06-30
基金项目：辽宁省博士科研启动基金项目(20091068)
作者简介：冯颖(1975—)，女，副教授，博士，研究方向为天然产物与功能食品。E-mail：fywjg@sina.com
无梗五加，又名短梗五加，为五加科五加属植
物。长期以来，在我国东北地区代替刺五加药用[ 1 - 2 ]。
2003年韩国学者文献报道无梗五加果多糖具有抗肿瘤活
性[3]，本课题组也曾研究报道无梗五加果多糖具有清除
羟自由基、抗疲劳、抗缺氧、免疫调节的活性[ 4 ]。因
此，开发利用无梗五加果多糖资源，优化其提取工艺，
对扩大其应用和工业化生产具有现实意义。响应面分析
法是一种优化工艺条件的有效方法，可检查一个或多个
响应变量与一系列试验变量之间的关系，确定试验因素
及其交互作用在工艺过程中对指标响应值的影响，精确
地表述因素和响应值之间的关系，在试验设计与结果表
述方面更加优良[ 5- 8]。近年来，科研工作者将响应面分
析法应用于植物多糖提取工艺参数的优化，提取参数更
加精确，多糖提取率大大提高[9-13]。而目前尚未见有关
于响应面法应用于无梗五加果多糖提取工艺参数优化方
面的研究报道。课题组在前期试验[1 4-15 ]研究的基础上，
进一步采用响应面法对该多糖的超声波法提取工艺和微
波法提取工艺进行了优化，旨在加速无梗五加果多糖在
功能食品和药品领域的应用步伐。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器
无梗五加干果：人工栽培品种，由辽宁省丹东农
业科学院提供。
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无水乙醇、丙酮、乙醚、葡萄糖、浓硫酸、苯
酚均为分析纯。
7200型可见分光光度计 尤尼柯(上海)有限公司；
微波炉 Galanz公司；KQ-250DB型数控超声波清洗器
昆山市超声仪器有限公司； SHZ-IIIB型循环水真空泵 上
海华琦科学仪器有限公司；布氏漏斗、小型粉碎机、
天平等。
1.2 无梗五加果多糖提取工艺流程
无梗五加干果→粉碎→微波(超声波)提取→抽滤→滤
液→醇沉过夜(乙醇体积分数达到 75%)→离心→沉淀→
无水乙醇、丙酮、乙醚依次洗涤→ 60℃烘干→粗多糖
粉末
1.3 多糖测定方法及提取率的计算
取 0.01g粗多糖粉末，以适量蒸馏水溶解并定容至
100mL，取 2mL采用苯酚硫酸法[9-10]测定多糖质量浓度，
从而计算提取出的多糖质量，并计算提取率。
多糖测定的标准曲线：Y=9.0518X－ 0.0116[(Y为吸
光度，X为多糖质量浓度 /(mg/mL)]，R2=0.9916。
多糖提取率 /%= 提取出的多糖质量 /原料用量×100
(原料用量均为 2g)
1.4 超声波法提取无梗五加果多糖响应面试验设计因素
水平及编码
在前期单因素试验[9]的基础上，选择提取功率、提
取温度、提取时间以及料液比为自变量，根据中心组
合(Box-Behnken)试验设计原理采用四因素三水平的响应
面分析法，确定超声波法提取无梗五加果多糖的最佳工
艺参数。试验设计因素水平及编码见表 1。
2 结果与分析
2.1 超声波法提取无梗五加果多糖响应面试验设计及
结果
因素 代码
编码水平
－ 1 0 1
时间 /min X1 30 40 50
温度 /℃ X2 40 50 60
功率 /W X3 175 200 225
料液比(g/mL) X4 1:50 1:60 1:70
表 1 超声波法提取无梗五加果多糖响应面试验设计因素水平及编码
Table 1 Factors and levels of response surface methodology for
ultrasonic extraction of polysaccharides from Acanthopanax
sessiliflorus fruits
因素 代码
编码水平
－ 1 0 1
时间 /s X1 60 70 80
功率 /W X2 280 462 595
料液比(g/mL) X3 1:40 1:50 1:60
表 2 微波法提取无梗五加果多糖响应面试验设计因素水平及编码
Table 2 Factors and levels of response surface methodology for
microwave extraction of polysaccharides from Acanthopanax
sessiliflorus fruits
1.5 微波法提取无梗五加果多糖响应面试验设计因素水
平及编码
在前期单因素试验[ 1 0 ]基础上，选择提取功率、提
取时间以及料液比为自变量，根据中心组合( B o x -
Behnken)试验设计原理采用三因素三水平响应面分析
法，确定微波法提取无梗五加果多糖的最佳工艺参数。
试验设计因素水平及编码见表 2。
试验号
编码水平
多糖提取率 /%
X1 X2 X3 X4
1 － 1 － 1 0 0 2.05906
2 0 1 1 0 4.07057
3 － 1 0 0 1 1.70975
4 － 1 0 1 0 4.06428
5 1 1 0 0 3.49777
6 1 0 0 － 1 1.38582
7 0 － 1 1 0 4.46912
8 0 0 － 1 1 3.64798
9 1 0 － 1 0 4.59516
10 0 0 1 － 1 3.27472
11 0 0 0 0 3.45425
12 0 1 0 1 3.87778
13 0 0 0 0 3.89607
14 0 － 1 － 1 0 3.31850
15 0 1 0 － 1 2.72876
16 0 － 1 0 1 3.18806
17 0 0 1 1 4.57036
18 1 － 1 0 0 3.38934
19 0 － 1 0 － 1 2.26653
20 － 1 0 － 1 0 2.68076
21 1 0 1 0 3.57326
22 0 1 － 1 0 5.05203
23 0 0 0 0 3.64855
24 0 0 － 1 － 1 3.27625
25 － 1 0 0 － 1 2.69909
26 1 0 0 1 4.08308
27 － 1 1 0 0 3.02992
表 3 超声波法提取无梗五加果多糖响应面试验设计及结果
Table 3 Design and results of response surface methodology for
ultrasonic extraction of polysaccharides from Acanthopanax
sessiliflorus fruits
根据表 3的结果，利用Minitab 15软件对表 3中的
试验数据进行多元回归拟合。得到无梗五加果多糖提取
率对编码自变量的二次多项式回归模型为：
Y=3.666＋0.357X1＋0.297X2 ＋ 0.121X3＋ 0.454X4－
0.592X12＋0.636X32－0.599X42－0.21561X1X2－0.601X1X3＋
0.922X1X4－ 0.533X2X3＋ 0.231X3X4
2010, Vol. 31, No. 22 食品科学 ※工艺技术270
表 4结果表明该模型回归显著。模型的 R2=0.9863，
说明模型与实际实验拟合较好，自变量和响应值之间
关系显著。模型失拟项 P = 0 . 8 8 5，不显著，表明该
回归模型对实验结果拟合良好，实验误差小，因此，
可用该回归模型代替实验真实点对实验结果进行分析和
预测。
注：** 为差异极显著，P＜ 0 .01；* 为差异显著，P＜ 0.05。下同。
R2=0.9863，R2Adj=0.9702。
来源 自由度 平方和 均方 F值 P值 显著性
模型 14 20.0609 1.43292 61.53 ＜ 0.001 **
线性 4 5.2345 1.30862 56.19 ＜ 0.001 **
平方 4 8.4334 2.10836 90.54 ＜ 0.001 **
交互作用 6 6.3930 1.06550 45.75 ＜ 0.001 **
失拟 10 0.1814 0.01814 0.37 0.885
残差误差 12 0.2795 0.02329
纯误差 2 0.0981 0.04904
合计 26 20.3404
表 4 回归模型显著性检验及方差分析
Table 4 Significance test and variance analysis for the regression
model of ultrasonic extraction
项 系数 系数标准误差 T值 P值 显著性
常量 3.666 0.088 41.613 0.000 **
X1 0.357 0.044 8.099 ＜ 0.001 **
X2 0.297 0.044 6.746 ＜ 0.001 **
X3 0.121 0.044 2.746 0.018 *
X4 0.454 0.044 10.302 ＜ 0.001 **
X12 － 0.592 0.066 － 8.955 ＜ 0.001 **
X22 － 0.069 0.066 － 1.047 0.316
X32 0.636 0.066 9.632 ＜ 0.001 **
X42 － 0.599 0.076 － 9.067 ＜ 0.001 **
X1X2 － 0.216 0.076 － 2.826 0.015 *
X1X3 － 0.601 0.076 － 7.881 ＜ 0.001 **
X1X4 0.922 0.076 12.079 ＜ 0.001 **
X2X3 － 0.533 0.076 － 6.986 ＜ 0.001 **
X2X4 0.057 0.076 0.745 0.470
X3X4 0.231 0.076 3.027 0.011 *
表 5 回归模型系数显著性检验
Table 5 Significance test for each item in the regression model of
ultrasonic extraction
由表 5可知，各因素对无梗五加果多糖得率的影响
是 X 4 ＞ X 1 ＞ X 2 ＞ X 3，即料液比影响最大，其次是提
取时间、提取温度、提取功率。交互项除 X 2X 4 不显著
外(P＞ 0.05)，其余之间都显著，即除提取温度和料液
比之间不存在显著交互作用，其余之间都存在显著的交
互作用，各因素对无梗五加果实多糖得率的影响不是简
单的线性关系。
2.2 超声波法提取无梗五加果多糖响应曲面直观分析
对表 5回归模型系数显著性检验结果中存在显著交
互作用的交互项作响应曲面图做直观分析。
4.8
4.2
3.6
3.0
料
液
比
提
取
率
/%
提取功率
－1
0
1
－1
0
1
A.料液比与提取功率
4.0
3.5
3.0
2.5
温
度
提
取
率
/%
时间
－1
0
1
－1
0
1
B.提取时间与提取温度
4.8
4.0
3.2
2.4
提
取
功
率
提
取
率
/%
时间
－1
0
1
－1
0
1
C.提取功率与提取时间
4
3
2
料
液
比
提
取
率
/%
时间
－1
0
1
－1
0
1
D.料液比与提取时间
271※工艺技术 食品科学 2010, Vol. 31, No. 22
从图 1A可以看出，提取功率对多糖提取率的影响
变化趋势受料液比的交互作用的影响。当提取功率较小
时，多糖提取率随料液比的增加先快速增加到峰值后迅
速减少，当提取功率较大时，多糖提取率随料液比的
增加而急剧增加。
从图 1B可以看出，提取时间对多糖提取率的影响
变化趋势受提取温度的交互作用的影响。当提取时间较
小时，多糖提取率随提取温度的增加而急剧增加，当
提取时间较大时，多糖提取率随提取温度的增加变化不
明显。
从图 1C可以看出，提取时间对多糖提取率的影响
变化趋势受提取功率的交互作用的影响。当提取时间
较小时，多糖提取率随提取功率的增加而急剧增加，
当提取时间较大时，多糖提取率随提取功率的增加而
下降。
从图 1D可以看出，提取时间对多糖提取率的影响
变化趋势受料液比的交互作用的影响。当提取时间较小
时，多糖提取率随料液比的增加减小，当提取时间较
大时，多糖提取率随料液比的增加而急剧增加。
从图 1E可以看出，提取温度对多糖提取率的影响
变化趋势受提取功率的交互作用的影响。当提取温度较
低时，多糖提取率随提取功率的增加而急剧增加，当
提取温度较高时，多糖提取率随提取功率的增加降低。
2.3 超声波法提取无梗五加果多糖响应面试验模型的验证
由回归模型得到的无梗五加果多糖提取的最佳工艺
条件为料液比 1:70(g/mL)、提取时间 50min、提取功率
175W、提取温度 60℃，多糖提取的理论值达到 3.695%。
在此工艺条件下实际提取无梗五加果多糖，测定多糖
提取率为 3 . 4 9 1 %，与理论最大值接近，说明回归
模型可以较好地反映出无梗五加果多糖提取的最佳
条件。
2.4 微波法提取无梗五加果多糖响应面试验设计及结果
试验号
编码水平
多糖提取率 /%
X1 X2 X3
1 0 0 0 3.01641
2 1 － 1 0 4.78419
3 － 1 0 － 1 3.95661
4 0 0 0 3.39203
5 － 1 1 0 4.63073
6 0 － 1 － 1 3.77783
7 1 0 1 3.14796
8 0 1 － 1 5.04758
9 0 － 1 1 3.42538
10 1 0 － 1 5.23633
11 1 1 0 3.86150
12 － 1 － 1 0 3.27445
13 0 1 1 2.63676
14 － 1 0 1 3.35209
15 0 0 0 2.77342
表 6 微波法提取无梗五加果多糖响应面试验设计及结果
Table 6 Design and results of response surface methodology for
microwave extraction of polysaccharides from Acanthopanax
sessiliflorus fruits
来源 自由度 平方和 均方 F值 P值 显著性
模型 9 9.29619 1.03291 24.69 ＜ 0.001 **
线性 3 4.23810 1.41270 33.76 ＜ 0.001 **
平方 3 2.14998 0.71666 17.13 0.005 **
交互作用 3 2.90811 0.96937 23.17 0.002 **
失拟 3 0.01494 0.00498 0.05 0.981
残差误差 5 0.20921 0.04184
纯误差 2 0.19427 0.09714
合计 14 9.50540
注：R2=0.9780，R2Adj=0.9384。
表 7 回归模型方差分析
Table 7 Significance test and variance analysis for the regression
model of microwave extraction
项 系数 系数标准误差 T值 P值 显著性
常量 3.0606 0.1181 25.916 0.000 **
X1 0.2270 0.0723 3.129 0.026 *
X2 0.1143 0.0723 1.581 0.175
X3 － 0.6820 0.0723 － 9.431 ＜ 0.001 **
X12 0.6392 0.1065 6.005 0.002 **
X22 0.4379 0.1065 40113 0.009 **
X32 0.2234 0.1065 2.099 0.090
X1X2 － 0.5697 0.1023 － 5.571 0.003 **
X1X3 － 0.3710 0.1023 － 3.627 0.015 *
X2X3 － 0.5146 0.0123 － 5.031 0.004 **
表 8 回归模型系数显著性检验
Table 8 Significance test for each item in the regression model of
microwave extraction
图 1 超声波法提取无梗五加果多糖响应曲面分析
Fig.1 Response surface analysis for ultrasonic extraction of
polysaccharides from Acanthopanax sessiliflorus fruits
5.0
4.5
4.0
3.5
提
取
功
率
提
取
率
/%
温度
－1
0
1
－1
0
1
E.提取功率与提取温度
表 7结果表明该模型回归显著。模型的 R2=0.9780，
说明通过二次回归得到的多糖提取率的模型与实际实验
拟合较好，自变量和响应值之间关系显著。模型失拟
项 P=0.981，不显著，表明该模型对实验结果拟合良好,
实验误差小，因此，可用该回归模型代替实验真实点
对实验结果进行分析和预测。
2010, Vol. 31, No. 22 食品科学 ※工艺技术272
图 2 微波法提取无梗五加果多糖响应曲面分析
Fig.2 Response surface analysis for microwave extraction of
polysaccharides from Acanthopanax sessiliflorus fruits
从图 2B可以看出，提取时间对多糖提取率的影响
变化趋势受料液比的交互作用的影响。当提取时间较小
时，多糖提取率随料液比的增加变化不明显，当提取
时间较大时，多糖提取率随料液比的增加而急剧减小。
从图 2C可以看出，提取时间对多糖提取率的影响
变化趋势受提取功率的交互作用的影响。当提取时间较
小时，多糖提取率随料液比的增加而急剧增加，当提
取时间较大时，多糖提取率随提取功率的增加下降。
2.6 微波法提取无梗五加果多糖响应面试验模型的验证
回归模型预测的微波法提取多糖的最佳工艺条件为料
液比 1:40(g/mL)、提取时间 80s、提取功率 595W，多糖
提取的理论值达到 3.700%。实际测得提取率 3.482%，与
理论最大值接近，偏差较小，说明回归模型可以较好的
反映出无梗五加果多糖提取的最佳条件，从而也说明了
响应面法对无梗五加果多糖提取条件参数优化的可行性。
3 结 论
采用响应面分析法优化无梗五加果多糖的超声波法
提取工艺及微波法提取工艺的最佳工艺参数分别为料液
比 1:70 (g/mL)、提取时间 50min、提取功率 175W、提
取温度为 60℃，实际测得多糖得率为 3.491%；料液比
1:40(g/mL)、提取时间 80s、提取功率 595W，实际测
得多糖得率为 3.482%，与模型预测值基本相符。
参 考 文 献 ：
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5
4
3
料
液
比
提
取
率
/%
提取功率
－1
0
1
－1
0
1
A.料液比与提取功率
5
4
3
料
液
比
提
取
率
/%
提取时间
－1
0
1
－1
0
1
B.料液比与提取时间
4.5
4.0
3.5
3.0
提
取
功
率提
取
率
/%
提取时间
－1
0
1
－1
0
1
C.提取功率与提取时间
从图 2A可以看出，提取功率对多糖提取率的影响
变化趋势受料液比的交互作用的影响。当提取功率较小
时，多糖提取率随料液比的增加变化不明显，当提取
功率较大时，多糖提取率随料液比的增加而急剧减小。
由表 8可知，各因素对多糖提取率的影响是 X3＞ X1
＞ X 2，即料液比对多糖提取率的影响最大，其次是提
取时间，最后是提取功率。交互项 X 1X 2、X 1X 3、X 2X 3
显著(P＜ 0.05)，表明提取时间、提取功率和料液比之间
存在显著交互作用，各因素对多糖得率的影响不是简单的
线性关系。各因素拟合后，选择对响应值显著的各项，
得到无梗五加果实多糖得率对编码自变量的二次多项式回
归方程为：Y=3.0606＋ 0.2270X1－ 0.6820X3＋ 0.6392X12
＋ 0.4379X22－ 0.5697X1X2－ 0.3710X1X3－ 0.5146X2X3。
2.5 微波法提取无梗五加果多糖响应曲面直观分析