全 文 ：128 2012, Vol.33, No.20 食品科学 ※工艺技术
响应面法优化山麻楂粗多糖提取工艺
夏海涛，刘玉芬，苗文军
(淮海工学院化学工程学院，江苏 连云港 222005)
摘 要：用响应面法优化野生山麻楂粗多糖的提取条件。在单因素试验基础上，选择提取温度、提取时间、液料
比三因素三水平进行Box-Behnken试验，确定提取工艺的优化组合条件。结果表明：提取工艺最佳条件为提取温度
97℃、提取时间3.5h、液料比30.5:1(mL/g)、提取2次，该条件下多糖得率预测值为2.226%，验证值为2.219%。
关键词：山麻楂；多糖；响应面法；提取
Optimization of Extraction Process for Polysaccharides from Stems and Leaves of Gypsophila oldhamiana Miq.
by Response Surface Methodology
XIA Hai-tao，LIU Yu-fen，MIAO Wen-jun
(College of Chemical Engineering, Huaihai Institute of Technology, Lianyungang 222005, China)
Abstract：Response surface methodology was employed to optimize conditions for the extraction of polysaccharides from
the stems and leaves of wild Gypsophila oldhamiana Miq. On the basis of single-factor experiments, temperature, time and
solvent-to-solid ratio were selected out of four extraction conditions for a three-level Box-Behnken experimental design.
Results showed that optimal extraction conditions were obtained using two extraction cycles at 97 ℃ with distilled water at
a solvent-to-solid ratio of 30.5:1 (mL/g) for 3.5 h. Under these conditions, the predicted and experimental extraction yields
of polysaccharides were 2.226% and 2.219%, respectively.
Key words：Gypsophila oldhamiana Miq；polysaccharides；response surface methodology；extraction
中图分类号：R284.2 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2012)20-0128-04
山麻楂(Gypsophila oldhamiana Miq.)，又名山珍菜、
山蚂蚱菜、长蕊石头花、霞草等[1-2]，是石竹科石头花属
植物，多年生草本。在民间常作为清热解毒、清热利水
的中草药使用[3]，具有清热凉血、消肿止痛、化腐生肌
长骨的功效。近年来，随着人们对山麻楂化学成分及药
理作用的研究，发现山麻楂富含氨基酸、维生素、矿物
质、黄酮、糖类、皂苷、甾醇、脂肪酸等多种生物活性
成分[4-8]，除治疗阴虚久疟、潮热、烦温、骨蒸、盗汗、
跌打损伤、骨折、外伤等症[9]外，还具有抗肿瘤、抗肥
胖、抗脂肪肝、抗糖尿病等作用[10-11]，开发潜力巨大。多
糖是一类重要的生物活性物质，在临床上对肿瘤、肝炎、
心脏病、神经衰弱均有一定疗效[12]。除具有增强免疫力、
抗肿瘤、抗辐射、抗疲劳、抗寄生虫、抗菌、抗病毒等生
物活性外，还具有降血糖、降血脂、延缓衰老等作用[13-15]，
甚至对艾滋病病毒也有一定的防御功能[16]。目前多糖的应
用正在由原来的医疗保健领域向其他行业如食品、石油
化工、化妆品、材料、环境等领域延伸[17-20]，具有非常广
阔的发展前景。多糖提取方法有热水浸提法[21]，酶解提
取法[22]，微波辅助提取法[23]，超声波提取法[24-25]，超微粉
碎技术，超临界流体萃取法等[26]。热水浸提法是传统的
提取方法，虽然提取时间长，但具有提取率高、成本低
廉、工艺简单、无需特殊仪器设备、适于大规模生产等
优点。本实验使用热水浸提法，以多糖提取率为考察指
标，利用响应面法对山麻楂粗多糖提取工艺条件进行优
化，旨在为山麻楂植物资源的进一步开发利用与研究提
供依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
山麻楂嫩茎叶采自连云港市花果山，洗净在60℃条
件下于电热恒温鼓风干燥箱中烘干至质量恒定，粉碎过
40目筛。
95%乙醇、无水乙醚、丙酮、硫酸、苯酚、葡萄糖
均为分析纯 上海国药集团。
1.2 仪器与设备
收稿日期：2012-06-06
作者简介：夏海涛(1960—)，男，教授，硕士，研究方向为应用化学、天然植物提取与分析。E-mail：xht161006@hhit.edu.cn
※工艺技术 食品科学 2012, Vol.33, No.20 129
UV-2550型紫外分光光度计 日本岛津公司；RE-
5285A型旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；DHG-
9240A型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公
司； TDL-4型台式离心机 上海安亭科学仪器厂。
1.3 方法
1.3.1 多糖提取工艺
工艺流程：山麻楂干粉→水溶液提取→离心→滤液
→减压浓缩→95%乙醇沉淀→离心→洗涤沉淀物→定容
→测定多糖含量。
操作方法：称取一定量山麻楂干粉，置于三口瓶
中，按试验设计条件加入蒸馏水，提取2次。浓缩提取
液，加入95%乙醇析出多糖，离心后沉淀物用无水乙
醇、丙酮、无水乙醚交替淋洗3次，挥干溶剂，沉淀物加
水定容，测定粗多糖含量。每次试验平行操作3次，分别
测定粗多糖含量，计算粗多糖提取率，然后取平均值。
1.3.2 多糖含量测定
以葡萄糖为标样，按文献[27]用苯酚-硫酸法测定粗
多糖含量。标准曲线回归方程为A=5.7871x + 0.0401(x为
葡萄糖质量浓度，范围为20～120mg/L，A为吸光度)，
R=0.9991，根据方程可计算粗多糖含量。
山麻楂多糖提取率/% =
提取液中多糖含量
原料干质量 ×100
1.3.3 单因素试验
考察提取温度、提取时间、液料比、提取次数对山
麻楂多糖提取率的影响。
1.3.4 响应面优化试验
以单因素试验为基础，固定提取次数为2次，选择提
取温度、提取时间、液料比为Box-Behnken设计的自变
量，山麻楂多糖提取率为响应值进行响应面优化组合。
因素水平设计见表1。
表 1 响应面优化试验因素水平表
Table 1 Coded values and corresponding actual values of the
optimization parameters used in the response surface analysis
水平 因素A 提取温度/℃ B 提取时间/h C 液料比(mL/g)
－1
0
1
80
90
100
3
3.5
4
20:1
30:1
40:1
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 提取温度对多糖提取率的影响
在提取时间3h、液料比30:1、提取次数2次的条件
下，考察不同提取温度对多糖提取率的影响，结果如图1
所示。提取温度低于80℃时，随着提取温度的上升，山
麻楂多糖提取率增加较快；高于80℃后，多糖提取率增
加缓慢；温度达到100℃时，多糖提取率已经渐趋平稳，
变化极小。温度过高提取成本增加，多糖化学结构受到
破坏，故提取温度选90℃为宜。
2
1
3
0
໮
㊪
ᦤ
প
⥛
/%
60 80 100
ᦤপ⏽ᑺ/ć
图 1 提取温度对多糖提取率的影响
Fig.1 Effect of temperature on the extraction yield of polysaccharides
2.1.2 液料比对多糖提取率的影响
其他条件同2.1.1节，选择提取温度90℃，考察不同
液料比对多糖提取率的影响，结果见图2。山麻楂多糖提
取率随着液料比的增加而上升，在液料比超过30:1后，
多糖提取率略有下降。溶剂量过多会给后续工艺处理增
加困难，因此控制液料比30:1为宜。
2
1
3
0
໮
㊪
ᦤ
প
⥛
/%
10:1 30:120:1 40:1
⎆᭭↨(mL/g)
图 2 液料比对多糖提取率的影响
Fig.2 Effect of solvent-to-solid ratio on the extraction yield of polysaccharides
2.1.3 提取时间对多糖提取率的影响
其他条件同2.1.2节，考察不同提取时间对多糖提取
率的影响，结果如图3所示。多糖提取率随提取时间的增
加而增大，3.5h达到最大值，继续增加提取时间，多糖提
取率略有下降。因此，提取时间选3.5h为宜。
2
1
3
0
໮
㊪
ᦤ
প
⥛
/%
2 3 4
ᦤপᯊ䯈/h
图 3 提取时间对多糖提取率的影响
Fig.3 Effect of extraction time on the extraction yield of polysaccharides
2.1.4 提取次数对多糖提取率的影响
其他条件同2.1.3节，考察重复提取次数对多糖提取率的
影响，结果见图4。提取1次后，再进行第2次提取，多糖提
130 2012, Vol.33, No.20 食品科学 ※工艺技术
取率明显下降，考虑成本等因素，多糖重复提取2次为宜。
1
2
0
໮
㊪
ᦤ
প
⥛
/%
1 2 3
ᦤপ㄀⃵
图 4 提取次数对多糖提取率的影响
Fig.4 Effect of extraction number on the extraction yield of
polysaccharides
2.2 响应面试验结果
响应面试验优化山麻楂多糖提取条件的结果见表2。
将所得的试验数据用Design-Expert软件处理，得到山麻
楂多糖提取率对提取温度A、提取时间B和液料比C的二
次多项回归方程：
多糖提取率 /%=2.1002＋0 .3356A＋0 .0733B＋
0.0639C－0.0463AB－0.0590AC＋0.0563BC－0.2301A2－
0.1739B2－0.1951C2
由表3回归模型方差分析可知，模型P＜0.0001，表
明响应回归模型达到了极显著水平。模型的校正确定系
数R2和修正相关系数R2Adj表明该模型拟合程度较好，可用
此模型对山麻楂多糖的提取进行分析和预测。从回归模
型方差分析可以看出，方程交互项AB、AC、BC对山麻
楂多糖影响达显著水平，方程一次项和二次项均达极显
著水平。三个因素对山麻楂多糖提取率的影响顺序为A＞
B＞C，即提取温度＞提取时间＞液料比。
表 2 多糖提取响应面试验设计方案及结果
Table 2 Experimental design and corresponding results for response
surface analysis
试验号 A温度 B时间 C 液料比 多糖提取率/%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
0
－1
1
1
0
0
0
0
0
1
－1
－1
0
0
1
0
－1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
－1
0
－1
0
－1
－1
1
0
1
－1
1
－1
0
0
1
0
0
0
－1
1
0
0
－1
0
2.065
1.472
1.996
2.008
1.705
2.118
2.062
1.943
2.108
2.048
1.252
1.224
1.645
2.148
2.033
1.632
1.452
由回归模型的响应面图(图5)可以看出，山麻楂多糖提
取率随着各两因素的增加呈上升趋势，当各两因素达到某
一水平时，多糖提取率达最大值，随后下降。图5a显示，
当达到提取温度约97.1℃、提取时间约3.56h时，多糖提取
率达到最大值。图5b显示，在液料比约28.8:1(mL/g)、提取
温度98.5℃附近可以达到响应值最高点；图5c表明，当提
取时间和液料比达到约3.55h和30.2:1(mL/g)时，响应值达
最大值；由等高线图可知，沿提取温度轴向等高线相对密
集，曲线较陡，表明提取温度对多糖提取率的影响比时间
和液料比大；各两因素交互作用的等高线均呈椭圆形，表
明两因素有明显的交互作用，影响显著[28-29]。
表 3 回归模型的方差分析
Table 3 Variance analysis for the established regression model
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值
模型
A
B
C
AB
AC
BC
A2
B2
C2
残差
失逆项
纯误差
总变异
1.5812
0.9012
0.0429
0.0326
0.0086
0.0139
0.0127
0.2229
0.1273
0.1603
0.0090
0.0036
0.0054
1.5902
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
4
16
R2=0.9943
0.1757
0.9012
0.0429
0.0326
0.0086
0.0139
0.0127
0.2229
0.1273
0.1603
0.0013
0.0012
0.0013
R2Adj=0.9871
136.5272
700.2705
33.3559
25.3641
6.6489
10.8201
9.8349
173.2355
98.8902
124.5427
0.9071
CV=1.97%
＜0.0001
＜0.0001
0.0007
0.0015
0.0365
0.0133
0.0165
＜0.0001
＜0.0001
＜0.0001
0.5124
注：P＜ 0.05，差异显著；P＜ 0.01，差异极显著。
通过软件Design-Expert求解回归方程，得到山麻楂
多糖的最佳提取工艺条件为提取温度97.07℃、提取时
间3.56h、液料比30.76:1(mL/g)，山麻楂多糖提取率可
达2.226%。考虑实际操作，将试验条件修正为提取温度
97℃、提取时间3.5h、液料比30.5:1(mL/g)。在此条件下
提取2次进行3组平行试验，测定实际提取率2.219%，与
预测值的相对误差(0.31%)较小。说明回归方程模型用于
优化筛选山麻楂多糖提取工艺可行。
2.4
1.8
1.2
1.00
0.00
1.00 1.00
0.00
1.00
໮
㊪
ᦤ
প
⥛
/%
B˖ᦤপᯊ䯈/h A˖ᦤ
প⏽
ᑺ/ć

a.温度和时间
※工艺技术 食品科学 2012, Vol.33, No.20 131
2.4
1.8
1.2
1.00
0.00
1.00 1.00
0.00
1.00
໮
㊪
ᦤ
প
⥛
/%
C˖⎆᭭↨(mL/g) A˖
ᦤপ
⏽ᑺ
/ć
b.液料比和温度

0.00
1.00 1.00
0.00
1.00
໮
㊪
ᦤ
প
⥛
/%
C˖ᦤপᯊ䯈/h B˖ᦤ
পᯊ
䯈/h
2.4
1.8
1.2
1.00
c.液料比和提取时间
固定水平：A 提取温度90℃；B 提取时间3.5h；C 液料比30:1(mL/g)。
图 5 各两因素交互作用对多糖提取率影响的响应面图
Fig.5 Response surface plot showing the interactive effects of three
extraction parameters on the extraction yield of polysaccharides
3 结 论
在单因素试验基础上，利用响应面法建立山麻楂
中多糖提取率与温度、时间、液料比之间关系的二次多
项回归模型。优化得到的最佳提取工艺修正条件为提取
温度97℃、提取时间3.5h、液料比30.5:1(mL/g)，在此
条件下得到的实际多糖提取率与预测值的相对误差仅为
0.31%，说明该模型拟合程度高，准确有效，用于山麻楂
中多糖提取工艺的优化筛选可行。
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