全 文 ：318
陈伟洲1，宋彩霞2，陈美珍2，*
(1.汕头大学海洋生物研究所，广东汕头 515063;2.汕头大学理学院生物系，广东汕头 515063)
摘 要:为优化海蓬子多糖的水法提取工艺，在单因素实验的基础上，运用响应面分析法，研究水料比、提取时间、提取
温度对海蓬子多糖提取率的影响，建立多糖提取得率的二次回归方程，并对其工艺参数进行优化。研究结果表明:水
提海蓬子多糖的最佳工艺参数为水料比 48 ∶1，提取时间 4.0h，提取温度 90℃。在该条件下提取一次，多糖得率为
2.0%，而理论预测多糖得率是 2.01%，实际得率达到理论预测值的 99.5%。
关键词:海蓬子，多糖，提取，响应面设计
Optimization of extraction technology of Salicornia bigelovii
Torr. polysaccharides by response surface methodology
CHEN Wei－zhou1，SONG Cai－xia2，CHEN Mei－zhen2，*
(1.Marine Biology Institute，Shantou University，Shantou 515063，China;
2.Department of Biology，College of Science，Shantou University，Shantou 515063，China)
Abstract:The extraction of polysaccharides from Salicornia bigelovii Torr.was studied in this paper.According to the
single－ factor experiments，three levels of the factors(extraction temperature，time and the ratio of water to solid)
were selected for the Box－Behnken factorial design to establish a quadric regression equation for describing the
yield of polysaccharides. By response surface analysis，the optimum extraction conditions were obtained as
follows:extraction temperature of 90℃，extraction time of 4.0h and water－pueraria residue ratio of 48∶1，under which
the experimental yield(2.0%)of polysaccharides accounts for 99.5% of the theoretically predicted value of 2.01%
with one－ time extraction.
Key words:Salicornia bigelovii Torr.;polysaccharides;extraction;response surface analysis
中图分类号:TS201.2 + 3 文献标识码:B 文 章 编 号:1002－0306(2011)03－0318－04
收稿日期:2010－01－27 * 通讯联系人
作者简介:陈伟洲(1971－) ，男，高级工程师，研究方向:水产养殖。
基金项目:广东省科技计划项目(2010B090400461)。
海 蓬 子 (Salicornia bigelovii Torr.)为 藜 科
(Chenopodiaceae)盐角草属(Salicornia)的无叶、茎肉
质化的真盐生植物，俗称海芦笋、海虫草等，原产美
洲盐沼地，是一种无公害的绿色新型海水蔬菜［1－2］，
在欧美一些国家已经有产品面世，并得到人们的喜
爱［3］。海蓬子富含多种营养成分和活性物质［4］，除作
为蔬菜之外，还具有药用和保健价值。海蓬子作为
民间药物可用于治疗癌症、糖尿病、肥胖症和便秘等
多种疾病［5－7］。国外研究发现海蓬子多糖具有免疫
调节活性，并认为此活性可能是海蓬子抗癌机理之
一［5－7］。作者对产于广东南澳县海蓬子的水提物、醇
提物及水提多糖的研究表明海蓬子多糖具有体外抗
氧化活性［8］。但目前国内外对海蓬子多糖的研究仍
然很少，有关海蓬子多糖的提取利用等报道几乎是
空白。本实验在对海蓬子多糖的提取条件单因素研
究的基础上应用响应面法对提取工艺参数进行优化
选择，以期能充分地提取海蓬子多糖。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
海蓬子干粉 新鲜海蓬子，由广东省汕头大学
南澳海洋实验站提供，采集时间为 2009 年 4～5 月，
海蓬子采摘后取可食茎部，除杂去沙后，洗净，晾干，
于 50～60℃下烘干，粉碎过 20 目筛后即为海蓬子干
粉，低温保存，备用;浓硫酸、苯酚、标准葡萄糖、3，5－
二硝基水杨酸(DNS)等 均为分析纯。
5417R台式高速冷冻离心机 Eppendorf 公司;
日立 CT5DL型离心机 Tokyo 公司;DHG－9053A 型
电热鼓风干燥器、UNICO－UV2100 型分光光度计
尤尼柯仪器有限公司;DK－S22 型电热恒温水浴锅
上海精宏实验设备有限公司等。
1.2 实验方法
1.2.1 海蓬子多糖提取 准确称取海蓬子粉末
319
2.00g，按设定的水料比加入蒸馏水，在设定的温度下
恒温搅拌提取 3～5h 后，于 5000r /min 离心 20min，上
清液为待测溶液。
1.2.2 单因素实验 以水为提取液，选取浸取温度、
时间和水料比三因素进行研究，按照 1.2.1 方法提取
海蓬子多糖，并计算得率。
1.2.3 响应面法实验设计 在单因素实验基础上，
采用 SAS9.0 统计分析软件中 Box－Behnken设计三因
素三水平的响应分析实验［9］，各因素编码值见表 1。
以多糖的提取得率为响应值，通过响应面分析及岭
脊分析对提取条件进行优化。
表 1 Box－Behnken设计因素水平编码表
因素
水平
－ 1 0 1
X1 水料比(V/m) 40 50 60
X2 时间(h) 3 4 5
X3 温度(℃) 70 80 90
1.2.4 提取液多糖含量的测定［10－11］ 先采用苯酚－
硫酸法测定总糖含量，以葡萄糖作标准品(用 0.9 的
系数校正) ，再采用 DNS法测定还原糖含量。
多糖含量 =总糖含量－还原糖含量
多糖提取得率(%)= 多糖的质量
海芦笋干粉质量
× 100%
2 结果与分析
2.1 单因素实验结果
2.1.1 时间对多糖提取得率的影响 保持 80℃、水
料比 25∶1，提取一次，研究提取时间对多糖得率的影
响，结果如图 1 所示。
图 1 提取时间对多糖提取得率的影响
由图 1 可知，多糖提取得率随着提取时间的延
长，呈现整体上升的趋势。在本实验所选提取时间
范围内，提取得率没有极值点，且提取 5h 比 4h 得率
有较大提高，但考虑到长时间加热耗时耗能，还有可
能导致多糖变性，因此，提取时间以 5h左右为宜。
2.1.2 水料比对多糖提取得率的影响 设定提取时
间 3h，提取温度 80℃，提取一次，研究水料比 10∶1～
70∶1 对提取得率的影响，结果如图 2 所示。
从图 2 可以看出，多糖得率随水料比的增加而
增加，但到水料比为 40∶1 后增加缓慢。考虑到溶剂
用量过大，水浴加热的负荷增大，并且会给后续工作
增加负担，所以认为水料比以 40∶1 较为合适。
2.1.3 温度对多糖提取得率的影响 保持提取时间
3h、水料比 25∶1 不变，提取一次，探讨温度对海蓬子
多糖提取得率的影响，结果如图 3 所示。
由图 3 可见，随着温度的升高，多糖的得率逐渐
增加，到 100℃达到最大值。这可能是伴随温度的升
图 2 水料比对多糖提取得率的影响
图 3 温度对多糖提取得率的影响
高，原料溶胀度增大，传质强化，从而使得多糖的溶
出率增加。但从 90℃到 100℃多糖提取得率增加不
多，从温度对多糖稳定性的影响和能耗等综合考虑，
多糖的提取以 90℃为宜。
2.2 响应面分析法对海蓬子多糖提取工艺条件的
优化
2.2.1 响应面分析实验方案及结果 对表 1 所列的
水料比 Z1，提取时间 Z2 和 Z3 作如下变换:X1 =(Z1－
50)/10，X2 =(Z2－4)/1，X3 =(Z3－80)/10，以 Xl、X2、
X3 为自变量，以多糖得率(Y1)为响应值，实验方案
及结果见表 2，回归模型方差分析结果见表 3。
表 2 响应面分析方案及实验结果
实验号 X1 X2 X3 Y
1 － 1 － 1 0 1.79
2 － 1 1 0 1.08
3 1 － 1 0 1.43
4 1 1 0 1.03
5 0 － 1 － 1 2.11
6 0 － 1 1 1.93
7 0 1 － 1 1.00
8 0 1 1 1.98
9 － 1 0 － 1 1.35
10 1 0 － 1 1.38
11 － 1 0 1 2.05
12 1 0 1 1.73
13 0 0 0 1.51
14 0 0 0 1.32
15 0 0 0 1.63
注:1～12 号是析因实验，13～15 号是中心实验，用以估计实验
误差。
由表 3 分析结果可知，回归模型(p = 0.0028 ＜
0.01)和一次项(p = 0.0012 ＜ 0.01)均高度显著，二次
项(p = 0.0118 ＜ 0.05)和交互项(p = 0.012 ＜ 0.05)显
著，表明回归模型可以很好地反映多糖提取得率与
因素的关系。此外，回归模型 R2 = 96.94%，说明回
归模型和预测值之间有较好的拟合度。因此该模型
可用于预测多糖提取得率的实际情况。
320
表 3 回归模型方差分析
回归方差
来源
自由度 均方和 F值 Pr ＞ F 显著性
一次项 3 1.077675 30.55 0.0012 ＊＊
二次项 3 0.393057 11.14 0.0118 *
交互项 3 0.391050 11.09 0.0120 *
模型 9 1.861782 17.59 0.0028 ＊＊
总误差 5 0.058792
注:＊＊p ＜ 0.01;* p ＜ 0.05;表 4 同。
2.2.2 拟合回归方程的建立 对响应值与各因素进
行回归拟合，回归方程系数显著性检验见表 4，回归
拟合后得回归方程:
Y =1.486667－0.0875X1 －0.271250X2 + 0.23125X3
－0.140833X21 + 0.0775X1X2 －0.0875X1X3 －0.013333X
2
2
+ 0.29X2X3 + 0.281667X
2
3
表 4 回归方程系数检验
模型项 回归系数 标准偏差 t值 Pr ＞ | t | 显著性
常数项 1.486667 0.062605 23.75 ＜ 0.0001 ＊＊
X1 － 0.087500 0.038338 － 2.28 0.0713
X2 － 0.271250 0.038338 － 7.08 0.0009 ＊＊
X3 0.231250 0.038338 6.03 0.0018 ＊＊
X1X1 － 0.140833 0.056432 － 2.50 0.0548
X2X1 0.077500 0.054218 1.43 0.2123
X2X2 － 0.013333 0.056432 － 0.24 0.8226
X3X1 － 0.087500 0.054218 － 1.61 0.1675
X3X2 0.290000 0.054218 5.35 0.0031 ＊＊
X3X3 0.281667 0.056432 4.99 0.0041 ＊＊
2.2.3 各因素的重要性分析 通过模型方程作响应
曲面图，结果如图 4～图 6。比较三组图可知，温度
(X3)对多糖提取得率的影响比较显著，表现为曲线
较陡;水料比(X1)和时间(X2)对多糖提取得率的影
响比较小，表现为随 X1 和 X2 的增加，其响应值变化
较小。
图 4 Y = f(X2，X3)的响应面图
图 5 Y = f(X1，X3)的响应面图
由回归方程中各变量对响应值影响的显著性分
析结果见表 5。从表 5 可以看出，三个因素的特征值
有正有负，表明此二次响应面是鞍面，无极值存在，
因此不能直接从此二次响应面上找出最佳工艺参
图 6 Y = f(X1，X2)的响应面图
数，需要进一步作岭脊分析。
表 5 典型值分析表
特征值
特征向量
X1 X2 X3
0.342401 － 0.054083 0.371846 0.926718
－ 0.044604 0.471677 0.827521 － 0.304516
－ 0.170297 0.880111 － 0.420642 0.220146
2.2.4 岭脊分析 岭脊分析的原理是以原始设计中
心点为球心，r为半径的超球面与响应面的交点形成
的轨迹范围内找出最佳响应值，即最佳条件。岭脊
分析结果见表 6。
从表 6 可以看出，随着 r 值增大，预估响应值随
之增大，最大响应值时的编码半径为 1.0，此时的水
料比为 48.4∶1，时间为 4.00h，温度为 89.87℃。
表 6 岭脊分析结果
编码
半径
预估
响应值
标准
偏差
未编码因数值
X1 X2 X3
0.0 1.486667 0.062605 50.000000 4.000000 80.000000
0.1 1.523351 0.062411 49.750493 3.931630 80.685783
0.2 1.560543 0.061849 49.493176 3.879335 81.512322
0.3 1.599460 0.060986 49.256039 3.850561 82.492653
0.4 1.641672 0.059968 49.060325 3.845893 83.569610
0.5 1.688558 0.059032 48.905273 3.858161 84.667949
0.6 1.741003 0.058491 48.779374 3.880096 85.750860
0.7 1.799505 0.058716 48.672572 3.907360 86.810266
0.8 1.864342 0.060102 48.578361 3.937690 87.847973
0.9 1.935678 0.063007 48.492743 3.969893 88.867781
1.0 2.013613 0.067692 48.413214 4.003308 89.873248
2.2.5 模型的验证 对上述优选的多糖提取条件进
行验证实验，考虑实际操作的便利，将多糖提取的最
优条件修正为:水料比 48∶1，时间 4h，温度 90℃。在
此条件下提取多糖，多糖的得率为 2.00%，与理论预
测值 2.01%接近。说明采用响应面法优化得到的多
糖提取参数准确可靠，具有实际应用价值。
3 结论
将响应面分析法应用于海蓬子多糖提取工艺条
件的研究，确定海蓬子多糖的最佳提取工艺参数为:
水料比 48∶1，提取时间 4.0h，提取温度 90℃，最大提
取得率预测值为 2.01%。实验结果对海蓬子多糖的
进一步开发利用有较好的参考价值。
参考文献
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的作物———北美海蓬子(上) ［J］.世界农业，2001(2) :14－16.
(下转第 323 页)
323
囊壳又过于潮湿，胶囊成型不好，影响囊壳厚度。
图 4 胶囊含水量对成囊性的影响
2.2 正交实验结果
由表 2 可以看出，极差 RA ＞ RB ＞ RC，可知影响成
囊性的主要因素是胶液浓度，其次是甘油含量，最后
是 CaCl2 浓度。最优的工艺条件是 A2B2C2，即胶液浓
度 12%，甘油含量 3%，CaCl2 浓度 2%。
表 2 正交实验方案及实验结果
实验号 A B C 成囊性
1 1 1 1 7
2 1 2 2 9
3 1 3 3 6
4 2 1 2 9
5 2 2 3 11
6 2 3 1 11
7 3 1 3 9
8 3 2 1 9
9 3 3 2 10
K1 7.333 8.333 9.000
K2 10.333 9.667 9.333
K3 9.333 9.000 8.667
R 3.000 1.334 0.666
2.3 最优条件制备出胶囊的理化指标
按上述实验得到的最优条件，即胶液浓度 12%，
甘油含量 3%，CaCl2 浓度 2%，胶囊含水量 15%制备
出褐藻胶肠溶胶囊，进行成囊性、脆碎性、崩解时限、
灼烧残渣等指标的测定。制备出的胶囊色泽均匀，
有光泽，无明显色差，无沙眼，无黑点，2 枚有变形，4
枚有 0.1mm的气泡，无皱纹，2 枚有薄头，5 枚破碎。
囊壳壁厚为 0.12 ± 0.02mm。崩解时限按照药典中对
肠溶胶囊的检测方法进行检测，在人工胃液中浸泡
2h均无裂缝或崩解现象，在人工肠液中崩解时限为
43 ± 1min，完全符合药典对肠溶胶囊的要求。此外
由于褐藻胶自身特性，含有大量金属离子，所以灼烧
残渣含量较高，为 26.4% ± 0.99%。总体上符合药典
对硬质胶囊要求。
3 结论
本文对褐藻胶肠溶硬胶囊的制备工艺进行了研
究，确定生产工艺为溶胶、制胚、钙化、干燥、拔壳等。
选用 8cP 褐藻胶作为原料胶，运用单因素实验及正
交实验确定最佳制作工艺为胶液浓度 12%，甘油含
量 3%，CaCl2 浓度 2%，胶囊含水量为 15%。并对生
产出的胶囊进行理化指标的测定，崩解时限及成囊
性都符合药典对硬胶囊的要求。
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(上接第 320 页)
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