全 文 ：收稿日期:2014-10-13
基金项目:国家自然科学基金(51262008，51202087，51364009，51472107) ;湖南省自然科学基金(14JJ4048，12JJ2005) ;湖南省科技厅工业
支撑计划重点项目(2012GK2017) ;湖南省高校创新平台开放基金项目(13K094) ;湖南省重点学科建设项目(JSU0713) ;吉首大学校级科研项
目资助(14JDX014)
作者简介:熊利芝(1974-) ，女，博士，副教授，研究方向:天然产物化学;Tel:15074380328，E-mail:kmpanda99111@ 163. com。
* 通讯作者:何则强，Tel:13787930478，E-mail:csuhzq@ 163. com。
响应面法优化超声提取栝楼皮多糖的工艺研究
熊利芝1，2，王金理1，吴玉先1，付柏婷1，何则强1*
(1. 吉首大学生物资源与环境科学学院，湖南 吉首 416000;2. 吉首大学植物资源保护与利用湖南省高校
重点实验室，湖南 吉首 416000)
摘要 目的:优化超声提取栝楼皮多糖的工艺条件。方法:在单因素考察的基础上，利用响应面法，以提取率
为响应值，建立数学模型，获得最佳工艺。结果:最优工艺条件为:提取时间 60. 26 min，超声功率为 204. 39 W，料液
比 1∶ 20(g /mL) ，提取温度为 72. 45℃，在此优化条件下，平均提取率为 6. 06%，与理论值 6. 03%的相对误差为
0. 50%。结论:响应面法优化超声提取栝楼皮多糖工艺可行。
关键词 响应面法;栝楼;多糖;提取
中图分类号:Ｒ286. 2 文献标识码:A 文章编号:1001-4454(2015)07-1524-03
DOI:10. 13863 / j. issn1001-4454. 2015. 07. 047
栝楼 Trichosanthes kirilowii Maxim. 为葫芦科栝
楼属多年生缠绕性藤本植物，根(中药名天花粉)、
果(中药名栝楼实)、种子(中药名栝楼仁)、果皮(中
药名栝楼皮)均可供药用〔1〕。栝楼皮具有多种生物
活性物质，能增加冠脉血流量、降血脂、降压、抗缺
氧、保护缺血再灌注心肌、抑制血小板聚集等多种作
用〔2-4〕。本研究以栝楼皮为原料，在单因素试验的基
础上，通过星点设计-响应面法优化栝楼皮中多糖的
超声提取条件，以期为栝楼皮多糖的进一步开发利
用提供相关的实验依据。
1 仪器与材料
SB-5200DTD型超声波清洗器(宁波新芝生物
科技股份有限责任公司) ;800 型离心沉淀器(上海
手术器械厂) ;UV-2550 紫外可见分光光度计(北京
普析通用仪器有限责任公司) ;BGZ-30 电热鼓风干
燥箱(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)。实验
用栝楼皮采自湖南湘西保靖(品种源自安徽) ，经笔
者熊利芝副教授鉴定为葫芦科栝楼属植物栝楼 Tri-
chosanthes kirilowii Maxim. 的干燥果皮;葡萄糖(天
津市科密欧化学试剂有限公司) ，苯酚(天津市光复
精细化工研究所) ，硫酸(衡阳市凯信化工试剂有限
公司)均为分析纯。
2 方法与结果
2. 1 栝楼皮多糖的提取与纯化 将栝楼皮粉碎，
过 40 目筛，干燥密封保存，备用。准确称取 2. 0 g
栝楼皮，置于洁净的锥形瓶中，按一定的料液比加入
去离子水，在一定的温度下，超声提取栝楼皮多糖一
定时间，趁热减压过滤，去除滤渣，取滤液，定容至
100 mL。将提取到的栝楼皮溶液采用醇沉和 Sevag
法纯化多糖。
2. 2 多糖含量的测定 参照文献〔5〕中苯酚-硫酸法
测栝楼皮多糖，并计算栝楼皮多糖提取率。
2. 3 单因素试验
2. 3. 1 提取时间对栝楼皮多糖提取率的影响:称
取 2. 0 g 栝楼皮，加入去离子水 40 mL，提取温度 70
℃，超声功率 175 W的条件下，分别提取 40、50、60、
70、80、90 min，过滤，定容，测定提取液多糖浓度并
计算提取率，结果表明提取时间在 40 ～ 60 min 内，
栝楼皮多糖的提取率随超声时间的延长而增大。随
着时间的延长，超声波空化产生较多能量，破壁的效
果就会增强，多糖溶出量也逐渐增多，提取率增大;
而超过 60 min 后，随着时间的延长，多糖提取率略
有下降，这可能是由于超声长时间的强烈振动及热
效应作用导致多糖变性;另一方面随着提取时间的
延长，栝楼皮中其他杂质成分溶出增多，提取液黏度
增大，不利于多糖的溶出，致使多糖提取率略有下
降。因此，提取时间为 60 min最佳。
2. 3. 2 超声功率对栝楼皮多糖提取率的影响:称
取 2. 0 g栝楼皮，加入去离子水 40 mL，超声功率分
别为 125、150、175、200、225、250 W，提取温度 70 ℃
的条件下，提取时间 60 min 后过滤，定容，测定提取
液多糖的浓度并计算提取率，结果表明超声功率在
125 ～ 200 W时，随着功率的提高，栝楼皮多糖的提
取率提高，因为随着超声功率的增强，增强了超声波
对细胞壁的破碎作用，加大了栝楼皮多糖的溶出，提
取率提高;当超声功率在 200 ～ 250 W，随着超声功
·4251· Journal of Chinese Medicinal Materials 第 38 卷第 7 期 2015 年 7 月
率的提高，栝楼皮多糖提取率反而逐渐下降，因为当
超声功率达到一定值后，随着超声功率的增大，超声
波将破坏部分多糖分子某些次级键，使多糖溶解度
下降，表现为多糖提取率降低。综合考虑各因素选
超声功率为 200 W。
2. 3. 3 提取温度对栝楼皮多糖提取率的影响:称
取 2. 0 g 栝楼皮，加入去离子水 40 mL，超声功率
200 W，分别在提取温度 40、50、60、70、80 ℃的条件
下提取 60 min后，过滤，定容，测定提取液栝楼皮多
糖浓度并计算提取率，结果表明提取温度在 40 ～ 70
℃内，栝楼皮多糖的提取率随着温度的升高而变大，
当温度达到 70 ℃时，提取率最大;当温度超过 70 ℃
时，提取率下降，因为随着提取温度的升高，栝楼皮
中溶出大量的杂质，导致溶液的黏度变大，多糖难以
溶出，所以提取率降低，另外，温度过高，也易使多糖
糖苷键断裂变性，溶解度下降。因此，最佳提取温度
为 70 ℃。
2. 3. 4 料液比对栝楼皮多糖提取率的影响:准确
称取 2. 0 g 栝楼皮，分别加入去离子水 30、40、50、
60、70 mL，即料液比为 1 ∶ 15、1 ∶ 20、1 ∶ 25、1 ∶ 30、
1∶ 35，超声功率 200 W，提取温度 70 ℃的条件下，提
取时间在 60 min 后过滤，定容，测定提取液栝楼皮
多糖浓度并计算提取率，结果表明料液比在 1∶ 15 ～
1∶ 20 之间时，随着提取液用量的增大，栝楼皮多糖
提取率逐渐增大;料液比在 1∶ 20 ～ 1∶ 35 之间时，随
着提取液用量的增大，多糖的提取率降低。这是因
为原料量一定时，随着提取的进行，多糖提取量相同
时，提取液用量大时的原料与溶液中多糖浓度差比
用量少大，多糖较易从原料中扩散到溶液中，提取率
提高。随着提取液用量不断增大，虽相对质量浓度
差增大，但浓度差增大越来越不明显，对多糖提取率
的影响也相应不断减少;同时提取液用量增加，相应
地增加了超声破碎细胞的阻力，使细胞破碎程度下
降，会降低有效成分的提取率〔6〕。因此，本实验选
取 1∶ 20 为较佳料液比。
2. 4 响应面法优化栝楼皮多糖提取工艺
2. 4. 1 实验设计及结果:根据星点试验设计原理，
综合单因素试验结果，固定料液比 1 ∶ 20，选取提取
时间、提取功率和提取温度对栝楼皮多糖提取率影
响显著的 3 个因素，每个因素设 5 个水平，用代码 －
1. 682、－ 1、0、1、1. 682 表示，代码值所代表的物理
量见表 1，星点试验设计及结果见表 2。
2. 4. 2 模型拟合:将所得数据用 Design-Expert
8. 0. 6(试用版)软件进行响应面分析，以栝楼皮多
糖提取率 E为响应值分别对各因素(A超声时
表 1 星点试验设计因素水平
编码值 A提取时间 /min B超声功率 /W C提取温度 /℃
1. 682 77 242. 5 87
1 70 225 80
0 60 200 70
－ 1 50 175 60
－ 1. 682 43 157. 5 53
Δj 10 10 10
表 2 星点试验设计及结果
实验号 A B C 提取率 /%
1 － 1 － 1 － 1 5. 12
2 － 1 － 1 1 5. 63
3 － 1 1 － 1 5. 43
4 － 1 1 1 5. 74
5 1 － 1 － 1 5. 56
6 1 － 1 1 5. 56
7 1 1 － 1 5. 79
8 1 1 1 5. 53
9 － 1. 682 0 0 5. 57
10 1. 682 0 0 5. 65
11 0 － 1. 682 0 5. 38
12 0 1. 682 0 5. 61
13 0 0 － 1. 682 5. 50
14 0 0 1. 682 5. 79
15 0 0 0 6. 05
16 0 0 0 6. 00
17 0 0 0 6. 02
18 0 0 0 6. 01
19 0 0 0 6. 03
20 0 0 0 5. 97
间、B超声功率、C提取温度)进行多元线性回归和
二项式方程拟合，拟合模型为:E = － 29. 16197 +
0. 32117A + 0. 14412B + 0. 979C － 0. 00023AB －
0. 00135AC － 0. 00011BC － 0. 00146A2 － 0. 000299B2
－ 0. 00134C2(Ｒ2 = 0. 9802)。对该回归方程进行方
差分析，结果见表 3，失拟性检验 P ＞ 0. 05，模型 P ＜
0. 0001(极显著) ，这说明模型选择正确，拟合程度
较好，该回归模型的预测值与实际值能较好的吻
合〔7〕。超声功率(B)、提取温度(C)对栝楼皮多糖
的提取率影响达到极显著水平，提取时间(A)对栝
楼皮多糖的提取率影响达到显著水平，提取时间与
提取温度的相互作用(AC)对栝楼皮多糖提取率影
响达到极显著水平，提取时间与超声功率的相互作
用(AB)对栝楼皮多糖提取率影响达到显著水平，
交互项 BC 对栝楼皮多糖提取率的影响不显著。在
所选取的各因素水平范围之内，根据表 3 中的 F 值
的大小可以判断各因素对栝楼皮多糖提取率的影响
·5251·Journal of Chinese Medicinal Materials 第 38 卷第 7 期 2015 年 7 月
强弱。F值越大，影响作用越强。因此，各因素对栝
楼皮多糖提取率影响程度大小依次为:提取温度 ＞
超声功率 ＞提取时间。
2. 4. 3 响应面分析:将建立的回归模型中的任一
因素固定在零水平，得到另外两个因素的交互影响
结果，二次回归方程的响应面见图 1。
由图 1 可看出，当 A、B、C 取值较小时，效应面
曲线较陡，等高线密度较大，说明此时 A、B、C 对多
糖提取率 E 的影响较为明显，但 A、B、C 取值较大
时，效应面曲线较平缓，等高线密度较小，说明此时
A、B、C对多糖提取率影响较小;从图 1 可知，当提
取时间在 60 min，超声功率 200 W，提取温度 70 ℃
附近，栝楼皮多糖的提取率最高。
2. 4. 4 条件优化、预测与验证:由图 1 可知该模型
有稳定点，且稳定点是最大值。利用 Point Prediction
进行预测分析，获得一组响应值最大的优化条件:提
表 3 回归统计分析结果
系数来源 平方和 自由度 均方 F P ＞ F 显著性
模型 1. 26 9 0. 14 115. 95 ＜ 0. 0001 ＊＊＊
A 0. 035 1 0. 035 29. 21 0. 0003 ＊＊
B 0. 074 1 0. 074 61. 38 ＜ 0. 0001 ＊＊＊
C 0. 074 1 0. 074 61. 49 ＜ 0. 0001 ＊＊＊
AB 0. 026 1 0. 026 21. 87 0. 0009 ＊＊
AC 0. 15 1 0. 15 120. 58 ＜ 0. 0001 ＊＊＊
BC 6. 05 × 10 － 3 1 6. 05 × 10 － 3 5 0. 0493
A2 0. 31 1 0. 31 255. 16 ＜ 0. 0001 ＊＊＊
B2 0. 5 1 0. 5 416. 67 ＜ 0. 0001 ＊＊＊
C2 0. 26 1 0. 26 213. 83 ＜ 0. 0001 ＊＊＊
残差 0. 012 10 1. 21 × 10 － 3
失拟项 9. 76 × 10 － 3 5 1. 95 × 10 － 3 4. 18 0. 0712
纯误差 2. 33 × 10 － 3 5 4. 67 × 10 － 4
总变异 1. 27 19
注:＊＊＊ P ＜ 0. 0001，表示极显著;＊＊P ＜ 0. 01，表示显著
图 1 超声时间(A)、超声功率(B)、提取温度(C)对栝楼皮多糖提取率的影响
取时间 60. 26 min，超声功率为 204. 39 W，提取温度
为 72. 45 ℃，在此优化条件下，栝楼皮多糖提取率的
预测值 E为 6. 03。参照理论上的优化条件进行验
证试验，结果提取率为 6. 06%(n = 3) ，与理论提取
率接近。
3 结论
本实验采用超声辅助提取栝楼皮多糖，在单因
素试验的基础上，采用响应面法得到最优工艺条件
为:提取时间 60. 26 min，超声功率为 204. 39 W，料
液比 1∶ 20(g /mL) ，提取温度为 72. 45℃，在此优化
条件下，提取率为 6. 06%，与理论值 6. 03%的相对
误差为 0. 50%;超声功率、提取温度对栝楼皮多糖
的提取率影响达到极显著水平，提取时间对栝楼皮
多糖的提取率影响达到显著水平，提取时间与提取
温度的相互作用对栝楼皮多糖提取率影响达到极显
著水平，提取时间与超声功率的相互作用对栝楼皮
多糖提取率影响达到显著水平，交互项超声功率与
提取温度对栝楼皮多糖提取率的影响不显著。
参 考 文 献
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