諶素華，鄧　敏，王維民，李國偉，鐘賽意，胡　武（.廣東海洋大學食品科技學院，廣東湛江54088；.廣東海洋大學醫(yī)院，廣東湛江54088）

響應面優(yōu)化木立蘆薈皮多糖的研究

諶素華1，鄧敏2，王維民1，李國偉1，鐘賽意1，胡武1
（1.廣東海洋大學食品科技學院，廣東湛江524088；2.廣東海洋大學醫(yī)院，廣東湛江524088）

摘要：采用響應面分析法對木立蘆薈皮多糖的提取工藝進行優(yōu)化，對提取率影響因素進行單因素分析后，以Box-Behnken設計評價微波時間、提取液pH和液料比3個因素顯著性和交互作用，最終得出木立蘆薈皮多糖的最佳提取條件為：微波時間為168 s，提取液的pH為9，液料比為52∶1（mL/g），微波功率為320 W，在此條件下提取率為14.37%；并對提取的粗多糖進行紅外光譜分析，結果表明木立蘆薈皮粗多糖具有多糖的特征吸收峰。

關鍵詞：木立蘆薈皮；多糖；微波輔助提?。豁憫娣治?；紅外光譜分析

蘆薈（Aloe），為阿拉伯語allcoh演變而來，是一種民間藥食兩用植物，自古以來深受人們的喜愛，《藥性本草》、《本草綱目》、《本草逢原》等許多古代醫(yī)書，很早已經(jīng)記錄了對蘆薈在藥用價值上的分析認識[1]。蘆薈是百合科多年生常綠多肉質草本植物，種類多，已分類定名的品種已經(jīng)多達500多個，但是人們在實際生活生產(chǎn)中使用的只有以下幾種：木立蘆薈、庫拉索蘆薈、中華蘆薈、開普蘆薈等[2]。一般來說，蘆薈多糖的含量會隨品種、采收季節(jié)和生長地區(qū)不同而異，不同的蘆薈品種所含的單糖成分和比例有所差異，有的多糖是單獨存在的，也有些多糖是以糖蛋白的形式與蛋白質結合[3]，蘆薈多糖具有免疫調(diào)節(jié)、抗輻射、抗病毒、抗氧化、抗腫瘤、抗菌、降血脂血糖、促進傷口愈合、促造血作用等多種生物活性功能[4-8]。

湛江港口地理優(yōu)勢明顯，蘆薈資源相當豐富，取材特別方便，且結合當?shù)氐馁Y源優(yōu)勢，符合三農(nóng)政策。本試驗通過單因素試驗及響應面試驗研究微波輔助提取木立蘆薈（Aloe arborescens Mill.）皮渣多糖的提取工藝，旨在為蘆薈的綜合利用提供理論參考，為全面實現(xiàn)蘆薈健康產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展做出一定貢獻。

1　材料與方法

1.1材料

新鮮木立蘆薈葉：湛江市霞山區(qū)花鳥市場；蒽酮：廣東光華科技股份有限公司；氫氧化鈉：廣東光華科技股份有限公司；濃硫酸：衡陽市凱信化工試劑有限公司。

1.2主要儀器設備

GZX-9246 MBE型數(shù)顯鼓風干燥箱、HHS型電熱恒溫水浴鍋：上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；722S型可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；美國丹佛UB-7/10精密PH計：南京承正科學儀器有限公司；AW120型島津托盤電子天平：日本島津；松下NN-GT556WXPE型微波爐：上海松下微波爐有限公司。

1.3方法

1.3.1多糖標準曲線的測定

采用蒽酮-濃硫酸比色法，以甘露糖溶液為標準溶液，精密稱取干燥恒重的甘露糖0.100 g于100 mL容量瓶中，蒸餾水解定容，搖勻，制得1 mg/mL甘露糖標準液，準確移取甘露糖標準貯備液0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 mL分別置于50 mL容量瓶中定容，分別取上述溶液2.0 mL置10 mL具塞試管中，滴加蒽酮-濃硫酸試4.0 mL，冷水冷卻，以試劑空白為參比，在610 nm處測吸光度A值，橫坐標為甘露糖的含量，縱坐標為吸光度A值，繪制標準曲線，所得標準曲線方程為：y=7.183 7x-0.011 6，R2=0.999 1。

1.3.2木立蘆薈皮多糖的提取

將木立蘆薈新鮮葉片剪下，洗凈，將除去凝膠后的葉皮晾曬干粉碎，過80目篩，準確稱取1 g干粉樣品于錐形瓶中，加入50 mL水，微波消解適當時間后繼續(xù)在70℃水浴中提取40 min，以消除微波時間不同導致的溶液溫度變化對提取率的影響，冷卻至室溫，移取濾液2.0 mL至50 mL容量瓶，用蒸餾水定容至刻度，計算多糖提取率。

1.3.3蘆薈皮渣多糖含量的測定

蘆薈多糖含量的測定采用蒽酮-硫酸比色法，木立蘆薈皮渣中多糖的提取率α即為：

α（mg/g）=m多糖/m樣品×100%

1.3.4單因素和響應曲面法試驗設計

以液料比、提取液pH、微波時間、微波功率為影響因素，對庫拉索皮渣多糖提取率的影響進行考察。根據(jù)單因素試驗結果，設計三因素三水平的響應面優(yōu)化試驗。為考察方便，提取次數(shù)均為1次，試驗均設3次重復取平均值。

1.3.5多糖的紅外光譜分析

采用Nicolet SDXB FT IR紅外光譜儀，多糖樣品1 mg左右，用KBr壓片法，在4 000 cm-1～400 cm-1，區(qū)間掃描。

2　結果與分析

2.1單因素試驗

選定試驗條件為液料比為50∶1（mL/g），pH為9.0，微波時間為160 s，微波功率320 W。保持其中3個因素固定，變化另一個因素，分別研究液料比、提取液pH、微波時間、微波功率對蘆薈皮渣多糖提取率的影響，結果如圖1～圖4所示。

圖1　微波功率的影響Fig.1　Effect of microwave wave on extraction rate

圖2　微波時間的影響Fig.2　Effect of microwave time on extraction rate

圖3　液料比的影響Fig.3　Effect of liquid-solid ratio on extraction rate

圖4　pH的影響Fig.4　Effect of pH on extraction rate

由圖可知，隨著微波時間、提取液pH、微波功率的變化，多糖提取率在當微波時間為160 s，提取液pH為9，微波功率為320 W時為最大，液料比在20∶1 mL/g～50∶1 mL/g之間時，多糖提取率顯著增大，在液料比50∶1 mL/g之后，多糖提取率增速減緩，但是液料比過大，就增加了后續(xù)濃縮成本而且濃縮時間過長增加成本。因此綜合考慮，選擇液料比為50∶1（mL/g）。故取微波時間120 s～200 s，提取液pH 8～10，微波功率280 W～360 W，液料比40 mL/g～60 mL/g范圍內(nèi)進行響應面試驗。

2.2響應曲面法設計方案與試驗結果

由于微波時間、提取液pH、液料比對提取率的影響范圍較大，數(shù)據(jù)較分散，而功率對提取率的影響范圍較小，其數(shù)值相對較集中，因此選取單因素中對蘆薈多糖提取率影響較為顯著的3個因素（微波時間、提取液pH、液料比）采用響應曲面法設計試驗。

根據(jù)Box-Behnken試驗設計原理，在單因素試驗的基礎上，采用三因素三水平的響應面分析方法，試驗因子水平見表1，試驗方案及結果見表2。

表1　響應曲面分析因素與編碼水平Table 1　Factors and levels of response surface methodology

試驗設計試驗點共15個，其中析因點為1～12，零點為13～15，析因點在變量取值為X1、X2、X3所構成的三維頂點，零點為區(qū)域的中心點，其中零點試驗重復3次，用以估算試驗誤差。

2.3二元回歸方程擬合和方差分析

利用Design-Expert.V8.0.6軟件對表2數(shù)據(jù)進行二次多元回歸擬合，得到蘆薈皮渣多糖提取率的預測值對編碼自變量的二次多項回歸方程：

表2　Box-Behnken設計方案及木立蘆薈皮多糖的試驗測定結果Table 2　The experimental design and results of response surface methodology on polysaccharide from skin of Aloe arborescens Mill. extraction technology

Y=14.2+0.24X1-0.084X2+0.50X3-0.24X1X2+ 0.04X1X3-0.55X12-1.28X22-0.34X32

通過方差分析（表3）可知，回歸方程的P<0.000 1（極顯著），表明方程對試驗擬合良好，試驗誤差小。本試驗中決定系數(shù)R2=0.997 6，說明回歸方程可以很好地描述各因素與響應值之間的真實關系。校正系數(shù)R2Adj=0.993 4表明在多糖提取率總的變異中，有99.34%是由獨立變量引起的，只有0.66%與該模型不符。失擬項對應的P=0.699 4＞0.05，失擬項不顯著，從而表明該模型能夠對木立蘆薈皮渣中多糖的提取進行準確的預測和分析。

模型的系數(shù)顯著性檢驗見表3。

表3　響應面法優(yōu)化蘆薈皮多糖提取工藝方差分析結果Table 3　The results of ANOVA on skin of Aloe polysaccharides extraction technology

續(xù)表3　響應面法優(yōu)化蘆薈皮多糖提取工藝方差分析結果Continue table 3　The results of ANOVA on skin of Aloe polysaccharides extraction technology

P值用來檢測各系數(shù)的顯著性，P值越小，則相應的系數(shù)越顯著，當P<0.05時，則認為該系數(shù)是顯著的，從表3中可以看出一次項X2對試驗指標影響顯著，X1、X3影響極顯著，二次項X12、X22、X32對試驗指標影響均極顯著。從F值得出，單因素對多糖提取的影響順序依次是提取時間＞液料比＞pH。

2.4交互作用分析

圖5～圖7為相應的響應曲面圖和等高線圖，從中可以明顯的看出各獨立變量之間的交互作用對響應值的影響。對比可知提取液pH對蘆薈皮渣多糖提取率的影響最為顯著，表現(xiàn)為圖5、圖7的曲面較為陡峭，這說明要獲得良好的提取效果，在提取過程中對pH的控制至關重要。由圖5可以直觀地反映出pH與液料比之間交互作用相當顯著，表現(xiàn)為該圖等高線的橢圓形狀最為顯著，而時間與液料比、pH與液料比之間交互作用不顯著，表現(xiàn)為圖6、圖7中等高線橢圓的程度很小，尤其是時間與液料比的等高線近乎為圓了。這些結果都與回歸方程的方差分析相吻合，說明響應面優(yōu)化設計能夠較好地反映出試驗所設定的三個因素對蘆薈多糖提取率的影響。

2.5最優(yōu)工藝條件及驗證試驗

利用Design-Expert.V8.0.6軟件根據(jù)所建立的模型進行參數(shù)的最佳優(yōu)化分析，得到最優(yōu)提取的工藝條件為：微波時間為168 s，提取液pH為8.92，液料比為54.35 mL/g，微波功率為320 W，在此條件下的木立蘆薈皮渣多糖提取率為14.32%。為了驗證響應曲面法的可靠性，同時考慮到實際操作的情況，將提取工藝參數(shù)修正為：微波提取時間為168 s，提取液的pH為9，液料比為54∶1 mL/g，微波功率為320 W，在此條件下提取，實際測得的3次平均提取率為14.37%，誤差較小。

2.6木立蘆薈皮多糖結果分析

木立蘆薈皮粗多糖在3 420 cm-1附近都出現(xiàn)了羥基（O-H）的伸縮振動峰2 920 cm-1附近都出現(xiàn)C-H變角振動。1 737附近出現(xiàn)C=O伸縮振動，這些都是多糖的特征吸收峰，且在956 cm-1附近有吸收峰，是β-吡喃糖苷的特征吸收峰，在877 cm-1處有吸收峰，說明存在甘露糖。紅外圖譜解析見表4。

圖5　液料比和pH的交互作用Fig.5　Chart of response surface of the effect on liquid-solid ratio and pH interaction

圖6　液料比和微波時間的交互作用Fig.6　Chart of response surface of the effect on liquid-solid ratio and microwave time interaction

圖7　pH和微波時間的交互作用Fig.7　Chart of response surface of the effect on pH and microwave time interaction

3　結論

1）在單因素試驗基礎上，采用響應曲面分析法優(yōu)化木立蘆薈皮渣多糖的提取工藝，結果表明，蘆薈皮渣多糖最佳提取工藝為：微波時間為168 s，提取液pH值為8.94，液料比為52.59 mL/g，微波功率為320 W，多糖提取率為14.37%。

2）木立蘆薈皮粗多糖具有多糖的特征吸收峰，且在956 cm-1附近有吸收峰，是β-吡喃糖苷的特征吸收峰，在877 cm-1處有吸收峰，說明存在甘露糖。

3）采用微波輔助水提取蘆薈皮渣多糖相對其他提取工藝大大縮短了提取時間，多糖提取率較高，可降低生產(chǎn)成本，為實現(xiàn)蘆薈產(chǎn)業(yè)綜合利用提供可靠的參考。

表4　木立蘆薈皮粗多糖紅外光譜Table 4　IR spectrum of polysaccharide from skin of Aloe arborescens Mill.

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.040

收稿日期：2014-08-13

基金項目：2010年度湛江市科技攻關項目（湛科[2010]78號文），項目編號：2010C3103022

作者簡介：諶素華（1973—），女（漢），高級實驗師，碩士，從事食品科學與工程教學與科研工作。

Optimization for Extraction of Polysaccharide from Skin of Aloe arborescens Mill.Using Response Surface Method

CHEN Su-hua1，DENG Min2，WANG Wei-min1，LI Guo-wei1，ZHONG Sai-yi1，HU Wu1
（1.College of Food Science and Technology，Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088，Guangdong，China；2.Hospital of Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088，Guangdong，China）

Abstract：The extraction technology of polysaccharide from skin slag of Aloe arborescens Mill.was studied using response Surface Method（RSM），and microwave time，Extraction liquid pH，liquid-solid ratio were selected as experimental the factors.Based on the analysis of significance and interaction among different factors，the optimal condition of extraction technology was obtained as followed：microwave time was 168 s，Extraction liquid pH was 9，liquid-solid ratio was 52∶1（mL/g），microwave power was 320 W.Under the conditions of extraction，the average value of three times actual measured extraction rate was 14.37%.Using IR to analyze structure of polysaccharide from skin slag of Aloe arborescens Mill，IR spectra suggested its had polysaccharide′s characteristic groups.

Key words：Skin of Aloe arborescens Mill.；polysaccharide；microwave assisted extraction；response surface method；IR spectrum