均勻設(shè)計(jì)法提取大棗多糖的工藝分析

1、第25卷第2期均勻設(shè)計(jì)法提取大棗多糖的工藝分析孫納新,劉月輝,王 軍(濟(jì)南大學(xué)醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,山東濟(jì)南250022)摘 要:用均勻設(shè)計(jì)法U6(64)表安排大棗多糖的多因素多水平提取實(shí)驗(yàn),確定大棗多糖提取的數(shù)學(xué)模型,得出大棗多糖得率與各因素之間的回歸關(guān)系,并推算最佳工藝條件。結(jié)果表明,大棗多糖提取的最佳工藝條件為:大棗固體粉末質(zhì)量(g)與加入的水體積(mL)的配比(固液比)=1 5,溫度=100 ,提取時(shí)間=7h時(shí),預(yù)期所得多糖的理論最大得率為7.707%。用U6(64)法得到的模型方程,可在設(shè)立的因素水平范圍內(nèi)給出大棗多糖得率極大值,進(jìn)而探討各因素對(duì)大棗多糖得率的影響機(jī)制。關(guān)鍵詞:均勻設(shè)計(jì)

2、;大棗多糖;數(shù)學(xué)模型中圖分類號(hào):0629.12文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ATechnologicalConditionsforExtractingJujubePolysaccharidbyUniformExperimentDesignSUNNa xin,LIUYue hu,iWANGJun(SchoolofMedicineandLifeScience,UniversityofJinan,Jinan,250022,China)Abstract:Theexperimentforextractingjujubepolysaccharidwithmultiplefactorsandmultiplelevelswas

3、designedbytheuniformdesignaccordingtoU6(64)anditsusagetable.Themathematicmodelfortheextractionofjujubepolysaccharidwasacquiredtoshowthecorrelationbetweenthejujubepolysaccharidandthreefactors,andtheoptimaltechnologicalconditionswereobtained.Theoptimumextractiontechnologyis:theratioofsolidtoliquidbein

4、g1 5,extractingtemperaturebeing100 ,andextractingtimebeing7h.Undertheoptimalcondition,theyieldrateofthepolysaccharidispredictedtobe7.707%.ByusingU6(64),theoptimalyieldrateofjujubepolysaccharidcanbecalculatedbythemathematicmodelwithinexperimentrange,andthenthefactorsaffectingtheextractionofjujubepoly

5、saccharidcanalsobeinvestigated.Keywords:orthogonaldesign;jujubepolysaccharid;mathematicmodel大棗(Ziziphusjujuba)又名中華大棗、華棗,是鼠李科棗屬植物棗樹的果實(shí)1 提取大棗多糖的方法較多。石奇等6采用復(fù),主產(chǎn)于我國(guó),具有合酶酶解法提取大棗多糖,蛋白酶、纖維素酶等多酶協(xié)同作用于植物提取過程,可以促進(jìn)多糖的溶出,且7過程條件溫和,但成本較高。趙國(guó)燕利用微波和超聲波產(chǎn)生的物理剪切力,對(duì)大棗細(xì)胞進(jìn)行破壞,不但可以加速萃取過程,而且在較低溫度下提取多糖,能夠有效保持多糖的活性。但由于對(duì)設(shè)備要求較高,

6、目前大多數(shù)仍采用簡(jiǎn)便、易于工業(yè)化的熱處理方法。極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和醫(yī)療保健作用。大棗營(yíng)養(yǎng)豐富,其主要組分有多糖,蛋白質(zhì),氨基酸,維生素,生物堿,皂苷及礦物質(zhì)等2。其中大棗多糖是重要的生物活性物質(zhì),可作為免疫促進(jìn)劑,具有增強(qiáng)巨噬細(xì)胞吞噬功能,促進(jìn)淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化、免疫興奮和抗衰老、3-5補(bǔ)血及保護(hù)肝臟等作用。收稿日期:2010-06-02 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:2010-12-26 13:47基金項(xiàng)目:濟(jì)南大學(xué)博士基金(XBS0702)作者簡(jiǎn)介:孫納新(1968-),女,山東濟(jì)南人,副教授,博士。184濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第25卷有關(guān)大棗多糖提取條件的研究一般采用正交實(shí)驗(yàn)法,該方法對(duì)于!水平較少的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

7、較為適當(dāng),但卻難以滿足!水平數(shù)較多的實(shí)驗(yàn)要求。本文中通過均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)8計(jì),在此基礎(chǔ)上運(yùn)用多元回歸分析進(jìn)行方差分析,探討各實(shí)驗(yàn)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的影響,從而得到優(yōu)化的大棗多糖提取條件。過夜,在4000r/min離心15min后取沉淀,置于80 烘箱中烘至恒重,即得粗提的大棗多糖。稱重并計(jì)算粗提的多糖得率,其計(jì)算公式為:多糖得率=(粗提的大棗多糖質(zhì)量/大棗干粉質(zhì)量)#100%。所得粗提多糖以苯酚-硫酸法測(cè)定其多糖質(zhì)量7。2 結(jié)果與分析2.1 實(shí)驗(yàn)方案及粗多糖得率根據(jù)選定的均勻設(shè)計(jì)表,在各組條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表2。表2 實(shí)驗(yàn)方案及粗提多糖得率次數(shù)123456固液比1 51 10

8、1 121 151 201 25溫度/6080100507090時(shí)間/h473625多糖得率/%1 材料與方法1.1 主要材料與儀器設(shè)備大棗:購(gòu)于濟(jì)南市場(chǎng),選用質(zhì)地優(yōu)良的干品粉碎;RE-5220旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠);在大棗多糖的提取過程中,以水為提取介質(zhì),通過改變大棗固體粉末質(zhì)量(g)與加入的水體積(mL)的配比(固液比)、實(shí)驗(yàn)溫度和提取時(shí)間3個(gè)因素來(lái)探討上述因素對(duì)大棗多糖得率的影響。由于考慮的因素水平較多,所以采用均勻設(shè)計(jì)法,根據(jù)預(yù)5-7實(shí)驗(yàn)和文獻(xiàn)介紹,分別確定3個(gè)因素各取6個(gè)水平數(shù)值,用U6(6)的均勻設(shè)計(jì)表,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。表1 因素水平表因 素水平固液比1234561

9、51 101 121 151 201 25溫度/ 5060708090100時(shí)間/h2345674注:固液比為大棗固體粉末質(zhì)量(g)與加入的水體積(mL)的配比由表2可以看出,不同條件下多糖得率存在差異,表明各因素的不同取值影響大棗多糖的得率。以苯酚-硫酸法測(cè)定所得粗提多糖中糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(59.175.54)%范圍內(nèi),通過在紫外260nm和280nm處檢測(cè)粗提多糖中的蛋白質(zhì)和核酸組分,表明該粗提多糖中除含有多糖組分外,還含有一定數(shù)量的蛋白質(zhì)和核酸雜質(zhì),需要進(jìn)一步純化。2.2 回歸方程的建立與分析通過均勻設(shè)計(jì)和UniformDesign2.2軟件分析,根據(jù)各因素對(duì)粗提多糖得率的影響顯著程度進(jìn)行

10、多元二次回歸,所得的多元二次回歸方程為-32y=-32.86+6.015#10x1+0.2048x2x3-2.557#10x1x2x3,式中:y為大棗多糖得率;x1為固液比;x2為浸提溫度;x3為浸提時(shí)間。經(jīng)UniformDesign2.2軟件對(duì)該方程進(jìn)行變量分析,得其偏回歸平方和(Ui):U1=145.3,U2=407.4,U3=232.0?；貧w平方和:U=784.7,其值為各偏回歸平方和之和。復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.9991,F0.05(3,2)=19.96<Ft=383.1,表明各因素對(duì)多糖得率的影響是顯著的。一般來(lái)說,在多元二次回歸方程中,各項(xiàng)對(duì)回歸2-3注:固液比為大棗固體粉末質(zhì)量(

11、g)與加入的水體積(mL)的配比稱取一定量的經(jīng)干燥箱中烘干的大棗干粉,加水配制成所需質(zhì)量濃度的大棗干粉溶液,并按所需溫度和時(shí)間進(jìn)行水浴浸提大棗多糖。水浴結(jié)束后以6000r/min離心20min除去不溶的沉淀部分,取上清液,經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮后加入3倍體積,濃度為第2期孫納新,等:均勻設(shè)計(jì)法提取大棗多糖的工藝分析185歸平方和的比值來(lái)確定。比值越大,對(duì)回歸方程的影響越大,該因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響就越大。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出,回歸方程顯示了多糖得率與各因素的取值均有關(guān),但根據(jù)U2值可知,粗提多糖指標(biāo)與浸提溫度和浸提時(shí)間的乘積相關(guān)性最大,表明浸提溫度及其時(shí)間兩個(gè)因素間有交互作用,且呈正交互作用。這說明浸

12、提溫度及其時(shí)間對(duì)大棗多糖得率有較大影響,溫度及時(shí)間乘積越大多糖得率越高。而根據(jù)U1值可知固液比對(duì)得率影響最小,且方程中x1,x1x2x3的系數(shù)符號(hào)不同,表明該因素與多糖得率的關(guān)系比較復(fù)雜:一方面隨固液比增加,大棗多糖得率隨之增加,但當(dāng)x1過大時(shí),則影響大棗多糖的浸出率。2.3 條件優(yōu)化根據(jù)UniformDesign2.2軟件的分析及預(yù)測(cè),大棗多糖的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件為:固液比=1 5,提取溫度100 ,提取時(shí)間7h,由回歸方程計(jì)算的多糖理論最大得率為7.707%。在此實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn),得到多糖實(shí)際的得率平均值為(5.9170.590)%,低于理論值,但明顯高于前述各實(shí)驗(yàn)條件下的數(shù)值。溫度在

13、提取大棗多糖中的重要影響,模型中溫度與時(shí)間的交互作用,在很大程度上可能體現(xiàn)在熱處理中,延長(zhǎng)作用于植物組織和植物細(xì)胞的時(shí)間,破解植物組織可能是浸出大棗多糖及影響釋放速度的關(guān)鍵步驟。4 結(jié) 論(1)各實(shí)驗(yàn)因素對(duì)提取大棗多糖得率影響不同。固液比對(duì)大棗多糖得率的復(fù)雜影響說明大棗多糖易溶于水,加水量在較小范圍內(nèi)即可浸提出絕大多數(shù)的大棗多糖。因此大棗多糖的得率高低主要取決于大棗組織的疏松程度,與加水量關(guān)系不大。(2)提高提取溫度和延長(zhǎng)提取時(shí)間可以明顯提高多糖得率,但對(duì)于多糖活性的影響也較大,因此下一步應(yīng)考慮將不同性質(zhì)的方法聯(lián)合使用,有效破解植物細(xì)胞,從而提高大棗多糖的得率。參考文獻(xiàn):1 中國(guó)醫(yī)學(xué)院藥物研究

14、所.中藥志,第3冊(cè)M.北京:人民衛(wèi)生出版社,1993,102-140.2 李淑子,張本.大棗的化學(xué)和藥理研究概況J.中草藥,1983,14(10):39-41.3 苗明三,顧麗亞,方曉艷,等.大鼠氣血雙虛動(dòng)物模型復(fù)制J.中藥藥理與臨床,2005,21(1):60-62.4 王健,龔興國(guó).多糖的抗腫瘤及免疫調(diào)節(jié)研究進(jìn)展J.中國(guó)生化藥物雜志,2001,22(1):52-54.5 李志洲,陳均志.大棗多糖的抗氧化性研究J.食品工業(yè)科技,2007,28(4):115-117.6 石奇,樊君,石異.中性蛋白復(fù)合酶法提取大棗多糖的研究J.時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥,2009,20(1):7-8.7 趙國(guó)燕.大棗多糖的分離純化和結(jié)構(gòu)研究D.太原:山西大學(xué)分析化學(xué)專業(yè),2005:12-50.8 開泰.均勻設(shè)計(jì)與均勻設(shè)計(jì)表M.北京:科學(xué)出版社,1994:1-150.9 李瑞雪.均勻設(shè)計(jì)在藥學(xué)研究中的應(yīng)用M.成都:四川科學(xué)出版社,2000:79-84.10 樊君,尚紅偉,王華敏,等.大棗多糖的提取工藝研究J.食品研究與開發(fā),2002,23(3):29-30.3 工藝分析均勻設(shè)計(jì)法是將數(shù)論和多元統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的一種新的實(shí)驗(yàn)方法,由我國(guó)科學(xué)家方開泰和王元共同開發(fā),特別適用于因素多且每個(gè)因素變化范圍較大的實(shí)驗(yàn)