boxbehnken响应面法优化黄精多糖的提取工艺研究
本人签名 日期 _摘 要在黄精多糖提取体系中，利用响应面分析法(Response surface analysis)在单因素试验基础上选取了料液比、提取温度、提取时间和超声功率四个主要因素，以黄精多糖得率为响应值，对其提取工艺参数进行优化，得出黄精多糖超声提取的最佳工艺条件为料液比是1:21.11，提取温度58.75 ℃，提取时间52.21min ，超声功率182.21W。提取工艺条件被修正为料液比1:20，提取温度60 ℃，提取时间为50min，超声功率180W。黄精多糖的理论提取率可达18.558% ，实际提取率为18.421%，比单因素试验最高提取率高出8.91%。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景与立题依据 1
1.2 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势 1
2 研究内容 2
2.1 研究目的 2
2.2 实验内容 2
2.2.1 实验材料试剂与仪器 2
2.3 研究方法 2
2.3.1 多糖的提取工艺流程图 3
2.3.2 黄精多糖含量及得率测定 3
2.3.3 多糖含量及得率计算公式 3
2.3.4 供试品的制备 3
3 结果与分析讨论 4
3.1 无水葡萄糖为对照品制备标准曲线 4
3.2 超声提取过程中单因素对多糖得率的影响 4
3.2.1 料液比对多糖得率的影响 4
3.2.2 醇沉比例对多糖得率的影响 5
3.2.3 提取温度对多糖得率的影响 6
3.2.4 提取时间对多糖得率的影响 7
3.2.5 超声功率对多糖得率的影响 7
3.3 采用响应面法优化黄精多糖提取工艺 8
3.3.1 响应曲面分析因素水平的选取及实验设计 8
3.3.2 响应面数值分析结果 8
3.3.3 响应曲面分析与优化 11
3.4 黄精多糖提取工艺条件的确定 16
4 结论 17
参考文献 18
致 谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
21
1 绪论
1.1 研究背景与立题依据
黄精始载于《名医别录》。为百合科植物滇黄精（Polygonatum kingianum Coll.etHemsl）、黄精（Polygonatum sibiricum Red）或多花黄精（Polygonatum cyrtonema Hua）的干燥根茎[1]，此属植物全球大概有 40 多个品种，主要分布在北温带和北亚热带，其中我国大约有30多个品种，在中国黄精大部分主要分布在东北、华北、安徽等地[2] 。其味甘、性平，有补中益气、润心肺、强筋骨的功能。在民间对其形状不同分别称可以为“大黄精”、“鸡头黄精”、“姜形黄精”[3] 。黄精多糖是黄精中含量最高的有效成分，引起了人们的对其研究的兴趣和广泛关注。黄精多糖的提取方法主要包括溶剂提取法、物理强化提取法、酶解提取法及联合方法的提取等[4] 。溶剂提取法中常用的溶剂有水、酸、碱等。近几年来，“绿色溶剂”—离子液体也开始在多糖的提取中应用；物理强化提取法主要是采用超声波、微波、高压脉冲、闪式和减压等处理方法对细胞破壁进行破坏而使里面物流出来，提高效率；酶解提取法一般是单一酶解法和复合酶解法 2 种方法。而目前对黄精多糖提取分离用的较多的主要方法是热水浸提法、碱提取法、酶解提取法、超声波辅助提取和微波辅助提取等方法。超声波提取法是利用超声波强大的空化效果和次级效应，产生机械震动从而击碎细胞壁释放物质。徐艳等[5]对水煎煮法、碱液提取法、超声波细胞粉碎仪提取黄精多糖进行比较[6]，结果显示超声波细胞粉碎仪提取对黄精多糖纯度最高。高红莉等[7]分别用常规方法和超声波法提取泰山黄精多糖，对得率进行比较从而发现：常规法提取比超声波提取法的黄精多糖得率低了26.3%。超声波破碎是一个物理的过程，超声技术在多糖提取中、浸提过程中的应用无化学反应，并且不需要加热，完全可以避免高温对多糖结构的影响，为提取黄精多糖的一种有效可行方法。
响应面分析法是采用多元二次回归方程作为函数来优化提取工艺过程的一种高效实用的方法，它研究因素之间、因素与响应面之间的相互关系，与传统的正交试验相比，它的实验次数较少，所需时间较短，能在合理的范围内对所选的实验参数进行全面优化，最终得出更精准的结论，可信度更高，已被广泛应用于各种生物化工过程的提取工艺优化研究中，运用响应面法优化旨在为相关研究提 供理论借鉴。
1.2 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势
黄精（Polygonatum sibiricum）为百合科黄精属的植物，属于药食两用的植物[8]。黄精多糖为黄精的主要有效活性成分之一，具有增强免疫功能、抗肿瘤、降血糖、降血压和调理血脂的作用。国内对多糖的研究起步晚，但是近几年对黄精多糖的提取工艺有大量的研究，本实验在查阅和收集了大量的相关文献基础上，结合近年来对黄精多糖溶剂提取工艺研究进展，运用响应面法优化目的在于为相关的研究提供较强的理论借鉴。
黄精多糖的传统提取法有溶剂提取法。提取溶剂可以用蒸馏水、醇类、碱水等。通常是用煎煮的方式来提取[9]。美国、日本、以及欧洲的许多发达的国家对于天然药物里多糖成分的探索已然有了上百年的历史[10]。对于多糖有效成分的提取、分离和提纯，多糖结构的检测与改良，多糖链的分解与合成，多糖的功效应用以及治疗等效用都有着极高的成就。天然产物多糖的运用十分广泛，不仅可以在工业上用来作为粘黏剂和稳定剂，在生活中还可以用于化妆品和开发食品的保健等功能，在医疗中也可以用来开辟新的药品[11]。
国外对天然药物多糖的研究历史已经有上百年了，研究内容包括多糖有效成分的提取、分离、纯化、结构的测定、结构的改造、糖链的合成、应用治疗及功能关系等[12]。制备一系列的天然产物多糖，除了于研发新型药物和保健食品，还可以作为粘粘剂和稳定剂以及化妆品等在工业及生活上广泛应用。日本在1989 年创刊了《糖科学与糖工程动态》杂志[13]，1991年实施“糖工程前言计划”[14]。美国能源部在1986年的时候创建了复合糖类研究中心，建立复合糖类数据库，到1996年已经收集了4万多个糖结构数据。欧盟在19841998年期间启动“欧洲糖类研究开发网络计划”，致力于携带欧洲各国的糖类研究。现今已经证实多糖类作为信息分子在受精、发生、发育、分化、神经系统及免疫系统衡态的维持等方面的起到了重要的作用。炎症和自身免疫疾病、老化、癌细胞的异常增值和转换、病原体的感染、植物和病原体相互作用、植物与根瘤菌共生等生理和病理的过程中都有多糖类都起到了介导作用[15]。
目前，国内外的研文献表明对黄精多糖的提取多采用热水提取工艺，但对提取工艺中的各项参数对提取效果影响的对报道相对较少。本实验选择黄精作原 料，研究在超声提取过程中提取时间、超声功率、料液比、醇沉比例和提取温度等对黄精多糖提取率的影响。在此基础上，利用响应面分析法对其提取工艺进行优化，得出黄精多糖提取的最佳工艺条件，为黄精资源的开发利用提供理论基础。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景与立题依据 1
1.2 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势 1
2 研究内容 2
2.1 研究目的 2
2.2 实验内容 2
2.2.1 实验材料试剂与仪器 2
2.3 研究方法 2
2.3.1 多糖的提取工艺流程图 3
2.3.2 黄精多糖含量及得率测定 3
2.3.3 多糖含量及得率计算公式 3
2.3.4 供试品的制备 3
3 结果与分析讨论 4
3.1 无水葡萄糖为对照品制备标准曲线 4
3.2 超声提取过程中单因素对多糖得率的影响 4
3.2.1 料液比对多糖得率的影响 4
3.2.2 醇沉比例对多糖得率的影响 5
3.2.3 提取温度对多糖得率的影响 6
3.2.4 提取时间对多糖得率的影响 7
3.2.5 超声功率对多糖得率的影响 7
3.3 采用响应面法优化黄精多糖提取工艺 8
3.3.1 响应曲面分析因素水平的选取及实验设计 8
3.3.2 响应面数值分析结果 8
3.3.3 响应曲面分析与优化 11
3.4 黄精多糖提取工艺条件的确定 16
4 结论 17
参考文献 18
致 谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
21
1 绪论
1.1 研究背景与立题依据
黄精始载于《名医别录》。为百合科植物滇黄精（Polygonatum kingianum Coll.etHemsl）、黄精（Polygonatum sibiricum Red）或多花黄精（Polygonatum cyrtonema Hua）的干燥根茎[1]，此属植物全球大概有 40 多个品种，主要分布在北温带和北亚热带，其中我国大约有30多个品种，在中国黄精大部分主要分布在东北、华北、安徽等地[2] 。其味甘、性平，有补中益气、润心肺、强筋骨的功能。在民间对其形状不同分别称可以为“大黄精”、“鸡头黄精”、“姜形黄精”[3] 。黄精多糖是黄精中含量最高的有效成分，引起了人们的对其研究的兴趣和广泛关注。黄精多糖的提取方法主要包括溶剂提取法、物理强化提取法、酶解提取法及联合方法的提取等[4] 。溶剂提取法中常用的溶剂有水、酸、碱等。近几年来，“绿色溶剂”—离子液体也开始在多糖的提取中应用；物理强化提取法主要是采用超声波、微波、高压脉冲、闪式和减压等处理方法对细胞破壁进行破坏而使里面物流出来，提高效率；酶解提取法一般是单一酶解法和复合酶解法 2 种方法。而目前对黄精多糖提取分离用的较多的主要方法是热水浸提法、碱提取法、酶解提取法、超声波辅助提取和微波辅助提取等方法。超声波提取法是利用超声波强大的空化效果和次级效应，产生机械震动从而击碎细胞壁释放物质。徐艳等[5]对水煎煮法、碱液提取法、超声波细胞粉碎仪提取黄精多糖进行比较[6]，结果显示超声波细胞粉碎仪提取对黄精多糖纯度最高。高红莉等[7]分别用常规方法和超声波法提取泰山黄精多糖，对得率进行比较从而发现：常规法提取比超声波提取法的黄精多糖得率低了26.3%。超声波破碎是一个物理的过程，超声技术在多糖提取中、浸提过程中的应用无化学反应，并且不需要加热，完全可以避免高温对多糖结构的影响，为提取黄精多糖的一种有效可行方法。
响应面分析法是采用多元二次回归方程作为函数来优化提取工艺过程的一种高效实用的方法，它研究因素之间、因素与响应面之间的相互关系，与传统的正交试验相比，它的实验次数较少，所需时间较短，能在合理的范围内对所选的实验参数进行全面优化，最终得出更精准的结论，可信度更高，已被广泛应用于各种生物化工过程的提取工艺优化研究中，运用响应面法优化旨在为相关研究提 供理论借鉴。
1.2 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势
黄精（Polygonatum sibiricum）为百合科黄精属的植物，属于药食两用的植物[8]。黄精多糖为黄精的主要有效活性成分之一，具有增强免疫功能、抗肿瘤、降血糖、降血压和调理血脂的作用。国内对多糖的研究起步晚，但是近几年对黄精多糖的提取工艺有大量的研究，本实验在查阅和收集了大量的相关文献基础上，结合近年来对黄精多糖溶剂提取工艺研究进展，运用响应面法优化目的在于为相关的研究提供较强的理论借鉴。
黄精多糖的传统提取法有溶剂提取法。提取溶剂可以用蒸馏水、醇类、碱水等。通常是用煎煮的方式来提取[9]。美国、日本、以及欧洲的许多发达的国家对于天然药物里多糖成分的探索已然有了上百年的历史[10]。对于多糖有效成分的提取、分离和提纯，多糖结构的检测与改良，多糖链的分解与合成，多糖的功效应用以及治疗等效用都有着极高的成就。天然产物多糖的运用十分广泛，不仅可以在工业上用来作为粘黏剂和稳定剂，在生活中还可以用于化妆品和开发食品的保健等功能，在医疗中也可以用来开辟新的药品[11]。
国外对天然药物多糖的研究历史已经有上百年了，研究内容包括多糖有效成分的提取、分离、纯化、结构的测定、结构的改造、糖链的合成、应用治疗及功能关系等[12]。制备一系列的天然产物多糖，除了于研发新型药物和保健食品，还可以作为粘粘剂和稳定剂以及化妆品等在工业及生活上广泛应用。日本在1989 年创刊了《糖科学与糖工程动态》杂志[13]，1991年实施“糖工程前言计划”[14]。美国能源部在1986年的时候创建了复合糖类研究中心，建立复合糖类数据库，到1996年已经收集了4万多个糖结构数据。欧盟在19841998年期间启动“欧洲糖类研究开发网络计划”，致力于携带欧洲各国的糖类研究。现今已经证实多糖类作为信息分子在受精、发生、发育、分化、神经系统及免疫系统衡态的维持等方面的起到了重要的作用。炎症和自身免疫疾病、老化、癌细胞的异常增值和转换、病原体的感染、植物和病原体相互作用、植物与根瘤菌共生等生理和病理的过程中都有多糖类都起到了介导作用[15]。
目前，国内外的研文献表明对黄精多糖的提取多采用热水提取工艺，但对提取工艺中的各项参数对提取效果影响的对报道相对较少。本实验选择黄精作原 料，研究在超声提取过程中提取时间、超声功率、料液比、醇沉比例和提取温度等对黄精多糖提取率的影响。在此基础上，利用响应面分析法对其提取工艺进行优化，得出黄精多糖提取的最佳工艺条件，为黄精资源的开发利用提供理论基础。
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