正交試驗優(yōu)化南酸棗多糖的提取工藝

李景恩， 龔 毅， 羅園珍

（1.江西農業(yè)大學 食品科學與工程學院，江西 南昌 330045；2.江西正邦科技股份有限公司，江西 南昌330096）

南酸棗屬系漆樹科檳榔青族植物，為一單種屬， 僅有南酸棗 （Choerospondias axillaris（Roxb.）Burtt et Hill）一種，主要分布在我國湖北、湖南、廣東、廣西、福建、云南、浙江、貴州和江西等氣候溫濕適宜、陽光充足、土壤條件合適的地區(qū)。除此之外，在日本、印度東北部及中南半島等地也有栽培[1]。南酸棗其果實為橢圓型或卵型，長2～3 cm，寬1.4～2.5 cm。成熟期果實一般為黃色，果肉較酸，有粘液，棗皮具有酸澀味[2]。

據(jù)報道，南酸棗果實中主要含有甾醇、脂類、有機酸、糖類物質、黃酮、氨基酸及多種無機元素等化學成分[3-4]。另外，國內許多研究表明多糖是棗屬植物中一類重要的生物活性物質，不僅在體外可促進小鼠脾細胞增殖[5-7]，增強小鼠腹腔巨噬細胞的細胞毒性[8-9]，同時在體內具有清除自由基[10]及抗衰老的作用[11]，并且參與細胞間的信號傳導過程[12-14]。

作者以江西贛州產的南酸棗為研究對象，用蒸餾水為溶劑從南酸棗果實中提取多糖，分別以提取溫度、提取時間、料液質量體積比和提取次數(shù)為主要因素進行正交試驗設計，優(yōu)化其提取工藝，為后續(xù)南酸棗多糖的結構分析及藥理活性研究提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

南酸棗：采自江西省贛州市崇義縣，洗凈、去核、烘干、粉碎后備用。

1.2 儀器

METTLER-TOLEDO AL104型電子天平：瑞士梅特勒-托利多公司產品；Milli-Q型超純水制備系統(tǒng)：美國Millipore公司產品。

1.3 方法

1.3.1 南酸棗多糖的提取過程 將南酸棗洗凈去核、烘干、粉碎后，按一定料液質量體積比加入蒸餾水，于恒溫水浴中浸提一段時間，采用抽濾的方法進行分離，收集提取液。抽濾所得殘渣用同樣的方法繼續(xù)浸提幾次，合并所有提取液。使用旋轉蒸發(fā)儀將所得提取液濃縮至適當體積，邊攪拌邊緩慢加入3倍體積的無水乙醇，攪拌均勻后靜置于4℃冰箱中保持24 h。然后進行離心操作（4 800 r/min，10 min），其取上清液后，收集下層沉淀部分，依次使用無水乙醇、丙酮、無水乙醚洗滌兩次，干燥后得南酸棗多糖，計算其得率。

1.3.2 單因素試驗 選擇不同溫度、提取時間、料液質量體積比及提取時間進行單因素試驗，計算南酸棗多糖的得率。

1.3.3 正交試驗 結合單因素試驗結果，采用L9（34）正交試驗進行南酸棗多糖提取工藝的優(yōu)化設計。 選擇提取溫度（A）、提取時間（B）、料液比（C）和提取次數(shù)（D）為主要因素，每個因素選取3個水平，分析這些因素對南酸棗多糖得率的影響。每個組合重復操作3遍，取其平均值。

1.3.4 驗證試驗 為檢驗正交試驗所得結果的可信性，在上述所得優(yōu)化條件下進行3次平行實驗，考察其結果的可靠性與重復性。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗分析

2.1.1 提取溫度對南酸棗多糖得率的影響 圖1表明，當固定提取時間4 h，料液質量體積比1 g∶50 mL，提取次數(shù)為1次時，在實驗設定溫度范圍內，提取溫度越高，南酸棗多糖得率也越高。當溫度升高到100℃時，南酸棗多糖得率最高為20%，因此采用100℃作為提取的最適溫度。

圖1 提取溫度對南酸棗多糖得率的影響（n=3）Fig.1 Effect of extraction temperature on the yield of polysaccharides from Choerospondias axillaries fruit（n=3）

2.1.2 提取時間對南酸棗多糖得率的影響 當固定提取溫度90℃，料液質量體積比1 g∶50 mL，提取次數(shù)為1次時，不同提取時間下南酸棗多糖的得率見圖2。由圖可知，當提取時間達到5 h時，多糖得率最大，為16.95%。超過5 h之后，南酸棗多糖得率開始下降，可能是因為較高的提取溫度和較長的提取時間導致多糖發(fā)生部分水解，因此選擇5 h作為最適提取時間。

2.1.3 料液質量體積比對南酸棗多糖得率的影響由圖3可知，當料液質量體積比為1 g∶10 mL和1 g∶20 mL時，南酸棗得率并未達到最大值，這可能因為較小的料液質量體積比使得提取溶液過早達到飽和狀態(tài)，因而多糖無法完全溶出。而當繼續(xù)提高料液質量體積比為1 g∶50 mL時，南酸棗多糖得率達到最大值18.6%。此時若繼續(xù)增大料液比，多糖得率則無明顯增加，因此選擇1 g∶50 mL作為合適的料液質量體積比。

圖2 提取時間對南酸棗多糖得率的影響（n=3）Fig.2 Effectofextraction time on the yield of polysaccharidesfrom Choerospondiasaxillaris fruit（n=3）

圖3 料液質量體積比對南酸棗多糖得率的影響（n=3）Fig.3 Effect of solid-liquid ratio on the yield of polysaccharidesfrom Choerospondiasaxillaris fruit（n=3）

2.1.4 提取次數(shù)對南酸棗多糖得率的影響 稱取原料2.0 g，固定提取溫度100℃，提取時間5 h，料液質量體積比1 g∶50 mL，提取次數(shù)分別選擇1次，2次，3次，4次和5次，南酸棗多糖得率的變化情況見圖4。

圖4 提取次數(shù)對南酸棗多糖得率的影響（n=3）Fig.4 Effectofextraction timeson the yield of polysaccharidesfrom Choerospondiasaxillaris fruit（n=3）

圖4表明，提取2次比提取1次時，南酸棗多糖的得率更高。但當提取次數(shù)大于2次時，多糖得率將不再顯著增加，因此從提取成本、節(jié)約能源方面考慮，選擇提取次數(shù)2次，此時南酸棗多糖得率為20.03%。

2.2 正交試驗設計

將提取溫度、提取時間、料液質量體積比和提取次數(shù)分別標記為字母A、B、C、D，進行4因素3水平的L9（34）正交試驗設計，各因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

表2 直觀分析結果Table 2 Intuitive analysis results

表3 方差分析結果Table 3 Variance analysis result

正交試驗直觀分析表（表 2）中，K1，K2，K3分別表示在各因素各水平條件下南酸棗多糖得率的平均值。極差值R通過多糖平均得率的最大值與最小值之差計算，用于反映各因素在不同水平下對多糖得率的影響大小。極差值大的對結果的影響也大，反之亦然。由直觀分析結果（表2）可知，提取溫度（極值R=9.184）對南酸棗多糖得率的影響最大，其次為料液質量體積比 （R=4.556）、提取時間 （R=3.590）和提取次數(shù)（R=2.590）。結合方差分析結果（表3），最后確定試驗結果組合為A3B3C2D1，即當提取溫度100℃，提取時間5 h，料液質量體積比1 g∶40 mL，提取次數(shù)1次時，南酸棗多糖得率最高，最大值為21.79%。

2.3 驗證試驗

為驗證正交試驗結果的準確性，按照2.2中所得最佳提取條件進行3次驗證試驗，得率分別見表4。

表4 驗證試驗結果Table 4 Results of the confirmatory experiment

結果表明，3次平行試驗中所得南酸棗多糖的得率分別為21.02%，20.47%和22.87%，平均值為21.46%，與表2中9號試驗的結果（21.79%）相差不大，說明應用正交試驗法優(yōu)化南酸棗多糖的提取工藝是可行的。

3 結 語

利用單因素試驗和正交試驗得到南酸棗多糖的最佳提取工藝，即提取溫度100℃，提取時間5 h，料液質量體積比1 g∶40 mL，提取次數(shù)1次，且上述因素中提取溫度對多糖得率的影響最大。在此條件下，南酸棗多糖得率可達21.79%，說明南酸棗果實中含有豐富的多糖成分。該研究結果不僅為南酸棗多糖的提取工藝提供一定的參考依據(jù)，同時也有助于這一天然野生資源得到更好地開發(fā)與利用。