CN102617747A

CN102617747A - 铁皮石斛多糖提取工艺及所用的响应面法优化法

Info

Publication number: CN102617747A
Application number: CN2012100809110A
Authority: CN
Inventors: 陈绍瑗; 毛碧增
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明公开了一种铁皮石斛多糖提取工艺，铁皮石斛与水按照51～52ml水/g铁皮石斛的液料比混合，于92.5～93℃的温度下提取2.5～2.6小时；得铁皮石斛多糖提取液。本发明还同时提供了一种响应面法优化铁皮石斛多糖提取工艺的方法，设置以下3个变量：铁皮石斛与水的液料比、提取温度和提取时间；利用design expert软件根据Box-Behnken设计原则进行优化。采用本发明的提取工艺能提高铁皮石斛多糖的得率，减少了水资源的消耗，还减少了生产过程中污水的产生与排放。

Description

铁皮石斛多糖提取工艺及所用的响应面法优化法

技术领域

本发明涉及一种铁皮石斛多糖提取条件的优化方法，特别是涉及利用响应曲面法优化铁皮石斛多糖提取条件的方法。

背景技术

铁皮石斛，为兰科多年生附生草本植物。铁皮石斛具有独特的药用价值，以其茎入药，中药名为石斛，属补益药中的补阴药《中国药典》。铁皮石斛嫩茎扭成螺旋状或弹簧状，晒干，商品称为枫斗。铁皮石斛已成为浙江省的重要中药品种。铁皮石斛含有丰富的多糖类物质，具有增强免疫功能的作用。初步的实验表明，石斛多糖可以促进树突细胞的成熟。

植物多糖的提取方法一般为沸水提取，周期长，温度高，液料比大，不利于工业化生产。响应面分析法(RSM)是依据几个变量和一个或多个应变量之间的回归关系，通过回归分析得到提取条件和提取结果的回归关系，从而求得最佳提取工艺的一种数学方法。

目前现有的铁皮石斛多糖的提取方法为：铁皮石斛与水的液料比为：60-100ml/g；提取温度为100℃，提取时间为3-5小时。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种运用响应曲面法优化方法所获得的铁皮石斛多糖提取工艺，本发明对浸提时间、浸提温度以及料液比这些影响石斛多糖提取率的因素进行优化，从而提高铁皮石斛多糖的得率，减少了水资源的消耗，还减少了生产过程中污水的产生与排放。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种铁皮石斛多糖提取工艺，铁皮石斛与水按照51～52ml水/g铁皮石斛的液料比混合，于92.5～93℃的温度下提取2.5～2.6小时；得铁皮石斛多糖提取液。经改良的苯酚-硫酸法定量测定多糖的含量达到36.66％。

说明：上述铁皮石斛是指：干燥至含水率≤8％(重量含量)，粉碎，过100目筛的铁皮石斛。

作为本发明的铁皮石斛多糖提取工艺的改进：铁皮石斛与水按照51.6ml水/g铁皮石斛的液料比混合，于92.8℃的温度下提取2.57小时。

本发明还同时提供了一种响应面法优化铁皮石斛多糖提取工艺的方法，设置以下3个变量：铁皮石斛与水的液料比、提取温度和提取时间；利用design expert软件根据Box-Behnken设计原则进行优化。

本发明提供一种提取铁皮石斛多糖的优化方法，对浸提时间、浸提温度以及料液比对石斛多糖提取率的影响因素进行优化，得到的最佳优化条件为温度为92.8℃，提取时间为2.57小时，液料比为51.6时，多糖的产率可以达到36.66％。

本发明的具体技术方案如下：

本发明是应用响应面分析法优化铁皮石斛多糖提取工艺的一种方法。只通过15组实验可对铁皮石斛的多糖提取条件进行提取时间、提取温度以及液料比这些影响多糖产率的因素进行优化，获得最佳的提取优化条件，获得最佳产率，提高了提取效率，降低了能耗，减少了污染物的排放，具有工业化生产的实际意义。

本发明只通过少量的实验，就可合理有效地优化铁皮石斛多糖的提取工艺，简便可行。

本发明可适用于工业化生产铁皮石斛多糖中工艺的优化的问题，具有很高的使用价值。

本发明具有如下优点和效率：

应用响应面分析法优化铁皮石斛多糖提取工艺的一种方法。只通过15组实验就可以对铁皮石斛的多糖提取工艺进行优化。

当提取条件为温度为92.8℃，提取时间为2.57小时，液料比为51.6时，多糖的产率可以达到36.66％。本发明降低了提取温度，节约了能源；缩短了提取时间，提高了生产效率；降低了液料比，减少了水资源的消耗，减少了生产过程中污水的产生与排放。

综上所述，本发明采用的Box-Behnken(BBD)中心组合设计模型是响应面分析法，用三个变化因子，只用三个水平，与正交法相比，用少量的实验组就可得出结果，并且所得到的最佳条件不是设定的值而是在设定条件的范围之内。通过采取响应面法分析铁皮石斛多糖提取的最优条件，通过对浸提时间、浸提温度以及料液比对石斛多糖提取率的影响因素进行优化，得到最佳的优化条件。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是提取因素对多糖提取率影响的响应面三维、二维图；

(a)左图为提取时间与提取温度对多糖提取率影响的响应面三维图，

右图为提取时间与提取温度对多糖提取率影响的响应面二维图；

(b)左图为料液比与提取温度对多糖提取率影响的响应面三维图，

右图为液料比与提取温度对多糖提取率影响的响应面二维图；

(c)左图为料液比与提取时间对多糖提取率影响的响应面三维图，

右图为液料比与提取时间对多糖提取率影响的响应面二维图；

图2是提取时间变化对多糖产率的影响图；

图3是提取温度变化对多糖产率的影响图；

图4是提取液料比变化对多糖产率的影响图。

具体实施方式

实施例1、响应面法优化铁皮石斛多糖提取工艺的方法：

一、样品准备

1、样品准备

将铁皮石斛干燥至含水率≤8％(重量含量)，粉碎，过100目筛，作为样品。

用天平称取样品0.50g，加入有机溶剂(乙醇、10ml)进行脱色前处理，然后离心去除有机层，按物料比加入去离子水，在不同温度下按一定的时间进行提取，提取后的溶液进行离心(转速10000，10分钟，15℃)，上清液回收，用去离子定容到同一体积，用改良的苯酚-硫酸法定量测定多糖的含量。用公式计算出产率：产率(％)＝[测定出的多糖的重量/样品重量]×100％。

二、实验设计与统计分析

1、单因素实验

改变提取温度、提取时间、物料比进行单因素实验，用改良的苯酚-硫酸法定量测定提取液中多糖的含量，计算出石斛中多糖产率。每次处理三次重复。

2、响应面法优化设计

根据单因素试验结果，选取多糖提取效果影响较显著的提取时间、提取温度、物料比这三个因素，利用design expert软件根据Box-Behnken设计原则设计实验，选取提取温度，提取时间和物料比进行实验因素与水平的设定，设定结果见表1。

表1实验因素与水平设定

以提取温度(X₁)、提取时间(X₂)和液料比(X₃)为自变量，以多糖的产率为响应值(y)，试验方案及结果见表2。试验点1-12为析因点，13-15是零点。数据见表2。

表2Box-Behnken试验设计与结果

实验编号	X₁	X₂	X₃	产率(％)
					1	1	0	1	34.20
2	0	1	-1	30.20
					3	0	0	0	35.40
4	-1	1	0	32.05
					5	-1	-1	0	28.50
6	1	-1	0	30.20
					7	0	-1	1	32.00
8	0	0	0	35.20
					9	1	1	0	36.80
10	-1	0	1	35.43
					11	1	0	-1	30.60
12	0	0	0	35.30
					13	0	-1	-1	28.89
14	-1	0	-1	26.90
					15	0	1	1	34.58

3、模型的建立和统计分析

根据所得数据进行多元回归分析，得到响应变量(提取温度、提取时间和液料比)与响应值(多糖的含量)之间的多元二次回归方程。

产率＝0.35300+0.011150*X1+0.017550*X2+0.024525*X3+7.62500E-003*X1*X2-0.012325*X1*X3+3.17500E-003*X2*X3-0.015237*X1²-0.018887*X2²-0.019938*X3²

各因子与响应值之间线性关系显著性，由F值检验来判定，P值越小，则说明变量的显著性越高。由方差分析表(表3)可知，其因变量和全体自变量之间的线性关系显著(R²＝0.9278)，模型的显著水平为0.0217小于0.05，所以该回归方差模型是极显著的。

表3实验数据的方差分析结果

4、试验结果分析与优化

利用Design Expert软件根据回归方程进行绘图分析，得到回归方程的响应面及其等高线图，如图1所示。

根据模型分析得知，石斛多糖的提取优化工艺参数为：提取温度92.8℃，提提取时间2.57h、液料比51.6。在此条件下，石斛多糖的提取含量预测值为36.66±0.986％(n＝3)。

实验1、一种铁皮石斛多糖提取方法，包括如下步骤：

将铁皮石斛干燥至含水率≤8％(重量含量)，粉碎，过100目筛；将上述粉末状的铁皮石斛1g与51.6ml水混合(即，液料比51.6)，于92.8℃的温度下提取2.57小时；所得的提取液(铁皮石斛多糖提取液)经改良的苯酚-硫酸法测定含有0.3665g铁皮石斛多糖，即，多糖得率为36.65％。

实验2、提取时间变化对多糖得率的影响

在提取温度为92.8℃、液料比40∶1的条件下，将提取时间设定为1-3小时5个变化值；其余同实验1。结果如图2所示。

当提取时间为2小时，多糖的产率为34.5％，随着时间的增加，多糖的产率维持在一个较稳定的状态。

实验3、提取温度变化对多糖得率的影响：

在提取时间设定为2.5小时、液料比40∶1条件下，将提取温度设定为80-100℃的五个变化值；其余同实验1。结果如图3所示。

当提取温度为90℃时，多糖的产率为34.3％，随着温度的增加，多糖的产率维持在一个较稳定的状态。

实验4、提取液料比变化对多糖得率的影响：

在提取时间设定为2.8小时、提取温度设定90℃，将液料比设定为20-60∶1条件下的五个变化值；其余同实验1。结果如图4所示。

当提取液料比为50时，多糖的产率为34.3％，随着温度的增加，多糖的产率维持在一个较稳定的状态。

实验5、将铁皮石斛与水的液料比改成100，提取温度改为100℃，提取时间改为5小时，其余同实验1。多糖得率为36.15％。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.铁皮石斛多糖提取工艺，其特征是：铁皮石斛与水按照51～52ml水/g铁皮石斛的液料比混合，于92.5～93℃的温度下提取2.5～2.6小时；得铁皮石斛多糖提取液。

2.根据权利要求1所述的铁皮石斛多糖提取工艺，其特征是：所述铁皮石斛与水按照51.6ml水/g铁皮石斛的液料比混合，于92.8℃的温度下提取2.57小时。

3.一种响应面法优化铁皮石斛多糖提取工艺的方法，其特征是：设置以下3个变量：铁皮石斛与水的液料比、提取温度和提取时间；利用design expert软件根据Box-Behnken设计原则进行优化。