2.结果与讨论

2.1水浸提肥皂荚皂苷的单因素试验结果

2.1.1提取时间

按照1.2.1节操作在温度45℃和液料比8:1条件下，考察提取时间对肥皂荚皂苷得率的影响。由图1(a)可知，当提取时间由8 h延长至12 h时，皂苷得率呈现明显的上升，而随着时间延长至12 h以上，皂苷得率反而出现一定程度的下降。这是因为当时间达到12 h时，随着时间的继续延长，会导致部分提取的皂苷出现一定程度的降解从而降低得率。

图1.各因素对于皂苷得率的影响

2.1.2提取温度

按照1.2.1节操作在时间8 h和液料比8:1条件下，考察提取温度对肥皂荚皂苷得率的影响。由图1(b)可知，当温度为25~65℃时，随着温度的升高，皂苷得率逐渐增加，而当温度升高到65℃以上时，皂苷得率出现明显的下降趋势。这是因为温度主要影响分子扩散速率、物质与提取剂之间的溶解程度和提取剂的黏度，温度的提高有利于增加物质的传质效率提高得率，而温度过高会导致皂苷降解，产生过多的副产物，从而使得皂苷得率降低。

2.1.3液料比

按照1.2.1节操作在时间8 h和温度45℃条件下，考察提取液料比对肥皂荚皂苷得率的影响。由图1(c)可知，液料比值为5~10时，随着液料比的增加，皂苷得率也随之增大，因为提取液的增加，增加了溶剂与原料的接触面积，有利于皂苷得率的增加；但当液料比值超过10时，由于溶剂量较大反而会影响到皂苷与溶剂之间的物质交换，皂苷得率呈现略微下降的趋势。

2.2水浸提肥皂荚皂苷的响应面优化分析

2.2.1实验设计与模型的建立

在单因素试验的基础上，采用了Box-Behnken设计方案，以皂苷得率为响应值，优化肥皂荚皂苷的提取工艺，试验设计及结果见表1。采用Design-Expert 8.0.6软件对响应值进行多元回归分析后，得到以皂苷得率为响应值的回归方程：

表1.响应面试验设计及结果

2.2.2方差分析与显著性检验

由表2方差分析可知，回归模型的回归效果高度显著(P=0.002 3<0.01)，失拟项(P=0.168 0>0.05)不显著，线性相关系数(R2=0.954 1)效果较好，说明此多项回归模型能够较好地描述提取温度、提取时间和液料比对肥皂荚皂苷提取得率的影响，并且95.41%的数据可以用本模型和方程来解释，也说明了本方程的拟合度较高，误差较小，能够很好地应用于肥皂荚皂苷提取工艺的预测和分析。

表2.回归模型方差分析表

根据P值大小可分析各因素对肥皂荚皂苷得率的影响程度，因此由P值可知：PX3>PX2>PX1，可以得到各因素对皂苷得率的影响程度为X1(温度)>X2(时间)>X3(液料比)，即温度对皂苷得率影响最大，时间次之，而液料比的影响最小。

2.2.3响应面结果分析

根据表2中P值的大小还可以判断时间、温度和液料比3因素中两因素的相互作用对于肥皂荚皂苷得率的影响。由P值大小可得PX1X3>PX2X3>PX1X2，说明温度和液料比两者之间的交互作用对于皂苷得率影响最小，而温度和时间两个因素交互作用对肥皂荚皂苷得率的影响最大。

通过软件分析得到肥皂荚皂苷的最优提取条件为：温度69.20℃、时间11.28 h、液料比值9.89，皂苷得率的预测值为26.44%。为了操作方便，修正提取条件为：温度69℃、时间11 h 15 min、液料比值为10。在此条件下对肥皂荚皂苷进行水浸提，并做3次重复性实验，平均得率为26.49%，与理论值误差仅为0.05%。表明该模型可以较好地预测肥皂荚皂苷的提取工艺。

2.3肥皂荚皂苷的性能表征

60%乙醇溶液洗脱得到皂苷的得率为39.03%，90%乙醇溶液洗脱得到皂苷的得率为5.01%。由图2可知，60%乙醇溶液洗脱得到的皂苷临界胶束浓度为0.35 g/L，最低表面张力为47.43 mN/m；而90%乙醇溶液洗脱得到的皂苷临界胶束浓度为0.75 g/L，最低表面张力为35.83 mN/m。可以看出，90%乙醇洗脱得到的皂苷临界胶束浓度更高，最低表面张力更低。说明苷元含量越高，其临界胶束浓度越大，最低表面张力越小。

图2.乙醇洗脱皂苷的表面张力

油茶皂素临界胶束浓度为1.5 g/L，最低表面张力为43.531 mN/m；桔梗皂苷临界胶束浓度为1.78 g/L，表面张力为53 mN/m。相比之下，肥皂荚皂苷具有较低的临界胶束浓度和较低的表面张力，更适合应用于制作表面活性剂。

2.4肥皂荚皂苷结构的初步表征

2.4.1紫外和红外光谱分析

2种皂苷的紫外和红外光谱见图3和图4。由图3可知，2种皂苷样品的紫外最大吸收波长均在470 nm附近，且60%乙醇洗脱得到的皂苷吸光度低于90%乙醇洗脱得到的皂苷。

图3.乙醇洗脱皂苷的紫外光谱

图4.乙醇洗脱皂苷的红外谱图

由图4可知，2种皂苷样品的红外谱图基本无差异，3413、2927、1640、1451、1376、1078和637 cm-1为肥皂荚皂苷样品的主要特征峰，3500~2500 cm-1范围内，属于羟基的伸缩振动和烷基(C—H)的对称伸缩振动，3413和2927 cm-1分别属于O—H的振动吸收峰和亚甲基的对称伸缩振动吸收峰。1640 cm-1为甾体皂苷中羰基(C＝O)的伸缩振动特征峰或者也可能是多糖中氧氢键(O—H)的弯曲振动吸收峰。1376 cm-1为甲基(—CH3)的对称弯曲振动特征峰。1078 cm-1强吸收峰为皂苷类、淀粉和糖苷类的O—H的伸缩振动或者是甾体皂苷中O—H的弯曲振动吸收峰。

2.4.2高效液相色谱(HPLC)分析

2种皂苷样品的HPLC图见图5。由图5可知，60%乙醇洗脱得到的皂苷水解后得到的总糖为58.46%，主要单糖为葡萄糖18.75%、木糖16.57%、鼠李糖15.45%和阿拉伯糖7.68%。90%乙醇洗脱得到的皂苷水解后得到的总糖为51.16%，主要单糖为葡萄糖15.93%、木糖14.03%、鼠李糖14.35%和阿拉伯糖6.84%。因为纯化后的皂苷仍然是混合物，暂无法确定纯的化合物结构，所以也没有采用HPLC分析其化学结构，今后进一步纯化后再研究其组成和结构。

图5.乙醇洗脱皂苷的单糖含量

3.结论

采用水浸提提取肥皂荚皂苷，考察了提取温度、时间、液料比对肥皂荚皂苷得率的影响，在单因素试验的基础上进行响应面优化，得出最佳的提取工艺条件为：2.0 g肥皂荚果皮粉末，温度69℃、时间11 h 15 min，液料比10:1(mL:g)。在此条件下，肥皂荚皂苷得率为26.49%。

经大孔吸附树脂纯化得到2种皂苷样品，其表面活性分析表明：60%乙醇和90%乙醇洗脱得到的皂苷的临界胶束浓度分别为0.35和0.75 g/L，最低表面张力分别为47.43和35.83 mN/m。

紫外和红外光谱分析表明：2种皂苷样品的紫外最大吸收波长均在470 nm附近，且均具有皂苷的基本红外特征峰。HPLC分析表明：2种皂苷样品水解得到的单糖主要为葡萄糖、木糖、鼠李糖和阿拉伯糖。