于開源，鞠曉峰，宮春穎

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學食品學院,大慶163319;2.黑龍江八一農(nóng)墾大學動物科技學院）

酸漿（Physalis alpepengi）亦稱紅姑娘，我國許多地區(qū)都有分布，以北方和西北地區(qū)種植廣泛。酸漿屬茄科多年生草本植物，果肉柔嫩多汁，內(nèi)附大量小而堅硬且呈黃色的種子，其種子的重量約占總果實重量的60%左右。酸漿具有清熱解毒、鎮(zhèn)痛、強心、利咽、化痰、利尿、降血糖等功效[1]。酸漿是適應(yīng)性極強的作物，且全草可入藥，是一種很有開發(fā)前途的果藥兼用的經(jīng)濟植物。近幾十年來，尋找一種資源相對豐富，成本低廉的植物多糖已成為食品界、醫(yī)學界關(guān)注的熱點。目前對于植物種子中多糖的提取方法很多，有熱水提取法、超聲提取法、酶法等。但這些工藝時間長、成本高，需要尋找其他方法。其中主要是利用微波輔助提取多糖[2-4]，并以苯酚—硫酸比色法[5-6]測定酸漿籽粕中的多糖。選擇微波輔助提取法作為酸漿籽粕中多糖的提取工藝，主要是近些年對酸漿研究多以其成分和藥用價值為主，但對其深加工方面尚未多見報道。研究以黑龍江產(chǎn)酸漿為原料，經(jīng)超臨界CO2脫脂處理后的酸漿籽后，通過響應(yīng)面優(yōu)化確定多糖的最佳提取工藝參數(shù)，并考察微波輔助工藝對酸漿籽粕中多糖提取率的影響。

1 實驗設(shè)計與方法

1.1 實驗材料及儀器

1.1.1 原材料

酸漿，購于黑龍江省建三江農(nóng)管局（七星農(nóng)場）；超臨界CO2萃取后的脫脂酸漿籽粕（黑龍江八一農(nóng)大學食品學院自制）。

1.1.2 主要試劑

試劑：葡萄糖、苯酚、濃硫酸、無水乙醇、丙醇、石油醚、乙醚、氯仿、正丁醇等，以上均為分析純。

1.1.3 主要儀器

分析天平（FA110AN），上海民橋緊密科學儀器有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋（HH-1），江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；高速萬能粉碎機（FW100），天津市泰斯特儀器有限公司；分光光度計（722S），上海精密科學儀器有限公司；臺式離心機（TD4A），長沙英泰儀器有限公司；電熱恒溫干燥箱（DGG-9140B），上海森信實驗儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RE-52AA），上海亞榮生化儀器廠；其他常規(guī)玻璃儀器。

1.2 實驗方法

1.2.1 酸漿籽中多糖提取工藝流程

脫脂酸漿籽→粉碎過篩（40目）→石油醚脫脂→乙醇提取→微波提取→離心→減壓濃縮→脫蛋白→離心→乙醇沉淀（95%）→離心→無水乙醇、丙酮、乙醚洗滌→真空干燥→酸漿籽（粗多糖）

1.2.2 葡萄糖標準曲線的制作

1.2.2.1 標準曲線繪制

分別取葡萄糖標準液0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0和7.0mL并定容至100mL，然后分別取1mL稀釋液，加入苯酚液1 mL，再迅速滴加濃硫酸5 mL；另以1 mL水同上操作，作為空白液。在40℃水浴中反應(yīng)0.5 h后取出，冷卻，用分光光度計在490 nm處測定其吸光值。

1.2.2.2 樣品中酸漿籽中多糖含量的測定

將離心所得的沉淀復(fù)溶于水，稀釋后用100mL容量瓶定容。然后按照標準曲線的繪制方法操作，在490 nm處進行吸光度的測定。將所得吸光值代入由圖1所得標準曲線方程中，計算出多糖稀釋液中多糖的濃度。最后根據(jù)公式：多糖提取率%=（C·D）/W×100%（其中：C—多糖稀釋液中多糖的濃度，μg·mL-1；D—多糖稀釋倍數(shù)；W—多糖質(zhì)量，g）計算多糖得率。

1.2.3 酸漿籽多糖提取的單因素實驗

1.2.3.1 不同微波處理時間對酸漿籽中多糖提取率的影響

稱取質(zhì)量相同的樣品5份，分別置于250mL錐形瓶，各加入100mL蒸餾水，在微波功率為120W，微波時間分別為3、3.5、4、4.5和5min的條件下進行處理，離心，取上清液，測定波長為490 nm，測吸光值。

1.2.3.2 不同微波功率對酸漿籽中多糖提取率的影響

稱取質(zhì)量相同的樣品5份，分別置于250 mL錐形瓶，各加入100 mL蒸餾水，在選定的處理時間條件下，微波功率分別為120、250、450、600和700W。經(jīng)微波處理后，離心，取上清液，同上測吸光值。

1.2.3.3 不同料液比對酸漿籽粕中多糖提取率的影響稱取質(zhì)量相同的樣品5份，分別置于250 mL錐形瓶，在選定的微波萃取時間和微波功率條件下，使料液比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20和1∶25。經(jīng)微波處理后，離心，取上清液，同上測吸光值。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 多糖的測定標準

以葡萄糖質(zhì)量濃度為X軸、吸不度為Y軸，繪制標準曲線，由標準曲線圖可得回歸方程為：y=0.799 8x+0.027 7，R2=0.996 3，在0.1～0.9 g·L-1范圍內(nèi)糖的質(zhì)量濃度與吸光度有良好的線性關(guān)系。

圖1 葡萄糖標準曲線Fig.1 The standard curve of glucose

2.2 不同單因素對酸漿籽多糖提取率的影響

2.2.1 微波處理時間對酸漿籽中多糖提取的影響

不同處理時間對酸漿籽中多糖提取率的影響結(jié)果見圖2。

圖2 微波處理時間對提取率的影響Fig.2 Effectof times ofmicrowave extraction on extraction rate

由圖2可知，微波處理時間低于80 s時，酸漿籽粕中多糖的提取率隨著時間增加而增加；80 s時，多糖提取率達到最高值；當處理時間高于80 s時，多糖的提取率反而下降。這是由于較長時間的微波處理，使細胞內(nèi)其他雜質(zhì)的溶出量增多，而這些雜質(zhì)的存在影響到多糖的溶出效率。因此，采用微波處理所需的提取時間很短，相對于傳統(tǒng)的提取方法，微波輔助提取法可以大大提高生產(chǎn)效率。

2.3 微波功率對酸漿籽中的多糖提取率的影響

不同微波功率對酸漿籽粕中的多糖提取率的影響見圖3。

圖3 微波功率對提取率的影響Fig.2 Effect ofmicrowave power on extraction rate

圖3表明，隨著微波功率的增大，酸漿籽中多糖的提取率呈上升趨勢。但當功率過大時，提取率反而降低，這是由于過高的微波功率引起了酸漿籽中多糖糖苷鍵的斷裂，因此，微波提取酸漿籽中多糖應(yīng)選取適當?shù)奈⒉üβ省?/p>

2.4 料液比對酸漿籽多糖提取率的影響

不同料液比對酸漿籽中多糖提取率的影響結(jié)果見圖4。

圖4 料液比對提取率的影響Fig.4 Effectof the ratio ofmaterial to water on extraction rate

圖4表明，在一定范圍內(nèi)，料液比大，酸漿籽粕中多糖的提取率高，這說明料液比在1∶10時，多糖的溶出量最多，但料液比大于1∶10后，多糖提取率增加量不明顯。因較大的料液比會給后序工序帶來困難，故選用1∶10的料液比為宜。

2.5 響應(yīng)法優(yōu)化酸漿籽中多糖提取條件

根據(jù)Box-Behnken的中心組合設(shè)計原理[7-9]，以烘烤時間、微波功率和微波時間三個因素為自變量（分別以X1，X2，X3表示），以多糖提取率為響應(yīng)值設(shè)計了三因素三水平共15個實驗點的響應(yīng)面分析實驗，15個實驗點分為12個析因點和3個零點，每個試驗因素水平選取如表1。

表1 酸漿籽多糖提取工藝三因素三水平響應(yīng)面分析試驗設(shè)計表Table1 Physalis seed polysaccharide extract process three factors and three levels of response surface analysis test design

實驗以隨機次序進行，將實驗所得的多糖提取率用Minitab15.0程序進行分析，得出響應(yīng)面分析圖、回歸擬合方程以及方差分析表。響應(yīng)面實驗設(shè)計與結(jié)果見表。

利用Minitab軟件對實驗數(shù)據(jù)進行分析，由表3得出擬合二次多項式方程為：

表2 微波法提取條件優(yōu)化試驗設(shè)計及結(jié)果Table2 Microwave extraction conditions optimization of experimental design and results

表3 三因素三水平中心組合參數(shù)估計Table3 Three factors and three levels center combination parameter estimation

表4 方差分析Table4 Analysis of Variance

由表4可知，對方程影響顯著程度由大到小依次為料液比、微波處理功率、微波時間，其中料液比處理比微波處理功率和微波加熱時間對方程影響最極顯著，這說明料液比對實驗起關(guān)鍵作用，用微波加熱處理后，時間過長物料可能變性，影響其提取率，并且得知方程一次項和二次項是極顯著的，所以各因素之間并不是簡單的線性關(guān)系，而是二次關(guān)系。由表4可知模型的回歸顯著，交互作用較好；失擬項F值很小為1.96，表明該方程對實驗擬合情況好，實驗誤差小。因此可以用該回歸方程代替實驗真實點對實驗結(jié)果進行分析。

同時做出中心組合設(shè)計實驗所得的三組響應(yīng)面曲面圖（圖5～圖7）。響應(yīng)面圖形是特定的響應(yīng)值Y（多糖提取率）對應(yīng)的因素X1、X2、X3構(gòu)成的一個三維空間在二維平面上的等高圖，可以直觀地反映各因素的交互作用以及對響應(yīng)值的影響。圖中可看到擬合曲面有最大值，對擬合方程求偏導，可得出模型最大值，即為最優(yōu)的試驗方案。

圖5 料液比和微波功率對多糖提取率的響應(yīng)面分析Fig.5 The solid-liquid ratio and microwave power on the extraction yield response surface analysis

圖6 微波時間和料液比對多糖提取率的響應(yīng)面分析Fig.6 Microwave time and solid-liquid ratio on the extraction yield response surface analysis

為了進一步確證最佳點的值，利用上述分析進行最優(yōu)工藝的推導，對回歸方程取一階偏導數(shù)為零并整理得：

圖7 微波功率和微波時間對脫皮率的響應(yīng)面分析Fig.7 The response surface analysis of micro wave power and micro wave time peeling rate

聯(lián)立上述（2）、（3）、（4）三個方程求解，得到X1=0.055 5，X2=0.236 0，X3=0.046 8。換算后得到最佳工藝條件是料液比為11.161 6、微波功率為610.606W、微波時間為82.020 2 s。由回歸方程預(yù)測多糖提取率的理論脫皮率為5.54%。

實驗設(shè)計上為了檢驗響應(yīng)面法所得結(jié)果，采用上述優(yōu)化條件重復(fù)實驗3次，將提取率工藝參數(shù)修正為：料液比1∶12，微波功率610W，微波處理時間83 s。在此條件下實際多糖提取率為5.57%，與理論預(yù)測值相比，其相對誤差約為0.54%，說明了回歸方程的預(yù)測值與試驗值之間具有較好的擬合度。

3 結(jié)論

3.1 硫酸—苯酚法是利用單糖與硫酸—苯酚試劑反應(yīng)生成橙黃色溶液，在波長490 nm處有特征吸收而進行含量測定的。在采用硫酸—苯酚法測定多糖含量時，配制的苯酚要放在冰箱里，防止苯酚在溫度較高和光照時被氧化。此法操作簡單、靈敏度高、重現(xiàn)性、穩(wěn)定性較好。

3.2 通過單因素實驗微波輔助提取酸漿籽中多糖最佳的提取工藝條件，即料液比1∶10，微波功率600W，微波處理時間80 s。經(jīng)過響應(yīng)面優(yōu)化，微波輔助提取酸漿籽中多糖最佳的提取工藝條件，即料液比1∶12，微波功率610W，微波處理時間83 s酸漿籽粕中多糖提取率最大，為5.57%。

3.3 通過驗證性實驗證明了響應(yīng)面優(yōu)化的實驗條件的可靠性，實驗結(jié)果與預(yù)測值具有較好的擬合，證明采用響應(yīng)法優(yōu)化對微波法輔助提取酸漿籽中多糖提取率的實驗設(shè)計可靠，具有可行性。

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