胡曉冰

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004）

響應(yīng)面法優(yōu)化落葵多糖的提取工藝條件研究

胡曉冰

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004）

在提取時(shí)間、提取溫度、料液比3個(gè)單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)選落葵多糖的提取條件。利用中心組合（Box-Benhnken）設(shè)計(jì)模型，研究3個(gè)變量對(duì)落葵多糖提取率的影響。結(jié)果表明：最佳提取工藝是提取時(shí)間為6 h，提取溫度為89℃，液料比為52∶1mL／g。在此條件下，落葵多糖的提取率可達(dá)13.63%，與理論預(yù)測(cè)值（13.83%）的相對(duì)誤差為-1.46%。采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化落葵多糖的工藝條件是可行的。

落葵多糖；提取工藝；響應(yīng)面分析；提取時(shí)間；液料比；提取溫度

0 引言

植物多糖又稱植物多聚糖，是植物細(xì)胞代謝產(chǎn)生的聚合度超過(guò)10個(gè)的聚糖?，F(xiàn)今植物多糖研究日益受到關(guān)注，國(guó)際科學(xué)界甚至提出21世紀(jì)是多糖的世紀(jì)［1］。科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究顯示，許多植物多糖具有生物活性，具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、降血糖、降血脂、抗輻射、抗菌抗病毒、保護(hù)肝臟等保健作用［2］。所以，植物多糖已被廣泛運(yùn)用到醫(yī)學(xué)界、餐飲界等大眾生活領(lǐng)域中。

落葵又稱木耳菜、胭脂菜、豆腐菜、籬笆菜等，為落葵科落葵屬纏繞莖生草本植物，在我國(guó)有著悠久的種植歷史［3］。落葵含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，不僅蛋白質(zhì)、維生素和無(wú)機(jī)鹽的含量很高，還含有皂甙、葡聚糖、黏多糖等多糖。經(jīng)常食用落葵，有降血壓、清熱、涼血、防止便秘等療效。因此，落葵是最適于老年人食用的保健蔬菜［4］。本研究利用傳統(tǒng)的水提法提取落葵多糖，通過(guò)考察影響落葵多糖提取率的主要因素，獲得最佳提取工藝，以期為落葵多糖的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供參考［5］。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用落葵為市售落葵。將市售落葵在烘箱（50℃）中烘干至恒重，粉碎后過(guò)80目篩，備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)所用儀器包括：RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠生產(chǎn)），ZRD-5210型電熱鼓風(fēng)干燥箱 （上海智誠(chéng)分析儀器制造有限公司生產(chǎn)），HH-4型恒溫水浴鍋 （北京中興偉業(yè)儀器有限公司生產(chǎn)），AB204-L型電子天平 （梅特列-托利多集團(tuán)生產(chǎn)），SHZ-DⅢ型真空泵 （上海予正儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)），TU-1810型分光光度計(jì) （北京普析通用儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn)）。

實(shí)驗(yàn)所用試劑包括：乙醇、葡萄糖、正丁醇、氯仿、苯酚、濃硫酸、石油醚等，其均為分析純。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 落葵多糖提取工藝流程

每個(gè)試驗(yàn)樣本稱取 （5.000±0.010）g的落葵粉，按照落葵粉→浸泡→熱浸提→過(guò)濾→離心→濃縮→一次醇沉→過(guò)濾收集多糖→溶解多糖→二次醇沉→過(guò)濾收集多糖→溶解多糖→用石油醚脫脂→用sevage法脫蛋白［6］→三次醇沉→過(guò)濾，收集多糖→冷凍干燥→粗多糖→溶解多糖→多糖測(cè)定→計(jì)算提取率的工藝流程進(jìn)行多糖提取操作。

1.3.2 多糖提取率的測(cè)定

以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品，采用苯酚-硫酸法測(cè)定［7］。1.3.3 多糖測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確移取濃度為10.00mg／mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00mL、0.50mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL、2.50mL、3.00mL、3.50mL、4.00mL分別置于20.00mL的具塞試管中，再在各試管中加入2mL體積比為5%的苯酚和6mL的濃硫酸，30℃水浴鍋中放置30min，使用蒸餾水定容至20.00mL，搖勻，以試劑空白溶液為參比，用l cm比色皿于波長(zhǎng)490 nm處測(cè)其吸光度。以葡萄糖質(zhì)量 （mg）為橫坐標(biāo)，以吸光度（OD）為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線。

1.3.4 多糖提取率的計(jì)算

1.3.5 落葵多糖提取的試驗(yàn)方案

在前期單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選取提取時(shí)間、提取溫度和液料比3個(gè)因素為自變量，以落葵多糖提取率為響應(yīng)值，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化提取工藝。試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面法試驗(yàn)的因素水平編碼Table 1 RSM test factor level encoding

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 多糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

以標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖質(zhì)量為橫坐標(biāo)，以490 nm處吸光度為縱坐標(biāo)作出葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示：

圖1 多糖測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Polysaccharide determ ination standard curve

2.2 響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)方案與試驗(yàn)結(jié)果

以提取時(shí)間A（h）、液料比B（mL／g）、提取溫度C（℃）為自變量，以多糖提取率為響應(yīng)值，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 響應(yīng)面分析方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 RS analysis scheme and test results

采用軟件Design Expert Version 7對(duì)表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，得到試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值影響的回歸方程為：

Y＝12.33+1.33A+0.16B+2.84C+0.49AB-0.87AC-0.55BC-0.32A2-0.7B2-2.22C2（1）

4個(gè)試驗(yàn)因素均以量綱線性編碼處理，方程中各項(xiàng)系數(shù)絕對(duì)值的大小能反映各因素對(duì)響應(yīng)值的影響程度。

采用Design Expert Version軟件對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，模型的P值小于0.0001，表明二次方程擬合極其顯著，而且失擬項(xiàng)的F值遠(yuǎn)大于0.05，表明失擬項(xiàng)不顯著，說(shuō)明方程模擬的比較好，可以很好用于數(shù)據(jù)的分析。決定系數(shù)R2＝0.9870，校正系數(shù)R2＝0.9702，也說(shuō)明回歸方程的擬合程度很好。變異系數(shù)CV值越低，顯示試驗(yàn)穩(wěn)定性越好。從表3中的P值可知，方程中A、C、AC、C2對(duì)Y值的影響極其顯著（P＜0.01），這與模擬回歸預(yù)測(cè)吻合。綜上所述，該回歸方程為優(yōu)化落葵多糖的提取工藝條件提供了一個(gè)良好的模型，可以利用該回歸方程確定最佳提取工藝條件。

2.3 落葵多糖提取響應(yīng)面分析

當(dāng)提取溫度編碼固定為0時(shí)，提取時(shí)間與液料比對(duì)多糖提取率的影響如圖2所示。由圖2可知，提取時(shí)間的編碼從-1到1的范圍內(nèi)，多糖提取率呈不斷增加的趨勢(shì)，接近編碼1的時(shí)候，增加趨勢(shì)放緩。液料比編碼從-1到0的范圍內(nèi)，多糖提取率不斷增加，之后編碼從0到1范圍內(nèi)，多糖提取率有下降的趨勢(shì)。通過(guò)圖2及方差分析可知，提取時(shí)間要比液料比對(duì)多糖的提取率影響更大。

表3 響應(yīng)面回歸分析結(jié)果Table 3 RS regression analysis results

圖2 提取時(shí)間（A）與液料比（B）對(duì)落葵多糖提取率的響應(yīng)面與等高線分析圖Fig.2 RS of extraction time(A)and liquid-to-solid ratio(B)to malabar spinach polysaccharide extraction ratio and contour line analysis

當(dāng)液料比編碼固定為0時(shí)，提取時(shí)間與提取溫度對(duì)多糖提取率的影響如圖3所示。由圖3可知，提取時(shí)間的編碼從-1到1范圍內(nèi)，多糖提取率呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)，接近編碼1的時(shí)候，增加趨勢(shì)放緩。提取溫度編碼從-1到0.5的范圍內(nèi)，多糖提取率不斷增加，之后，編碼從0.5增大到1范圍內(nèi)，多糖提取率有下降的趨勢(shì)。通過(guò)圖3及方差分析可知，提取溫度要比提取時(shí)間對(duì)多糖的提取率影響更大。

圖3 提取時(shí)間（A）與溫度（C）對(duì)落葵多糖提取率的響應(yīng)面與等高線分析圖Fig.3 RS of extraction time(A)and temperature(C)to malabar spinach polysaccharide extraction ratio and contour line analysis

當(dāng)提取時(shí)間編碼固定為0時(shí)，液料比與提取溫度對(duì)多糖提取率的影響如圖4。由圖4可知，液料比編碼從-1到0的范圍內(nèi)，多糖提取率不斷增加，之后，編碼從0到增大1范圍內(nèi)，多糖提取率有下降的趨勢(shì)。提取溫度編碼從-1到0.5的范圍內(nèi)，多糖提取率不斷增加，之后，編碼從0.5增大到1范圍內(nèi)，多糖提取率有下降的趨勢(shì)。通過(guò)圖4及方差分析可知，提取溫度要比液料比對(duì)多糖的提取率影響更大。

圖4 液料比（B）與溫度（C）對(duì)落葵多糖提取率的響應(yīng)面與等高線分析圖Fig.4 RS of liquid-to-solid ratio(B)and tem perature(C)to malabar spinach polysaccharide extraction ratio and contour line analysis

2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)圖2、圖3、圖4響應(yīng)面以及回歸模型，預(yù)測(cè)的落葵多糖提取最佳工藝條件的提取時(shí)間為6 h，液料比為51.51∶1，提取溫度為89.07℃。在此條件下，落葵多糖提取率理論上可達(dá)13.8315%?？紤]到實(shí)際操作的可行性，將落葵多糖的最佳提取條件進(jìn)行修正，即提取時(shí)間為6 h，液料比為52∶1mL／g，提取溫度為89℃。采用此工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，平行三組，測(cè)得的落葵多糖提取率分別為13.61%、13.56%和13.72%，落葵多糖提取率的平均值為13.63%，相對(duì)誤差為-1.46%，與理論值基本符合。這表示該模型能很好地預(yù)測(cè)實(shí)際提取情況。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)響應(yīng)面分析對(duì)落葵多糖提取工藝優(yōu)化，其結(jié)果表明，落葵多糖水提取的最佳工藝條件是，提取時(shí)間為6 h，液料比為52∶1mL／g，提取溫度為89℃。在此條件下，實(shí)際提取率為13.63%，理論預(yù)測(cè)值為 13.8315%，此值與理論預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為-1.46%，精密度好。由此可見(jiàn)，采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到的提取條件參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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[責(zé)任編輯 楊明慶]

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1008-486X（2015）01-0041-05

2014-07-10

黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目：落葵深加工技術(shù)研究及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)（2014KXJS015）。

胡曉冰（1981-），男，河南開(kāi)封人，講師，碩士研究生，主要從事食品生物技術(shù)專業(yè)的教學(xué)與研究工作。