崔守富，邵家威，郝征紅，王春云，趙德川，岳鳳麗*

山東農(nóng)業(yè)工程學院食品科學與工程學院（濟南 250100）

綠蘆筍原產(chǎn)于歐洲，又稱石刁柏，屬百合科天門冬屬草本植物[1]。綠蘆筍被稱為“蔬菜之王”，筍莖中包含大量人類不可缺少的氨基酸和維生素等物質(zhì)[2-3]，還含有蘆筍多糖[4]、黃酮[5]、皂苷[6]等生物活性物質(zhì)[7]。

超聲波-微波協(xié)同法主要是利用超聲化提供能量使其產(chǎn)生空化效應，提高分子的運動頻率和速度，增加溶劑的穿透力[8]；同時，微波具有便于控制、安全環(huán)保、加熱迅速、高效節(jié)能的特點[9]。通過二者有效地結(jié)合，能縮短成分溶出時間、節(jié)省提取成本，顯著提高提取成分的提取得率。目前，對于利用超聲波-微波協(xié)同提取綠蘆筍多糖的研究較少。主要研究采用超聲波微波聯(lián)合提取方式，通過響應面法對綠蘆筍中水溶性粗多糖的提取參數(shù)進行優(yōu)化組合，確定蘆筍多糖提取的最佳提取工藝參數(shù)，為綠蘆筍水溶性粗多糖的加工應用提供研究借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠蘆筍老莖：產(chǎn)自福建漳州。無水乙醇、無水葡萄糖、苯酚、濃硫酸：分析純，天津市恒興化學試劑制造有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

WZJ-6J振動式藥物超微粉碎機，濟南倍力粉技術(shù)工程有限公司；GL-16M冷凍高速臺式離心機，湘儀離心機儀器有限公司；XO-SM200超聲波微波組合反應系統(tǒng)，南京先歐儀器制造有限公司；UV-5500PC紫外可見分光光度計，上海精天電子儀器有限公司；GZX-9240MBE電熱鼓風干燥箱，上海博涵實業(yè)有限公司設(shè)備廠；XMTO電熱恒溫水浴鍋，廣東施儀儀表公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料預處理

將新鮮綠蘆筍老莖清洗后，切分小塊于50 ℃下烘干至水分含量約為5%。利用振動式超微粉碎機粉碎至250目，將蘆筍超微粉再次放入烘干箱中干燥2 h，置于密封保鮮袋備用。

1.3.2 繪制葡萄糖標準曲線

由于多糖和濃硫酸發(fā)生水解反應，生成單糖脫水生成糠醛，糠醛能與苯酚反應生成橙紅色物質(zhì)，故采用硫酸-苯酚法測定多糖含量。依次取0，0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 mL 0.1 mg/mL C6H12O6標準溶液于比色管后，補加蒸餾水至1 mL，然后按照順序依次加入1 mL 6%苯酚溶液、5 mL濃H2SO4后搖勻，靜置2 min，沸水反應15 min取出，冷卻至室溫，于490 nm處測定吸光度。以吸光度（A）為縱坐標、葡萄糖含量（mg）為橫坐標，作回歸分析，得回歸方程：y=8.322 9x-0.009 5，R2=0.997 3。

1.3.3 蘆筍多糖的提取

準確稱取綠蘆筍老莖超微粉于超聲波-微波聯(lián)用提取皿中，以水作為提取溶劑，進行超聲波-微波聯(lián)合提取。提取后在10 000 r/min、4 ℃條件下離心10 min，取上清液20 mL加入4倍無水乙醇，置于4 ℃條件下醇沉12 h。醇沉后離心（11 000 r/min、4 ℃、10 min）取沉淀，加水復溶，即得蘆筍粗多糖溶液。

1.3.4 多糖含量測定

將0.5 mL蘆筍多糖提取液加入到比色管中，再依次加入0.5 mL蒸餾水、5 mL濃H2SO4、1 mL 6%苯酚，搖勻后沸水浴15 min，取出迅速冷卻至室溫，于490 nm處測定吸光度。將其代入標準曲線，計算蘆筍粗多糖的得率。

式中：Q為多糖得率，%；X為多糖溶液的質(zhì)量濃度，mg；M為樣品干質(zhì)量，mg；K為定容體積，mL；N為稀釋倍數(shù)；H為樣品體積，mL；Z為定容用提取液體積，mL。

1.3.5 蘆筍多糖提取單因素試驗

1) 液料比對蘆筍粗多糖得率的影響。選取液料比25∶1，30∶1，35∶1，40∶1和45∶1（mL/g），在超聲功率750 W、微波功率800 W、超聲時間20 min、溫度為65 ℃條件下，研究液料比對蘆筍粗多糖得率的影響。

2) 超聲功率對蘆筍粗多糖得率的影響。分別選用超聲功率750，800，850，900和950 W，在液料比30∶1（mL/g）、微波功率800 W、超聲時間20 min、溫度為65 ℃的條件下，研究超聲功率對蘆筍粗多糖得率的影響。

3) 超聲時間對蘆筍粗多糖得率的影響。選用超聲時間10，15，20，25和30 min，在超聲功率750 W、微波功率800 W、液料比30∶1（mL/g）、溫度為65 ℃的條件下，研究超聲時間對蘆筍粗多糖得率的影響。

4) 提取溫度對蘆筍粗多糖得率的影響。選取提取溫度55，65，75，85和95 ℃，在超聲功率750 W、微波功率800 W、液料比30∶1（mL/g）、超聲時間20 min的條件下，研究提取溫度對蘆筍粗多糖得率的影響。

5) 微波功率對蘆筍粗多糖得率的影響。分別選用微波功率700，750，800，850和900 W，在超聲功率750 W、提取溫度65 ℃、液料比30∶1（mL/g）、超聲時間20 min的條件下，研究超聲時間對蘆筍粗多糖得率的影響。

1.3.6 響應面設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取超聲功率、液料比、超聲時間、提取溫度、微波功率為考察因素，以蘆筍粗多糖得率為響應值，進行Box-Behnken的中心組合設(shè)計，見表1。通過Design Expert軟件進行數(shù)據(jù)分析和試驗設(shè)計，優(yōu)化蘆筍粗多糖在超聲波-微波協(xié)同提取下的工藝條件。

表1 Box-Behnken的中心組合因素水平

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 液料比對蘆筍粗多糖得率的影響

液料比對蘆筍粗多糖得率的影響見圖1。

如圖1所示，明顯得出，液料比對多糖得率的影響較大，呈現(xiàn)先上升再略微下降的趨勢。液料比40∶1（mL/g）時得率達到峰值為3.50%。液料比在25∶1～40∶1（mL/g）時，隨著液料比的增加，多糖提取率逐漸升高。在液料比大于40∶1（mL/g）以后粗多糖得率下降，可能是提取劑與物料的比值增大濃度差也隨之增大，從而影響超聲波的空化效應令其得率下降[10]。因此，超聲波微波聯(lián)合提取時液料比的最佳條件是40∶1（mL/g）。

圖1 液料比對蘆筍粗多糖得率的影響

2.1.2 超聲功率對蘆筍粗多糖得率的影響

超聲功率對蘆筍粗多糖得率的影響見圖2。

如圖2所示，隨著超聲功率的不斷提高，綠蘆筍水溶性多糖的提取得率持續(xù)升高；在超聲波功率達到900 W時，多糖得率達到最高值為3.41%；在超聲功率達到950 W時，多糖得率達到3.39%，與超聲功率達到900 W時相差不大，僅僅減少了0.02%。在超聲波功率在750 W時，為綠蘆筍水溶性粗多糖的最低值為2.82%。由圖可知，最低值與最高值差距明顯，達到0.59%，故超聲波功率是影響多糖得率的顯著因素?；诠?jié)約能源和環(huán)保的理念，確定為在超聲功率為900 W時，為超聲波微波聯(lián)合提取的最佳工藝條件。

2.1.3 超聲時間對蘆筍粗多糖得率的影響

超聲時間對蘆筍粗多糖得率的影響見圖3。

如圖3所示，在25 min以內(nèi)，水溶性粗多糖的得率隨著超聲時間的延長而逐漸增大；在25 min以后，多糖得率逐漸有下降的趨勢。超聲時間為30 min時，水溶性粗多糖得率達到2.68%，下降了0.15%。因此，確定最佳時間為25 min。

圖2 超聲功率對蘆筍粗多糖得率的影響

圖3 超聲時間對蘆筍粗多糖得率的影響

2.1.4 提取溫度對蘆筍粗多糖得率的影響

提取溫度對蘆筍粗多糖得率的影響見圖4。

如圖4所示，在提取溫度從55 ℃逐漸增大到85 ℃時，水溶性粗多糖的得率隨著提取溫度的升高而逐漸提高；在提取溫度達到85 ℃時，綠蘆筍中水溶性粗多糖得率達到最大值，為2.85%。在提取溫度大于85 ℃時，多糖得率逐漸有下降的趨勢。因此，在提取溫度為85 ℃時，超聲波-微波聯(lián)合提取效率最高。由單因素溫度的試驗結(jié)果表明蘆筍粗多糖得率的最大值與最小值相差較小，差值僅為0.242%，所以后續(xù)試驗舍棄單因素溫度變量，將溫度設(shè)為85 ℃作為可知條件。

圖4 提取溫度對蘆筍粗多糖得率的影響

2.1.5 微波功率對蘆筍粗多糖得率的影響

微波功率對蘆筍粗多糖得率的影響見圖5。

如圖5所示，在微波功率為700～800 W時，綠蘆筍中水溶性粗多糖得率隨著微波功率的不斷提高而上升，在微波功率達到800 W時，綠蘆筍中水溶性粗多糖得率達到最大，為2.815%。在超聲功率進一步上升的過程中蘆筍中水溶性粗多糖的得率基本無太大變化，穩(wěn)定在2.8%左右。但是當微波功率超過800 W，進一步增大時，原料中的多糖已經(jīng)被充分提取出來，多糖得率不會繼續(xù)升高，但與最大值基本保持平行。

圖5 微波功率對蘆筍粗多糖得率的影響

2.2 響應面試驗結(jié)果分析

2.2.1 響應面結(jié)果

試驗研究超聲功率、微波功率、液料比、超聲時間，4個單一因素對綠蘆筍水溶性粗多糖得率的影響，通過Box-Behnken試驗設(shè)計出29個試驗，5個中心點重復試驗用來預測試驗的誤差，試驗設(shè)計與結(jié)果見表2。

對表2數(shù)據(jù)進行回歸分析，見表3。

利用Design-Expert軟件分析數(shù)據(jù)，超聲功率、微波功率、液料比、超聲時間與蘆筍多糖得率之間的二次回歸方程為：Y=4.26+0.12A+0.62B+0.021C+0.031D+0.030AB-0.018AC-0.28AD-0.043BC-0.042BD-0.25CD-0.28A2-0.35B2-0.40C2-0.12D2。通過表2分析可知，回歸模型極顯著（p＜0.001），失擬項不顯著（p＞0.1），說明回歸模型與實際情況擬合吻合度較高，試驗產(chǎn)生的誤差較小，可以使用此模型對綠蘆筍老莖中多糖提取得率進行模擬分析和預測；在此模型中A，A2，B2，C2都顯著差異（p＜0.000 1），即超聲功率、超聲功率二次方項、微波功率二次方項、液料比二次方項對多糖得率具有顯著影響。

2.2.2 響應面交互作用分析

根據(jù)實際試驗測量數(shù)據(jù)由軟件得到圖6。

通過響應面垂直曲面的陡峭程度可以直觀反應因素之間交互作用對蘆筍多糖提取得率的影響，等高線的等高差額可以反映各因素之間交互作用的強弱。根據(jù)圖6分析，根據(jù)陡峭程度從高到低程度為超聲功率＞液料比＞微波功率＞超聲時間，因此，各因素對蘆筍多糖提取得率影響順序為超聲功率＞液料比＞微波功率＞超聲時間。以上分析皆同試驗模型方差分析結(jié)論相吻合。

表2 響應面分析設(shè)計及結(jié)果

表3 回歸方程系數(shù)及顯著性檢測

圖6 各因素兩兩交互影響響應曲面

2.2.3 蘆筍水溶性粗多糖提取工藝條件的確定與驗證

為了進一步改進蘆筍水溶性粗多糖的提取最佳試驗條件，利用Design Expert軟件設(shè)計結(jié)果蘆筍水溶性的粗多糖提取的最優(yōu)試驗參數(shù)為：超聲波功率936.23 W、液料比41.60∶1（mL/g）、微波功率807.96 W、超聲時間20 min。在這個最優(yōu)條件下，綠蘆筍水溶性粗多糖的得率的預測值為4.30%。由于考慮到試驗儀器的超聲波功率和微波功率設(shè)置的精準度，將最優(yōu)參數(shù)條件設(shè)定為超聲功率936 W（儀器最大功率的78%）、液料比42∶1（mL/g）、微波功率804 W（儀器最大功率的67%）、超聲時間20 min，該條件測得的綠蘆筍水溶性粗多糖的得率是4.23%。說明該模型對蘆筍多糖提取條件擬合較好，得到的優(yōu)化條件可行。

3 結(jié)論

以綠蘆筍老莖為原料，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過響應面法優(yōu)化提取條件，得出超聲波功率936 W、液料比42∶1（mL/g）、微波功率804 W、超聲時間20 min，在此條件下，得到蘆筍多糖得率為4.23%。研究結(jié)果表明，綠蘆筍老莖中的多糖具有較好的開發(fā)價值，為進一步研究蘆筍多糖提供了理論基礎(chǔ)。