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        超聲波輔助提取大蒜多糖工藝的研究

        2020-11-14 05:50:44席椿凱苗敬芝董玉瑋劉秀平唐敏敏
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2020年20期
        關鍵詞:大蒜曲面超聲波

        席椿凱,苗敬芝,2,董玉瑋,2,劉秀平,唐敏敏,李 勇,2

        (1.徐州工程學院食品與生物工程學院,江蘇徐州 221018;2.江蘇省食品資源開發(fā)與質(zhì)量安全重點建設實驗室,江蘇 徐州 221018)

        大蒜是一種藥食同源、百合科蔥屬植物蒜的鱗莖[1]。大蒜營養(yǎng)豐富,富含多糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、大蒜素、維生素、有機鍺、有機硒,以及鈣、磷、鐵等礦物質(zhì),具有殺菌、抗血栓、降血脂、預防中風和高血壓、保護肝臟、增強免疫力等功能[2-4]。大蒜多糖是其主要的活性成分之一,具有增強腸道益生菌、協(xié)助消化、抗菌消炎、防治動脈粥樣硬化和預防衰老等作用[5-6]。

        以大蒜為原料,采用超聲波輔助提取大蒜多糖,利用超聲波的空化、剪切作用和機械振動,能有效加速分子振動和擴散,增強了介質(zhì)的穿透力,有利于大蒜多糖的提取[7-8],通過單因素試驗和響應曲面法優(yōu)化大蒜多糖的提取工藝條件,為大蒜產(chǎn)品的開發(fā)利用提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        大蒜,徐州市七里溝農(nóng)貿(mào)市場提供;苯酚、濃硫酸、95%乙醇等均為分析純試劑。

        1.2 儀器與設備

        JYD-650 型智能型超聲波細胞粉碎機,上海之信儀器有限公司產(chǎn)品;DHG-9075 型電熱鼓風干燥箱,上海慧泰儀器制造有限公司產(chǎn)品;723G 型可見分光光度計,上海分析儀器有限公司產(chǎn)品。

        1.3 試驗方法

        1.3.1 超聲波法提取大蒜多糖工藝流程

        大蒜→去皮、清洗、切片→干燥、粉碎、過篩→取一定量大蒜粉→按料液比加去離子水→超聲→離心→上清液→苯酚-硫酸法測多糖含量。

        1.3.2 單因素試驗

        (1) 料液比對大蒜多糖得率的影響。超聲功率150 W,超聲時間8 min,探討料液比1∶15,1∶20,1∶25,1∶30,1∶35 對多糖得率的影響。

        (2) 超聲功率對大蒜多糖得率的影響。料液比1∶30,超聲時間8 min,探討超聲功率50,100,150,200,250 W 對多糖得率的影響。

        (3) 超聲時間對大蒜多糖得率的影響。料液比1∶30,超聲功率150 W,探討超聲時間4,8,12,16,20 min 對多糖得率的影響。

        1.3.3 響應曲面法試驗設計

        根據(jù)Box-behnken 試驗設計原理,采用三因素三水平的響應曲面分析法,對大蒜多糖提取條件進行優(yōu)化[9]。

        響應曲面試驗因素與水平設計見表1。

        表1 響應曲面試驗因素與水平設計

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗條件選擇

        2.1.1 料液比對大蒜多糖得率的影響

        料液比對大蒜多糖得率的影響見圖1。

        由圖1 可知,隨著料液比增加大蒜多糖得率增加,當料液比1∶30 時,大蒜多糖得率最大為30.81%。繼續(xù)增加料液比,多糖得率下降。料液比增加有利于增加物料和溶劑水的接觸面積,有利于大蒜多糖的浸出,但當料液比過大時,溶液中大蒜多糖濃度太低,不利于多糖的溶出。因此,最佳料液比為1∶30。

        2.1.2 超聲功率對大蒜多糖得率的影響

        超聲功率對大蒜多糖得率的影響見圖2。

        由圖2 可知,隨著超聲功率增加大蒜多糖得率提高,當超聲功率150 W 時,大蒜多糖的得率最大為28.99%。超聲功率繼續(xù)增加,多糖得率下降。這是由于超聲功率只有達到一定的強度,才能有效地起到破碎細胞的作用,過大的超聲功率破壞了多糖的結(jié)構,降低了多糖得率。因此,超聲功率為150 W時提取效果最好。

        2.1.3 超聲時間對大蒜多糖得率的影響

        超聲時間對大蒜多糖得率的影響見圖3。

        由圖3 可知,隨著超聲時間的增加,大蒜多糖得率增加,當時間增加至8 min 時,多糖得率達到最大值28.57%,隨后下降。由于超聲波長時間的機械剪切和空化作用使多糖降解,多糖得率下降。因此,超聲時間為8 min 時大蒜多糖的提取效果最好。

        2.2 響應曲面法優(yōu)化大蒜多糖提取工藝

        2.2.1 響應曲面試驗設計及結(jié)果

        采用Box-behnken 試驗,以料液比、超聲功率、超聲時間為變量,以大蒜多糖得率為響應值,以-1,0,1 分別代表變量的水平。

        響應曲面試驗設計及結(jié)果見表2。

        2.2.2 模型的建立與顯著性檢驗

        用Design Expert 8.0 軟件對表2 的數(shù)據(jù)進行多元回歸分析,得到大蒜多糖得率對料液比、超聲功率、超聲時間的回歸模型:

        回歸模型的方差分析見表3。

        由表3 可知,模型p<0.01,該回歸模型極顯著,失擬項p=0.091 0>0.05,失擬項檢驗不顯著;模型的決定系數(shù)R2=0.992 3,校正決定系數(shù)R2adj=0.974 6,二者數(shù)值較為接近。表明該回歸方程擬合程度良好,三因素對大蒜多糖得率的影響大小依次為料液比>超聲時間>超聲功率。

        表3 回歸模型的方差分析

        2.2.3 因素間交互作用分析

        因素交互作用對大蒜多糖得率影響的響應曲面和等高線圖見圖4。

        由圖4 可知,圖4(a)、圖4(c) 等高線圖呈橢圓形,故料液比和超聲功率的交互作用、超聲功率和超聲時間的交互作用對大蒜多糖得率的影響較為顯著;圖4(b) 等高線圖接近于圓形,料液比和超聲時間的交互作用對大蒜多糖得率的影響不顯著。

        2.2.4 條件優(yōu)化與結(jié)果驗證

        根據(jù)建立的回歸模型得到最佳提取條件為料液比1∶30.27,超聲功率150.62 W,超聲時間8.27 min,大蒜多糖得率的預測值31.61%??紤]到實際操作的可行性,將提取條件修改為料液比1∶30,超聲功率150 W,超聲時間8 min,以此條件進行3 次驗證試驗取平均值,大蒜多糖實測得率為31.48%,與預測值相差0.13%,實測值與預測值相近。

        3 結(jié)論

        通過響應曲面法試驗,得到影響大蒜多糖得率各因素主次順序為料液比>超聲時間>超聲功率。大蒜多糖最佳提取條件為料液比1∶30,超聲功率150 W,超聲時間8 min,大蒜多糖實測得率為31.48%,與預測值相差0.13%,存在較好的一致性。采用超聲波輔助提取的大蒜多糖可作為天然的食品添加劑,具有良好的開發(fā)應用前景。

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