李天一，蘇 超，高 婷，戴文娜，何康潔

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241006）

茭白是我國僅次于蓮藕的第二大水生蔬菜，在安徽多地有廣泛種植[1-2]。茭白中富含大量的營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物質(zhì)等，營養(yǎng)價(jià)值較高[3]。茭白不僅營養(yǎng)價(jià)值較高，其中含有的多種活性物質(zhì)也使其具有祛濕氣、排毒、促乳、抑制黑色素等藥用價(jià)值[4]。長期食用可達(dá)到軟化表皮，令肌膚光滑、細(xì)致，達(dá)到美容養(yǎng)顏的效果[5]，同樣具有抗病毒、抗腫瘤、抗衰老、降血糖和免疫調(diào)節(jié)等生理功能[6]。多糖就是其中含量豐富的一種活性成分。李吉萍等人[7]采用小鼠試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)多糖具有抗腫瘤作用，延長了患病小鼠的存活時(shí)間。可見活性成分多糖[8]具有較高的營養(yǎng)價(jià)值及藥用價(jià)值，對(duì)提取茭白多糖工藝進(jìn)行優(yōu)化是研究其價(jià)值的基礎(chǔ)。

多糖的提取工藝有水提醇沉法[9]、超臨界流體萃取法[10]、超聲波輔助提取法[11]、酸堿提取法[12]及酶輔助提取法[13]等。水提醇沉法是常見的一種多糖提取方法，操作簡單、對(duì)設(shè)備要求不高，但是提取時(shí)間過長，多糖含量較低，成分純度不高。酸堿提取法所得多糖含量較高，但是選用的酸堿試劑會(huì)對(duì)多糖的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，所選用的酸堿試劑也很難除去；超臨界流體萃取法、酶輔助提取法提取的多糖含量較高，但是該方法對(duì)設(shè)備的要求較高，提取成本較大，能源消耗較大。綜上分析，可選用超聲輔助水提醇沉的方式進(jìn)行多糖的提取，這樣可以彌補(bǔ)單純水提醇沉方法耗時(shí)過長的缺點(diǎn)，加快破壞細(xì)胞壁的速度，胞內(nèi)天然成分的釋放和擴(kuò)散速度加快，設(shè)備要求不高，成本相對(duì)較低。因此，茭白多糖采用超聲輔助提取方法進(jìn)行提取。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面分析法[14]對(duì)多糖提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。以期為后續(xù)茭白多糖的純化、生物活性的研究、功能性產(chǎn)品的開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茭白，購自安徽省蕪湖市弋江區(qū)大潤發(fā)超市；苯酚、無水乙醇（分析純），上海展云化工有限公司提供；濃硫酸（分析純），上海傅河精細(xì)化學(xué)品有限公司提供；D(+)-無水葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品，上海源葉生物科技有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州億通分析儀器制造有限公司產(chǎn)品；GZX-9240A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊醫(yī)療生物儀器股份有限公司產(chǎn)品；UV759CRT 型紫外可見分光光度計(jì)，上海佑科儀器公司產(chǎn)品；臺(tái)式低速離心機(jī)，湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；HZK-FA110S 型電子天平，華志電子科技有限公司產(chǎn)品；RE-2010(1 L+500 mL)-IE 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮儀，濟(jì)南禾普儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 茭白多糖的提取

選擇新鮮的茭白進(jìn)行切塊，將其用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，將粉碎后的茭白放入烘箱中進(jìn)行烘干備用。稱取茭白粉末采用無水乙醇進(jìn)行提取，提取按照單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)中設(shè)計(jì)的條件進(jìn)行，將提取的茭白多糖采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，所制得的濃縮液加入4 倍體積的無水乙醇置于冰箱中沉淀24 h。沉淀完成的溶液以轉(zhuǎn)速5 000 r/min 離心10 min后，對(duì)所得到的沉淀物用少量無水乙醇進(jìn)行洗滌，加水復(fù)溶后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將酒精除去，制得茭白多糖，將其進(jìn)行稱重，計(jì)算茭白多糖的提取率。茭白多糖提取率的計(jì)算公式如下：

1.3.2 制作工藝優(yōu)化研究

（1） 單因素試驗(yàn)。在多糖提取過程中，考查提取時(shí)間、超聲功率、液料比對(duì)茭白多糖提取率的影響，以茭白多糖的提取率作指標(biāo)。考查的因素和范圍有：提取時(shí)間2.0，2.5，3.0，3.5，4.0 h；超聲功率60，70，80，90，100 W；料液比1∶10，1∶20，1∶30，1∶40，1∶50（g∶mL）。

（2） 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。為進(jìn)一步確定最佳工藝參數(shù)，在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，最終確定以提取時(shí)間（A）、超聲功率（B）、料液比（C）為自變量，茭白多糖得率作為測定的指標(biāo)，設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，優(yōu)化最佳多糖提取工藝參數(shù)。

響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

1.3.3 茭白多糖含量的測定

（1） 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制，稱取20 mg 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品將其放入烘箱中烘干至恒質(zhì)量，然后將葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品放置于容器中用蒸餾水將其進(jìn)行溶解，并定容置500 mL 容量瓶中，制得葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品溶液，其質(zhì)量濃度為0.04 mg/mL，使用移液管分別吸取0.40，0.60，0.80，1.00，1.20，1.40，1.60 mL 的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液于具塞試管中，加蒸餾水至2.0 mL，向其中依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的苯酚溶液0.6 mL、濃硫酸2.5 mL，將其進(jìn)行混勻，冷卻20 min 左右，將溶液放置于分光光度計(jì)中，在波長490 nm 處進(jìn)行測定，測定3 次，取其平均值。量取相同體積的蒸餾水在相同的條件下進(jìn)行吸光度的測定，將其作為空白對(duì)照試驗(yàn)。以測定的吸光度作為縱坐標(biāo)，葡萄糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[15]，最終得到標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y=0.201 4X-0034 5，R2=0.999 6。

（2） 總糖含量的測定。茭白多糖的含量測定方法采用苯酚- 硫酸法。量取制得的茭白多糖溶液1 mL，向其中加入蒸餾水置2 mL，將其進(jìn)行混勻，將溶液放置于分光光度計(jì)中，于波長490 nm 處進(jìn)行測定，測定3 次，取其平均值，得到吸光度。將吸光度值帶入到標(biāo)準(zhǔn)曲線Y=0.201 4X-0034 5 中，可計(jì)算出樣品中總糖的含量。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理與分析

主要采用SPSS 22.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，采用Origin.9 軟件作圖，利用Design Eexpert 10.0 軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析。單因素試驗(yàn)均重復(fù)3 次，取平均值。

再次，現(xiàn)階段的高職生大多屬于獨(dú)生子女，且在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展環(huán)境中成長，因此他們接受外界信息的來源更加廣泛，接收到新思想、新觀念也比較多，在這一條件下，他們很難形成系統(tǒng)的、全面的、有效的判斷，模糊的是非判斷會(huì)嚴(yán)重影響他們的思政觀念，容易出現(xiàn)跟風(fēng)的情況，不能夠明辨是非，憑借意氣用事。

2 結(jié)果與分析

2.1 茭白多糖提取工藝的研究

2.1.1 提取時(shí)間對(duì)茭白多糖得率的影響

在料液比和超聲功率保持一致的條件下，以茭白多糖得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究在不同提取時(shí)間對(duì)茭白多糖得率的影響。分別以2.5，3.0，3.5，4.0，4.5 h 的提取時(shí)間進(jìn)行提取。

提取時(shí)間對(duì)茭白多糖得率的影響見圖1。

圖1 提取時(shí)間對(duì)茭白多糖得率的影響

由圖1 可知，隨著提取時(shí)間的延長，茭白多糖得率先逐漸升高至最高值后又下降。當(dāng)提取時(shí)間為3.5 h 時(shí)，得率達(dá)到最大為10.46%。原因可能是隨著提取時(shí)間的延長，多糖分子被破壞和水解，同時(shí)也使一些水溶性雜質(zhì)溶出，使得茭白多糖得率降低。因此選擇提取時(shí)間為3.0，3.5，4.0 h 進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析。

2.1.2 超聲功率對(duì)茭白多糖得率的影響

在料液比和提取時(shí)間保持一致的條件下，以茭白多糖得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究不同超聲功率對(duì)茭白多糖得率的影響。分別以60，70，80，90，100 W的超聲功率進(jìn)行提取。

超聲功率對(duì)茭白多糖得率的影響見圖2。

圖2 超聲功率對(duì)茭白多糖得率的影響

由圖2 可知，隨著超聲功率的增加，茭白多糖得率先逐漸升高至最高值后又下降。當(dāng)超聲功率為80 W 時(shí)，得率達(dá)到最大為12.46%?？赡茉蚴遣糠周纂S著超聲功率提高而使多糖降解，因此選擇超聲功率為70，80，90 W 進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析。

在超聲功率與提取時(shí)間保持一致的條件下，以茭白多糖得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究不同料液比對(duì)茭白多糖得率的影響。將蒸餾水與茭白粉末按照1∶10，1∶20，1∶30，1∶40，1∶50（g∶mL） 的比例進(jìn)行提取。

料液比對(duì)茭白多糖得率的影響見圖3。

圖3 料液比對(duì)茭白多糖得率的影響

由圖3 可知，隨著料液比的降低，茭白多糖得率先逐漸升高至最高值后又下降。當(dāng)料液比為1∶30時(shí)，得率達(dá)到最大為9.46%，說明多糖已經(jīng)達(dá)到了最大溶解狀態(tài)?？紤]時(shí)效、能耗等方面的因素，選擇料液比為1∶20，1∶30，1∶40 進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析。

2.2 茭白多糖最佳提取工藝參數(shù)確定

2.2.1 響應(yīng)面數(shù)據(jù)處理

首先考查了提取時(shí)間、超聲功率、料液比對(duì)茭白多糖得率的影響，選取提取時(shí)間為2.5，3.0，3.5 h；超聲功率為70，80，90 W；料液比為1∶20，1∶30，1∶40 作為響應(yīng)面優(yōu)化的3 個(gè)單因素及范圍，以測定的茭白多糖得率作為指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表2 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果

表3 方差分析

利用Design Expert 10.0 進(jìn)行回歸擬合分析，得到方差結(jié)果。由表3 可知，試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)總模型p 值＜0.01，表明總模型方程極顯著。失擬項(xiàng)p 值＞0.05，不顯著，說明預(yù)測值和實(shí)際值之間的擬合程度較高；校正決定系數(shù)R2Adj=0.949 2，決定系數(shù)R2=0.977 8，說明該模型擬合程度良好，各因素之間存在著交互作用，其中B、C、AB、BC、AC、A2、B2、C2均呈顯著影響。

2.2.2 各因素交互作用分析

提取時(shí)間與超聲功率對(duì)茭白多糖得率的交互影響見圖4，提取時(shí)間與料液比對(duì)茭白多糖得率的交互影響見圖5，超聲功率與料液比對(duì)茭白多糖得率的交互影響見圖6。

圖4 提取時(shí)間與超聲功率對(duì)茭白多糖得率的交互影響

圖5 提取時(shí)間與料液比對(duì)茭白多糖得率的交互影響

圖6 超聲功率與料液比對(duì)茭白多糖得率的交互影響

若曲面較為平坦，則表示各因素的變化對(duì)響應(yīng)值有較小的影響，反之，則說明各因素的變化對(duì)響應(yīng)值有較大的影響。通過等高線也可以分析2 個(gè)因素之間的相互作用強(qiáng)弱，當(dāng)?shù)雀呔€趨于圓形時(shí)，則說明2 個(gè)因素之間的相互作用不顯著；等高線趨于橢圓時(shí)，則說明2 個(gè)因素之間的相互作用顯著。由圖4～圖6 可知，提取時(shí)間與超聲功率、提取時(shí)間與料液比、超聲功率與液料比之間的交互作用較顯著。

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

綜合分析響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果并依據(jù)回歸模型確定茭白多糖提取的最佳工藝參數(shù)為提取時(shí)間3.50 h，超聲功率81.82 W，蒸餾水與茭白粉末料液比為1∶28.14（g∶mL），在此基礎(chǔ)上，茭白多糖提取率為15.67%，總糖含量為81.5%。為了驗(yàn)證試驗(yàn)可靠性，同時(shí)綜合實(shí)際可操作性，將優(yōu)化工藝參數(shù)修改為提取時(shí)間3.50 h，超聲功率80 W，蒸餾水與茭白粉末的料液比為1∶30（g∶mL），進(jìn)行3 次平行試驗(yàn)，得到茭白多糖提取率為16.23%，總糖含量為83.5%，相對(duì)誤差為3.45%。表明試驗(yàn)設(shè)計(jì)較合理準(zhǔn)確，對(duì)茭白多糖的提取有一定的參考意義。

3 結(jié)論

在考查料液比、提取時(shí)間、超聲功率單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面軟件的設(shè)計(jì)優(yōu)化茭白多糖的提取工藝，得到最佳工藝條件為提取時(shí)間3.50 h，超聲功率81.82 W，蒸餾水與茭白粉末料液比1∶28.14（g∶mL），在此基礎(chǔ)上，茭白多糖提取率為15.67%，總糖含量為81.5%。按照實(shí)際情況對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終確定茭白多糖提取工藝參數(shù)為提取時(shí)間3.50 h，超聲功率80 W，蒸餾水與茭白粉末的料液比為1∶30（g∶mL），得到茭白多糖提取率為16.23%，總糖含量為83.5%。茭白多糖得率的理論與實(shí)際值偏差在3.45%左右，表明該模型的真實(shí)性較高，可用于茭白多糖的提取，為后續(xù)茭白多糖的純化、生物活性的研究、功能性產(chǎn)品的開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。