啤特果粗多糖提取工藝優(yōu)化*

楊明俊，吳婧，王永剛，李志忠

1(蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州，730050)2(蘭州金川新材料股份有限公司，甘肅金昌，730000)

啤特果粗多糖提取工藝優(yōu)化*

楊明俊1，吳婧2，王永剛1，李志忠1

1(蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州，730050)2(蘭州金川新材料股份有限公司，甘肅金昌，730000)

優(yōu)化啤特果粗多糖的提取工藝。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用三因素三水平響應(yīng)面分析法，依據(jù)回歸分析確定各工藝條件的影響因素。結(jié)果表明:啤特果粗多糖提取的最佳工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)為72%，液料比為15∶1(mL:g)，提取溫度83℃，多糖最大提取率為7.49%。響應(yīng)面優(yōu)化法能夠提高啤特果的粗多糖提取率。

啤特果，粗多糖，提取，響應(yīng)面分析法

啤特果原名皮囊果，又名“酸巴梨”，屬薔薇科蘋果亞科新疆梨系統(tǒng)(Pyrus sinkiangensis)，生長(zhǎng)在甘肅省和政縣海拔約為2 100～2 400 m的千年古老樹種，品味酸甜、性溫，含有多種氨基酸、糖類、維生素和鉀、鈣、鐵等微量元素，是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極其豐富的綠色水果［1］。

多糖是水果中一類重要的功能因子，具有抗腫瘤［2］、抗疲勞［3］、抗損傷［4］、抗氧化［5－6］，增強(qiáng)人體免疫力和抗癌的作用。

鑒于目前對(duì)啤特果多糖研究甚少，本實(shí)驗(yàn)研究了乙醇濃度、液料比、提取時(shí)間和浸提溫度對(duì)啤特果多糖提取率的影響，利用響應(yīng)面分析法對(duì)其提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得啤特果多糖提取的最佳工藝條件，為啤特果多糖的應(yīng)用研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

啤特果，于2010年10月采自甘肅省和政縣;無水乙醇、三氯乙酸等藥品均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

ALC-110.4電子天平(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司)，TGL-16C高速臺(tái)式離心機(jī)(上海安亨科學(xué)儀器廠)，RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮儀器有限公司)，F(xiàn)D-1型冷凍干燥機(jī)(北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 工藝路線

稱取定量新鮮啤特果清洗去皮→破碎打漿→熱水浸提→去除蛋白→離心分離上清液→真空濃縮→醇沉→真空冷凍干燥得啤特果粗多糖→溶解定容→苯酚硫酸法測(cè)定多糖含量

1.3.2 蛋白去除方法

參照 Sevag 法［8］。

1.3.3 多糖含量與提取率的計(jì)算

1.3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

參照苯酚-硫酸法［9］，以葡萄糖濃度X為橫坐標(biāo)(μg/mL)，吸光度Y為縱坐標(biāo)，在485 nm處測(cè)定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。得回歸方程為Y=0.060 7x－0.056 9，R2=0.997 7，說明葡萄糖 0 ～100 μg內(nèi)呈良好的線性關(guān)系。

1.3.3.2 樣品多糖含量的測(cè)定

將凍干的多糖樣品溶解，定容至100 mL，精密吸取1 mL樣品溶液，采用苯酚-硫酸法［9］，在480 nm處測(cè)定吸光值，從而利用標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算樣品中多糖的含量。多糖提取率用下式計(jì)算:

1.3.4 單因素及響應(yīng)面分析

取一定量的啤特果，破碎勻漿，取樣4份，每份約80 g，按一定的液固比量取一定量的蒸餾水于250 mL回流錐形瓶中，在一定溫度下進(jìn)行回流提取，濃縮提取液，采用不同濃度乙醇進(jìn)行醇沉，離心分離，冷凍干燥，稱重，溶解定容至100 mL，測(cè)定多糖含量，計(jì)算多糖提取率。分別確定最佳提取時(shí)間、液料比、溫度及乙醇濃度。在單因素基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法優(yōu)化最佳提取工藝。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 不同濃度乙醇對(duì)多糖提取率的影響

啤特果中含單糖、雙糖、低聚糖、氨基酸及醇溶性蛋白質(zhì)等物質(zhì)，由于多糖溶于水而不溶于高濃度乙醇，根據(jù)此原理先用體積分?jǐn)?shù)95%乙醇80℃回流1 h，提取1次，除去單糖、低聚糖等對(duì)多糖提取率有影響的物質(zhì)，然后在浸取溫度為80℃，料水比15∶1，提取2h，采用不同濃度乙醇進(jìn)行沉淀，結(jié)果見圖1。從圖1中可知，隨著乙醇濃度的增加，醇析程度亦有所提高，但是當(dāng)乙醇濃度從67%增加到75%時(shí)，多糖提取率變化趨緩，而且當(dāng)乙醇濃度增加到80%時(shí)，析出效果不好，究其原因可能是高濃度醇對(duì)多糖構(gòu)象有影響，因此選用67%(即濃縮液與乙醇體積比為1.0∶2.0)的乙醇醇析啤特果多糖。

圖1 乙醇濃度對(duì)多糖提取率的影響

2.1.2 不同液料比對(duì)多糖提取率的影響

液料比對(duì)提取率具有重要影響，水量多有利于多糖的擴(kuò)散傳質(zhì)，但水量過多增加蒸發(fā)處理的困難。在浸提溫度80℃、浸提時(shí)間2 h，醇析濃度為67%條件下，改變液料比進(jìn)行多糖提取，結(jié)果見圖2。

圖2 液料比對(duì)多糖提取率的影響

由圖2可知，隨著液料比的增加多糖的提取率有所提高，但是當(dāng)液料比達(dá)到17∶1時(shí)，隨著液料比的增加提取率反而降低，沒有明顯的增高，因此選用17∶1的液料比較為合適。

2.1.3 不同溫度對(duì)多糖提取率的影響

提取溫度是影響啤特果多糖提取率的重要因素。溫度的升高有助于多糖的有效提取，在液料比15∶1，浸提時(shí)間2h，醇析濃度為67%條件下，改變浸提溫度比進(jìn)行多糖提取，溫度對(duì)多糖提取率影響曲線見圖3。由圖3可知，隨著溫度的升高，多糖的提取率有所提高，但是達(dá)到80℃以后提取率的增加程度不是很明顯，考慮到設(shè)備及能耗的情況，因而選用80℃較為合適。

圖3 溫度對(duì)多糖提取率的影響

2.1.4 不同提取時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響

為了保證多糖的充分提取，在液料比15∶1，浸提溫度為80℃，醇析濃度為67%條件下，改變提取時(shí)間進(jìn)行多糖提取，由圖4可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，啤特果多糖的提取率有所提高，但是提取率增加的程度變化不是很明顯，因此提取時(shí)間對(duì)啤特果多糖的影響不大，出于經(jīng)濟(jì)考慮一般選用1 h的時(shí)間較為合適。

圖4 提取時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響

2.2 響應(yīng)面法提取條件的優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)Box-Behnken［10］中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取提取時(shí)間為1h，對(duì)啤特果多糖提取影響顯著的3個(gè)因素 (乙醇濃度、液料比、浸提溫度)，設(shè)計(jì)了3因素3水平的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，水平及編碼表見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平編碼表

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

使用Design Expert7.0軟件，以乙醇濃度、液料比、提取溫度為響應(yīng)變量，以啤特果多糖提取率為響應(yīng)值對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到表3回歸方程方差分析表，利用軟件進(jìn)行非線性回歸的二次多項(xiàng)式擬合，得到預(yù)測(cè)模型如下:

表3 回歸方程方差分析表

由表3回歸方差分析顯著性檢驗(yàn)表明，該模型回歸顯著(P＜0.000 1)，失擬項(xiàng)顯著，模型 R2=0.995 2，R2Adj=0.989 1，說明該模型與實(shí)際實(shí)驗(yàn)擬合較好，自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著，可以用于啤特果多糖提取工藝實(shí)驗(yàn)的預(yù)測(cè)。

2.2.2 各因素之間的交互作用

圖5 液料比和乙醇濃度對(duì)多糖提取率影響的響應(yīng)面圖

圖6 溫度和乙醇濃度對(duì)多糖提取率影響的響應(yīng)面圖

圖7 溫度和液料比對(duì)多糖提取率影響的響應(yīng)面圖

根據(jù)回歸方程，做出響應(yīng)面分析圖，如圖5～圖7，結(jié)合方差分析結(jié)果表明:FA=3.91，F(xiàn)B=70.89，F(xiàn)C=106.97，各因素的F值越大，表明對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響越大，即重要性越大。由此，各因素對(duì)啤特果多糖提取率的影響程度大小順序?yàn)?C(提取溫度)﹥B(液料比)﹥A(乙醇體積分?jǐn)?shù))。

2.2.3 最佳工藝條件及其驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步確定最佳點(diǎn)，在模型濃度范圍內(nèi)選擇出發(fā)點(diǎn)，使用快速上升法進(jìn)行優(yōu)化得到的啤特果多糖提取的最佳方案為:乙醇體積分?jǐn)?shù)為72.77%，液料比為15.33∶1(mL:g)，提取溫度83.06℃。啤特果多糖提取率7.229 34%?？紤]到實(shí)際操作的便利，將提取工藝參數(shù)修正為乙醇體積分?jǐn)?shù)為72%，液料比為15∶1，提取溫度為83℃。以上述條件進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，重復(fù)3次實(shí)際測(cè)得的多糖提取率分別為7.15%、7.01%、8.31%，平均多糖提取率為7.49%。與理論預(yù)測(cè)值相比，其相對(duì)誤差約為3.61%。說明通過響應(yīng)面優(yōu)化后得出的回歸方程具有一定的實(shí)踐意義。

4 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，及在此基礎(chǔ)上的三因素三水平響應(yīng)面分析法試驗(yàn)，確定了啤特果多糖提取的最佳工藝參數(shù)為:提取溫度83℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)72%、液料比15∶1(mL:g)，在此條件下多糖提取率為7.49%。

［1］ 安樹康.皮胎果梨營(yíng)養(yǎng)成分定量分析［J］.中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng).2005(6):43－46.

［2］ 陳群.植物多糖免疫調(diào)節(jié)作用和抗腫瘤活性［J］.安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2001，7(1):43－46.

［3］ 鄭素玲，郭立英，范永山.杏鮑菇多糖對(duì)老齡小鼠抗疲勞能力的影響［J］.食品科學(xué)，2010，31(7):269－271.

［4］ 史亞麗，楊立紅，蔡德華，等.杏鮑菇多糖對(duì)力竭小鼠抗氧化、抗損傷的作用［J］.體育學(xué)刊，2005，12(1):56－58.

［5］ 李平，王艷輝.堿提山茱萸多糖的理化性質(zhì)及抗氧化活性研究［J］.中草藥，2003(11):11－13.

［6］ 劉培勛，高小榮.銀耳堿提多糖抗氧化活性研究［J］.中國(guó)生化藥物雜志，2005(3):169.

［7］ 夏泉，劉鋼，葛朝亮，等.Sevag法去除黃芪粗多糖中蛋白質(zhì)成分的研究［J］.安徽醫(yī)藥，2007，11(12):1 069－1 070.

［8］ 張青，張?zhí)烀?苯酚-硫酸比色法測(cè)定多糖含量［J］.山東食品科技，2004，13(7):17 －18.

［9］ 劉軍海，黃寶旭，蔣德超.響應(yīng)面分析法優(yōu)化艾葉多糖提取工藝研究［J］.食品科學(xué)，2009，30(2):114－118.

Optimization of Extraction Processing of Polysaccharide from Piteguo by Response Surface Methodology

Yang Ming-jun1，Wu Jing2，Wang Yong-gang1，Li Zhi-zhong1
1(School of Life Science and Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)2(Lanzhou Jinchuan New Meterials Co.，Ltd.，Jinchang 730000，China)

To optimize the extraction processing of polysaccharide from Piteguo.Based on single-factor experiments and the principles of Box-Behnken central composite experimental design，response surface methodology(RSM)with 3 factors and 3 levels was used to explore the effect of each factor on extraction rate of polysaccharide.The optimal extraction processing conditions of polysaccharide were Ethanol concentration of 72%，water-material ratio of 15:1(mL/g)and extraction temperature of 83℃.Under the optimal extraction conditions，the extraction rate of polysaccharide was up to 7.49%.Conclusion:RSM can improve extraction rate of polysaccharide from Piteguo.

Piteguo，polysaccharide，extraction，response surface methodology(RSM)

博士，副教授。

*甘肅省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(0908ZTB090)，蘭州理工大學(xué)博士基金項(xiàng)目(0908ZXC129)

2011－07－13，改回日期:2011－10－23