響應曲面法優(yōu)化玉米須多糖提取工藝的研究

王藝帷，唐艷花，吳 娜，王 靜*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟管理學院，昆明650201;2.紅河學院理學院，云南蒙自661100)

玉米須又名玉米胡子，為我國常用藥材品種之一［1］。玉米須中含有生物堿、皂甙、甾醇和多糖等多種活性成分，有利尿、清血熱、平肝和降血糖等功效，可用于治療黃疸、乳糜血尿、血崩等癥。多糖是玉米須中主要的功效成分之一，玉米須多糖無毒，有降血糖、抗癌，提高免疫活性等功效［2－3］。目前，玉米須多糖的提取方法有常規(guī)水提法、超聲波輔助提取法、纖維素酶法。而微波輔助提取乙醇沉淀法提取玉米須多糖尚未見報道。

本研究以玉米須為原料，采用微波輔助提取，乙醇沉淀的方法提取玉米須多糖?？疾炝肆弦罕?、微波提取時間、微波提取溫度對多糖提取率的影響，并采用響應曲面法對提取工藝進行優(yōu)化。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

新鮮玉米須。苯酚、硫酸、乙醇均為分析純。MAS－Ⅱ型常溫微波萃取儀(上海新儀微波化學科技有限公司);UV－2000X型紫外－可見分光光度計(上海尤尼科有限公司);FA1004型電子天平(上海精密科學儀器有限公司)。

1.2 玉米須多糖的提取

1.2.1 微波提取

精確稱取玉米須粉粒5 g于燒杯中，加入8～16倍蒸餾水浸泡24 h，置于微波萃取儀專用三頸燒瓶中，在提取溫度90℃、提取時間0.5 h，微波功率900 W，微波頻率2 450 MHz的條件下于微波萃取儀加熱，用玻砂漏斗過濾得到提取液。

1.2.2 乙醇沉淀法從提取液中提取多糖

將提取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，加乙醇并攪拌;靜置;4 000 r/min離心分離10 min，棄去上清液，收集得到多糖。

1.2.3 玉米須多糖測定方法

采用苯酚－硫酸法測定玉米須多糖含量［7－9］。

1.3 實驗方案

1.3.1 玉米須多糖提取影響因素實驗

提取溫度、提取時間、料液比等均會影響玉米須多糖的溶出。采用單因素實驗考察提取溫度、提取時間、料液比對多糖提取率的影響。

1.3.2 玉米須多糖提取Box－Behnken Design(BBD)實驗設計

采用Design－Expert軟件進行實驗設計考察［10］，選取料液比、提取時間、提取溫度3因素為提取效果影響因素，分別用A、B、C表示，每個自變量的低、中、高試水平分別以－1、0、1編碼。以多糖含量(Y)為響應值。試驗因素與水平設計詳見表1。

表1 BBD響應面因素水平表Tab.1 BBD response surface level of form factors

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 料液比對提取率的影響

提取溫度90℃，提取時間0.5 h，微波功率900 W，微波頻率2 450 MHz，取料液比為1∶4，1∶8、1∶12、1∶16、1∶20(g/mL)，考察料液比對玉米須多糖提取率的影響。實驗結(jié)果見圖1。

圖1 料液比對玉米須多糖提取率的影響Fig.1 Effect of solid－liquid ratio on the extraction rate of polysaccharides corn

由圖1知，料液比增加，多糖提取率也增加，1:16(g/mL)的時候達到最大，這是因為料液比大，使玉米須細胞內(nèi)外的多糖濃度差增大，有利于多糖浸出，但由于玉米須本身干燥易吸水，料液比過高會影響多糖的提取。

2.1.2 溫度對多糖提取率的影響

料液比為1∶8(g/mL)，提取時間0.5 h，微波功率900 W，微波頻率2 450 MHz溫度分別為60、70、80、90、100℃，考察提取溫度對玉米須多糖提取率的影響。

實驗結(jié)果見圖2。由圖2知，在70～90℃之間，隨著溫度升高，提取率也增加，當溫度為90℃時達到最大。而隨著溫度升高，提取率反而降低，這是因為溫度過低則多糖提取不完全，溫度過高會使多糖水解，影響提取率。

圖2 溫度對玉米須多糖提取率的影響Fig.2 Effect of temperature on the extraction rate of polysaccharides corn

2.1.3 提取時間對多糖提取率的影響

料液比為1∶8(g/mL)，提取溫度90℃，微波功率900 W，微波頻率2 450 MHz，提取時間分別為10、20 、30 、40 、50 min，考察提取時間對玉米須多糖提取率的影響。實驗結(jié)果見圖3。由圖3知，在10～30 min內(nèi)，隨著時間的增加，提取率也跟著增加，但隨著時間繼續(xù)增加，提取率開始降低，這是因為隨著時間的增加，部分多糖會發(fā)生降解。

圖3 提取時間對玉米須多糖提取率的影響Fig.3 Effect of extraction time on the extraction rate of polysaccharides corn

2.2 BBD響應面實驗設計

采用Design－Expert軟件進行實驗設計考察，實驗有17個點，其中12個析因點，2個零點。零點試驗重復5次，以多糖含量為響應值。結(jié)果見表2。

表2 BBD響應面實驗設計及結(jié)果Tab.2 BBD response surface experimental design and results

2.3 建立模型方程與方差分析

應用Design－Expert 8.0.6軟件對表2中的數(shù)據(jù)進行二次回歸方程擬合，得到料液比(A)、溫度(B)、時間(C)、多糖提取率之間的二次多項回歸方程:

對上述回歸模型進行顯著性檢驗，結(jié)果見表3。

表3 回歸模型方差分析Tab.3 Regression model analysis of variance

2.4 響應面分析及最優(yōu)提取條件的確定

2.4.1 響應面分析

圖4～圖6為實驗所得的優(yōu)化響應曲面，反應了當料液比、提取時間、提取溫度3個因素中任意兩個因素的交互作用對玉米須多糖提取率的影響，曲面陡表明該因素對多糖的提取率影響顯著，曲面平緩表明該因素對多糖的提取率影響不顯著，等高線的形狀反應兩因素的交互作用的強弱，橢圓形表明交互作用強，影響顯著，圓形則相反。圖4中提取溫度的曲面陡峭，料液比的曲面平緩，說明提取溫度對多糖提取率的影響比料液比大，等高線為橢圓形，說明溫度和料液比的交互作用顯著。圖5中提取時間的曲面陡峭，料液比的曲面平緩，說明提取時間對多糖提取率的影響比料液比大。等高線為橢圓形，說明提取時間和料液比的交互作用顯著。圖6中提取時間和提取溫度的都較為平緩，說明提取時間和提取溫度對多糖提取率的影響差不多。等高線為圓形，說明提取時間和料液比的交互作用不顯著。

圖4 溫度和時間對玉米須多糖提取率的響應面Fig.4 Effect of temperature and time on the extraction rate of polysaccharides corn response surface

圖5 時間和料液比對玉米須多糖提取率的響應面Fig.5 Time and solid－liquid ratio on the extraction rate of polysaccharides corn response surface

圖6 時間和溫度對玉米須多糖提取率的響應面Fig.6 Effect of time and temperature on the extraction rate of polysaccharides corn response surface

2.4.2 最優(yōu)條件確定

由表3可知，該回歸模型極顯著(p＜0.0001)，且方程的失擬項不顯著(p=0.1327＞0.05)，表明該方程對實驗擬合情況較好，實驗誤差小。

通過軟件分析，得到玉米須多糖提取的最佳條件為:料液比 1∶8.01(g/mL)、提取溫度92.37℃、提取時間30 min，在此條件下，玉米須多糖提取率預測值為1.12%.為檢驗響應曲面法所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化條件提取玉米須多糖，考慮到實際操作的便利，將提取參數(shù)修正為:料液比1∶8(g/mL)，提取溫度93℃、提取時間30 min，在此修正條件下玉米須多糖的提取率為1.13%，與理論預測值相比，相對誤差為0.88%。因此，基于響應曲面法所得的優(yōu)化提取方法參數(shù)準確可靠，具有實用價值。

3 結(jié)論

本研究采用微波提取－乙醇沉法提取玉米須多糖，通過單因素實驗和Box－Behnken中心組合設計原理，設計3因素3水平實驗，利用Design－Expert軟件進行響應面分析，建立玉米須多糖提取的回歸方程。經(jīng)檢驗該回歸方程能夠較好的預測玉米須多糖的提取率。經(jīng)回歸優(yōu)化后的玉米須多糖的最佳提取工藝條件為料液比1∶8(g/mL)，提取溫度93℃、提取時間30 min。

［1］湯魯宏，丁宵霖，尤麗芬，等.玉米須生物活性成分的初步研究—玉米須多糖其免疫增強作用［J］.無錫輕工大學學報1995，14(4):319－325.

［2］楊靈玲，農(nóng)紹莊，崔瑾，等.玉米須多糖的降血糖作用研究［J］食品科技，2011，36(3):152－154.

［3］胡瑛瑛，樓肖成，郭勇，等.玉米須多糖的研究進展［J］安徽農(nóng)學通報，2009，15(8):36－37.

［4］紀莉蓮.玉米須多糖的提取及其對無蔗糖雙歧酸奶品質(zhì)的影響［J］中國乳品工業(yè)，1999，27(3):29－31.

［5］張陸軍，陳蕓蕓.太子參多糖制備工藝研究［J］.中國中藥雜志，2004，29(12):1201－1203.

［6］方崇波，趙夏雨，吳巧風.苯酚硫酸法測定獼猴桃多糖注射劑中多糖的含量［J］.海峽藥學，2010，22(10):64－66.

［7］國家藥典委員會.中華人民共和國藥典:一部［M］.2010版.北京:中國醫(yī)藥科技出版社，2010:265.

［8］許琳，劉建偉.米糠多糖乙醇沉淀工藝特性的研究［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工·學刊，2008(4):22－24.

［9］Andre'I.K，Siuli M.Response surface methodology［J］.Advanced Review，2010(2):128－149.

［10］溫志英，張朝.響應面優(yōu)化柑桔皮黃素微波輔助提取工藝［J］.中國農(nóng)學通報，2011，27(4):350－355.