玉米須多糖的微波-超聲波協(xié)同提取工藝優(yōu)化探究

□ 陳珊珊 哈爾濱市第二醫(yī)院 宋冬晶 建德市第一人民醫(yī)院 葛鵬玲 黑龍江中醫(yī)藥大學

玉米須性甘、平，為禾本科植物玉蜀黍的干燥花柱和柱頭，是常用中藥之一，臨床主要用于治療水腫、消渴、痛風及眩暈等，在各項試驗研究中尚未發(fā)現玉米須對人體有急、慢性毒副作用，其主要活性成分有多糖、黃酮、皂苷、甾醇和多酚等[1—3]。現代藥理研究表明，多糖類物質具有降血糖、免疫調節(jié)、抗腫瘤等多種功效活性，且安全無副作用[4—5]，近些年研究發(fā)現，多糖類物質對于阿爾茨海默病的抑制也具有積極作用[6—9]。目前，對于多糖的提取研究主要集中在煎煮法、酶解法和超聲波輔助提取法等[10—12]，而利用微波—超聲波協(xié)同作用提取多糖的研究報道較少。

微波輔助萃取技術可以加快傳統(tǒng)萃取方法的傳熱傳質過程，利用微波的熱作用使目標產物溶于溶劑，從而達到萃取的目的。微波—超聲波協(xié)同作用就是將超聲波的機械振蕩效應與微波的熱效應相結合，使反應過程中整個體系受熱均勻，加速分子運動，促使分子間氫鍵更容易斷裂[13—14]。利用其協(xié)同作用產生的機械效應、熱效應及空化效應等破壞大分子物質的共價鍵，促進其降解，同時增加溶劑穿透力，加速目標成分進入溶劑，促進提取的進行。目前，該項技術廣泛應用于食品及藥品活性成分的提取[15]。

本文采用微波—超聲波協(xié)同作用提取玉米須多糖，研究了微波功率、反應時間、液料比及微波溫度對玉米須多糖得率的影響。采用響應面設計法優(yōu)化試驗條件，建立回歸模型，旨在提高玉米須多糖的得率，為玉米的綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料

玉米須，購自當地市場；無水乙醇，分析純，北京化工廠；硫酸，分析純，長春市化學試劑廠；苯酚，分析純，天津華東試劑廠；超純水，電阻率18.2 MΩ·cm，自制。

1.1.2 設備

XO—SM 50型超聲波微波組合系統(tǒng)，南京先歐儀器制造有限公司；LG 08 A高速中藥粉碎機，浙江省瑞安市百信藥機器械廠；101 A—1 ET電熱鼓風干燥箱，上海試驗儀器廠有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 玉米須多糖的提取方法

將玉米須干燥、粉碎后過60目篩。玉米須粉末分散于蒸餾水中浸泡12 h，置于微波—超聲波反應器中，固定超聲波功率25 Hz，設置適當的微波功率、液料比、反應時間及溫度進行提取，過濾，取上清液，用95%乙醇沉淀，將沉淀物冷凍干燥后備用。

1.2.2 玉米須多糖提取單因素試驗

稱取玉米須，按1.2.1方法提取多糖，以玉米須多糖得率（Y）為指標進行單因素試驗分析，因素水平表設計見表1。

表1 單因素試驗因素水平表

1.2.3 玉米須多糖工藝優(yōu)化試驗

根據單因素試驗結果，選取微波功率、反應時間和液料比為自變量，以多糖得率Y為響應值，采用Box—Behnken響應面法設計3因素3水平試驗，見表2，試驗結果擬合為二次回歸方程。

1.3 數據統(tǒng)計與分析

試驗數據采用SPSS、Origin等軟件進行處理與統(tǒng)計分析，利用P≤0.05的Duncan新復極差法進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 微波功率對玉米須多糖得率的影響

表2 響應面分析因素水平表

由圖1知，多糖的得率隨著微波功率的增大呈先增大后減小趨勢，當微波功率達到500 W時，多糖得率出現最大值7.13%。這是因為微波可以使反應物瞬間產生高熱，同時在超聲波的空化效應和機械作用下，反應過程中分子劇烈運動產生碰撞，加快了反應速度，促進多糖溶出，當微波功率過高時，有部分多糖被碳化，導致多糖得率下降。綜上，微波功率400 W和500 W對多糖得率影響不明顯，考慮節(jié)省能源，因此，選擇微波功率400 W較適合。

2.1.2 反應時間對玉米須多糖得率的影響

由圖2可知，隨反應時間的增加，多糖的得率呈先增大后減小趨勢，當反應時間為20 min時，多糖得率達到最大值7.36%。這是因為當反應時間較短時，反應不完全，隨著反應時間的延長，反應會過度進行，導致部分多糖降解。因此，反應時間選擇20 min較適合。

2.1.3 微波溫度對玉米須多糖得率的影響

由圖3可知，隨著微波溫度的升高，多糖得率也隨之增大，而當微波溫度繼續(xù)升高時，多糖得率則隨之緩慢下降且趨于平穩(wěn)。可見，微波溫度對多糖得率影響不明顯。

2.1.4 液料比對玉米須多糖得率的影響

由圖4可知，隨著液料比的增加，多糖得率呈先增大后減小的趨勢，當液料比為40∶1時，玉米須多糖得率達到最大值5.58%。因此，選擇液料比為40∶1較為適合。

2.2 響應面優(yōu)化試驗結果與分析

2.2.1 響應面試驗結果

根據單因素試驗結果，設計3因素3水平響應面優(yōu)化試驗，試驗設計及結果見表3。

圖1 微波功率對多糖得率的影響

圖2 反應時間對多糖得率的影響

圖3 微波溫度對多糖得率的影響

2.2.2 模型的建立及檢驗

對表3中試驗數據進行處理得到二次回歸模型，并對該模型進行方差分析和顯著性檢驗，結果見表4。該模型的P＜0.000 1，表明模型差異極顯著，模型的相關系數為R2=0.997 0，校正相關系數為R2Adj=0.993 2，說明該模型與實際試驗擬合程度良好，誤差較小，因此，能很好地對響應值進行分析和預測。

圖4 液料比對多糖得率的影響

表3 響應面法試驗設計及試驗結果

由表4可知，該模型中X1、X3、X2X3、X1

2、X2

2和X32項對多糖得率的影響極為顯著。從F值可以看出各因素對多糖得率的影響順序為：X3＞X1＞X2，即液料比＞微波功率＞反應時間。根據方差分析和回歸方程系數顯著性檢驗結果，將差異不顯著因子剔除后的回歸方程為：

2.2.3 回歸方程綜合尋優(yōu)與驗證

尋優(yōu)目標為多糖得率，經綜合尋優(yōu)得到，當微波功率為451.81 W、反應時間為18.40 min、液料比為37.75∶1（mL∶g）時，預測得出多糖得率為5.97%。利用得到的優(yōu)化工藝條件平行試驗3次，驗證模型的可行性，得到多糖得率為5.98%、6.02%和5.94%，平均值5.98%，驗證試驗得到的結果與模型預測值較接近，重現性良好，表明模型的預測結果良好。

3 結論

①采用微波—超聲波協(xié)同作用提取玉米須多糖，通過優(yōu)化試驗得到最優(yōu)工藝參數為：微波功率為451.81 W、反應時間為18.40 min、液料比為37.75∶1（mL∶g），預測得到多糖得率為5.97%。在最優(yōu)工藝條件下驗證試驗得到多糖得率為5.98%。結果表明工藝優(yōu)化科學合理，可為玉米須多糖的提取制備提供依據。②以玉米須為原料制備多糖，可以提高玉米的綜合利用價值，同時該多糖可廣泛應用于食品及藥品相關行業(yè)。

表4 Box-Behnken設計分析