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    響應(yīng)面法優(yōu)化超聲輔助提取桃膠多糖的工藝研究

    2023-03-22 03:58:18何宇城俞錳錳韋艷雪陳豪羿梅高翔辛振麒馬國榮袁建鋒
    農(nóng)產(chǎn)品加工 2023年3期
    關(guān)鍵詞:桃膠超聲波葡萄糖

    何宇城,俞錳錳,韋艷雪,王 超,付 晨,陳豪羿,梅高翔,辛振麒,馬國榮,袁建鋒

    (1. 浙江師范大學(xué)行知學(xué)院,浙江金華 321004;2. 浙江蘭溪錦榮生物科技股份有限公司,浙江金華 321004)

    桃膠別名桃樹膠。桃、李等薔薇科植物的樹干受外力割傷,或者被微生物感染后,傷口處分泌的膠質(zhì)物即為桃膠。新鮮的桃膠顏色為淺紅色或者淺黃色,呈半透明狀。桃膠干燥后質(zhì)地由膠質(zhì)變?yōu)橘|(zhì)地堅(jiān)硬的固體,使用工具切割,可見切割面有光澤感[1]。桃膠中含有大量多糖,主要組成有鼠李糖、半乳糖、α - 葡萄糖醛酸等[2],中醫(yī)認(rèn)為其具備益氣、活血、止渴之功效,也能降低血脂[3]。隨著研究的不斷深入,桃膠目前在化妝品、印染、化工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域已有應(yīng)用[4]。

    多糖的提取主要有溶劑提取法[5]、微波輔助提取法[6]、酶輔助提取法[7]、雙水相提取法[8]、超聲波輔助提取法[9]、超濾法[10]、高壓脈沖法[11]等方法。超聲波提取法是利用超聲波產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng),破碎桃膠的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜,在短時(shí)間內(nèi)使其多糖擴(kuò)散到溶劑中。故采用超聲波輔助提取桃膠多糖,通過響應(yīng)面法確定其最佳工藝條件,以期為桃膠多糖提取產(chǎn)業(yè)化提供一定理論參考。

    1 材料與方法

    1.1 材料與儀器

    桃膠,購自浙江金華磐安;3,5 -二硝基水楊酸、氫氧化鈉、苯酚、亞硫酸氫鈉、葡萄糖,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

    JY92-ⅡN 超聲波細(xì)胞粉碎儀弄,寧波新芝生物科技股份有限公司產(chǎn)品;料理機(jī),美的集團(tuán)股份有限公司產(chǎn)品;Eppendorf centrifuge5810 R 型離心機(jī),德國艾本德股份公司產(chǎn)品。

    1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

    準(zhǔn)確稱取100 mg 葡萄糖,加蒸餾水溶解,轉(zhuǎn)移至100 mL 容量瓶中,定容至刻度;將其稀釋,得到葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液,配置質(zhì)量濃度分別為0.02,0.04,0.06,0.08,0.10 mg/mL 梯度的葡萄糖待測(cè)液。再加入DNS 試劑5 mL,100 ℃下水浴反應(yīng)5 min,冷卻后定容至25 mL,用分光光度計(jì)測(cè)定波長540 nm 處的吸光度。

    1.3 桃膠的預(yù)處理

    用料理機(jī)將購自浙江金華磐安的桃膠打成粉末,用80 目篩過濾,得到桃膠粉末。

    1.4 桃膠多糖的提取

    用蒸餾水按一定的料液比溶解桃膠粉末,在不同的超聲功率下提取相應(yīng)時(shí)間,離心得到上清液,加入6 mol/L 鹽酸,沸水浴條件下加熱1 h。冷卻后加蒸餾水稀釋,并且加入氫氧化鈉稀釋成中性,得桃膠多糖稀釋液。

    1.5 單因素試驗(yàn)

    為獲得桃膠多糖提取的最佳工藝,考查不同料液 比(1 ∶100,1 ∶150,1 ∶200,1 ∶250,1 ∶300)、超聲功率(125,150,175,200,225 W)、提取時(shí)間(10,15,20,25,30 min) 對(duì)桃膠多糖得率的影響。

    1.6 響應(yīng)面試驗(yàn)

    選取單因素試驗(yàn)中3 個(gè)最優(yōu)水平,構(gòu)建三因素三水平響應(yīng)面,優(yōu)化桃膠多糖提取工藝。

    1.7 樣品多糖含量測(cè)定

    運(yùn)用上述DNS 法,將提取液重復(fù)測(cè)定3 次,取3 次測(cè)得吸光度的平均值,然后代入線性方程計(jì)算出多糖的含量。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

    葡萄糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、吸光度為縱坐標(biāo),得到方程Y=9.39X-0.037 6,R2=0.999。結(jié)果表明當(dāng)葡萄糖質(zhì)量濃度為0.02~0.10 mg/mL 時(shí),與吸光度線性關(guān)系較好。

    葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

    圖1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

    2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

    2.2.1 料液比對(duì)桃膠多糖得率的影響

    料液比對(duì)桃膠多糖得率的影響見圖2。

    圖2 料液比對(duì)桃膠多糖得率的影響

    在提取功率200 W,提取時(shí)間15 min 的條件下,由圖2 可知,逐步增加料液比,桃膠多糖得率不斷提高,在料液比為1∶200 時(shí),桃膠多糖得率最高。進(jìn)一步增加料液比,桃膠多糖得率下降??赡苁沁^多的溶劑分散了超聲波對(duì)桃膠粉末的作用[12]。試驗(yàn)選取料液比1∶150,1∶200,1∶250(g∶mL) 進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析。

    2.2.2 超聲功率對(duì)桃膠多糖得率的影響

    超聲功率對(duì)桃膠多糖得率的影響見圖3。

    圖3 超聲功率對(duì)桃膠多糖得率的影響

    在料液比1∶200,提取時(shí)間15 min 的條件下,由圖3 可知,超聲功率為125~175 W,多糖得率隨著超聲功率的增加而增加,功率大于175 W 時(shí),多糖得率略有下降。超聲波可使細(xì)胞壁破壞,利于多糖溶出,但當(dāng)超聲功率過高時(shí),可能會(huì)引起局部溫度過高,導(dǎo)致多糖結(jié)構(gòu)被破壞,得率下降[13]。試驗(yàn)選取超聲功率150,175,200 W 進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析。

    2.2.3 提取時(shí)間對(duì)桃膠多糖得率的影響

    提取時(shí)間對(duì)桃膠多糖收率的影響見圖4。

    圖4 提取時(shí)間對(duì)桃膠多糖收率的影響

    在料液比1∶200,提取功率200 W 的條件下,由圖4 可知,在10~20 min 時(shí),多糖得率隨著時(shí)間的增加而增加,20 min 后得率下降??赡苁且?yàn)檫^長時(shí)間的超聲會(huì)破壞多糖分子結(jié)構(gòu),導(dǎo)致得率下降。試驗(yàn)選取提取時(shí)間15,20,25 min 進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析。

    2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化桃膠多糖的提取工藝

    Box-behnken 中心組合試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1,響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方差分析見表2。

    表1 Box-behnken 中心組合試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

    表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方差分析

    對(duì)表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到二次多項(xiàng)回歸模型為:

    二次模型的方差分析見表3。

    表3 二次模型的方差分析

    此模型的p值<0.01,具有顯著性差異,說明該多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型對(duì)試驗(yàn)擬合度較好。A2對(duì)得率有顯著性影響,C2對(duì)得率有極顯著影響。桃膠多糖得率受提取時(shí)間的影響最大,其次是料液比,最后是提取功率。

    料液比和超聲功率對(duì)多糖得率的影響見圖5,料液比和超聲時(shí)間對(duì)多糖得率的影響見圖6,超聲功率和超聲時(shí)間對(duì)多糖得率的影響見圖7。

    圖5 料液比和超聲功率對(duì)多糖得率的影響

    圖6 料液比和超聲時(shí)間對(duì)多糖得率的影響

    圖7 超聲功率和超聲時(shí)間對(duì)多糖得率的影響

    通過Design Expert 8.0.6 軟件對(duì)響應(yīng)面數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化,得到最佳工藝為料液比1∶203.5,超聲功率181 W,時(shí)間20.35 min 時(shí),理論得率可達(dá)到83.97%。

    3 驗(yàn)證試驗(yàn)

    為檢驗(yàn)響應(yīng)面模型是否擬合較好,設(shè)置料液比1∶203.5,超聲功率181 W,超聲時(shí)間20.35 min 試驗(yàn)組,進(jìn)行3 次平行試驗(yàn),測(cè)得桃膠多糖得率為83.94%,與理論值較為接近,說明響應(yīng)面模型擬合度較高。

    4 結(jié)論

    以桃膠粉碎后的粉末為原料,通過3 個(gè)不同的因素(料液比、超聲功率和超聲時(shí)間) 來進(jìn)行響應(yīng)面法的優(yōu)化,最終得到了桃膠多糖提取工藝參數(shù)為料液比1∶203.5,超聲功率181 W,超聲時(shí)間20.35 min時(shí),實(shí)際桃膠多糖得率可達(dá)到83.94%,為桃膠多糖提取工藝提供理論基礎(chǔ)。

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