微波辅助提取酸浆籽中多糖方法优化

于开源，鞠晓峰，宫春颖

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院,大庆163319;2.黑龙江八一农垦大学动物科技学院）

酸浆（Physalis alpepengi）亦称红姑娘，我国许多地区都有分布，以北方和西北地区种植广泛。酸浆属茄科多年生草本植物，果肉柔嫩多汁，内附大量小而坚硬且呈黄色的种子，其种子的重量约占总果实重量的60%左右。酸浆具有清热解毒、镇痛、强心、利咽、化痰、利尿、降血糖等功效[1]。酸浆是适应性极强的作物，且全草可入药，是一种很有开发前途的果药兼用的经济植物。近几十年来，寻找一种资源相对丰富，成本低廉的植物多糖已成为食品界、医学界关注的热点。目前对于植物种子中多糖的提取方法很多，有热水提取法、超声提取法、酶法等。但这些工艺时间长、成本高，需要寻找其他方法。其中主要是利用微波辅助提取多糖[2-4]，并以苯酚—硫酸比色法[5-6]测定酸浆籽粕中的多糖。选择微波辅助提取法作为酸浆籽粕中多糖的提取工艺，主要是近些年对酸浆研究多以其成分和药用价值为主，但对其深加工方面尚未多见报道。研究以黑龙江产酸浆为原料，经超临界CO2脱脂处理后的酸浆籽后，通过响应面优化确定多糖的最佳提取工艺参数，并考察微波辅助工艺对酸浆籽粕中多糖提取率的影响。

1 实验设计与方法

1.1 实验材料及仪器

1.1.1 原材料

酸浆，购于黑龙江省建三江农管局（七星农场）；超临界CO2萃取后的脱脂酸浆籽粕（黑龙江八一农大学食品学院自制）。

1.1.2 主要试剂

试剂：葡萄糖、苯酚、浓硫酸、无水乙醇、丙醇、石油醚、乙醚、氯仿、正丁醇等，以上均为分析纯。

1.1.3 主要仪器

分析天平（FA110AN），上海民桥紧密科学仪器有限公司；数显恒温水浴锅（HH-1），江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；高速万能粉碎机（FW100），天津市泰斯特仪器有限公司；分光光度计（722S），上海精密科学仪器有限公司；台式离心机（TD4A），长沙英泰仪器有限公司；电热恒温干燥箱（DGG-9140B），上海森信实验仪器有限公司；旋转蒸发仪（RE-52AA），上海亚荣生化仪器厂；其他常规玻璃仪器。

1.2 实验方法

1.2.1 酸浆籽中多糖提取工艺流程

脱脂酸浆籽→粉碎过筛（40目）→石油醚脱脂→乙醇提取→微波提取→离心→减压浓缩→脱蛋白→离心→乙醇沉淀（95%）→离心→无水乙醇、丙酮、乙醚洗涤→真空干燥→酸浆籽（粗多糖）

1.2.2 葡萄糖标准曲线的制作

1.2.2.1 标准曲线绘制

分别取葡萄糖标准液0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0和7.0mL并定容至100mL，然后分别取1mL稀释液，加入苯酚液1 mL，再迅速滴加浓硫酸5 mL；另以1 mL水同上操作，作为空白液。在40℃水浴中反应0.5 h后取出，冷却，用分光光度计在490 nm处测定其吸光值。

1.2.2.2 样品中酸浆籽中多糖含量的测定

将离心所得的沉淀复溶于水，稀释后用100mL容量瓶定容。然后按照标准曲线的绘制方法操作，在490 nm处进行吸光度的测定。将所得吸光值代入由图1所得标准曲线方程中，计算出多糖稀释液中多糖的浓度。最后根据公式：多糖提取率%=（C·D）/W×100%（其中：C—多糖稀释液中多糖的浓度，μg·mL-1；D—多糖稀释倍数；W—多糖质量，g）计算多糖得率。

1.2.3 酸浆籽多糖提取的单因素实验

1.2.3.1 不同微波处理时间对酸浆籽中多糖提取率的影响

称取质量相同的样品5份，分别置于250mL锥形瓶，各加入100mL蒸馏水，在微波功率为120W，微波时间分别为3、3.5、4、4.5和5min的条件下进行处理，离心，取上清液，测定波长为490 nm，测吸光值。

1.2.3.2 不同微波功率对酸浆籽中多糖提取率的影响

称取质量相同的样品5份，分别置于250 mL锥形瓶，各加入100 mL蒸馏水，在选定的处理时间条件下，微波功率分别为120、250、450、600和700W。经微波处理后，离心，取上清液，同上测吸光值。

1.2.3.3 不同料液比对酸浆籽粕中多糖提取率的影响称取质量相同的样品5份，分别置于250 mL锥形瓶，在选定的微波萃取时间和微波功率条件下，使料液比分别为1∶5、1∶10、1∶15、1∶20和1∶25。经微波处理后，离心，取上清液，同上测吸光值。

2 实验结果与分析

2.1 多糖的测定标准

以葡萄糖质量浓度为X轴、吸不度为Y轴，绘制标准曲线，由标准曲线图可得回归方程为：y=0.799 8x+0.027 7，R2=0.996 3，在0.1～0.9 g·L-1范围内糖的质量浓度与吸光度有良好的线性关系。

图1 葡萄糖标准曲线Fig.1 The standard curve of glucose

2.2 不同单因素对酸浆籽多糖提取率的影响

2.2.1 微波处理时间对酸浆籽中多糖提取的影响

不同处理时间对酸浆籽中多糖提取率的影响结果见图2。

图2 微波处理时间对提取率的影响Fig.2 Effectof times ofmicrowave extraction on extraction rate

由图2可知，微波处理时间低于80 s时，酸浆籽粕中多糖的提取率随着时间增加而增加；80 s时，多糖提取率达到最高值；当处理时间高于80 s时，多糖的提取率反而下降。这是由于较长时间的微波处理，使细胞内其他杂质的溶出量增多，而这些杂质的存在影响到多糖的溶出效率。因此，采用微波处理所需的提取时间很短，相对于传统的提取方法，微波辅助提取法可以大大提高生产效率。

2.3 微波功率对酸浆籽中的多糖提取率的影响

不同微波功率对酸浆籽粕中的多糖提取率的影响见图3。

图3 微波功率对提取率的影响Fig.2 Effect ofmicrowave power on extraction rate

图3表明，随着微波功率的增大，酸浆籽中多糖的提取率呈上升趋势。但当功率过大时，提取率反而降低，这是由于过高的微波功率引起了酸浆籽中多糖糖苷键的断裂，因此，微波提取酸浆籽中多糖应选取适当的微波功率。

2.4 料液比对酸浆籽多糖提取率的影响

不同料液比对酸浆籽中多糖提取率的影响结果见图4。

图4 料液比对提取率的影响Fig.4 Effectof the ratio ofmaterial to water on extraction rate

图4表明，在一定范围内，料液比大，酸浆籽粕中多糖的提取率高，这说明料液比在1∶10时，多糖的溶出量最多，但料液比大于1∶10后，多糖提取率增加量不明显。因较大的料液比会给后序工序带来困难，故选用1∶10的料液比为宜。

2.5 响应法优化酸浆籽中多糖提取条件

根据Box-Behnken的中心组合设计原理[7-9]，以烘烤时间、微波功率和微波时间三个因素为自变量（分别以X1，X2，X3表示），以多糖提取率为响应值设计了三因素三水平共15个实验点的响应面分析实验，15个实验点分为12个析因点和3个零点，每个试验因素水平选取如表1。

表1 酸浆籽多糖提取工艺三因素三水平响应面分析试验设计表Table1 Physalis seed polysaccharide extract process three factors and three levels of response surface analysis test design

实验以随机次序进行，将实验所得的多糖提取率用Minitab15.0程序进行分析，得出响应面分析图、回归拟合方程以及方差分析表。响应面实验设计与结果见表。

利用Minitab软件对实验数据进行分析，由表3得出拟合二次多项式方程为：

表2 微波法提取条件优化试验设计及结果Table2 Microwave extraction conditions optimization of experimental design and results

表3 三因素三水平中心组合参数估计Table3 Three factors and three levels center combination parameter estimation

表4 方差分析Table4 Analysis of Variance

由表4可知，对方程影响显著程度由大到小依次为料液比、微波处理功率、微波时间，其中料液比处理比微波处理功率和微波加热时间对方程影响最极显著，这说明料液比对实验起关键作用，用微波加热处理后，时间过长物料可能变性，影响其提取率，并且得知方程一次项和二次项是极显著的，所以各因素之间并不是简单的线性关系，而是二次关系。由表4可知模型的回归显著，交互作用较好；失拟项F值很小为1.96，表明该方程对实验拟合情况好，实验误差小。因此可以用该回归方程代替实验真实点对实验结果进行分析。

同时做出中心组合设计实验所得的三组响应面曲面图（图5～图7）。响应面图形是特定的响应值Y（多糖提取率）对应的因素X1、X2、X3构成的一个三维空间在二维平面上的等高图，可以直观地反映各因素的交互作用以及对响应值的影响。图中可看到拟合曲面有最大值，对拟合方程求偏导，可得出模型最大值，即为最优的试验方案。

图5 料液比和微波功率对多糖提取率的响应面分析Fig.5 The solid-liquid ratio and microwave power on the extraction yield response surface analysis

图6 微波时间和料液比对多糖提取率的响应面分析Fig.6 Microwave time and solid-liquid ratio on the extraction yield response surface analysis

为了进一步确证最佳点的值，利用上述分析进行最优工艺的推导，对回归方程取一阶偏导数为零并整理得：

图7 微波功率和微波时间对脱皮率的响应面分析Fig.7 The response surface analysis of micro wave power and micro wave time peeling rate

联立上述（2）、（3）、（4）三个方程求解，得到X1=0.055 5，X2=0.236 0，X3=0.046 8。换算后得到最佳工艺条件是料液比为11.161 6、微波功率为610.606W、微波时间为82.020 2 s。由回归方程预测多糖提取率的理论脱皮率为5.54%。

实验设计上为了检验响应面法所得结果，采用上述优化条件重复实验3次，将提取率工艺参数修正为：料液比1∶12，微波功率610W，微波处理时间83 s。在此条件下实际多糖提取率为5.57%，与理论预测值相比，其相对误差约为0.54%，说明了回归方程的预测值与试验值之间具有较好的拟合度。

3 结论

3.1 硫酸—苯酚法是利用单糖与硫酸—苯酚试剂反应生成橙黄色溶液，在波长490 nm处有特征吸收而进行含量测定的。在采用硫酸—苯酚法测定多糖含量时，配制的苯酚要放在冰箱里，防止苯酚在温度较高和光照时被氧化。此法操作简单、灵敏度高、重现性、稳定性较好。

3.2 通过单因素实验微波辅助提取酸浆籽中多糖最佳的提取工艺条件，即料液比1∶10，微波功率600W，微波处理时间80 s。经过响应面优化，微波辅助提取酸浆籽中多糖最佳的提取工艺条件，即料液比1∶12，微波功率610W，微波处理时间83 s酸浆籽粕中多糖提取率最大，为5.57%。

3.3 通过验证性实验证明了响应面优化的实验条件的可靠性，实验结果与预测值具有较好的拟合，证明采用响应法优化对微波法辅助提取酸浆籽中多糖提取率的实验设计可靠，具有可行性。

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