正交试验对甘蔗渣多糖超声波提取工艺的优化

翁艳英++黄丹丽++周春月

摘要：结合解吸-超声波提取、硫酸-苯酚比色法对甘蔗（Saccharum officinarum）渣多糖成分进行提取研究，以多糖提取率为考察指标，通过单因素试验确定了影响甘蔗渣多糖提取率的影响因素为超声波提取时间、提取剂用量、液料比和解吸剂用量，结合正交试验法确定提取甘蔗渣多糖的最佳工艺条件为：超声提取时间55 min，提取温度70 ℃，料液比1∶25（g∶mL），解吸剂60%乙醇用量为12 mL，在此条件下重复试验，甘蔗渣多糖提取率达到0.695%。说明先解吸后超声波有利于甘蔗渣多糖的提取。

关键词：甘蔗（Saccharum officinarum）渣；多糖；解吸；超声波；正交试验

中图分类号：S566.1；R284.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）16-4023-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.16.049

The Orthogonal Optimization of Polysaccharides from Bagasse by Ultrasonic Extraction

WENG Yan-ying，HUANG Dan-li，ZHOU Chun-yue

（Department of Chemistry and Biology Engineering， Guangxi Colleges and Universities/Key Laboratory Breeding Base of Chemistry of Guangxi Southwest Plant Resources ， Guangxi Normal University for Nationalities， Chongzuo 532200， Guangxi ，China）

Abstract：Based on the desorption-ultrasonic extraction and phenol-sulfuric acid method， the extraction of bagasse polysaccharides were studied. The related factors influencing the yield of polysaccharides were studied through single-factor experiments. Factors included extracting time， extraction temperature， solid-liquid ratio and the dosage of desorption agent. And according to the orthogonal experimental design， the optimum extracting conditions of polysaccharides from bagasse were showed as following： with 60% ethanol as the desorption solvent，20 min desorption time and 12 mL solvent dose， extracting solvent was water ，extracting temperature was 70 ℃， solid-liquid ratio was 1∶25， extracting with ultrasonic for 55 min and extracting twice. Repeating the experiments under the best conditions，the extraction rate of polysaccharides could reach up to 0.695%. The method could be applied to the ultrasonic extracting of polysaccharides from Bagasse after desorption.

Key words： polysaccharides from bagasse； desorption； ultrasonic extraction； orthogonal experiment

近年来生物活性的多糖物质已经越来越受到人们的关注。植物多糖，相对分子质量大，结构复杂，给多糖的提取分离带来了难度[1]。目前，多糖的提取方法主要有浸提法[2]、超声波提取法[3，4]、酶法[5]等，粗分离方法主要就是醇沉。从提取方法的多样化、多糖的性质及植物的品种来看，要选择一种合适的提取法对多糖的研究具有重大意义。为了响应国家节能减排的政策，综合利用废弃物，多糖活性成分的提取研究已经趋向于以废弃渣作为提取原料[6，7]。甘蔗（Saccharum officinarum）渣系甘蔗榨糖后的副产品之一，中国是甘蔗的盛产地，糖厂每年会产生大量的甘蔗渣。多糖是甘蔗渣主要活性物质之一，研究表明甘蔗渣多糖具有增强免疫、抗肿瘤、抗病毒等药理作用[8]，极具开发价值，所以对甘蔗渣多糖的提取工艺研究是相当有必要的，变废为宝，实现高值利用，并符合环保理念。目前对甘蔗渣多糖的提取研究还是较少，主要是集中于传统提取、超声波提取[9]，但提取时间较长。本试验以糖厂的甘蔗渣为原料，先采用乙醇溶液对原料进行解吸，再进行超声波提取，结合正交试验得到多糖提取最佳工艺，这对甘蔗渣的开发利用具有重要的实际意义。

1 材料与方法

1.1 材料

材料为甘蔗渣，购于广西崇左的崇左市左江糖厂，经烘干后使用。试剂为95%乙醇、葡萄糖、浓硫酸、乙醚、苯酚、均为分析纯。

1.2 方法

1.2.1 多糖的测定 取一定量的甘蔗渣多糖溶液，按文献[10]在490 nm处测定吸光度A490 nm，通过标准曲线回归方程计算甘蔗渣多糖的含量C，甘蔗渣多糖的提取率η如下式：

η=（C×V1）/（V2×M×1 000）×100%

其中，η为甘蔗渣多糖提取率（%）；C为甘蔗渣多糖含量（mg）；V1为甘蔗渣多糖溶液总体积（mL）；V2为移取体积（mL）；M为甘蔗渣质量（g）。

1.2.2 解吸-超声波提取 解吸-超声提取法分为两步：第一步称取5.00 g甘蔗渣粉末，滴加一定量乙醇解吸剂使之湿润均匀，室温下解吸20 min。第二步在物料中加入一定量某温度下的提取剂去离子水后，将其置于超声波清洗仪中，提取一段时间后，抽滤、浓缩，冰箱静置过夜，洗涤沉淀，并取样分析，计算多糖的提取率。按单因素试验确定以下因素对解吸-超声波法提取甘蔗渣多糖的影响：提取时间（解吸剂乙醇浓度为50%，解吸剂用量10 mL，提取剂用量为 125 mL，提取温度 80 ℃）；提取温度（解吸剂乙醇浓度为 50%，解吸剂用量10 mL，提取剂用量为125 mL，提取时间45 min）；提取剂用量（解吸剂乙醇浓度为 50%，解吸剂用量10 mL，提取时间45 min，提取温度80 ℃）；解吸剂用量（解吸剂乙醇浓度为50%，提取剂用量125 mL，提取时间45 min，提取温度80 ℃）；解吸剂浓度（解吸剂用量10 mL，提取剂用量125 mL，提取时间45 min，提取温度80 ℃）。

1.2.3 正交试验 在单因素试验的基础上，选取对甘蔗渣多糖提取率影响较大的4个因素：超声提取时间、提取温度、液料比（g∶mL，下同）和解吸剂用量作为考察因素，每个因素选取3个水平设计正交试验，因素与水平见表1。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 提取时间对甘蔗渣多糖提取率的影响 提取时间对甘蔗渣多糖提取率的影响见图1。由图1可知，随着提取时间的增加，甘蔗渣多糖提取率逐渐增加，当提取时间超过35 min，提取率趋于平稳。

2.1.2 提取温度对甘蔗渣多糖提取率的影响 超声提取温度对多糖提取率的影响见图2。由图2可知，在超声波作用下，在一定温度范围内，随着温度的升高，多糖提取率逐渐增高，甘蔗渣多糖的溶出效果提高，利于多糖的提取。

2.1.3 提取剂用量对甘蔗渣多糖提取率的影响 提取剂用量对甘蔗渣多糖提取率的影响见图3。由图3可知，随着提取剂用量的增加，甘蔗渣多糖提取率逐渐增加，当提取剂用量达到125 mL时，多糖提取率为0.71%，继续增加提取剂用量，多糖提取率呈降低趋势，可能是因为提取剂的用量增加较多时，甘蔗渣里的其他杂质也相应溶出，导致提取率降低。

2.1.4 解吸剂用量对甘蔗渣多糖提取率的影响 解吸剂用量对甘蔗渣多糖提取率的影响见图4。由图4可知，随着解吸剂用量的增加，多糖提取率增加后又逐渐下降。解吸主要是使解吸剂乙醇溶液渗透进入甘蔗渣细胞内部，将多糖成分充分解吸，在超声波作用下溶出多糖成分。

2.1.5 解吸剂对甘蔗渣多糖提取率的影响 解吸剂浓度对多糖提取率的影响见图5。由图5可知，在乙醇为30%～70%时，多糖提取率变化不大，在浓度60%时出现了最大值，可以选择该浓度的乙醇溶液作为解吸剂。

2.2 正交试验结果

选用L9（34）正交表进行试验，通过硫酸-苯酚比色法分析多糖含量，以甘蔗渣多糖提取率作为考察指标，正交试验结果见表2。由表2可知，通过分析比较极差结果可以看出，影响甘蔗渣多糖提取率的因素大小顺序为B>A>C>D，影响较大的为B、A、C，即提取温度、提取时间和料液比，解吸剂用量的影响不显著。本试验采用解吸—超声辅助提取甘蔗渣多糖，甘蔗渣中的有效成分在超声波三大效应的作用下快速释放出来。多糖是一种大分子化合物，物料在被乙醇溶液充分地解吸之后，需要在一定的温度下多糖成分才能随着乙醇溶液渗透进入提取剂。因此，提取温度起着很显著的作用。通过极差分析可知，解吸—超声提取甘蔗渣多糖的最佳工艺组合为A3B2C2D3，即60%的解吸剂（乙醇溶液）12 mL解吸30 min，料液比为1∶25，70 ℃超声波提取55 min。在此条件下，进行3次平行验证试验，以考察最佳条件的合理性和可靠性，3次结果稳定，经测定，甘蔗渣多糖的提取率平均值达到0.695%，比正交设计中最高提取率高，说明正交设计得到的甘蔗渣多糖提取的最佳条件组合是合理、可行的。

3 结论

试验采用正交试验优化超声波提取甘蔗渣多糖的工艺，确定了最佳工艺条件，即浓度60%的乙醇溶液解吸剂12 mL解吸30 min，料液比为1∶25，在70 ℃条件下超声波提取55 min，提取2次。在最佳条件下平行试验3次，甘蔗渣多糖的平均提取率为0.695%。超声波提取技术的应用原理是利用超声波的空化作用加速植物有效成分的溶出。与传统的方法相比，超声波提取不仅节约时间，减少提取剂的用量，还可以提高提取率，说明解吸后超声波应用于甘蔗渣多糖的提取具有一定的优势。

参考文献：

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