超声波辅助法提取打瓜多糖工艺研究

曹晓倩　杨　慧　谢新民　李　静　马　磊　王　成*

(1.新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆农垦科学院农产品加工研究所，石河子 832000)



超声波辅助法提取打瓜多糖工艺研究

曹晓倩1杨慧2谢新民1李静1马磊1王成1*

(1.新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆农垦科学院农产品加工研究所，石河子 832000)

以新疆打瓜为试验材料，以打瓜多糖提取率为考察指标，采用超声波辅助法提取打瓜多糖。通过单因素试验考察了料液比、超声温度、提取时间和超声功率等因素对多糖提取率的影响，通过响应面法确定了最佳打瓜多糖提取工艺条件：料液比为1∶21(g∶mL)，超声温度为82℃，提取时间62min。打瓜多糖提取率为17.24%，较传统乙醇浸提法提高了46%。

打瓜多糖超声波辅助响应面法

打瓜(Seeding-watermelon)，又称籽瓜，圆形，表皮光滑，浅绿，有深绿色条纹，瓜内色白，较甜。属葫芦科西瓜变种，主要分布于我国新疆、甘肃、东北及内蒙古东部等地区[1，2]，其中新疆打瓜种植面积占全国的75%。在准噶尔盆地西部边缘、天山以北及南疆部分地区，是主要的打瓜生产区[3]。经研究发现，打瓜皮瓤中含有多种氨基酸、维生素、多糖和果胶，其富含的糖苷、果糖、葡萄糖等糖类物质由于不产生热量，十分适合糖尿病人食用。同时，打瓜皮瓤中的多糖具有提高免疫、抗氧化等生物活性[4，5]，因此开发利用废弃打瓜瓤中的多糖具有极大的经济价值。

目前对多糖的提取方法主要有热水提取法、溶剂提取法、超声辅助法和酶提取法[6-11]。与其他方法相比，超声辅助法具有强烈的空化效应、增加溶剂穿透力，提高物质的浸出速度和溶出次数，既能将植物组织分解，又不破坏其生物活性，提高打瓜皮瓤多糖的提取率。本实验采用超声波辅助法提取打瓜皮瓤中的多糖，获得较高纯度的多糖，为新疆打瓜深加工和综合利用提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

打瓜：购自乌鲁木齐市北园春果蔬批发市场。

葡萄糖标准品、浓硫酸、苯酚和无水乙醇均为分析纯，上海化学试剂有限公司。

1.2仪器与设备

DFY-500型高速万能粉碎机：浙江温岭市林大机械有限公司；

Neofuge 13台式高速离心机：力康发展有限公司；

BSA-CW型万分之一天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司；

UV 2600型紫外可见分光光度计：日本岛津有限公司；

R-201型旋转蒸发仪：德国海尔道夫；

KQ-100DE型超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司。

1.3试验方法1.3.1工艺流程

打瓜→洗净去籽→粉碎(40目过筛)→超声波浸提→离心→上清液→定容→多糖测定。

1.3.2打瓜多糖得率的计算

本试验采用硫酸-苯酚法分光光度法测定打瓜多糖含量，以葡萄糖作为标准品测定提取液中打瓜多糖的含量，打瓜多糖得率按公式(1)计算。

(1)

式中：25为稀释倍数；C为定容后打瓜粗多糖提取液浓度，(mg/L)；V为打瓜粗多糖提取液的体积，mL；m为打瓜的质量，g；1000为g转化为mg。

1.3.3单因素试验设计

本试验采用单因素试验，分别考察料液比、超声温度、提取时间及超声功率4个因素对打瓜多糖得率的影响。料液比分别固定为1∶10、1∶20、1∶30(g∶mL) 3个水平，超声温度分别固定为60、80、100 ℃ 3个水平，提取时间为别固定为40、60、80min3个水平，超声功率分别固定为300、500、700W3个水平。

1.3.4响应面试验设计

结合单因素试验结果，选取料液比、超声温度和超声功率为实验因素，打瓜多糖提取率为评价指标，采用Box-Behnken试验设计，利用SAS9.0 软件进行响应面分析处理，获得最优打瓜多糖提取工艺条件[12-17]。

2　结果与分析

2.1单因素试验结果

料液比、超声温度、提取时间超声功率对打瓜多糖提取率的影响见表1。

表1　4因素对打瓜多糖提取率的影响

表1结果表明，随着料液比的增加，多糖提取率先迅速增加后逐步减缓，考虑到料液比加大不利于下一步骤的减压浓缩，因此选取最佳料液比为1∶20(g∶mL)。随着超声功率的增加，多糖提取率没有显著变化，根据节能原则，选取最佳功率为300W。随着温度和时间的增加，多糖提取率先升高后降低，当温度为80℃、提取时间为60min条件下，打瓜多糖提取率最高，达到14.37%。分析原因可能是合适的超声温度和提取时间有利于多糖的提取，但温度过高、提取时间过长，使部分多糖分解从而导致提取率下降。

2.2响应面试验结果

根据单因素试验结果，以对提取率有显著影响的料液比A、超声温度B和提取时间 C 3个因素为自变量，多糖得率Y作为响应值，进行3因素3水平响应面优化试验，响应面试验设计因素与水平编码见表2。

表2　响应面实验因素水平及编码

响应面试验结果表明(表3)，料液比A、超声温度B和提取时间C对多糖提取率Y有着显著影响，试验设计及结果见表3。

2.2.1方程拟合及方差分析

采用SAS 9.2 统计软件对表3中的试验结果进行多元回归拟合分析，得出描述各因素与响应值(多糖提取率)关系的三元二次回归方程式为：Y=17.17+0.17A+0.91B+0.34C-0.27AB+0.23AC+0.6BC-1.13A2-2.11B2-1.41C2。对回归方程式进行方差分析和显著性检验，结果见表4。结果表明回归方程极显著(P<0.01，下同)，其相关系数为0.9974，表明响应值(多糖提取率)的变化有99.74%来自于自变量(料液比、超声温度、提取时间)的变化，即回归模型对试验的拟合情况较好，试验误差小，可以利用该回归方程确定影响因素的最佳水平。

表3　响应面试验设计及结果

表4　回归模型方差分析

*表示差异显著(P<0.05)， **表示差异极显著(P<0.01).

2.2.2响应面交互作用分析与优化

为进一步研究相关因素之间的交互作用并确定最优点，利用SAS 9.2软件对试验数据进行分析，绘制出响应面立体图，该图组可以直观地反映料液比、超声温度和提取时间及其交互作用对多糖提取率的影响，结果如图1、图2、图3所示。

图1　料液比和超声温度的交互作用对打瓜多糖提取率的响应面

图2　料液比和提取时间的交互作用对打瓜多糖提取率的响应面

图3　超声温度和提取时间的交互作用对打瓜多糖提取率的响应面

各因素的交互作用影响可通过图1～图3展示的响应面三维图及等高线图反应出来，等高线的形状可反应出因素间交互作用的强弱大小，椭圆形表示两因素交互作用显著，而圆形则与之相反。通过等高线可以看出，A、B、C 3因素对打瓜多糖提取率影响显著，各因素间交互作用显著。通过三维图可以看出，固定其中两个因素，随着任一因素的增加，多糖提取率呈先升高后降低的趋势，说明过高或过低的各因素水平对打瓜多糖提取率均有不利的影响。这个结论与单因素实验结果相一致。

2.3最佳工艺条件验证

在选取的各因素范围内，根据回归模型，由软件分析得出打瓜多糖最佳提取条件为：料液比1∶21(g∶mL)、超声温度82℃、提取时间为62min，在此条件下预测提取率为17.31%，为了检验响应面分析法优化出的打瓜多糖提取工艺的准确性，采取最佳工艺条件进行了3次平行实验，结果打瓜多糖平均提取率为17.24%，与理论预测值吻合较好，说明优化后的提取工艺条件是可靠的，具有实用价值。

2.4对比试验

为了考察超声波辅助法提取打瓜多糖的效率，实验将其与传统热水提取法浸提进行了对比试验，结果如表5所示。

表5　打瓜多糖两种提取方法的比较

从表5可以看出，与传统热水提取法相比，超声波辅助法提取打瓜多糖提取率提高了46%，说明超声波技术能有效促进打瓜多糖的提取。

3　结论

单因素试验结果表明，超声波提取打瓜多糖过程中受料液比、超声温度和提取时间3个因素影响较大，且各因素水平数据之间存在一定的梯度差。响应面试验结果表明，打瓜多糖最佳提取工艺条件为料液比1∶21(g∶mL)、超声温度82℃、提取时间62 min。此条件下多糖提取率为17.24%。对比试验结果表明，超声波辅助法较传统热水提取法效果好，打瓜提取率提高了46%。

利用超声波技术提取打瓜多糖具有节约时间、能耗低、提取率高等优点，可为大规模工业化生产打瓜多糖的提供理论基础。

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Research on conditions for extracton of polysaccharide from seeding-watermelon by ultrasonic-assisted method.

Cao Xiaoqian1， Yang Hui2， Xie Xinmin1， Li Jing1， Ma Lei1， Wang Cheng1*

(1.InstituteofQualityStandards&TestingTechnologyforAgro-Products，XinjiangAcademyofAgriculturalSciences，Urumqi830091,China; 2.InstituteofAgriculturalproductsprocessing，XinjiangAcademyofAgriculturalandReclamationSciences，Shihezi832000,China)

The influences of ratio of material to solvent， ultrasonic temperature， extraction time and the power of ultrasonic on the extraction rate of polysaccharide were studied by the single factor experiment. The optimum condition for extraction of polysaccharide from seeding-watermelon was determined by the response surface method. The ratio of material to solvent was 1∶21 (g∶mL)， the ultrasonic temperature was 82 ℃ and the extraction time was 62 min.The extraction rate was 17.24% which was 1.46 times of the traditional ethanol extraction method.

watermelon; polysaccharide; ultrasonic-assisted method; response surface method

自治区成果转化项目(201454122)；新疆农科院农产品质量安全重点实验室建设项目(xjnkkl-2013-003)；国家农产品质量安全风险评估重大专项(GJFP2015002)。

曹晓倩，女，1985年出生，硕士，实验师，研究方向为农产品质量安全及检测技术研究，E-mail：shannon0925@sina.com。
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王成，男，1971年出生，研究员，研究方向为农产品质量安全及检测技术研究从事农产品质量安全及检测技术研究，E-mail：wangcheng312@sina.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.05.012

2016-06-23