啤特果粗多糖提取工艺优化*

杨明俊，吴婧，王永刚，李志忠

1(兰州理工大学生命科学与工程学院，甘肃 兰州，730050)2(兰州金川新材料股份有限公司，甘肃金昌，730000)

啤特果粗多糖提取工艺优化*

杨明俊1，吴婧2，王永刚1，李志忠1

1(兰州理工大学生命科学与工程学院，甘肃 兰州，730050)2(兰州金川新材料股份有限公司，甘肃金昌，730000)

优化啤特果粗多糖的提取工艺。在单因素试验基础上根据Box-Behnken中心组合试验设计原理，采用三因素三水平响应面分析法，依据回归分析确定各工艺条件的影响因素。结果表明:啤特果粗多糖提取的最佳工艺条件为乙醇体积分数为72%，液料比为15∶1(mL:g)，提取温度83℃，多糖最大提取率为7.49%。响应面优化法能够提高啤特果的粗多糖提取率。

啤特果，粗多糖，提取，响应面分析法

啤特果原名皮囊果，又名“酸巴梨”，属蔷薇科苹果亚科新疆梨系统(Pyrus sinkiangensis)，生长在甘肃省和政县海拔约为2 100～2 400 m的千年古老树种，品味酸甜、性温，含有多种氨基酸、糖类、维生素和钾、钙、铁等微量元素，是一种营养价值极其丰富的绿色水果［1］。

多糖是水果中一类重要的功能因子，具有抗肿瘤［2］、抗疲劳［3］、抗损伤［4］、抗氧化［5－6］，增强人体免疫力和抗癌的作用。

鉴于目前对啤特果多糖研究甚少，本实验研究了乙醇浓度、液料比、提取时间和浸提温度对啤特果多糖提取率的影响，利用响应面分析法对其提取工艺参数进行优化，以获得啤特果多糖提取的最佳工艺条件，为啤特果多糖的应用研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

啤特果，于2010年10月采自甘肃省和政县;无水乙醇、三氯乙酸等药品均为分析纯。

1.2 实验仪器

ALC-110.4电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)，TGL-16C高速台式离心机(上海安亨科学仪器厂)，RE-52A旋转蒸发器(上海亚荣仪器有限公司)，FD-1型冷冻干燥机(北京博医康实验仪器)。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺路线

称取定量新鲜啤特果清洗去皮→破碎打浆→热水浸提→去除蛋白→离心分离上清液→真空浓缩→醇沉→真空冷冻干燥得啤特果粗多糖→溶解定容→苯酚硫酸法测定多糖含量

1.3.2 蛋白去除方法

参照 Sevag 法［8］。

1.3.3 多糖含量与提取率的计算

1.3.3.1 标准曲线绘制

参照苯酚-硫酸法［9］，以葡萄糖浓度X为横坐标(μg/mL)，吸光度Y为纵坐标，在485 nm处测定吸光度，绘制标准曲线。得回归方程为Y=0.060 7x－0.056 9，R2=0.997 7，说明葡萄糖 0 ～100 μg内呈良好的线性关系。

1.3.3.2 样品多糖含量的测定

将冻干的多糖样品溶解，定容至100 mL，精密吸取1 mL样品溶液，采用苯酚-硫酸法［9］，在480 nm处测定吸光值，从而利用标准曲线方程计算样品中多糖的含量。多糖提取率用下式计算:

1.3.4 单因素及响应面分析

取一定量的啤特果，破碎匀浆，取样4份，每份约80 g，按一定的液固比量取一定量的蒸馏水于250 mL回流锥形瓶中，在一定温度下进行回流提取，浓缩提取液，采用不同浓度乙醇进行醇沉，离心分离，冷冻干燥，称重，溶解定容至100 mL，测定多糖含量，计算多糖提取率。分别确定最佳提取时间、液料比、温度及乙醇浓度。在单因素基础上，采用响应面法优化最佳提取工艺。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 不同浓度乙醇对多糖提取率的影响

啤特果中含单糖、双糖、低聚糖、氨基酸及醇溶性蛋白质等物质，由于多糖溶于水而不溶于高浓度乙醇，根据此原理先用体积分数95%乙醇80℃回流1 h，提取1次，除去单糖、低聚糖等对多糖提取率有影响的物质，然后在浸取温度为80℃，料水比15∶1，提取2h，采用不同浓度乙醇进行沉淀，结果见图1。从图1中可知，随着乙醇浓度的增加，醇析程度亦有所提高，但是当乙醇浓度从67%增加到75%时，多糖提取率变化趋缓，而且当乙醇浓度增加到80%时，析出效果不好，究其原因可能是高浓度醇对多糖构象有影响，因此选用67%(即浓缩液与乙醇体积比为1.0∶2.0)的乙醇醇析啤特果多糖。

图1 乙醇浓度对多糖提取率的影响

2.1.2 不同液料比对多糖提取率的影响

液料比对提取率具有重要影响，水量多有利于多糖的扩散传质，但水量过多增加蒸发处理的困难。在浸提温度80℃、浸提时间2 h，醇析浓度为67%条件下，改变液料比进行多糖提取，结果见图2。

图2 液料比对多糖提取率的影响

由图2可知，随着液料比的增加多糖的提取率有所提高，但是当液料比达到17∶1时，随着液料比的增加提取率反而降低，没有明显的增高，因此选用17∶1的液料比较为合适。

2.1.3 不同温度对多糖提取率的影响

提取温度是影响啤特果多糖提取率的重要因素。温度的升高有助于多糖的有效提取，在液料比15∶1，浸提时间2h，醇析浓度为67%条件下，改变浸提温度比进行多糖提取，温度对多糖提取率影响曲线见图3。由图3可知，随着温度的升高，多糖的提取率有所提高，但是达到80℃以后提取率的增加程度不是很明显，考虑到设备及能耗的情况，因而选用80℃较为合适。

图3 温度对多糖提取率的影响

2.1.4 不同提取时间对多糖提取率的影响

为了保证多糖的充分提取，在液料比15∶1，浸提温度为80℃，醇析浓度为67%条件下，改变提取时间进行多糖提取，由图4可知，随着时间的延长，啤特果多糖的提取率有所提高，但是提取率增加的程度变化不是很明显，因此提取时间对啤特果多糖的影响不大，出于经济考虑一般选用1 h的时间较为合适。

图4 提取时间对多糖提取率的影响

2.2 响应面法提取条件的优化

2.2.1 响应面试验设计及结果

根据Box-Behnken［10］中心组合实验设计原理，综合单因素试验结果，选取提取时间为1h，对啤特果多糖提取影响显著的3个因素 (乙醇浓度、液料比、浸提温度)，设计了3因素3水平的响应面分析实验，水平及编码表见表1。

表1 响应面试验因素水平编码表

表2 Box-Behnken试验设计及结果

使用Design Expert7.0软件，以乙醇浓度、液料比、提取温度为响应变量，以啤特果多糖提取率为响应值对表3的数据进行处理，得到表3回归方程方差分析表，利用软件进行非线性回归的二次多项式拟合，得到预测模型如下:

表3 回归方程方差分析表

由表3回归方差分析显著性检验表明，该模型回归显著(P＜0.000 1)，失拟项显著，模型 R2=0.995 2，R2Adj=0.989 1，说明该模型与实际实验拟合较好，自变量与响应值之间线性关系显著，可以用于啤特果多糖提取工艺实验的预测。

2.2.2 各因素之间的交互作用

图5 液料比和乙醇浓度对多糖提取率影响的响应面图

图6 温度和乙醇浓度对多糖提取率影响的响应面图

图7 温度和液料比对多糖提取率影响的响应面图

根据回归方程，做出响应面分析图，如图5～图7，结合方差分析结果表明:FA=3.91，FB=70.89，FC=106.97，各因素的F值越大，表明对试验指标的影响越大，即重要性越大。由此，各因素对啤特果多糖提取率的影响程度大小顺序为:C(提取温度)﹥B(液料比)﹥A(乙醇体积分数)。

2.2.3 最佳工艺条件及其验证实验

为进一步确定最佳点，在模型浓度范围内选择出发点，使用快速上升法进行优化得到的啤特果多糖提取的最佳方案为:乙醇体积分数为72.77%，液料比为15.33∶1(mL:g)，提取温度83.06℃。啤特果多糖提取率7.229 34%。考虑到实际操作的便利，将提取工艺参数修正为乙醇体积分数为72%，液料比为15∶1，提取温度为83℃。以上述条件进行试验结果的验证，重复3次实际测得的多糖提取率分别为7.15%、7.01%、8.31%，平均多糖提取率为7.49%。与理论预测值相比，其相对误差约为3.61%。说明通过响应面优化后得出的回归方程具有一定的实践意义。

4 结论

通过单因素试验设计，及在此基础上的三因素三水平响应面分析法试验，确定了啤特果多糖提取的最佳工艺参数为:提取温度83℃、乙醇体积分数72%、液料比15∶1(mL:g)，在此条件下多糖提取率为7.49%。

［1］ 安树康.皮胎果梨营养成分定量分析［J］.中国食物与营养.2005(6):43－46.

［2］ 陈群.植物多糖免疫调节作用和抗肿瘤活性［J］.安庆师范学院学报:自然科学版，2001，7(1):43－46.

［3］ 郑素玲，郭立英，范永山.杏鲍菇多糖对老龄小鼠抗疲劳能力的影响［J］.食品科学，2010，31(7):269－271.

［4］ 史亚丽，杨立红，蔡德华，等.杏鲍菇多糖对力竭小鼠抗氧化、抗损伤的作用［J］.体育学刊，2005，12(1):56－58.

［5］ 李平，王艳辉.碱提山茱萸多糖的理化性质及抗氧化活性研究［J］.中草药，2003(11):11－13.

［6］ 刘培勋，高小荣.银耳碱提多糖抗氧化活性研究［J］.中国生化药物杂志，2005(3):169.

［7］ 夏泉，刘钢，葛朝亮，等.Sevag法去除黄芪粗多糖中蛋白质成分的研究［J］.安徽医药，2007，11(12):1 069－1 070.

［8］ 张青，张天民.苯酚-硫酸比色法测定多糖含量［J］.山东食品科技，2004，13(7):17 －18.

［9］ 刘军海，黄宝旭，蒋德超.响应面分析法优化艾叶多糖提取工艺研究［J］.食品科学，2009，30(2):114－118.

Optimization of Extraction Processing of Polysaccharide from Piteguo by Response Surface Methodology

Yang Ming-jun1，Wu Jing2，Wang Yong-gang1，Li Zhi-zhong1
1(School of Life Science and Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)2(Lanzhou Jinchuan New Meterials Co.，Ltd.，Jinchang 730000，China)

To optimize the extraction processing of polysaccharide from Piteguo.Based on single-factor experiments and the principles of Box-Behnken central composite experimental design，response surface methodology(RSM)with 3 factors and 3 levels was used to explore the effect of each factor on extraction rate of polysaccharide.The optimal extraction processing conditions of polysaccharide were Ethanol concentration of 72%，water-material ratio of 15:1(mL/g)and extraction temperature of 83℃.Under the optimal extraction conditions，the extraction rate of polysaccharide was up to 7.49%.Conclusion:RSM can improve extraction rate of polysaccharide from Piteguo.

Piteguo，polysaccharide，extraction，response surface methodology(RSM)

博士，副教授。

*甘肃省自然科学基金资助项目(0908ZTB090)，兰州理工大学博士基金项目(0908ZXC129)

2011－07－13，改回日期:2011－10－23