佛手瓜多糖的提取工艺研究

余文杰，陈健旋

（1.漳州职业技术学院食品与生物工程系，福建，漳州　363000；2.农产品深加工及安全福建省高校应用技术工程中心，福建，漳州　363000）

佛手瓜多糖的提取工艺研究

余文杰1，2，*陈健旋1，2

（1.漳州职业技术学院食品与生物工程系，福建，漳州363000；2.农产品深加工及安全福建省高校应用技术工程中心，福建，漳州363000）

为优化热浸提佛手瓜多糖的工艺，在单因素实验的基础上，选择提取温度、液料比、提取时间为自变量，以多糖提取率为响应值，采用Box-Benhnken法设计三因素三水平的响应面分析实验。结果表明，最佳的提取工艺条件为：提取温度81℃、液料比20 mL·g-1，提取时间138 min。在此条件下，实际测得多糖的提取率为2.775%，与预测值相对误差为0.57%，验证了数学模型的有效性，表明该工艺条件合理可行。

佛手瓜；多糖；提取

佛手瓜（Sechium edule （Jacq.） Swartz），又名寿瓜、安南瓜等，是葫芦科佛手瓜属多年生攀缘性草本植物［1］。佛手瓜美味可口、营养丰富、抗病力强、高产优质，是一种投资少、效益高的“无公害”蔬菜［2］。佛手瓜不仅含人体所需的多种矿物质，还含有多种天然有机活性物质，是一种药食两用的保健蔬菜［3-4］。多糖是一类广泛存在于生物有机体的具有多种生物活性功能的物质，具有降血糖、降血脂、抗病毒、抗肿瘤、抗辐射、抗氧化、抗疲劳、抗衰老等功效，被广泛地应用于食品、医药、化妆品等研究与开发中［5-7］，具有广阔的市场前景和应用价值。然而目前尚未有佛手瓜多糖提取的文献报道。本研究在单因素试验的基础上，利用响应面分析法对佛手瓜水溶性多糖提取工艺进行研究，以期为佛手瓜多糖的进一步开发研究奠定基础。

1　材料与方法

1.1仪器与材料

Q-250B高速多功能粉碎机（上海冰都）；SHZ-D循环水式真空泵（郑州长城科工贸）；UV-1800PC-DS2紫外可见分光光度计（上海美谱达）；GZX-9070MBE数显鼓风干燥箱（上海博讯）；RE-52AA旋转蒸发仪（上海亚荣）；BSA124S电子天平（赛多利斯）。

无水乙醇、浓硫酸、苯酚、石油醚、乙醚、葡萄糖、正丁醇、氯仿等均为分析纯。

佛手瓜：购于漳州市北桥菜市场。

1.2试验方法

1.2.1 佛手瓜多糖含量的测定

以葡萄糖为标准品，采用苯酚—硫酸法［8］，在490 nm处测定吸光度，以吸光度Y为纵坐标，葡萄糖溶液浓度X为横坐标、绘制标准曲线并进行线性回归，得到回归方程。

将从佛手瓜中提取的待测液用上述方法进行测试，测得在490 nm下的吸光度，代入回归方程，即可得到多糖的浓度，按下式计算多糖的提取率。

1.2.2佛手瓜多糖的提取工艺

将市场采购的佛手瓜洗净、去皮、切成条状、自然晾干后，于冰箱中进行冷冻，冻完置于冷冻干燥机中进行干燥，粉碎，过80目筛备用。准确称取一定量的备用佛手瓜置于无水乙醇中浸泡1 h，浸泡完后，滤渣经石油醚脱色脱脂，后置于干燥箱中干燥，将干燥后的产品置于250 mL烧瓶中，按工艺条件加入蒸馏水，并设定好水浴温度及时间进行提取，提取完后加入Sevage试剂混合震荡30 min，离心过滤除去蛋白并分离有机溶剂，滤液于旋转蒸发仪中浓缩，并转移至100 mL容量瓶中定容，备用，按1.2.1中方法进行计算多糖的提取率。

1.2.3单因素实验设计

1.2.3.1提取温度对多糖提取率的影响

称取一定量的佛手瓜粉末置于250 mL的烧瓶中，在液料比20 mL·g-1，提取时间120 min的条件下，考察不同提取温度（70、75、80、85、90 ℃）对多糖提取率的影响。

1.2.3.2液料比对多糖提取率的影响

称取一定量的佛手瓜粉末置于250 mL的烧瓶中，在提取温度80 ℃，提取时间120 min的条件下，考察不同液料比（10、15、20、25、30 mL·g-1）对多糖提取率的影响。

1.2.3.3提取时间对多糖提取率的影响

称取一定量的佛手瓜粉末于250 mL的烧瓶中，在提取温度80 ℃，液料比20 mL·g-1的条件下，考察不同提取时间（60、90、120、150、180 min）对多糖提取率的影响。

1.2.4佛手瓜多糖提取工艺条件优化

在单因素实验的基础上，以提取温度（A）、液料比（B）、提取时间（C）三个因素为自变量，以多糖提取率为响应值，采用Design Expert 8.05b软件中的Box-Behnken实验设计分析优化多糖提取工艺条件，实验因素水平及编码见表1。

表1　响应面分析因素水平表Table 1　Factors and levels of response surface methodology

2　结果与讨论

2.1佛手瓜多糖提取的单因素试验

2.1.1提取温度对佛手瓜多糖提取率的影响

从图1中可以看出，当提取温度在70～80℃之间时，佛手瓜多糖提取率随着提取温度的升高而增大；当温度超过80℃时，多糖提取率随着提取温度的升高反而下降。这是因为随着提取温度的升高，佛手瓜颗粒及溶剂分子的热运动加快，促进了佛手瓜颗粒与溶剂之间的扩散与渗透而使得多糖溶出量增加，但当温度超过80℃时，温度过高会因多糖结构的热不稳定性［9］而造成降解，因而最佳的提取温度选择为80 ℃。

图1　提取温度对多糖提取率的影响Fig.1　Effect of temperature on yield of polysaccharides

2.1.2液料比对佛手瓜多糖提取率的影响

从图2中可以看出，当液料比在10～20 mL·g-1之间时，佛手瓜多糖的提取率随着液料比的增加而增大，而当液料比超过20 mL·g-1时，多糖的提取率又开始下降，这是因为随着液料比的增加，佛手瓜颗粒中多糖与溶剂的浓度梯度差越大，增加了多糖从佛手瓜颗粒溶出到溶剂中的扩散系数，而使得多糖提取率增大；而当液料比大于20 mL·g-1时，溶剂量过大，促进了颗粒中其它杂质的溶出，并与多糖产生竞争［10］，从而造成了多糖提取率的下降。因此，最佳的液料比选择为20 mL·g-1。

图2　液料比对多糖提取率的影响Fig.2　Effect of liquid-solid ratio on yield of polysaccharides

2.1.3提取时间对佛手瓜多糖提取率的影响

从图3中可以看出，当提取时间在60～120 min之间时，佛手瓜多糖随着提取时间的延长而增大；而当提取时间超过120 min时，多糖提取率反而又下降。这是因为提取时间过短时，多糖未能在溶剂中充分地溶出，而当提取时间超过120 min时，加热时间过长，容易造成多糖的水解［11］而导致多糖提取率的下降。因此，最佳的提取时间选择为120 min。

图3　提取时间对多糖提取率的影响Fig.3　Effect of time on yield of polysaccharides

2.2响应优化佛手瓜多糖提取工艺结果

2.2.1回归模型的建立及方差分析

根据Box-Benhnken实验设计原理［12］，在单因素实验的基础上，选择提取温度（A）、液料比（B）和提取时间（C）3个因素进行三因素三水平的响应面实验设计，共17个实验点，设计方案及实验结果如表2所示，方差分析结果见表3。

表2　响应曲面实验设计及结果Table 2　Response surface experiment design and the result

表3　回归模型方差分析Table 3　The variance analysis of regression model

利用Design-Expert 8.05b统计软件对所得数据进行回归拟合，得到佛手瓜多糖提取率（Y）与提取温度（A）、液料比（B）、提取时间（C）的二次多项回归模型为：

Y = 2.74 + 0.080A + 0.021B + 0.16C + 0.005AB + 0.00875AC - 0.015BC - 0.36A2- 0.27B2- 0.13C2。

由表3可知，该回归模型的显著性水平P ＜ 0.0001，表明该回归模型达到极显著水平；失拟项P = 0.0702＞0.05，差异不显著，相关系数R2= 0.9942，表明实测值有99.42%的数据可以用预测值来表示，说明所建立的回归模型拟合度高，可以用该模型描述各工艺条件与响应值之间的真实关系。根据F值及P值均可看出，影响因子的主效应主次顺序为：提取时间 ＞ 提取温度 ＞ 液料比。一次项A、C，二次项A2、B2、C2对试验结果影响极显著（P ＜ 0.01）；一次项B，交互项AB、AC、BC对试验结果影响不显著，表明工艺因素与响应值之间是一种非线性关系。因此，可以用该模型来预测与分析佛手瓜多糖的提取。

2.2.2响应面优化及验证实验

利用Design-Expert 8.05b统计软件，绘制各因素对佛手瓜多糖提取率的响应面和等高线图，其结果见图4～6。图中反映了自变量A、B、C三个因素中任意一个变量取零水平时，其他两个因素的交互作用对佛手瓜多糖提取率的影响情况。

由图4～6可以看出，提取温度与液料比、提取温度与提取时间、液料比与提取时间等两两因素的交互作用呈现出马鞍形曲面，说明所考察的工艺条件的交互作用对响应值均有明显的影响，并且各工艺因素的最佳值均在等高线图中的最小椭圆的中心，说明最佳工艺在所设计参数的范围内。从等高线的疏密程度可以判断出，提取时间对响应值的影响大于提取温度、提取时间对响应值的影响大于料液比、提取温度对响应值的影响大于液料比。

综上所述，提取时间对多糖提取率的影响最大，提取温度次之，液料比的影响相对较小。利用Design Expert 8.05b软件对实验结果进行分析处理，得到佛手瓜多糖提取的最佳条件为：提取温度80.60℃、液料比19.72，提取时间137.77 min，在此条件下，模型预测的最大多糖提取率为2.791%。考虑到实际操作条件，将工艺参数修正为：提取温度81 ℃、液料比20 mL·g-1，提取时间138 min。在此条件下进行3次验证实验，实际测得多糖的提取率的平均值为2.775%，实测值与预测值相对误差为0.57%，说明回归模型拟合度高，验证了数学模型的有效性。因此，可用于优化佛手瓜多糖的提取工艺条件，具有一定的应用价值与意义。

图4　提取温度和液料比对多糖提取率影响的响应曲面及等高曲线Fig.4　Response surface and Contour plots showing the effect of temperature and liquid to materials on the yield of Polysaccharides

图5　提取温度和提取时间对多糖提取率影响的响应曲面及等高曲线Fig.5　Response surface and Contour plots showing the effect of temperature and time on the yield of Polysaccharides

图6　液料比和提取时间对多糖提取率影响的响应曲面及等高曲线Fig.6　Response surface and Contour plots showing the effect of liquid to materials and time on the yield of Polysaccharides

3　结论

本实验在单因素实验的基础上，采用响应面分析法优化提取佛手瓜多糖的工艺，得到了二次回归模型：Y = 2.74 + 0.080A + 0.021B + 0.16C + 0.005AB + 0.00875AC - 0.015BC - 0.36A2- 0.27B2- 0.13C2。研究结果表明，提取温度和提取时间对佛手瓜多糖的提取均有显著的影响，最佳的工艺条件为提取温度81 ℃、液料比20 mL·g-1，提取时间138 min，在此条件下，实际测得多糖的提取率为2.775%，与预测值相对误差为0.57 %，验证了数学模型的有效性，该研究结果可为提取佛手瓜多糖提供理论基础与参考。

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EXTRACTION PROCESS OF POLYSACCHARIDES FROM SECHIUM EDULE

YU Wen-jie，*CHEN Jian-xuan

（1.Department of Food and Biology Engineering， zhangzhou institute of technology， Zhangzhou， Fujian 363000， China；2.Applied Technical Engineering Center of Fujian University for Further Processing and Safety of Agricultural Products， Zhangzhou， Fujian 363000， China）

The heat extraction process of polysaccharides from Sechium edule （Jacq.） Swartz was optimized by response surface methodology.Based on single factor test， a 3-factor， 3-level Box-Behnken experiment was adopted including dependent variables （extraction temperature， liquid to materials， extraction time）.Results showed that the optimal extraction conditions of polysaccharides were followed as extraction temperature of 81℃，liquid-to-material ratio of 20 mL·g-1， extraction time of 138 min.The yield of polysaccharides could be up to 2.775% under the optimal extraction condition， the relative error was 0.57% compared to the predictive value which indicated that the feasible model fitted well with the experimental data， and the conditions were reasonable and feasible.

Sechium edule； polysaccharides； extraction

O636.11/R284.2

ADOI:10.3969/j.issn.1674-8085.2015.02.009

1674-8085（2015）02-0033-05

2015-01-07；修改日期：2015-02-09

福建省中青年教师教育科研项目（JB14182）；漳州职业技术学院科研计划项目（ZZY1415）

余文杰（1977-），男，福建漳州人，讲师，硕士，主要从事生物技术的研究（E-mail:13523200@qq.com）；

*陈健旋（1965-），女，福建漳州人，副教授，主要从事食品生物技术的研究（E-mail:cjxsp@126.com）.