正交试验法优化提取油茶籽饼粕多糖工艺

徐 迪，徐冰彦，金日生

（1.芜湖职业技术学院生物工程学院，安徽芜湖 241003；2.合肥工业大学农产品生物化工教育部工程研究中心，安徽合肥 230009）

0 引言

油茶籽饼粕是我国特有的一种油料树种油茶[1]处理后得到的副产物，每年大约会产生39.71×104t[2]。研究表明，油茶籽饼粕中含有多种营养物质，其中主要物质的含量为多糖15%～30%，粗蛋白10%～15%，茶皂素10%～15%[3-4]。每年产生如此多的油茶籽饼粕，但人们对其利用却是极少的，除了极少部分用于茶皂素的提取和饲料外，大部分被用作肥料、燃料和清塘剂，甚至被废弃，造成了资源浪费。研究发现，油茶籽饼粕中的油茶籽饼粕多糖在抗血栓、降血糖、降血脂、降血压等方面表现出了生物活性[5-6]。此外，也有报道其在增强机体免疫力、抗氧化、抗肿瘤等方面具有一定的作用[7-9]。因此，开展对油茶籽饼粕多糖的研究有助于提高对油茶籽饼粕资源的利用，具有显著的现实意义。

目前，人们常常采用溶剂浸提法[10-11]、微波辅助提取法[12-13]、超声波辅助提取法[14]、酶解法、超临界流体萃取法等方法来提取油茶籽饼粕中的多糖。试验以油茶籽饼粕为研究对象，将传统的热水浸提方法与酶解法的方法结合，在前期实验室对酶解工艺进行了优化，在此基础上利用单因素试验，即确定合适的提取温度、提取时间和料液比，与正交试验设计相结合，以此来进一步优化油茶籽饼粕多糖的提取工艺，并达到提高提取率的目的。

1 材料和方法

1.1 材料

油茶籽饼粕，安徽大别山科技开发有限公司提供；中性蛋白酶（活性100 U/mg）、无水乙醇、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、苯酚、98%浓硫酸，以上均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司提供。

HH-42型数显恒温搅拌循环水箱，常州国华仪器有限公司产品；Anke TGL-16G型离心机，上海安亭科学仪器厂产品；721型紫外可见分光光度计，上海洛科仪器仪表有限公司产品；RE52CS-1型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂产品；FD-1型冷冻干燥机，北京博医康技术公司产品。

1.2 方法

1.2.1 油茶籽饼粕多糖的提取

精确称量1.0 g的油茶籽饼粕，加入到10倍量pH值为7.5的磷酸盐缓冲液中，并加入2%的中性蛋白酶，在40℃条件下酶解120 min。接着将酶解后的溶液移入95℃的水浴锅中进行灭酶。然后再加入一定量的去离子水，调整料液比。在水浴中提取并离心，收集上清液，加入无水乙醇（5倍体积）并充分搅拌，然后置于通风橱中静置过夜，最后收集析出的沉淀，置于冷冻干燥机中冷冻干燥，即得油茶籽饼粕粗多糖。按如下公式计算最后的得率：

式中：η——多糖得率，%；

M——原料油茶籽饼粕质量，g；

m——多糖粗品质量，g；

α——粗多糖中多糖所占百分比，%。

溶液中多糖浓度以无水葡萄糖为对照品，采用苯酚-硫酸法进行测定。

1.2.2 单因素试验

为确定提取时间、提取温度和料液比对油茶籽饼粕多糖得率的影响，分别对3种影响条件进行单因素试验。实施方案如下：

①设定提取时间60 min，料液比1∶25，考查提取温度为50，60，70，80，90℃时对多糖得率的影响；②设定提取温度50℃，料液比1∶25，考查提取时间为30，60，90，120，150 min时对多糖得率的影响；③设定提取温度50℃，提取时间90 min，考查料液比为1∶5，1∶10，1∶15，1∶20，1∶25时对多糖得率的影响。

1.2.3 正交试验设计

根据单因素试验结果，以提取温度、提取时间、料液比作自变量，进行三因素三水平正交试验。将多糖得率作为考核指标，优化上述3种提取条件。

正交试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验因素与水平设计

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 提取温度对油茶籽饼粕多糖得率的影响提取温度对多糖得率的影响见图1。

图1 提取温度对多糖得率的影响

由图1可知，油茶籽饼粕的多糖得率受提取温度的影响十分明显。随着提取温度的升高，油茶籽饼粕多糖得率逐渐增加的趋势明显。当提取温度从50℃增加到80℃的过程中，油茶籽饼粕的多糖得率呈现上升趋势，在80℃时，油茶籽饼粕的多糖得率达到最大值。当提取温度从80℃上升到90℃时，多糖得率逐渐下降，这可能是高温使多糖分解导致的结果。由此可见，过高的温度对于多糖的提取并不适合，且提取温度过高还会导致溶剂的挥发，增加了成本的消耗。综上所述，试验选取提取温度为80℃左右，即将70，80，90℃作为后续试验的3个考查水平。

2.1.2 提取时间对油茶籽饼粕多糖得率的影响

提取时间对多糖得率的影响见图2。

图2 提取时间对油茶籽饼粕多糖得率的影响

由图2可知，当设定提取温度为50℃，料液比为1∶25时，随着提取时间的逐渐增加，油茶籽饼粕多糖得率呈现先升高后趋于稳定的状态。即在提取时间30～90 min时，多糖得率逐渐升高；当提取的时间超过90 min后，即90～150 min时，多糖得率不随时间的增加而增加，呈现出稳定的趋势。综上所述，试验选择提取时间为90 min左右，即选择60，90，130 min作为后续试验的3个考查水平。

2.1.3 料液比对油茶饼粕多糖得率的影响

料液比对油茶饼粕多糖得率的影响见图3。

图3 料液比对油茶饼粕多糖得率的影响

当设定提取温度为50℃，提取时间为90 min时，料液比对多糖得率的影响如图3所示。当料液比从1∶5变化到1∶20的过程中，多糖得率逐渐升高。当料液比达到1∶20时，随着料液比的增加，多糖得率增长趋于稳定。综上所述，试验选择料液比1∶15左右较为合适，即选择1∶10，1∶15，1∶20作为后续试验的3个考查水平。

2.2 正交试验分析

L9（34）正交试验设计及其结果见表2。

表2 L9（34）正交试验设计及其结果

由表2可知，3种因素对油茶籽饼粕多糖得率的影响的主要是提取温度的影响，其次是料液比，影响因素较小的是提取时间，最优的提取工艺条件为A2C3B1，即当提取温度为80℃，料液比为1∶20（g∶mL），提取时间为30 min时，为最优的提取工艺条件。按此提取工艺条件重复3次试验，得到油茶籽饼粕多糖的平均得率为18.5%。结果表明，正交试验优化得到的提取工艺条件具有合理性和可操作性，且提取效率高。

3 结论

通过将传统的热水浸提工艺与中性的蛋白酶相结合，在最佳单因素试验结果的基础上，运用正交试验对油茶籽饼粕多糖的提取进行优化，以期提高多糖的得率。经过正交试验，3种因素中提取温度对油茶籽饼粕多糖得率产生的影响最大，其次是料液比，提取时间影响最小。由优化后的结果可知，最优的提取工艺条件为提取温度80℃，料液比1∶20（g∶mL），提取时间30 min，在此工艺条件下重复3次试验，得油茶籽饼粕多糖平均得率18.5%。试验可为规模化提取油茶籽饼粕多糖提供参考，但其理化性质及生物活性有待进一步深入研究。

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