响应面法优化陕北小粒黑豆中多糖的提取研究

2019-12-12高晶晶慕苗陈锦中

当代化工 2019年3期

高晶晶慕苗陈锦中

摘要：采用单因素法和响应面优化法对陕北小粒黑豆中多糖进行了提取。首先采用单因素法，在单因素的基础上利用响应面软件中的Box-Behnken来设计试验，通过试验数据可建立该提取过程的数学模型，并得到该模型的回归方程，对该模型的相关各参数进行方差分析及统计，得出用该模型来预测提取过程是合理可靠的，同时可得该提取过程的最优条件：提取温度53 ℃、提取时间3.7 h、液料比26 mL/g、提取次数3次，在此条件下陕北小粒黑豆中多糖的平均提取率为6.626%。

关键词：小粒黑豆;多糖;提取;响应面

中图分类号：TQ 041+.7 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2019）03-0477-04

Abstract： In this paper， single factor method and response surface methodology were used to optimize the extraction process of polysaccharides in black beans from Northern Shaanxi. On the basis of single factor experimental results， the Box-Behnken of response surface software was used to design the experiment. The mathematical model of the extraction process was established with experimental data， and the regression equation of the model was obtained. The variance analysis and statistical results of related parameters of the model showed that it this model was reasonable and reliable to predict the extraction process. The optimal conditions of the extraction were determined as follows： the temperature 53 ℃，the extraction time 3.7 h，the ratio of liquid to material 26 mL/g， the extraction times 3 times. The extraction rate was 6.626% under above optimal conditions.

Key words： Small black beans; Polysaccharide; Extraction; Response surface methodology

小粒黑豆是陕北众多杂粮品种中非常重要的一种，在我国栽培历史悠久，是药食兼具的农产品，它具有祛风除热、利尿消胀、活血解毒等作用[1，2]。近年来，陕北小粒黑豆产量逐年增加，主要用于食品和饲料加工方面，其加工产品单一，产品附加值低，对黑豆中活性成分的研究和利用还不够充分[3]，因此需要合理的开发和利用陕北小粒黑豆，提高其经济效益和社会效益。

多糖具有提高免疫、抗肿瘤、降血糖、抗病毒等多种生物活性及功效，被认为是构成生命必需的四大基本物质之一[4-10]。由于多糖具有独特功能和较低毒性的特性，使得多糖类化合物在抗病毒、抗衰老以及糖尿病治疗、肿瘤治疗等方面有着较为良好的应用前景[11-15]。

黑豆中多糖含量较为可观，但对其研究较少，因此，可积极开展黑豆中多糖的提取和开发研究，对促进我国黑豆深加工产业的发展有着积极的作用[16]。本文主要对黑豆中多糖进行了提取研究，为其后续的应用研究提供一定的理论依据和技术参考。

1 试验部分

1.1 试验仪器与试剂

DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器（郑州科丰仪器设备有限公司），UV-2450型紫外可见分光光度计（日本岛津公司）。

葡萄糖标准品（sigma），浓硫酸（天津市致远化学试剂有限公司），苯酚（国药集团化学试剂有限公司），无水乙醇（天津市天力化学试剂有限责任公司）。

1.2 葡萄糖标准曲线的测定

准确称取葡萄糖标准品0.01 g配制成0.1 g/L的葡萄糖标准液100 mL。准确吸取标准液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL置于10 mL的试管中，补加蒸馏水至体积为2.0 mL，空白组加入蒸馏水2.0 mL，分别加入5%的苯酚溶液1.0 mL，摇匀，向各试管中加入5.0 mL浓硫酸，放置30 min，冷却至室温，摇匀后用紫外分光光度计于490 nm波长处分别测其吸光度值[17]，以葡萄糖浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，得线性回归方程y=12.779x+0.0218，R2=0.999 8（图1）。

1.3 黑豆多糖的检测

黑豆多糖的检测采用苯酚-硫酸法[18]。

1.4 试验方法

1.4.1 原料脱脂

将黑豆粉末与无水乙醇按1：5（g/mL）比例混合于三口燒瓶中，设置温度为50 ℃，水浴加热三小时进行脱脂。

1.4.2 黑豆多糖的提取方法

准确称取10 g预处理过的黑豆粉末于三口烧瓶中，加入适量蒸馏水，放入转子、搅拌混匀、在恒温水浴锅中提取一定时间后，分离，取上清液，稀释一定倍数，采用苯酚-硫酸法检测并计算出多糖的提取率。

2 结果与讨论

2.1 单因素法

单因素试验分析结果见图2-5，由图可得最佳工艺条件：提取时间4 h、提取温度50 ℃、液料比20 mL/g、提取次数3次。在此工艺条件下得到多糖提取率为6.564%。

2.2 响应面法

为了获得更精确的优化条件，在单因素试验的基础上采用响应面法进行优化，选取对多糖提取率影响较大的因素如：提取时间、提取温度和液料比，然后进行三因素三水平的响应面优化试验。

;P由表3方差分析可知，该模型的P值小于0.0001，说明此模型是高度显著的。失拟误差项P值大于0.05，说明该模型误差小，拟合度高。因此，用该模型分析估计各因素对提取过程的影响是合理可靠的。同时得到该模型的拟合方程为：

由图6-8曲面的陡峭程度可以看出，提取温度的影响>液料比的影响>提取时间的影响。该回归模型预测的陕北小粒黑豆多糖提取的最优工艺参数为：提取时间3.7 h、提取温度53 ℃、液料比26 mL/g，提取率为6.584%（提取次数均为3次）。

2.3 重复验证试验

采用三次平行试验来验证响应面法优化工艺条件的可靠性，结果见表4。

由表4可知，优化条件下的多糖提取率平均值为6.626%，与理论预测值6.584%接近，可以看出用响应面法得到的优化工艺条件是准确可靠的。

3 结论

采用單因素法和响应面优化法对陕北小粒黑豆中多糖进行了提取研究，得到了一条优化的提取工艺路线：在提取时间为3.7 h，提取温度为53℃，液料比为26 mL/g，提取次数为3次时，陕北小粒黑豆中多糖的平均提取率为6.626%，与响应面法预测值基本一致，说明用响应面法可以很好的对陕北小粒黑豆中多糖提取工艺进行优化，同时为陕北小粒黑豆中多糖的后续研究奠定了一定的基础。

参考文献：

[1]秦琦，张英蕾，张守文.黑豆的营养保健价值及研究进展[J].中国食品添加剂，2015（07）：145-150.

[2]李文斌.黑豆营养保健功能的研究与产品开发[J].食品工程，2010（04）：19-20+27.

[3] 王敏，李丹，李荣和，李晓磊，雷海容.黑豆营养价值及功能特性应用的研究与进展[J].长春大学学报，2008（02）：104-107.

[4]周茜，吴梦颖，王唯霖，杨光，郝红伟，赵文，王颉.多糖型扇贝沙司对小鼠免疫功能和抗氧化活性的影响[J].中国食品学报，2018，18（02）：30-36.

[5]林俊，李萍，陈靠山.近5年多糖抗肿瘤活性研究进展[J].中国中药杂志，2013，38（08）：1116-1125.

[6]尹红力，赵鑫，佟丽丽，王振宇.黑木耳多糖体外和体内降血糖功能[J].食品科学，2015，36（21）：221-226.

[7]郭浩杰，杨严格，安乐，何明睿，黄锦维，李鑫姝，卿素珠，张为民.中药多糖的分子修饰及其药理活性研究进展[J].中草药，2015，46（07）：1074-1080.

[8]张晓霜，王妙妙，辛萌，管华诗，王伟.褐藻多糖抗病毒作用研究进展[J].中国海洋药物，2016，35（02）：87-94.

[9] 冯国辉. 橙黄乳菇和红汁乳菇深层发酵培养及生物活性的研究[D].贵州师范大学，2017.

[10]张玉君，杨晓君，丁泽人，赵圆圆，王秋平，余壮壮.内聚能密度结合响应面法优化酿后葡萄皮渣中原花青素的提取工艺[J].西北药学杂志，2018，33（01）：19-24.

[11]廖国会，龙家寰，秦立新，段婷婷.松乳菇多糖提取工艺优化及抗氧化活性评价[J].食品工业科技，2018，39（04）：123-130.