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响应面优化柠檬多糖的提取

时间:2016-07-04来源: 作者: 点击: 209次



摘 要:利用安岳柠檬果渣为原料,采用微波萃取技术提取柠檬多糖。在单因素的基础上,采用Design-Export软件建立多糖提取率与微波功率、萃取时间、料液比的二次多项式回归模型,得到微波提取柠檬果渣中多糖的最佳工艺为:料液比1:60,微波功率500W,提取时间150s,在该条件下多糖的提取率为10.8%,与预测值的相对偏差为0.83%。利用Box-Benhnken中心组合设计优化柠檬果渣多糖的提取合理可行,柠檬果渣中多糖的提取率较高,具有一定的研究价值。

关键字:微波;多糖提取;响应曲面法;柠檬

Optimization of the extracting technology of polysaccharide from the Lemon by response surface analysis

Wang Dan, Luo Li, Zhang Xia Zhong

(College of Chemistry and Chemical Engineering,Neijiang Normal

University, Neijiang, Sichuan 641199, China)

Abstract:In order to extract the polysaccharide, the Anyue lemon pomace was used as the original material, treatment by the microwave as the core technology. Based on single factor test, using the software Design-Export to establish the quadratic polynomial regression models of the extraction rate of polysaccharide, microwave power, extraction time and the solid-liquid ratio. And finally we got the best technological combination is on the following conditions were solid-liquid ratio 1:60, microwave power 500W, extraction time 150s. Under the optimal technological conditions the rate of polysaccharide was 10.8%, the relative error was 0.83%. From the analysis, the central composite design Box-Benhnken do can optimize the experiment, the result is practicable, so the Box is of great importan and value.

    Keywords: microwave; polysaccharide; response surface methodology; lemon

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    柠檬营养丰富,可以开发生产出果醋、果胶、精油、碳酸饮料等日用品,以及利尿剂、抗坏血病剂等相关的临床药物[1,2]。具有“中国柠檬之都”美称的四川省安岳县,柠檬品质上乘,年产量高。当地对柠檬进行大量的生产加工,留下了大量的柠檬果渣,果渣中还含有大量的活性物质如果胶[3]、黄酮[4]、多糖[5]等,随意的丢弃、简单的掩埋处理既浪费资源又污染环境。

作为动植物细胞壁的重要组成部分,多糖是超过10个单糖通过糖苷键连接的聚合高分子,具有免疫调节、抗氧化、体外抑瘤、抗炎[6-9]等医疗作用。目前见报道的具有工业、药用价值的有微生物多糖、紫甘薯多糖、鹿茸多糖[10,11]等,而从高品质的柠檬中提取多糖还鲜于报道。提取多糖的方法具有超声波辅助提取法、热水法、超声联合酶法、闪式提取法、微波辅助提取法[12-16]。本实验采用微波辅助提取柠檬皮渣中的多糖,具有仪器操作简单、选择性好、耗时少的优点,同时也可提高溶剂活性,能在较温和条件下使目标成分快速溶出,降低对多糖结构的破坏,产品收率和质量均高,是目前国内外天然产物提取的研究热点。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

柠檬皮渣(购于内江市安德利柠檬产业科技有限公司);苯酚、葡萄糖、氯仿、浓硫酸、正丁醇,以上试剂均为分析纯。

TU-1950型双光束紫外可见分光光度计(上海普析);Uwave-1000微波.紫外.超声波三位一体合成萃取反应仪(上海新仪);TD-5台式低速离心机(四川蜀科);AE240电子分析天平(梅特勒-托利多);6202型高速粉碎机(北京锟捷玉诚);电热鼓风干燥箱(上海-恒科);UPH系列超纯水器(成都超纯科技有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 实验材料预处理

    将柠檬皮渣在50℃ 下烘干,粉碎,塑料薄膜包装后贮于干燥器中备用。

1.2.2 提取液制备

    称取柠檬皮渣粉末适量,在一定微波功率、料液比、时间下对样品进行处理。提取物高速离心,取上层清液,用Sevage法洗除粗蛋白,高速离心,取上清液,重复此操作3-4次直到粗蛋白除净为止。以标准曲线的操作方法进行处理,在Abs为485 nm处测定吸光度,由以下的公式算出多糖提取利率。

1.2.3 标准曲线的制作

参照苯酚硫酸法[17],经波长扫描后,在最大波长为485nm处经行测量,得回归方程为A=0.0540C+0.0107, R2=0.9993(A:吸光度、C:样品浓度),吸光度与浓度线性关系良好。

1.2.4 多糖提取率的计算


    C:紫外分光光度法测得多糖浓度(mg/L) V:离心后上层清液的体积(mL) M:样品干重(g) n:稀释的倍数

1.2.5 单因素实验

分别准确称取2.00g的样品,在料液比为1:30,微波功率为400W,微波提取时间分别为60s、90s、120s、150s、180s、210s;在料液比为1:30,微波时间为120s,微波功率分别为350W、400W、450W、500W、550W;在微波时间为120s,微波功率450W,料液比分别为1:50、1:60、1:70、1:80、1:90。提取液按1.2.2的方法进行处理,考查各个因素对多糖提取率的影响。

1.2.6 响应面设计

    由单因素分析可知微波提取时间120s多糖提取率达到最大值,因此选择90s、120s、150s作为响应曲面法考察范围;功率450W时多糖提取率达到最大值,因此选择400-500W作为响应曲面法考察范围;料液比为1:70时果胶提取率达到最大值,因此选择1:60-1:80作为响应曲面法考察范围。

 

表1 响应面设计实验因素与水平

Table 1 Variables and levels in response surface design

因素水平

编码水平

 

-1

0

1

A

时间(s

90

120

150

B

微波功率(W)

400

450

500

C

料液比

1:60

1:70

1:80

2 结果与讨论

2.1 微波时间对多糖提取的影响

图1 微波时间对多糖得率的影响

Fig. 1 Effect of microwave time on the yield of polysaccharides

实验结果如图1所示,在120s时多糖提取率最大。由于提高微波处理时间会造成多糖发生水解;其他干扰物质如蛋白质的溶出,从而使多糖的提取率降低[18]

2.2 微波功率对多糖提取的影响

图2 微波功率对多糖得率的影响

Fig. 2 Effect of microwave power on the yield of polysaccharides

    实验结果如图2所示,在450 W时多糖提取率最大。微波功率的加大,使分子的运动加剧,细胞壁的破碎程度加大,多糖的溶出量增多,多糖提取率增加。但过大的微波功率,容易造成多糖分解,使多糖的提取率迅速降低。

 

2.3 料液比对多糖提取的影响

图3 料液比对多糖得率的影响

Fig. 3 Effect of  the ratio of solid solution on yield of polysaccharides

    提高溶剂水的使用量,有利于多糖在水中溶解,但溶剂的使用量过大,导致微波能大多被溶剂吸收,在相同的时间内样品的破碎程度减少,多糖的溶出量减少。同时料液比过大,多糖在溶液中的浓度降低,在后续使用Sevage法洗除粗蛋白的过程中,容易造成多糖的损失,使测定的结果和实际偏差加大。

2.4 响应面实验设计结果分析

2.4.1 实验结果及方差分析

表2 响应面实验设计及结果

Table 2 Response surface experimental design and results

实验号

A 时间(s)

B 微波功率(W)

C 料液比

多糖提取率%

模型值

1

-1

0

-1

6.4

6.0

2

1

0

-1

10.1

9.7

3

0

-1

-1

5.1

5.5

4

0

0

0

7.7

7.3

5

0

0

0

7.2

7.3

6

0

0

0

7.8

7.3

7

1

-1

0

9.1

9.0

8

-1

0

1

4.1

3.4

9

0

-1

1

4.7

4.8

10

0

0

0

7.3

7.3

11

0

1

1

5.7

5.7

12

0

0

0

7.6

7.3

13

-1

1

0

7.5

8.1

14

0

1

-1

9.8

10.1

15

1

1

0

9.3

9.3

16

1

0

1

6.5

7.1

17

-1

-1

0

2.4

2.9

 

 

表3 回归方程方差分析表

Table 3: analysis of variance table pectin regression equation

变异来源

平方和

自由度

均方

F

Pr>F

显著性

模型

68.51

9

7.61

42.53

<0.0001

**

A

26.65

1

26.65

148.85

<0.0001

**

B

15.13

1

15.13

84.50

<0.0001

**

C

13.52

1

13.52

75.53

<0.0001

**

A2

2.632E-005

1

2.632E-005

1.470E-004

0.9907

 

B2

0.84

1

0.84

4.71

0.0666

 

C2

2.35

1

2.35

13.14

0.0084

**

AB

6.00

1

6.00

33.53

0.0007

**

AC

0.42

1

0.42

2.36

0.1683

 

BC

3.42

1

3.42

19.12

0.0033

**

剩余

1.25

7

0.18

 

 

 

失拟

0.98

3

0.33

4.90

0.0794

 

误差

0.27

4

0.067

 

 

 

总回归

69.76

16

 

 

 

 

R2=0.9820       Adj R2=0.9589        CV=6.08

注:P<0.0100 表示该指标极显著(**);P<0.0500 表示该指标显著(*);P>0.0500 表示该指标不显著

    由表2的实验数据,用Design-Export软件对多糖的提取率进行拟合分析得到二次多项回归模型如下:

Y=+7.52+1.82A+1.38B-1.30C+2.500E-003A2-0.45B2-0.75C2-1.23AB-0.32AC-0.93BC

由表3的数据可知,应变量与自变量在回归模型中的线性关系极其显著(F=42.53,p<0.0001),在0.05的水平上失拟项是不显著的(P=0.0794>0.05),说明残差均由随机误差引起[19]。由F值可知单因素对柠檬多糖提取率的影响程度为:时间>微波功率>料液比,F检验体现的是回归模型的有效性,包括失拟项、回归方程显著性的检验[20],回归模型可以较好的解释反映的实验现象,其相关决定系数应大于0.8[21,22],响应变量R2 =0.9820>0.80,说明比较显著合理,模型拟合程度较好,误差较小,校正系数R2Adj=0.9589说明95.89%的响应面值的变化可以由建立的模型解释,可以很好的描述安岳柠檬果渣中多糖提取率随条件变化的规律,因此可以用响应曲面法优化提取安岳柠檬皮果渣中多糖取的总工艺。由以上数据还可知:一次项A、B、C;交互项AB、BC;二次项C2对柠檬皮渣中多糖的提取率的影响是极显著。

2.4.2 最佳实验条件和模型的验证性实验

经过软件Design-Export对实验结果的拟合分析及3次平行实验验证,在微波功率500W、料液比为1:60、提取时间150s的最佳条件下,多糖的平均提取率为10.8%,预测值与实验值的相对平均偏差为0.83%。说明该工艺条件下提取柠檬皮渣中的多糖是可靠的,该模型可以指导相应的实践生产。

3 结论

    该实验利用微波的辐射能使构成柠檬皮渣的细胞破碎,多糖溶解在水中,然后通过硫酸-苯酚法测定多糖的含量。在考查单因素提取时间、微波功率、料液比对安岳柠檬果渣中多糖提取率影响的基础上,运用Design-Export软件对该实验建立合理的模型进行模拟分析,通过实验验证可知,在最优条件:料液比1:60,微波功率500W,提取时间150s,多糖的提取率可以达到10.8%,提取率较高,这为安岳柠檬的后续开发提供了理论基础,有利于提高当地柠檬的价值空间,同时有益于环境。

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

[1] 程劲. 柠檬加工利用研究[J]. 四川食品与发酵, 2005, 41(1):11-15.

[2] 刘义武, 王碧. 柠檬营养成分与综合利用研究进展[J]. 内江师范学院学报, 2012, 27(8):46-51.

[3] 岳贤田. 超声波辅助提取桔皮中果胶的研究[J]. 广东农业科学, 2011, (5):131-133.

[4] 李家贵, 刘国聪, 韦庆敏. 柚皮黄酮类化合物的微波辅助萃取工艺研究[J]. 玉林师范学院学报(自

   然科学), 2011, 32(5):61-65.

[5] 李雪华, 龙盛京, 谢云峰等. 龙眼多糖、荔枝多糖的分离提取及其抗氧化作用的探讨[J]. 广西医科大学学报, 2004, 21(3):342-344.

[6] 莫金杰, 石小光, 李炎. 多糖的免疫凋节作用与研究进展[J], 四川畜牧兽医, 2010, (8):26-28.

[7] 尚晓娅, 张媛, 白艳玲等. 绞股蓝多糖体外抗氧化活性研究[J], 天然产物研究与开发, 2013, 25:450-454.

[8] 肖义军, 范延丽, 陈炳华, 等.红花桑寄生多糖抑制小鼠S180肉瘤生长的研究[J], 中国中药杂志,2010, 35(3):381-384.

[9] 从媛媛, 帕丽达.阿布力孜, 米仁沙.牙库甫等, 阿魏菇多糖的急性毒性及抗炎实验研究[J], 亚太传统医药, 2013, 9(2):7-8.

[10] 江雪, 吕晓玲, 李津等. 紫甘薯多糖对辐射的防护作用[J], 食品与生物技术学报, 2010, 29(5):665-669.

[11] 刘庆飞, 李峰. 鹿茸多糖提取工艺研究[J]. 辽宁中医药大学学报, 2013, 15(4):55-56.

[12] 刘霞, 申湘忠. 超声波辅助提取香瓜多糖工艺的优化[J], 安徽农业科学, 2011, 39(10):6060-6062.

[13] 胡斌杰, 陈金锋, 王宫南. 超声波与传统热水法提取灵芝多糖的比较研究[J]. 食品工业科技. 2007, (2):190-192.

[14] 贲永光, 吴铮超. 超声联合酶法提取黄芪总多糖的影响因素分析[J]. 广东药学院学报. 2006, 26(2):134-137.

[15] 武艳梅, 赵航, 李淑燕等. 闪式提取法提取黄芪活性成分工艺研究[J]. 食品科学. 2011, 32(24):98-101.

[16] 黄少伟, 池汝安, 张越非等. 微波辅助提取土茯苓多糖[J]. 时珍国医国药. 2007, 18(11):2649-2652.

[17] 钱和, 张添, 刘长虹. 改进苯酚-硫酸法测定芦荟多糖含量[J]. 江苏食品与发酵, 2002, (2):3-6.

[18] 王辰,张欣. 莲子多糖微波辅助提取与纯化技术研究[J]. 中国食物与营养. 2009, (04):36-38

[19] 阮尚全, 漆婷, 廖立敏等. 响应面优化微波提取塔罗科血橙皮中果胶的工艺研究[J]. 食品工业科技. 2013, 34(22):223-231.

[20] 孙庆庆,商丽娟,扶庆权. 响应曲面法优化海蓬子茎叶总黄酮的提取工艺研究[J]. 食品工业科技.

    2012, (10):276-279.

[21] H N Sin, S Yusof. Optimization of hot water extraction for sapodilla juice using response surface

   methodology[J]. J. of Food Eng., 2006, 74:352-358.

[22] Pangarhane D R, Sawhney R L. Review of research and development work on solar dryers for grape

    drying[J]. Energ Convers. Manage, 2002, 43(1):45-61.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

表1 响应面设计实验因素与水平

Table 1 Variables and levels in response surface design

因素水平

编码水平

 

-1

0

1

A

时间(s

90

120

150

B

微波功率(W)

400

450

500

C

料液比

1:60

1:70

1:80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图1 微波时间对多糖得率的影响

Fig. 1 Effect of microwave time on the yield of polysaccharides

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图2 微波功率对多糖得率的影响

Fig. 2 Effect of microwave power on the yield of polysaccharides

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3 料液比对多糖得率的影响

Fig. 3 Effect of  the ratio of solid solution on yield of polysaccharides

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

表2 响应面实验设计及结果

Table 2 Response surface experimental design and results

实验号

A 时间(s)

B 微波功率(W)

C 料液比

多糖提取率%

模型值

1

-1

0

-1

6.4

6.0

2

1

0

-1

10.1

9.7

3

0

-1

-1

5.1

5.5

4

0

0

0

7.7

7.3

5

0

0

0

7.2

7.3

6

0

0

0

7.8

7.3

7

1

-1

0

9.1

9.0

8

-1

0

1

4.1

3.4

9

0

-1

1

4.7

4.8

10

0

0

0

7.3

7.3

11

0

1

1

5.7

5.7

12

0

0

0

7.6

7.3

13

-1

1

0

7.5

8.1

14

0

1

-1

9.8

10.1

15

1

1

0

9.3

9.3

16

1

0

1

6.5

7.1

17

-1

-1

0

2.4

2.9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

表3 回归方程方差分析表

Table 3: analysis of variance table pectin regression equation

变异来源

平方和

自由度

均方

F

Pr>F

显著性

模型

68.51

9

7.61

42.53

<0.0001

**

A

26.65

1

26.65

148.85

<0.0001

**

B

15.13

1

15.13

84.50

<0.0001

**

C

13.52

1

13.52

75.53

<0.0001

**

A2

2.632E-005

1

2.632E-005

1.470E-004

0.9907

 

B2

0.84

1

0.84

4.71

0.0666

 

C2

2.35

1

2.35

13.14

0.0084

**

AB

6.00

1

6.00

33.53

0.0007

**

AC

0.42

1

0.42

2.36

0.1683

 

BC

3.42

1

3.42

19.12

0.0033

**

剩余

1.25

7

0.18

 

 

 

失拟

0.98

3

0.33

4.90

0.0794

 

误差

0.27

4

0.067

 

 

 

总回归

69.76

16

 

 

 

 

R2=0.9820       Adj R2=0.9589        CV=6.08

注:P<0.0100 表示该指标极显著(**);P<0.0500 表示该指标显著(*);P>0.0500 表示该指标不显著

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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