正交試驗對甘蔗渣多糖超聲波提取工藝的優化

翁艷英++黃丹麗++周春月

摘要：結合解吸-超聲波提取、硫酸-苯酚比色法對甘蔗（Saccharum officinarum）渣多糖成分進行提取研究，以多糖提取率為考察指標，通過單因素試驗確定了影響甘蔗渣多糖提取率的影響因素為超聲波提取時間、提取劑用量、液料比和解吸劑用量，結合正交試驗法確定提取甘蔗渣多糖的最佳工藝條件為：超聲提取時間55 min，提取溫度70 ℃，料液比1∶25（g∶mL），解吸劑60%乙醇用量為12 mL，在此條件下重復試驗，甘蔗渣多糖提取率達到0.695%。說明先解吸后超聲波有利于甘蔗渣多糖的提取。

關鍵詞：甘蔗（Saccharum officinarum）渣；多糖；解吸；超聲波；正交試驗

中圖分類號：S566.1；R284.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）16-4023-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.16.049

The Orthogonal Optimization of Polysaccharides from Bagasse by Ultrasonic Extraction

WENG Yan-ying，HUANG Dan-li，ZHOU Chun-yue

（Department of Chemistry and Biology Engineering， Guangxi Colleges and Universities/Key Laboratory Breeding Base of Chemistry of Guangxi Southwest Plant Resources ， Guangxi Normal University for Nationalities， Chongzuo 532200， Guangxi ，China）

Abstract：Based on the desorption-ultrasonic extraction and phenol-sulfuric acid method， the extraction of bagasse polysaccharides were studied. The related factors influencing the yield of polysaccharides were studied through single-factor experiments. Factors included extracting time， extraction temperature， solid-liquid ratio and the dosage of desorption agent. And according to the orthogonal experimental design， the optimum extracting conditions of polysaccharides from bagasse were showed as following： with 60% ethanol as the desorption solvent，20 min desorption time and 12 mL solvent dose， extracting solvent was water ，extracting temperature was 70 ℃， solid-liquid ratio was 1∶25， extracting with ultrasonic for 55 min and extracting twice. Repeating the experiments under the best conditions，the extraction rate of polysaccharides could reach up to 0.695%. The method could be applied to the ultrasonic extracting of polysaccharides from Bagasse after desorption.

Key words： polysaccharides from bagasse； desorption； ultrasonic extraction； orthogonal experiment

近年來生物活性的多糖物質已經越來越受到人們的關注。植物多糖，相對分子質量大，結構復雜，給多糖的提取分離帶來了難度[1]。目前，多糖的提取方法主要有浸提法[2]、超聲波提取法[3，4]、酶法[5]等，粗分離方法主要就是醇沉。從提取方法的多樣化、多糖的性質及植物的品種來看，要選擇一種合適的提取法對多糖的研究具有重大意義。為了響應國家節能減排的政策，綜合利用廢棄物，多糖活性成分的提取研究已經趨向于以廢棄渣作為提取原料[6，7]。甘蔗（Saccharum officinarum）渣系甘蔗榨糖后的副產品之一，中國是甘蔗的盛產地，糖廠每年會產生大量的甘蔗渣。多糖是甘蔗渣主要活性物質之一，研究表明甘蔗渣多糖具有增強免疫、抗腫瘤、抗病毒等藥理作用[8]，極具開發價值，所以對甘蔗渣多糖的提取工藝研究是相當有必要的，變廢為寶，實現高值利用，并符合環保理念。目前對甘蔗渣多糖的提取研究還是較少，主要是集中于傳統提取、超聲波提取[9]，但提取時間較長。本試驗以糖廠的甘蔗渣為原料，先采用乙醇溶液對原料進行解吸，再進行超聲波提取，結合正交試驗得到多糖提取最佳工藝，這對甘蔗渣的開發利用具有重要的實際意義。

1 材料與方法

1.1 材料

材料為甘蔗渣，購于廣西崇左的崇左市左江糖廠，經烘干后使用。試劑為95%乙醇、葡萄糖、濃硫酸、乙醚、苯酚、均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 多糖的測定 取一定量的甘蔗渣多糖溶液，按文獻[10]在490 nm處測定吸光度A490 nm，通過標準曲線回歸方程計算甘蔗渣多糖的含量C，甘蔗渣多糖的提取率η如下式：

η=（C×V1）/（V2×M×1 000）×100%

其中，η為甘蔗渣多糖提取率（%）；C為甘蔗渣多糖含量（mg）；V1為甘蔗渣多糖溶液總體積（mL）；V2為移取體積（mL）；M為甘蔗渣質量（g）。

1.2.2 解吸-超聲波提取 解吸-超聲提取法分為兩步：第一步稱取5.00 g甘蔗渣粉末，滴加一定量乙醇解吸劑使之濕潤均勻，室溫下解吸20 min。第二步在物料中加入一定量某溫度下的提取劑去離子水后，將其置于超聲波清洗儀中，提取一段時間后，抽濾、濃縮，冰箱靜置過夜，洗滌沉淀，并取樣分析，計算多糖的提取率。按單因素試驗確定以下因素對解吸-超聲波法提取甘蔗渣多糖的影響：提取時間（解吸劑乙醇濃度為50%，解吸劑用量10 mL，提取劑用量為 125 mL，提取溫度 80 ℃）；提取溫度（解吸劑乙醇濃度為 50%，解吸劑用量10 mL，提取劑用量為125 mL，提取時間45 min）；提取劑用量（解吸劑乙醇濃度為 50%，解吸劑用量10 mL，提取時間45 min，提取溫度80 ℃）；解吸劑用量（解吸劑乙醇濃度為50%，提取劑用量125 mL，提取時間45 min，提取溫度80 ℃）；解吸劑濃度（解吸劑用量10 mL，提取劑用量125 mL，提取時間45 min，提取溫度80 ℃）。

1.2.3 正交試驗 在單因素試驗的基礎上，選取對甘蔗渣多糖提取率影響較大的4個因素：超聲提取時間、提取溫度、液料比（g∶mL，下同）和解吸劑用量作為考察因素，每個因素選取3個水平設計正交試驗，因素與水平見表1。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 提取時間對甘蔗渣多糖提取率的影響 提取時間對甘蔗渣多糖提取率的影響見圖1。由圖1可知，隨著提取時間的增加，甘蔗渣多糖提取率逐漸增加，當提取時間超過35 min，提取率趨于平穩。

2.1.2 提取溫度對甘蔗渣多糖提取率的影響 超聲提取溫度對多糖提取率的影響見圖2。由圖2可知，在超聲波作用下，在一定溫度范圍內，隨著溫度的升高，多糖提取率逐漸增高，甘蔗渣多糖的溶出效果提高，利于多糖的提取。

2.1.3 提取劑用量對甘蔗渣多糖提取率的影響 提取劑用量對甘蔗渣多糖提取率的影響見圖3。由圖3可知，隨著提取劑用量的增加，甘蔗渣多糖提取率逐漸增加，當提取劑用量達到125 mL時，多糖提取率為0.71%，繼續增加提取劑用量，多糖提取率呈降低趨勢，可能是因為提取劑的用量增加較多時，甘蔗渣里的其他雜質也相應溶出，導致提取率降低。

2.1.4 解吸劑用量對甘蔗渣多糖提取率的影響 解吸劑用量對甘蔗渣多糖提取率的影響見圖4。由圖4可知，隨著解吸劑用量的增加，多糖提取率增加后又逐漸下降。解吸主要是使解吸劑乙醇溶液滲透進入甘蔗渣細胞內部，將多糖成分充分解吸，在超聲波作用下溶出多糖成分。

2.1.5 解吸劑對甘蔗渣多糖提取率的影響 解吸劑濃度對多糖提取率的影響見圖5。由圖5可知，在乙醇為30%～70%時，多糖提取率變化不大，在濃度60%時出現了最大值，可以選擇該濃度的乙醇溶液作為解吸劑。

2.2 正交試驗結果

選用L9（34）正交表進行試驗，通過硫酸-苯酚比色法分析多糖含量，以甘蔗渣多糖提取率作為考察指標，正交試驗結果見表2。由表2可知，通過分析比較極差結果可以看出，影響甘蔗渣多糖提取率的因素大小順序為B>A>C>D，影響較大的為B、A、C，即提取溫度、提取時間和料液比，解吸劑用量的影響不顯著。本試驗采用解吸—超聲輔助提取甘蔗渣多糖，甘蔗渣中的有效成分在超聲波三大效應的作用下快速釋放出來。多糖是一種大分子化合物，物料在被乙醇溶液充分地解吸之后，需要在一定的溫度下多糖成分才能隨著乙醇溶液滲透進入提取劑。因此，提取溫度起著很顯著的作用。通過極差分析可知，解吸—超聲提取甘蔗渣多糖的最佳工藝組合為A3B2C2D3，即60%的解吸劑（乙醇溶液）12 mL解吸30 min，料液比為1∶25，70 ℃超聲波提取55 min。在此條件下，進行3次平行驗證試驗，以考察最佳條件的合理性和可靠性，3次結果穩定，經測定，甘蔗渣多糖的提取率平均值達到0.695%，比正交設計中最高提取率高，說明正交設計得到的甘蔗渣多糖提取的最佳條件組合是合理、可行的。

3 結論

試驗采用正交試驗優化超聲波提取甘蔗渣多糖的工藝，確定了最佳工藝條件，即濃度60%的乙醇溶液解吸劑12 mL解吸30 min，料液比為1∶25，在70 ℃條件下超聲波提取55 min，提取2次。在最佳條件下平行試驗3次，甘蔗渣多糖的平均提取率為0.695%。超聲波提取技術的應用原理是利用超聲波的空化作用加速植物有效成分的溶出。與傳統的方法相比，超聲波提取不僅節約時間，減少提取劑的用量，還可以提高提取率，說明解吸后超聲波應用于甘蔗渣多糖的提取具有一定的優勢。

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