超聲波輔助法提取打瓜多糖工藝研究

曹曉倩　楊　慧　謝新民　李　靜　馬　磊　王　成*

(1.新疆農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農墾科學院農產品加工研究所，石河子 832000)

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超聲波輔助法提取打瓜多糖工藝研究

曹曉倩1楊慧2謝新民1李靜1馬磊1王成1*

(1.新疆農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農墾科學院農產品加工研究所，石河子 832000)

以新疆打瓜為試驗材料，以打瓜多糖提取率為考察指標，采用超聲波輔助法提取打瓜多糖。通過單因素試驗考察了料液比、超聲溫度、提取時間和超聲功率等因素對多糖提取率的影響，通過響應面法確定了最佳打瓜多糖提取工藝條件：料液比為1∶21(g∶mL)，超聲溫度為82℃，提取時間62min。打瓜多糖提取率為17.24%，較傳統乙醇浸提法提高了46%。

打瓜多糖超聲波輔助響應面法

打瓜(Seeding-watermelon)，又稱籽瓜，圓形，表皮光滑，淺綠，有深綠色條紋，瓜內色白，較甜。屬葫蘆科西瓜變種，主要分布于我國新疆、甘肅、東北及內蒙古東部等地區[1，2]，其中新疆打瓜種植面積占全國的75%。在準噶爾盆地西部邊緣、天山以北及南疆部分地區，是主要的打瓜生產區[3]。經研究發現，打瓜皮瓤中含有多種氨基酸、維生素、多糖和果膠，其富含的糖苷、果糖、葡萄糖等糖類物質由于不產生熱量，十分適合糖尿病人食用。同時，打瓜皮瓤中的多糖具有提高免疫、抗氧化等生物活性[4，5]，因此開發利用廢棄打瓜瓤中的多糖具有極大的經濟價值。

目前對多糖的提取方法主要有熱水提取法、溶劑提取法、超聲輔助法和酶提取法[6-11]。與其他方法相比，超聲輔助法具有強烈的空化效應、增加溶劑穿透力，提高物質的浸出速度和溶出次數，既能將植物組織分解，又不破壞其生物活性，提高打瓜皮瓤多糖的提取率。本實驗采用超聲波輔助法提取打瓜皮瓤中的多糖，獲得較高純度的多糖，為新疆打瓜深加工和綜合利用提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

打瓜：購自烏魯木齊市北園春果蔬批發市場。

葡萄糖標準品、濃硫酸、苯酚和無水乙醇均為分析純，上?；瘜W試劑有限公司。

1.2儀器與設備

DFY-500型高速萬能粉碎機：浙江溫嶺市林大機械有限公司；

Neofuge 13臺式高速離心機：力康發展有限公司；

BSA-CW型萬分之一天平：北京賽多利斯儀器系統有限公司；

UV 2600型紫外可見分光光度計：日本島津有限公司；

R-201型旋轉蒸發儀：德國海爾道夫；

KQ-100DE型超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司。

1.3試驗方法1.3.1工藝流程

打瓜→洗凈去籽→粉碎(40目過篩)→超聲波浸提→離心→上清液→定容→多糖測定。

1.3.2打瓜多糖得率的計算

本試驗采用硫酸-苯酚法分光光度法測定打瓜多糖含量，以葡萄糖作為標準品測定提取液中打瓜多糖的含量，打瓜多糖得率按公式(1)計算。

(1)

式中：25為稀釋倍數；C為定容后打瓜粗多糖提取液濃度，(mg/L)；V為打瓜粗多糖提取液的體積，mL；m為打瓜的質量，g；1000為g轉化為mg。

1.3.3單因素試驗設計

本試驗采用單因素試驗，分別考察料液比、超聲溫度、提取時間及超聲功率4個因素對打瓜多糖得率的影響。料液比分別固定為1∶10、1∶20、1∶30(g∶mL) 3個水平，超聲溫度分別固定為60、80、100 ℃ 3個水平，提取時間為別固定為40、60、80min3個水平，超聲功率分別固定為300、500、700W3個水平。

1.3.4響應面試驗設計

結合單因素試驗結果，選取料液比、超聲溫度和超聲功率為實驗因素，打瓜多糖提取率為評價指標，采用Box-Behnken試驗設計，利用SAS9.0 軟件進行響應面分析處理，獲得最優打瓜多糖提取工藝條件[12-17]。

2　結果與分析

2.1單因素試驗結果

料液比、超聲溫度、提取時間超聲功率對打瓜多糖提取率的影響見表1。

表1　4因素對打瓜多糖提取率的影響

表1結果表明，隨著料液比的增加，多糖提取率先迅速增加后逐步減緩，考慮到料液比加大不利于下一步驟的減壓濃縮，因此選取最佳料液比為1∶20(g∶mL)。隨著超聲功率的增加，多糖提取率沒有顯著變化，根據節能原則，選取最佳功率為300W。隨著溫度和時間的增加，多糖提取率先升高后降低，當溫度為80℃、提取時間為60min條件下，打瓜多糖提取率最高，達到14.37%。分析原因可能是合適的超聲溫度和提取時間有利于多糖的提取，但溫度過高、提取時間過長，使部分多糖分解從而導致提取率下降。

2.2響應面試驗結果

根據單因素試驗結果，以對提取率有顯著影響的料液比A、超聲溫度B和提取時間 C 3個因素為自變量，多糖得率Y作為響應值，進行3因素3水平響應面優化試驗，響應面試驗設計因素與水平編碼見表2。

表2　響應面實驗因素水平及編碼

響應面試驗結果表明(表3)，料液比A、超聲溫度B和提取時間C對多糖提取率Y有著顯著影響，試驗設計及結果見表3。

2.2.1方程擬合及方差分析

采用SAS 9.2 統計軟件對表3中的試驗結果進行多元回歸擬合分析，得出描述各因素與響應值(多糖提取率)關系的三元二次回歸方程式為：Y=17.17+0.17A+0.91B+0.34C-0.27AB+0.23AC+0.6BC-1.13A2-2.11B2-1.41C2。對回歸方程式進行方差分析和顯著性檢驗，結果見表4。結果表明回歸方程極顯著(P<0.01，下同)，其相關系數為0.9974，表明響應值(多糖提取率)的變化有99.74%來自于自變量(料液比、超聲溫度、提取時間)的變化，即回歸模型對試驗的擬合情況較好，試驗誤差小，可以利用該回歸方程確定影響因素的最佳水平。

表3　響應面試驗設計及結果

表4　回歸模型方差分析

*表示差異顯著(P<0.05)， **表示差異極顯著(P<0.01).

2.2.2響應面交互作用分析與優化

為進一步研究相關因素之間的交互作用并確定最優點，利用SAS 9.2軟件對試驗數據進行分析，繪制出響應面立體圖，該圖組可以直觀地反映料液比、超聲溫度和提取時間及其交互作用對多糖提取率的影響，結果如圖1、圖2、圖3所示。

圖1　料液比和超聲溫度的交互作用對打瓜多糖提取率的響應面

圖2　料液比和提取時間的交互作用對打瓜多糖提取率的響應面

圖3　超聲溫度和提取時間的交互作用對打瓜多糖提取率的響應面

各因素的交互作用影響可通過圖1～圖3展示的響應面三維圖及等高線圖反應出來，等高線的形狀可反應出因素間交互作用的強弱大小，橢圓形表示兩因素交互作用顯著，而圓形則與之相反。通過等高線可以看出，A、B、C 3因素對打瓜多糖提取率影響顯著，各因素間交互作用顯著。通過三維圖可以看出，固定其中兩個因素，隨著任一因素的增加，多糖提取率呈先升高后降低的趨勢，說明過高或過低的各因素水平對打瓜多糖提取率均有不利的影響。這個結論與單因素實驗結果相一致。

2.3最佳工藝條件驗證

在選取的各因素范圍內，根據回歸模型，由軟件分析得出打瓜多糖最佳提取條件為：料液比1∶21(g∶mL)、超聲溫度82℃、提取時間為62min，在此條件下預測提取率為17.31%，為了檢驗響應面分析法優化出的打瓜多糖提取工藝的準確性，采取最佳工藝條件進行了3次平行實驗，結果打瓜多糖平均提取率為17.24%，與理論預測值吻合較好，說明優化后的提取工藝條件是可靠的，具有實用價值。

2.4對比試驗

為了考察超聲波輔助法提取打瓜多糖的效率，實驗將其與傳統熱水提取法浸提進行了對比試驗，結果如表5所示。

表5　打瓜多糖兩種提取方法的比較

從表5可以看出，與傳統熱水提取法相比，超聲波輔助法提取打瓜多糖提取率提高了46%，說明超聲波技術能有效促進打瓜多糖的提取。

3　結論

單因素試驗結果表明，超聲波提取打瓜多糖過程中受料液比、超聲溫度和提取時間3個因素影響較大，且各因素水平數據之間存在一定的梯度差。響應面試驗結果表明，打瓜多糖最佳提取工藝條件為料液比1∶21(g∶mL)、超聲溫度82℃、提取時間62 min。此條件下多糖提取率為17.24%。對比試驗結果表明，超聲波輔助法較傳統熱水提取法效果好，打瓜提取率提高了46%。

利用超聲波技術提取打瓜多糖具有節約時間、能耗低、提取率高等優點，可為大規模工業化生產打瓜多糖的提供理論基礎。

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Research on conditions for extracton of polysaccharide from seeding-watermelon by ultrasonic-assisted method.

Cao Xiaoqian1， Yang Hui2， Xie Xinmin1， Li Jing1， Ma Lei1， Wang Cheng1*

(1.InstituteofQualityStandards&TestingTechnologyforAgro-Products，XinjiangAcademyofAgriculturalSciences，Urumqi830091,China; 2.InstituteofAgriculturalproductsprocessing，XinjiangAcademyofAgriculturalandReclamationSciences，Shihezi832000,China)

The influences of ratio of material to solvent， ultrasonic temperature， extraction time and the power of ultrasonic on the extraction rate of polysaccharide were studied by the single factor experiment. The optimum condition for extraction of polysaccharide from seeding-watermelon was determined by the response surface method. The ratio of material to solvent was 1∶21 (g∶mL)， the ultrasonic temperature was 82 ℃ and the extraction time was 62 min.The extraction rate was 17.24% which was 1.46 times of the traditional ethanol extraction method.

watermelon; polysaccharide; ultrasonic-assisted method; response surface method

自治區成果轉化項目(201454122)；新疆農科院農產品質量安全重點實驗室建設項目(xjnkkl-2013-003)；國家農產品質量安全風險評估重大專項(GJFP2015002)。

曹曉倩，女，1985年出生，碩士，實驗師，研究方向為農產品質量安全及檢測技術研究，E-mail：shannon0925@sina.com。
＊

王成，男，1971年出生，研究員，研究方向為農產品質量安全及檢測技術研究從事農產品質量安全及檢測技術研究，E-mail：wangcheng312@sina.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.05.012

2016-06-23