響應面法優化香蕉葉可溶性糖提取工藝

張剛 賴曉琳 王小平

摘? ? ? 要：為了優化香蕉葉中可溶性糖的提取工藝，采用單因素實驗考察浸提溫度、浸提時間、液料比值對香蕉葉可溶性糖提取的影響，并根據單因素實驗結果利用響應面法對香蕉葉可溶性糖提取工藝進行了3因素3水平的優化。結果表明：液料比值對提取量的影響最大，浸提溫度次之，而浸提時間影響最小。通過響應面優化得到的最優工藝條件為：浸提溫度85 ℃，浸提時間100 min，液料比值60 mL·g-1。

關? 鍵? 詞：香蕉葉;可溶性糖;工藝優化

中圖分類號：TQ424.1? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）11-2431-04

Optimization of the Extraction Process of Soluble Sugar

From Banana Leaves With Response Surface Methodology

ZHANG Gang1， LAI Xiao-lin1， WANG Xiao-ping1，2

（1. Department of Pharmacy， Zhangzhou Health Vocational College， Zhangzhou 363000， China;

2. Zhangzhou State Key Laboratory of Modern Chinese Medicine， Zhangzhou Health Vocational College， Zhangzhou 363000， China）

Abstract： In order to optimize the extraction process of soluble sugar in banana leaves， a single factor experiment was used to investigate the effect of extraction temperature， extraction time， liquid-to-material ratio on the extraction of soluble sugar in banana leaves， and the response surface method was used to optimize the extraction process of soluble sugar in banana leaves based on the single factor experiment results. The results showed that the liquid-material ratio had the largest influence on the extraction volume， followed by the extraction temperature， and the extraction time had the smallest effect. The optimal process conditions obtained through response surface optimization were as follows： leaching temperature? 85 ℃， leaching time 100 min， liquid-to-material ratio 60 mL·g-1.

Key words： Banana leaves; Soluble sugar; Process optimization

福建省香蕉產地主要分布在閩南一帶，漳州市天寶鎮是其最重要的產區之一。天寶鎮香蕉種植面積2 000 hm2，香蕉果實年產量約5萬t[1]。以香蕉莖葉等副產物與香蕉果實產量1∶2.4的質量比計[2]，則年產生香蕉莖葉和香蕉皮等副產物約2萬t，這些副產物以往大部分被棄于野外，任其腐爛，不僅影響環境，且無法實現香蕉葉的資源化利用。因此，開展香蕉葉的研究，不僅可以提升香蕉種植業的附加值，而且還可以改善生態環境，減少香蕉副產物對環境的污染。目前，研究者對香蕉葉綜合利用的研究主要集中在蛋白提取[3]、多酚提取[4-5]、多糖提取[6-7]、黃酮提取[8]和功能性材料的制備[9-10]等，而對香蕉葉中可溶性糖的提取鮮有報道。可溶性糖主要指在生物組織中普遍存在的能溶于水及乙醇的單糖和寡聚糖，如葡萄糖、果糖、麥芽糖等。本研究利用響應面分析法對香蕉葉中可溶性糖提取工藝進行優化，為香蕉葉綜合利用提供一定的參考。

1? 實驗

1.1? 原料

香蕉葉，漳州市石亭鎮;硫酸，分析純，南京化學試劑股份有限公司;蒽銅，分析純，南京化學試劑股份有限公司;葡萄糖，分析純，中國醫藥集團上海化學試劑公司;水為蒸餾水。

1.2? 儀器

FA2004電子分析天平，上海精科;SHB-III真空泵，鄭州長城科工貿有限公司;離心機，湖南湘儀;YZ-250DB超聲波清洗器，上海越眾儀器設備有限公司;TU-19紫外可見分光光度計，北京普析;101-4QB蘇珀電熱恒溫鼓風干燥箱，紹興蘇珀;BJ-150中藥粉碎機，德清拜杰。

1.3? 方法

1.3.1? 香蕉葉中可溶性糖的提取

將香蕉葉用蒸餾水清洗干凈，在60 ℃下烘干至恒重，用粉碎機粉碎后過80目篩（孔徑為? ? 0.150 mm），再次干燥至恒重后保存在干燥器中備用。稱取1.0 g 的干燥香蕉葉粉末，裝入150 mL帶有塞子的錐形瓶中，加入一定體積的蒸餾水后，在水浴中提取一定時間后抽濾，濾液冷卻后在? ? ? ? ? ?2 000 r· min-1 下離心20 min，上清液作為香蕉葉可溶性糖提取物樣液備用。

1.3.2? 香蕉葉可溶性糖質量分數的測定[11]

采用蒽酮-硫酸比色法[12]測定可溶性糖：以葡萄糖為標準品，繪制標準曲線，根據得到的回歸方程計算香蕉葉中可溶性糖提取率。

可溶性糖提取率=（ρ×V）/（m×1 000）×100%。 （1）

式中：ρ—待測液中可溶性糖質量濃度，mg·mL-1;

V—樣液總體積，mL;

m—香蕉葉粉末質量，g。

1.3.3? 單因素實驗

浸提溫度對香蕉葉可溶性糖提取率的影響： 浸提時間為90 min，液料比值50 mL·g-1，浸提溫度分別為60、70、80、90、100 ℃。測定香蕉葉可溶性糖的提取率。

浸提時間對香蕉葉可溶性糖提取率的影響：浸提溫度為80 ℃，液料比值50 mL·g-1，提取時間分別為10、30、60、90、120 min。測定香蕉葉可溶性糖的提取率。

液料比值對香蕉葉可溶性糖提取率的影響：浸提時間為90 min，浸提溫度為80 ℃，液料比值分別為20、30、40、50、60 mL·g-1。測定香蕉葉可溶性糖的提取率。

1.3.4? 設計方案

以單因素實驗為基礎，選取浸提溫度（A）、浸提時間（B）、液料比值（C）3個因素，如表1所示。

2? 結果與分析

2.1? 單因素實驗

2.1.1? 浸提溫度對香蕉葉可溶性糖提取率的影響

在浸提時間為90 min，液料比值50 mL·g-1的條件下，如圖1所示，隨著提取溫度的升高，香蕉葉可溶性糖的提取率呈增大趨勢，當溫度達到80 ℃以后，提取率變化不明顯。考慮到溫度過高會增加實際生產中的能耗，因此選取80 ℃為最佳提取溫度。

2.1.2? 浸提時間對香蕉葉可溶性糖提取率的影響

在浸提溫度為80 ℃，液料比值50 mL·g-1的條件下，如圖2所示，隨著浸提時間的延長，可溶性糖的提取率逐漸增大，時間達到90 min以后，提取率變化不大。考慮到實際生產的經濟效益，故選擇提取時間90 min為宜。

2.1.3? 液料比值對香蕉葉可溶性糖提取率的影響

在浸提溫度為80 ℃，浸提時間為90 min，如圖3所示。

當液料比值增大時，香蕉葉可溶性糖的提取率呈增大趨勢，在液料比值大于50 mL·g-1時增大趨勢變小，且液料比值過大對后期的分離提純不利，因此選擇液料比值為50 mL·g-1較為合適。

2.2? 響應面分析結果

2.2.1? 響應面實驗設計

根據單因素實驗結果，分別選取浸提溫度（A）、浸提時間（B）、液料比值（C）3個因素，每個因素3個水平，香蕉葉可溶性糖提取率作為響應值，具體的實驗設計與分析見表2及表3。

2.2.2? 響應面實驗結果分析

通過響應面分析，可得到香蕉葉可溶性糖的提取率（Y）與浸提溫度（A）、浸提時間（B）、液料比值（C）的二次多元回歸方程為：

Y=8.07 + 0.36A + 0.15 B + 1.35C + 0.012 AB + 0.12 AC + 0.18 BC-0.6A2-0.55 B2-0.89 C2。

由以上的二次多元回歸方程可知，液料比值對香蕉可溶性糖提取率的影響最大，浸提溫度次之，浸提時間的影響最小。

由表3可知，回歸方程模型的P<0.01，表明模型極顯著，可用于真實數據的預測;而失擬項不顯著（P = 0.0633，>0.05），差異不顯著，說明計算數值與實測數值能夠較好地吻合。模型的

R2 = 0.993 4，RAdj2 = 0.984 9，說明建立的模型能夠解釋98.49 % 響應值的變化，且有99.34 %來源于所選變量。表3中數據顯示，B、BC影響顯著和AB、AC影響都不顯著，A、C、A2、B2、C2均影響極顯著。

2.2.3? 交互作用

響應面可以綜合反映出實驗中各因素對響應值的影響和兩兩因素之間的交互作用。平緩和陡峭程度可以反映因素值變化對響應值的影響大小[13]。如圖4、圖5、圖6所示，浸提時間變化幅度平緩，說明此因素對香蕉葉可溶性糖提取率影響較小。液料比值曲面較為陡峭，說明其對香蕉葉可溶性糖的提取率影響較大，因此在實際提取過程中控制好液料比值是十分關鍵的一個環節。浸提溫度對于香蕉葉可溶性糖提取率的影響次于液料比值。通過比較? 圖4、圖5、圖6可知，液料比值與浸提時間的相互作用對香蕉葉可溶性糖的提取率影響較大;而浸提溫度與浸提時間及浸提溫度和液料比值的相互作用對香蕉葉可溶性糖的提取量率影響較小。

2.2.4? 最佳工藝參數的確定

通過響應面分析，得到最優的提取工藝參數為浸提溫度83.83 ℃、浸提時間98.2 min、液料比值58.19 mL·g-1，此條件下香蕉葉可溶性糖提取率預測值為8.71%。為方便實際操作，將最優提取參數調整為浸提溫度85 ℃、浸提時間100 min、液料比值60 mL·g-1。按上述條件進行驗證性實驗，3次平均提取率為8.5%，與模型所預測的值很接近，說明所建立的回歸模型能較好地預測香蕉葉可溶性糖的提取率。

3? 結 論

本文通過考察浸提溫度、浸提時間、液料比值對香蕉葉可溶性糖提取率的影響，利用響應面法分析獲得提取香蕉葉可溶性糖的最佳工藝參數為浸提溫度83.83 ℃、浸提時間98.2 min、液料比值58.19 mL·g-1，此條件下香蕉葉可溶性糖提取率預測值為8.71%。實際調整工藝參數為浸提溫度85 ℃、浸提時間100 min、液料比值60 mL·g-1，實際提取率為8.5%，與預測值較為接近，驗證了最優提取工藝的有效性，為香蕉葉可溶性糖的研究及香蕉葉的綜合利用提供一定的參考。

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