超聲輔助提取米糠多糖工藝參數(shù)研究1）

周雪松，張娜，劉曉飛，馬永強(qiáng)＊

米糠中的多糖，是醛糖或酮糖由糖苷鍵鏈接在一起的聚合物，由a-1，6葡萄糖苷鍵連接的葡萄糖構(gòu)成，廣泛存在于稻谷穎果皮層中。其中水溶性多糖與一般均聚糖不同，是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的雜聚糖［1-3］。米糠多糖在抗腫瘤、免疫增強(qiáng)、抗細(xì)菌感染及降血糖血脂等方面也具有較高的生物活性［4］。

國(guó)內(nèi)對(duì)米糠資源的深度開發(fā)利用還不夠廣泛深入，對(duì)米糠的綜合利用還只局限于肌醇、植酸等傳統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)，綜合利用價(jià)值急需提高。盡管近年來(lái)也作了一系列多層次的開發(fā)和利用，如米糠纖維飲料的研制、米糠油的提取、植酸和肌醇的制備、米糠營(yíng)養(yǎng)素和營(yíng)養(yǎng)纖維的制備等。但總體而言對(duì)其中的多糖進(jìn)行深度開發(fā)利用則較少。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 樣品

米糠產(chǎn)自“長(zhǎng)粒香”品種大米，購(gòu)自黑龍江伊春鐵力農(nóng)場(chǎng)

1.1.2 試劑

所有試劑均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

ALC-110.4型電子分析天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；722型分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；FZ102型微型植物粉碎機(jī)，天津泰斯特儀器有限公司；TDL80-2B臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；KQ-500VDE雙頻超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

1.3.1 超聲輔助提取米糠多糖

（1）樣品前處理。取適量米糠置于105℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥1h，除去水分；粉碎，過(guò)40目篩；加入5倍于樣品體積的石油醚浸泡4h，重復(fù)一次，除去脂肪；抽濾之后，于通風(fēng)櫥中45℃水浴除去石油醚。

（2）酶液制備。準(zhǔn)確稱取α-淀粉酶0.2367g（酶活為3380U／g），用pH 5.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液（0.1mol／mL）溶解，并定容至100mL。

（3）提取工藝。稱取經(jīng)前處理后的米糠樣品10g置于錐形瓶中，加入料液比為15∶1（V∶W）的蒸餾水，在60℃條件下，設(shè)置功率為400W、頻率為45kHz進(jìn)行超聲輔助提取，時(shí)間為30min；提取完畢后，以3000r／min轉(zhuǎn)速離心20min，合并上清液置于錐形瓶，加入10mLα-淀粉酶溶液，調(diào)節(jié)pH為6.0，于60℃保溫，至碘反應(yīng)為陰性為止，除去淀粉，再升溫至100℃保持15min，除去α-淀粉酶酶活；加入五分之一于樣液體積的12%三氯乙酸溶液，調(diào)節(jié)pH至4.5，震蕩10min，除去蛋白質(zhì)；調(diào)至中性，以1200r／min轉(zhuǎn)速離心10min，合并上清液，加入3倍體積比的95%乙醇，靜置過(guò)夜后，再以2000r／min轉(zhuǎn)速離心10min，獲得白色沉淀即為米糠多糖［5-6］。

1.3.2 超聲輔助提取米糠多糖單因素實(shí)驗(yàn)

分別設(shè)置功率為300、350、400、450、500W；溫度分別調(diào)為40、50、60、70、80℃；料液比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25（V∶W）；時(shí)間分別為20、25、30、35、40min進(jìn)行單因素試驗(yàn)［7］。

1.3.3 超聲輔助提取米糠多糖條件優(yōu)化正交試驗(yàn)

在上述單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)影響米糠多糖得率的四大因素：溫度、超聲功率、料水比、時(shí)間，按L9（34）正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，以篩選得到最優(yōu)化的超聲輔助提取米糠多糖的工藝參數(shù)。

1.3.4 多糖含量測(cè)定 采用硫酸苯酚法對(duì)米糠中提取的多糖含量進(jìn)行測(cè)定［8］。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

量取0.lmg／mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7mL置干燥比色管中，分別加蒸餾水使成1.0mL，再分別加入5%苯酚溶液1mL，搖勻。然后加濃硫酸5.0mL，充分搖勻，室溫放置25min，在490nm處測(cè)定其吸光度值，結(jié)果如圖1所示。從圖1分析可知，回歸方程y（A）＝0.8182 x（mL）＋0.0035，相關(guān)系數(shù) R2＝0.9948，可以看出，標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸性較好，能夠通過(guò)該方程進(jìn)行米糠多糖含量的分析。

圖1 米糠多糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 超聲輔助提取米糠多糖單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 超聲功率對(duì)米糠多糖提取率的影響

選用不同功率（300～500W）的超聲輔助提取米糠多糖，考察其在米糠多糖的提取過(guò)程中，對(duì)米糠多糖得率的影響。利用硫酸苯酚法測(cè)得該實(shí)驗(yàn)組提取液的吸光度值，通過(guò)計(jì)算，相應(yīng)的米糠多糖得率變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 超聲功率對(duì)米糠多糖提取率的影響

從圖2可以看出，功率在300～450W的范圍內(nèi)，隨著功率的增大，多糖提取率也不斷增大，但450～500W的范圍內(nèi)，多糖的提取率增長(zhǎng)緩慢。

由于超聲波可在液體中產(chǎn)生空化作用，而空化作用產(chǎn)生的沖擊波和射流可破壞植物細(xì)胞和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，從而增加細(xì)胞內(nèi)容物通過(guò)細(xì)胞膜的穿透能力，提高米糠多糖提取率。但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)功率達(dá)到450W之后，隨功率升高，浸提液渾濁度也增加，影響后續(xù)的分離、純化，一味的增加功率已經(jīng)沒有任何意義，所以考慮到實(shí)驗(yàn)的操作性和能源的節(jié)約，應(yīng)用超聲輔助提取米糠多糖時(shí)，選用450W左右的功率是比較適宜的。

2.2.2 溫度對(duì)米糠多糖提取率的影響

選用不同溫度（40～80℃）進(jìn)行超聲輔助提取米糠多糖，考察其在米糠多糖的提取過(guò)程中對(duì)米糠多糖得率的影響。結(jié)果如圖3所示。

圖3 溫度對(duì)米糠多糖提取率的影響

從圖3可以看出，從40～60℃范圍內(nèi)，隨著溫度的增加，多糖提取率也明顯增加，當(dāng)溫度為60℃時(shí)，多糖得率達(dá)到最大值，但超過(guò)60℃多糖得率反而下降。

這主要是由于過(guò)高的提取溫度會(huì)使糖苷鍵斷裂，使多糖分解，有效成分喪失，導(dǎo)致提取率降低。采用超聲輔助提取時(shí)，超聲波本身也會(huì)釋放大量的能量和熱量，若提取溫度設(shè)置過(guò)高，再加上超聲波的這種放熱作用會(huì)協(xié)助加速大分子多糖糖昔鍵斷裂，所以多糖的得率反而會(huì)有所下降?？紤]到實(shí)驗(yàn)效果和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)用超聲輔助提取米糠多糖時(shí)，選用60℃左右的中溫是比較適宜的。

2.2.3 料液比對(duì)米糠多糖提取率的影響

選用不同料液比（1∶5～1∶25）進(jìn)行超聲輔助提取米糠多糖，考察其在米糠多糖的提取過(guò)程中，對(duì)米糠多糖得率的影響。結(jié)果如圖4所示。

圖4 料液比對(duì)米糠多糖提取率的影響

從圖4可以看出，料液比在1∶5～1∶15范圍內(nèi)，隨著料液比的增加，提取率明顯升高，在1∶15～1∶25范圍內(nèi)，隨著料液比的增加，提取率升高緩慢，總體來(lái)說(shuō)米糠多糖提取率隨著料液比的升高呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

在1∶5～1∶15范圍，料液比越大，溶劑越多，溶質(zhì)擴(kuò)散動(dòng)力越大，多糖提取率越高，料液比達(dá)到1∶15時(shí)多糖已基本溶解到了提取液中，繼續(xù)增加料液比，米糠多糖提取率雖然有所增加 ，但是同時(shí)會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)的浸出率上升，而且料液比過(guò)高，導(dǎo)致提取液體積過(guò)大，為離心分離帶來(lái)極大的不便，另外，提取液體積過(guò)大還會(huì)造成后續(xù)實(shí)驗(yàn)步驟中使用的酶和其他化學(xué)試劑的浪費(fèi)，提高實(shí)驗(yàn)成本，考慮到多糖的有效成分、實(shí)驗(yàn)方便性和經(jīng)濟(jì)因素，超聲輔助浸提法選擇料液比l∶15為宜。

2.2.4 時(shí)間對(duì)米糠多糖提取率的影響

選用不同時(shí)間（20～40min）進(jìn)行超聲輔助提取米糠多糖，考察其在米糠多糖的提取過(guò)程中，對(duì)米糠多糖得率的影響。結(jié)果如圖5所示。

圖5 時(shí)間對(duì)米糠多糖提取率的影響

從圖5可以看出提取時(shí)間在35min內(nèi)，提取時(shí)間越長(zhǎng)，米糠多糖的提取率就越高，但當(dāng)提取時(shí)間超過(guò)35min之后，多糖提取率緩慢下降。

在提取開始后，多糖提取率隨著超聲時(shí)間增加而明顯提高，是由于超聲波具有較強(qiáng)的空化作用和機(jī)械切力作用，從而使多糖提取率增加，在35min時(shí)達(dá)到最大值，之后隨著時(shí)間延長(zhǎng)開始下降。原因是超聲作用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，反而會(huì)使多糖糖苷鍵斷裂，使有效成分減少，從而使多糖的提取率降低，從實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，超聲處理時(shí)間選擇在35min最合適。

2.3 正交試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果

在上述單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)影響米糠多糖得率的因素：溫度、超聲功率、料水比、時(shí)間按L9（34）正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，以篩選得到最優(yōu)化的超聲輔助提取米糠多糖條件組合。正交試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 米糠多糖提取正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，運(yùn)用超聲波輔助提取影響米糠多糖提取因素的主次順序?yàn)镈＞B＞C＞A，即超聲功率＞溫度＞時(shí)間＞料液比；最佳工藝為A2B2C2D3，即超聲功率為450W，料液比為1∶20，溫度為60℃，時(shí)間為35min，按此參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，提取率高達(dá)2.73%。

3 結(jié)論

本論文就超聲輔助提取米糠多糖的影響因素，設(shè)計(jì)單因素實(shí)驗(yàn)，并以之為基礎(chǔ)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)米糠多糖提取參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后的超聲輔助提取米糠多糖的最優(yōu)工藝參數(shù)為：超聲功率為450W，料液比為1∶20，溫度為60℃，時(shí)間為35min，此時(shí)提取率高達(dá)2.73%。

與傳統(tǒng)熱水浸提的方法相比較，采用超聲波輔助強(qiáng)化提取米糠多糖的方法能明顯縮短提取時(shí)間，降低提取溫度，避免了高溫對(duì)活性成分的破壞，提高了提取效率。具有迅速、節(jié)能、高效的特點(diǎn)，是強(qiáng)化輔助提取多糖的好方法。

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