佛手瓜多糖的提取工藝研究

余文杰，陳健旋

（1.漳州職業(yè)技術學院食品與生物工程系，福建，漳州　363000；2.農產品深加工及安全福建省高校應用技術工程中心，福建，漳州　363000）

佛手瓜多糖的提取工藝研究

余文杰1，2，*陳健旋1，2

（1.漳州職業(yè)技術學院食品與生物工程系，福建，漳州363000；2.農產品深加工及安全福建省高校應用技術工程中心，福建，漳州363000）

為優(yōu)化熱浸提佛手瓜多糖的工藝，在單因素實驗的基礎上，選擇提取溫度、液料比、提取時間為自變量，以多糖提取率為響應值，采用Box-Benhnken法設計三因素三水平的響應面分析實驗。結果表明，最佳的提取工藝條件為：提取溫度81℃、液料比20 mL·g-1，提取時間138 min。在此條件下，實際測得多糖的提取率為2.775%，與預測值相對誤差為0.57%，驗證了數(shù)學模型的有效性，表明該工藝條件合理可行。

佛手瓜；多糖；提取

佛手瓜（Sechium edule （Jacq.） Swartz），又名壽瓜、安南瓜等，是葫蘆科佛手瓜屬多年生攀緣性草本植物［1］。佛手瓜美味可口、營養(yǎng)豐富、抗病力強、高產優(yōu)質，是一種投資少、效益高的“無公害”蔬菜［2］。佛手瓜不僅含人體所需的多種礦物質，還含有多種天然有機活性物質，是一種藥食兩用的保健蔬菜［3-4］。多糖是一類廣泛存在于生物有機體的具有多種生物活性功能的物質，具有降血糖、降血脂、抗病毒、抗腫瘤、抗輻射、抗氧化、抗疲勞、抗衰老等功效，被廣泛地應用于食品、醫(yī)藥、化妝品等研究與開發(fā)中［5-7］，具有廣闊的市場前景和應用價值。然而目前尚未有佛手瓜多糖提取的文獻報道。本研究在單因素試驗的基礎上，利用響應面分析法對佛手瓜水溶性多糖提取工藝進行研究，以期為佛手瓜多糖的進一步開發(fā)研究奠定基礎。

1　材料與方法

1.1儀器與材料

Q-250B高速多功能粉碎機（上海冰都）；SHZ-D循環(huán)水式真空泵（鄭州長城科工貿）；UV-1800PC-DS2紫外可見分光光度計（上海美譜達）；GZX-9070MBE數(shù)顯鼓風干燥箱（上海博訊）；RE-52AA旋轉蒸發(fā)儀（上海亞榮）；BSA124S電子天平（賽多利斯）。

無水乙醇、濃硫酸、苯酚、石油醚、乙醚、葡萄糖、正丁醇、氯仿等均為分析純。

佛手瓜：購于漳州市北橋菜市場。

1.2試驗方法

1.2.1 佛手瓜多糖含量的測定

以葡萄糖為標準品，采用苯酚—硫酸法［8］，在490 nm處測定吸光度，以吸光度Y為縱坐標，葡萄糖溶液濃度X為橫坐標、繪制標準曲線并進行線性回歸，得到回歸方程。

將從佛手瓜中提取的待測液用上述方法進行測試，測得在490 nm下的吸光度，代入回歸方程，即可得到多糖的濃度，按下式計算多糖的提取率。

1.2.2佛手瓜多糖的提取工藝

將市場采購的佛手瓜洗凈、去皮、切成條狀、自然晾干后，于冰箱中進行冷凍，凍完置于冷凍干燥機中進行干燥，粉碎，過80目篩備用。準確稱取一定量的備用佛手瓜置于無水乙醇中浸泡1 h，浸泡完后，濾渣經石油醚脫色脫脂，后置于干燥箱中干燥，將干燥后的產品置于250 mL燒瓶中，按工藝條件加入蒸餾水，并設定好水浴溫度及時間進行提取，提取完后加入Sevage試劑混合震蕩30 min，離心過濾除去蛋白并分離有機溶劑，濾液于旋轉蒸發(fā)儀中濃縮，并轉移至100 mL容量瓶中定容，備用，按1.2.1中方法進行計算多糖的提取率。

1.2.3單因素實驗設計

1.2.3.1提取溫度對多糖提取率的影響

稱取一定量的佛手瓜粉末置于250 mL的燒瓶中，在液料比20 mL·g-1，提取時間120 min的條件下，考察不同提取溫度（70、75、80、85、90 ℃）對多糖提取率的影響。

1.2.3.2液料比對多糖提取率的影響

稱取一定量的佛手瓜粉末置于250 mL的燒瓶中，在提取溫度80 ℃，提取時間120 min的條件下，考察不同液料比（10、15、20、25、30 mL·g-1）對多糖提取率的影響。

1.2.3.3提取時間對多糖提取率的影響

稱取一定量的佛手瓜粉末于250 mL的燒瓶中，在提取溫度80 ℃，液料比20 mL·g-1的條件下，考察不同提取時間（60、90、120、150、180 min）對多糖提取率的影響。

1.2.4佛手瓜多糖提取工藝條件優(yōu)化

在單因素實驗的基礎上，以提取溫度（A）、液料比（B）、提取時間（C）三個因素為自變量，以多糖提取率為響應值，采用Design Expert 8.05b軟件中的Box-Behnken實驗設計分析優(yōu)化多糖提取工藝條件，實驗因素水平及編碼見表1。

表1　響應面分析因素水平表Table 1　Factors and levels of response surface methodology

2　結果與討論

2.1佛手瓜多糖提取的單因素試驗

2.1.1提取溫度對佛手瓜多糖提取率的影響

從圖1中可以看出，當提取溫度在70～80℃之間時，佛手瓜多糖提取率隨著提取溫度的升高而增大；當溫度超過80℃時，多糖提取率隨著提取溫度的升高反而下降。這是因為隨著提取溫度的升高，佛手瓜顆粒及溶劑分子的熱運動加快，促進了佛手瓜顆粒與溶劑之間的擴散與滲透而使得多糖溶出量增加，但當溫度超過80℃時，溫度過高會因多糖結構的熱不穩(wěn)定性［9］而造成降解，因而最佳的提取溫度選擇為80 ℃。

圖1　提取溫度對多糖提取率的影響Fig.1　Effect of temperature on yield of polysaccharides

2.1.2液料比對佛手瓜多糖提取率的影響

從圖2中可以看出，當液料比在10～20 mL·g-1之間時，佛手瓜多糖的提取率隨著液料比的增加而增大，而當液料比超過20 mL·g-1時，多糖的提取率又開始下降，這是因為隨著液料比的增加，佛手瓜顆粒中多糖與溶劑的濃度梯度差越大，增加了多糖從佛手瓜顆粒溶出到溶劑中的擴散系數(shù)，而使得多糖提取率增大；而當液料比大于20 mL·g-1時，溶劑量過大，促進了顆粒中其它雜質的溶出，并與多糖產生競爭［10］，從而造成了多糖提取率的下降。因此，最佳的液料比選擇為20 mL·g-1。

圖2　液料比對多糖提取率的影響Fig.2　Effect of liquid-solid ratio on yield of polysaccharides

2.1.3提取時間對佛手瓜多糖提取率的影響

從圖3中可以看出，當提取時間在60～120 min之間時，佛手瓜多糖隨著提取時間的延長而增大；而當提取時間超過120 min時，多糖提取率反而又下降。這是因為提取時間過短時，多糖未能在溶劑中充分地溶出，而當提取時間超過120 min時，加熱時間過長，容易造成多糖的水解［11］而導致多糖提取率的下降。因此，最佳的提取時間選擇為120 min。

圖3　提取時間對多糖提取率的影響Fig.3　Effect of time on yield of polysaccharides

2.2響應優(yōu)化佛手瓜多糖提取工藝結果

2.2.1回歸模型的建立及方差分析

根據(jù)Box-Benhnken實驗設計原理［12］，在單因素實驗的基礎上，選擇提取溫度（A）、液料比（B）和提取時間（C）3個因素進行三因素三水平的響應面實驗設計，共17個實驗點，設計方案及實驗結果如表2所示，方差分析結果見表3。

表2　響應曲面實驗設計及結果Table 2　Response surface experiment design and the result

表3　回歸模型方差分析Table 3　The variance analysis of regression model

利用Design-Expert 8.05b統(tǒng)計軟件對所得數(shù)據(jù)進行回歸擬合，得到佛手瓜多糖提取率（Y）與提取溫度（A）、液料比（B）、提取時間（C）的二次多項回歸模型為：

Y = 2.74 + 0.080A + 0.021B + 0.16C + 0.005AB + 0.00875AC - 0.015BC - 0.36A2- 0.27B2- 0.13C2。

由表3可知，該回歸模型的顯著性水平P ＜ 0.0001，表明該回歸模型達到極顯著水平；失擬項P = 0.0702＞0.05，差異不顯著，相關系數(shù)R2= 0.9942，表明實測值有99.42%的數(shù)據(jù)可以用預測值來表示，說明所建立的回歸模型擬合度高，可以用該模型描述各工藝條件與響應值之間的真實關系。根據(jù)F值及P值均可看出，影響因子的主效應主次順序為：提取時間 ＞ 提取溫度 ＞ 液料比。一次項A、C，二次項A2、B2、C2對試驗結果影響極顯著（P ＜ 0.01）；一次項B，交互項AB、AC、BC對試驗結果影響不顯著，表明工藝因素與響應值之間是一種非線性關系。因此，可以用該模型來預測與分析佛手瓜多糖的提取。

2.2.2響應面優(yōu)化及驗證實驗

利用Design-Expert 8.05b統(tǒng)計軟件，繪制各因素對佛手瓜多糖提取率的響應面和等高線圖，其結果見圖4～6。圖中反映了自變量A、B、C三個因素中任意一個變量取零水平時，其他兩個因素的交互作用對佛手瓜多糖提取率的影響情況。

由圖4～6可以看出，提取溫度與液料比、提取溫度與提取時間、液料比與提取時間等兩兩因素的交互作用呈現(xiàn)出馬鞍形曲面，說明所考察的工藝條件的交互作用對響應值均有明顯的影響，并且各工藝因素的最佳值均在等高線圖中的最小橢圓的中心，說明最佳工藝在所設計參數(shù)的范圍內。從等高線的疏密程度可以判斷出，提取時間對響應值的影響大于提取溫度、提取時間對響應值的影響大于料液比、提取溫度對響應值的影響大于液料比。

綜上所述，提取時間對多糖提取率的影響最大，提取溫度次之，液料比的影響相對較小。利用Design Expert 8.05b軟件對實驗結果進行分析處理，得到佛手瓜多糖提取的最佳條件為：提取溫度80.60℃、液料比19.72，提取時間137.77 min，在此條件下，模型預測的最大多糖提取率為2.791%?？紤]到實際操作條件，將工藝參數(shù)修正為：提取溫度81 ℃、液料比20 mL·g-1，提取時間138 min。在此條件下進行3次驗證實驗，實際測得多糖的提取率的平均值為2.775%，實測值與預測值相對誤差為0.57%，說明回歸模型擬合度高，驗證了數(shù)學模型的有效性。因此，可用于優(yōu)化佛手瓜多糖的提取工藝條件，具有一定的應用價值與意義。

圖4　提取溫度和液料比對多糖提取率影響的響應曲面及等高曲線Fig.4　Response surface and Contour plots showing the effect of temperature and liquid to materials on the yield of Polysaccharides

圖5　提取溫度和提取時間對多糖提取率影響的響應曲面及等高曲線Fig.5　Response surface and Contour plots showing the effect of temperature and time on the yield of Polysaccharides

圖6　液料比和提取時間對多糖提取率影響的響應曲面及等高曲線Fig.6　Response surface and Contour plots showing the effect of liquid to materials and time on the yield of Polysaccharides

3　結論

本實驗在單因素實驗的基礎上，采用響應面分析法優(yōu)化提取佛手瓜多糖的工藝，得到了二次回歸模型：Y = 2.74 + 0.080A + 0.021B + 0.16C + 0.005AB + 0.00875AC - 0.015BC - 0.36A2- 0.27B2- 0.13C2。研究結果表明，提取溫度和提取時間對佛手瓜多糖的提取均有顯著的影響，最佳的工藝條件為提取溫度81 ℃、液料比20 mL·g-1，提取時間138 min，在此條件下，實際測得多糖的提取率為2.775%，與預測值相對誤差為0.57 %，驗證了數(shù)學模型的有效性，該研究結果可為提取佛手瓜多糖提供理論基礎與參考。

［1］ Ordonez A L， Gomez J D， Vattuone M A.Antioxidant activities of Sechium edule （Jacq.） Swartz extracts［J］.Food Chemistry， 2006， 97（3）: 452-458.

［2］ Siciliano T， De Tommasi N， Morelli I， et al.Study of flavonoids of Sechium edule （Jacq） Swartz（Cucurbitaceae） different edible organs by liquid chromatography photodiode array mass spectrometry［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2004， 52（21）: 6510-6515.

［3］ Ordo?ez A A L， Gomez J D， Cudmani N M， et al.Antimicrobial activity of nine extracts of Sechium edule（Jacq.） Swartz［J］.Microbial Ecology in Health and Disease， 2003， 15（1）: 33-39.

［4］ Feliciano G D， Lima E A， Pereira M J， et al.Effect of a chayotte （Sechium edule） extract on the labeling of red blood cells and plasma proteins with technetium-99m: in vitro and in vivo studies［J］.Cellular and Molecular Biology （Noisy-le-Grand， France）， 2002， 48（7）: 751-755.

［5］ 魏學軍， 林先燕， 夏亞蘭， 等.民族藥金耳環(huán)多糖的提取和含量測定［J］.井岡山大學學報: 自然科學版， 2012，33（6）: 86-88.

（參考文獻［6］- ［12］［6］ Wang Q， Sun Y， Yang B， et al.Optimization of polysaccharides extraction from seeds of Pharbitis nil and its anti-oxidant activity［J］.Carbohydrate polymers，2014， 102: 460-466.

［7］ Shu X， Liu X， Fu C， et al.Extraction， characterization and antitumor effect of the polysaccharides from star anise （Illicium verum Hook.f.）［J］.Journal of Medicinal Plant Research， 2010， 4（24）: 2666-2673.

［8］ 陳文娟， 陳建福.超聲輔助提取血柚皮多糖工藝優(yōu)化及其對自由基的清除作用［J］.南京師大學報: 自然科學版， 2014， 37（1）: 141-146.

［9］ Zhu T， Heo H J， Row K H.Optimization of crude

polysaccharides extraction from Hizikia fusiformis using response surface methodology［J］.Carbohydrate Polymers， 2010， 82（1）: 106-110.

［10］ Shao Q， Deng Y， Fang H， et al.Optimization of polysaccharides extraction from Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg using response surface methodology［J］.International Journal of Biological Macromolecules， 2011， 49（5）: 958-962.

［11］ Zhu M Y， Wang C J， Wang X， et al.Extraction of polysaccharides from Morinda officinalis by response surface methodology and effect of the polysaccharides on bone-related genes［J］.Carbohydrate Polymers， 2011，85（1）: 23-28.

［12］ 汪建明， 趙博， 喬長晟.響應面法對出芽短梗霉黑色素提取工藝的研究［J］.井岡山大學學報: 自然科學版，2013， 34（4）: 19-27.

EXTRACTION PROCESS OF POLYSACCHARIDES FROM SECHIUM EDULE

YU Wen-jie，*CHEN Jian-xuan

（1.Department of Food and Biology Engineering， zhangzhou institute of technology， Zhangzhou， Fujian 363000， China；2.Applied Technical Engineering Center of Fujian University for Further Processing and Safety of Agricultural Products， Zhangzhou， Fujian 363000， China）

The heat extraction process of polysaccharides from Sechium edule （Jacq.） Swartz was optimized by response surface methodology.Based on single factor test， a 3-factor， 3-level Box-Behnken experiment was adopted including dependent variables （extraction temperature， liquid to materials， extraction time）.Results showed that the optimal extraction conditions of polysaccharides were followed as extraction temperature of 81℃，liquid-to-material ratio of 20 mL·g-1， extraction time of 138 min.The yield of polysaccharides could be up to 2.775% under the optimal extraction condition， the relative error was 0.57% compared to the predictive value which indicated that the feasible model fitted well with the experimental data， and the conditions were reasonable and feasible.

Sechium edule； polysaccharides； extraction

O636.11/R284.2

ADOI:10.3969/j.issn.1674-8085.2015.02.009

1674-8085（2015）02-0033-05

2015-01-07；修改日期：2015-02-09

福建省中青年教師教育科研項目（JB14182）；漳州職業(yè)技術學院科研計劃項目（ZZY1415）

余文杰（1977-），男，福建漳州人，講師，碩士，主要從事生物技術的研究（E-mail:13523200@qq.com）；

*陳健旋（1965-），女，福建漳州人，副教授，主要從事食品生物技術的研究（E-mail:cjxsp@126.com）.