正交試驗(yàn)對(duì)甘蔗渣多糖超聲波提取工藝的優(yōu)化

翁艷英++黃丹麗++周春月

摘要：結(jié)合解吸-超聲波提取、硫酸-苯酚比色法對(duì)甘蔗（Saccharum officinarum）渣多糖成分進(jìn)行提取研究，以多糖提取率為考察指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)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(shí)間、提取劑用量、液料比和解吸劑用量，結(jié)合正交試驗(yàn)法確定提取甘蔗渣多糖的最佳工藝條件為：超聲提取時(shí)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(fù)試驗(yàn)，甘蔗渣多糖提取率達(dá)到0.695%。說明先解吸后超聲波有利于甘蔗渣多糖的提取。

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

中圖分類號(hào)：S566.1；R284.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(zhì)已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注。植物多糖，相對(duì)分子質(zhì)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)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(zhì)及植物的品種來看，要選擇一種合適的提取法對(duì)多糖的研究具有重大意義。為了響應(yīng)國家節(jié)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(jīng)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(chǎn)品之一，中國是甘蔗的盛產(chǎn)地，糖廠每年會(huì)產(chǎn)生大量的甘蔗渣。多糖是甘蔗渣主要活性物質(zhì)之一，研究表明甘蔗渣多糖具有增強(qiáng)免疫、抗腫瘤、抗病毒等藥理作用[8]，極具開發(fā)價(jià)值，所以對(duì)甘蔗渣多糖的提取工藝研究是相當(dāng)有必要的，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)高值利用，并符合環(huán)保理念。目前對(duì)甘蔗渣多糖的提取研究還是較少，主要是集中于傳統(tǒng)提取、超聲波提取[9]，但提取時(shí)間較長。本試驗(yàn)以糖廠的甘蔗渣為原料，先采用乙醇溶液對(duì)原料進(jìn)行解吸，再進(jìn)行超聲波提取，結(jié)合正交試驗(yàn)得到多糖提取最佳工藝，這對(duì)甘蔗渣的開發(fā)利用具有重要的實(shí)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(jīng)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(cè)定 取一定量的甘蔗渣多糖溶液，按文獻(xiàn)[10]在490 nm處測(cè)定吸光度A490 nm，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計(jì)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(zhì)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(shí)間后，抽濾、濃縮，冰箱靜置過夜，洗滌沉淀，并取樣分析，計(jì)算多糖的提取率。按單因素試驗(yàn)確定以下因素對(duì)解吸-超聲波法提取甘蔗渣多糖的影響：提取時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間45 min，提取溫度80 ℃）。

1.2.3 正交試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取對(duì)甘蔗渣多糖提取率影響較大的4個(gè)因素：超聲提取時(shí)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(gè)因素選取3個(gè)水平設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，因素與水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 提取時(shí)間對(duì)甘蔗渣多糖提取率的影響 提取時(shí)間對(duì)甘蔗渣多糖提取率的影響見圖1。由圖1可知，隨著提取時(shí)間的增加，甘蔗渣多糖提取率逐漸增加，當(dāng)提取時(shí)間超過35 min，提取率趨于平穩(wěn)。

2.1.2 提取溫度對(duì)甘蔗渣多糖提取率的影響 超聲提取溫度對(duì)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(nèi)，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(duì)甘蔗渣多糖提取率的影響 提取劑用量對(duì)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(dāng)提取劑用量達(dá)到125 mL時(shí)，多糖提取率為0.71%，繼續(xù)增加提取劑用量，多糖提取率呈降低趨勢(shì)，可能是因?yàn)樘崛┑挠昧吭黾虞^多時(shí)，甘蔗渣里的其他雜質(zhì)也相應(yīng)溶出，導(dǎo)致提取率降低。

2.1.4 解吸劑用量對(duì)甘蔗渣多糖提取率的影響 解吸劑用量對(duì)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(jìn)入甘蔗渣細(xì)胞內(nèi)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(duì)甘蔗渣多糖提取率的影響 解吸劑濃度對(duì)多糖提取率的影響見圖5。由圖5可知，在乙醇為30%～70%時(shí)，多糖提取率變化不大，在濃度60%時(shí)出現(xiàn)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(yàn)結(jié)果

選用L9（34）正交表進(jìn)行試驗(yàn)，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(biāo)，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，通過分析比較極差結(jié)果可以看出，影響甘蔗渣多糖提取率的因素大小順序?yàn)锽>A>C>D，影響較大的為B、A、C，即提取溫度、提取時(shí)間和料液比，解吸劑用量的影響不顯著。本試驗(yàn)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(yīng)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(jìn)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(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，以考察最佳條件的合理性和可靠性，3次結(jié)果穩(wěn)定，經(jīng)測(cè)定，甘蔗渣多糖的提取率平均值達(dá)到0.695%，比正交設(shè)計(jì)中最高提取率高，說明正交設(shè)計(jì)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(jié)論

試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)優(yōu)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(yàn)3次，甘蔗渣多糖的平均提取率為0.695%。超聲波提取技術(shù)的應(yīng)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(tǒng)的方法相比，超聲波提取不僅節(jié)約時(shí)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(yīng)用于甘蔗渣多糖的提取具有一定的優(yōu)勢(shì)。

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