響應面法優(yōu)化梅鹵多糖的分離工藝研究

張 鷹，許佳木，楊婉媛，溫志堅，林海濱，曾曉房

(1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學院，廣東廣州 510000；2.廣東省潮州市庵埠佳味食品廠，廣東潮州 521000；3.廣東殿羽田食品有限公司，廣東揭陽 515332)

青梅在我國已有3 000多年的栽培歷史，被稱為堿性食物之王[1]。青梅低糖高酸，不宜鮮食，是典型的加工型水果[2]。在青梅傳統(tǒng)鹽腌加工中，鹽分不斷向青梅組織中滲透，青梅中水分、糖、酸向外滲透，直至動態(tài)平衡，過程中產(chǎn)生鮮果重量50%左右的腌制液，稱為梅鹵[3]。目前，青梅加工企業(yè)對梅鹵的加工利用十分匱乏，一般直接向環(huán)境中排放，造成了嚴重的環(huán)境污染[4]。據(jù)研究，梅鹵中含有大量具有青梅風味的活性物質(zhì)[5]。近年來隨著我國青梅栽培面積的逐漸加大，以及環(huán)保意識的增強，梅鹵加工利用越來越受重視。多糖具有抗腫瘤、抗衰老等生理功能[6]，但是有關(guān)梅鹵中多糖的提取與分離的研究尚未見報道。為此，筆者對梅鹵中可溶性多糖的分離工藝進行了初步研究，以期為梅鹵多糖的進一步應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與試劑梅鹵液，由廣東殿羽田食品有限公司提供；無水乙醇AR；透析袋(MW3500)。

1.2儀器與設備旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RE-2000E，廣州市星爍儀器有限公司；循環(huán)水式真空泵SHZ-D(III)，廣州市星爍儀器有限公司；冷凍干燥機FD-1-50，北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；磁力加熱攪拌器78-1，金壇市金城國勝實驗儀器廠。

1.3方法

1.3.1梅鹵多糖的分離。參照林俊等[7]、趙春燕等[8]試驗方法作出改動，利用雙層紗布將梅鹵液過濾，取濾液在60 ℃的條件下進行濃縮，濃縮比為3∶1。之后進行乙醇沉淀，抽濾，取沉淀，用超純水復溶，透析3 d，每8 h換1次水，冷凍干燥，即得粗多糖樣品。

1.3.2單因素試驗。

1.3.2.1乙醇濃度。取梅鹵濃縮液100 mL，經(jīng)乙醇分離多糖，設置沉淀時間為12 h，乙醇濃度分別為50%、60%、70%、80%、90%，研究乙醇濃度對多糖提取量的影響。

1.3.2.2沉淀時間。取梅鹵濃縮液100 mL，經(jīng)乙醇分離多糖，設置乙醇濃度為70%，沉淀時間分別為6、8、10、12、14 h，研究沉淀時間對多糖提取量的影響。

1.3.2.3濃縮比。取梅鹵液200 mL，分別濃縮與原體積比為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1，經(jīng)乙醇分離多糖，設置乙醇濃度為70%，沉淀時間為12 h，研究濃縮比對多糖提取量的影響。

1.3.3響應面法優(yōu)化梅鹵多糖分離條件。在單因素試驗結(jié)果的基礎上，采用Box-Behnken試驗[9-13]，以多糖提取量為響應值，以乙醇濃度(A)、分離時間(B)和濃縮比(C)為自變量，確定3因素3水平的最佳參數(shù)進行響應面分析，試驗因素水平見表1。

表1 響應面試驗因素水平

1.3.4數(shù)據(jù)分析。采用Excel與Design軟件進行分析[14-15]。

2 結(jié)果與分析

2.1不同因素對梅鹵多糖提取量的影響

2.1.1乙醇濃度。由圖1可知，隨著乙醇濃度的升高，多糖的提取量也隨之增多，當乙醇濃度為80%時達到最大值，之后乙醇濃度上升，多糖的提取量急速下降，可能是由于不同類型的多糖在不同濃度乙醇下的溶出量不同。綜合考慮，以濃度80%的乙醇提取梅鹵中多糖最適宜。

圖1 乙醇濃度對多糖提取量的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on the extraction of polysaccharides

2.1.2沉淀時間。由圖2可知，隨著沉淀時間的延長，多糖提取量先上升隨后下降，多糖提取量在沉淀12 h時達到峰值，可能是由于時間過短多糖溶出不完全，時間過長而導致部分多糖降解。綜合考慮，以12 h作為提取梅鹵多糖的沉淀時間最適宜。

圖2 沉淀時間對多糖提取量的影響Fig.2 Effect of precipitation time on the extraction of polysaccharides

2.1.3濃縮比。由圖3可知，隨著濃縮比的增加，多糖的提取量增高，在3∶1時達到最大，隨后隨著濃縮比的增加，多糖的提取量下降，這可能是由于在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)過程中，為了使?jié)舛壬?，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)時間過長，在大量鹽析出的同時有部分多糖隨之溶出。綜合考慮，以濃縮比為3∶1提取梅鹵中多糖最適宜。

圖3 濃縮比對多糖提取量的影響Fig.3 Effect of concentration ratio on the extraction of polysaccharides

2.2響應面法優(yōu)化分離工藝條件根據(jù)Box-Behnken的中心組合試驗設計原理，結(jié)合單因素試驗結(jié)果，得到乙醇濃度、沉淀時間和濃縮比3個適宜因素，設計3因素3水平響應面分析。使用Design-Expert 8.0軟件，以乙醇濃度(A)、沉淀時間(B)、濃縮比(C)為響應變量，以梅鹵中多糖提取量為響應值對表2的數(shù)據(jù)進行處理，得到回歸方程方差分析結(jié)果如下：F模型=15.69，P模型=0.000 7**；FA=0.011，PA=0.920 2；FB=8.19，PB=0.024 3*；FC=50.71，PC=0.000 2**；FAB=0.12，PAB=0.736 0；FAC=0.13，PAC=0.724 3；FBC=10.18，PBC=0.015 3*；FA2=4.72，PA2=0.066 3；FB2=43.27，PB2=0.000 3**；FC2=17.78，PC2=0.004 0**；F失擬項=4.72，P失擬項=0.201 9。

利用軟件進行非線性回歸的二項式擬合，得到預測模型如下：

多糖提取量(Y)=-4.894 38+0.053 566×A+0.521 87×B+0.116 56×C-2.687 50E-004×AB+5.625 00E-004×AC+0.024 437×BC-3.244 75E-004×A2-0.024 549×B2-0.062 948×C2

表2 響應面試驗設計及結(jié)果

根據(jù)方差分析結(jié)果可知，該回歸模型極顯著(P=0.003 1<0.01)，失擬項不顯著(P>0.05)，決定系數(shù)R2=0.927 7，說明該模型與實際擬合較好，誤差較小，自變量和響應面值之間線性關(guān)系顯著，可以用于梅鹵中多糖分離工藝的優(yōu)化。各因素的影響關(guān)系，由回歸系數(shù)檢驗值F值反映出各因素對試驗指標的重要性，F(xiàn)值越大，表明該因素對多糖提取量的影響越大。該研究結(jié)果表明：各因素對梅鹵多糖提取量的影響大小順序為濃縮比(C)>沉淀時間(B)>乙醇濃度(A)。

2.3響應面分析由圖4～6響應面的最高點和等值線可以看出，在所選的范圍內(nèi)存在極值，既是響應面的最高點，同時也是等值線最小橢圓的中心點。乙醇濃度與沉淀時間、乙醇濃度與濃縮比交互作用不顯著，沉淀時間與濃縮比交互作用顯著。在該試驗中，濃縮比是影響梅鹵多糖提取量的最重要因素，沉淀時間、乙醇濃度影響較小。

圖4 Y=f(AB)的響應面及等高線Fig.4 The response surface and contour of Y=f(AB)

圖5 Y=f(BC)的響應面及等高線Fig.5 The response surface and contour of Y=f(BC)

2.4響應面優(yōu)化條件驗證試驗最優(yōu)試驗分離條件為乙醇濃度80.72%、沉淀時間11.98 h、濃縮比3.61∶1，在該條件下，梅鹵多糖提取量為0.605 g/L。為了檢驗該參數(shù)的可行性，考慮實際操作與生產(chǎn)成本，確定工藝條件為乙醇濃度81%，沉淀時間12 h，濃縮比4∶1。通過3次重復驗證試驗，得出多糖平均提取量為0.601 g/L。

3 結(jié)論

筆者采用醇沉淀法和單因素試驗、響應面試驗，對青梅加工中產(chǎn)生的梅鹵多糖的分離條件進行了優(yōu)化。結(jié)果顯示：

圖6 Y=f(AC)的響應面及等高線Fig.6 The response surface and contour of Y=f(AC)

沉淀時間、濃縮比是影響提取量的主要因素。其中濃縮比是顯著影響因素(P<0.01)。響應面法優(yōu)化梅鹵中多糖分離的最佳參數(shù)為乙醇濃度81%，沉淀時間12 h，濃縮比4∶1。在此條件下，梅鹵中多糖提取量為0.601 g/L。