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1.1 材料
太白贝母,重庆巫溪地区采集鲜样品。将太白贝母洗净烘干,用粉碎机将其打成粉末,过40目筛;称取50 g太白贝母粉末,加入石油醚250 mL回流提取2 h脱脂,过滤取滤渣,烘干备用;葡萄糖标准品:上海一基生物试剂有限公司;蒸馏水、石油醚、无水乙醇、95%乙醇、氯仿、正丁醇、蒽酮、浓硫酸均为分析纯。
UV-2450型紫外可见分光光度计(日本岛津公司);SHZ-D(Ⅲ)型循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限公司);101 FAR-1型电热鼓风干燥箱(黄骅市卸甲综合电器厂);FW80型高速试样粉碎机(河北省黄市新兴电器厂);IKA HB10 basic型旋转蒸发仪(美国IKA公司)。
1.2 试验方法
1.2.1 太白贝母粗多糖的提取 称量1 g太白贝母粉末置于锥形瓶中,加蒸馏水至预定体积,热水浸提,离心取上清液,并将其体积浓缩至原体积的1/4~1/5,采用Savage法脱蛋白2~3次,加入95%乙醇溶液,静置过夜析出粗多糖,以5 000 r/min离心分离20 min取沉淀物,将其风干,得到粗多糖成品。
1.2.2 单因素试验 以太白贝母粗多糖提取率为衡量指标,对以下影响因素进行考察。①提取温度:精确称取6.0 g太白贝母粉末平均分成6份,在料液比1∶15(g∶mL,下同)的条件下,分别于50、60、70、80、90、100 ℃水浴浸提2.0 h,考察提取温度对粗多糖提取效果的影响;②提取时间:精确称取6.0 g太白贝母粉末平均分成6份,在料液比为1∶15、温度80 ℃的条件下,分别浸提0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h,考察提取时间对粗多糖提取效果的影响;③料液比:精确称取6.0 g太白贝母粉末平均分成6份,在温度80 ℃的条件下,分别以料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35水浴浸提2.0 h,考察料液比对粗多糖提取效果的影响。
1.2.3 响应面设计 在单因素试验的基础上,以提取温度、提取时间以及料液比3个因素为考察对象,采用响应面分析并设计试验,以获取最佳工艺参数。响应面分析方案如表1所示。
1.2.4 标准曲线的制作 取0.1 mg/mL的葡萄糖标准溶液0、0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.60、0.80 mL分别置于10 mL刻度试管中,去离子水补足至10 mL,将试管置入冰水中,加入蒽酮显色剂3 mL后同时摇匀,再将试管放入沸水煮沸15 min取出,立即放入冰水中冷却5 min后在室温中平衡10 min。用1 cm比色皿,以相应的试剂为空白,采用紫外-可见分光光度法在620 nm波长处测定吸光度,以吸光度(A)为纵坐标,葡萄糖浓度(C)为横坐标,绘制标准曲线,得到的方程为A=0.732 287C+0.031 76,相关系数R2=0.999 3。表明葡萄糖浓度在0.005~0.080 mg/L范围内线性关系良好。
1.3 统计分析
采用SAS 9.0统计软件对试验数据进行回归分析,每组试验均3次重复,预测太白贝母粗多糖提取的最优工艺参数并进行试验验证。
2 结果与分析
2.1 太白贝母粗多糖提取的单因素试验
2.1.1 温度对粗多糖提取率的影响 提取温度对太白贝母粗多糖提取率的影响如图1所示,在水提2.0 h和料液比1∶15的条件下,太白贝母粗多糖含量随提取温度的升高而增加;当达到80 ℃后,其增加量不明显,而且当温度超过 90 ℃后,有下降的趋势,这可能是粗多糖降解导致糖链断裂所致。综合考虑,提取温度选择80~90 ℃为宜。
2.1.2 提取时间对粗多糖提取率的影响 提取时间对太白贝母粗多糖提取率的影响如图2所示,在提取温度为80 ℃,料液比为1∶15时,太白贝母粗多糖含量随提取时间的增加而增加。一般来说,当提取时间达到1.5 h时,其增加量不明显;在提取时间为2.5 h时,太白贝母粗多糖提取率最大,考虑到能源消耗、生产周期延长都会增加生产成本,水提时间不宜过长,综合考虑,提取时间选择1.5~2.5 h为宜。
2.1.3 料液比对多糖提取率的影响 料液比对太白贝母粗多糖提取率的影响如图3所示,在水浴温度为80 ℃,水提时间2.0 h的条件下,太白贝母粗多糖含量随料液比的增加而增加。料液比达到1∶15后,其增加量不明显,综合考虑,料液比选择1∶15~1∶25为宜。
2.2 响应面试验
综合单因素试验结果,选取提取温度、提取时间、料液比3个因素,采用三因素三水平的响应面分析方法进行最佳工艺的优化,试验结果如表2所示。采用SAS 9.0软件对表2试验数据进行多元回归拟合,得到太白贝母粗多糖提取率对提取温度、提取时间和料液比的二次多项回归模型为Y=1.24+0.08X1+0.09X2+0.13X3-0.11X12-0.08X1X2-0.07X22+0.07X1X3-0.06X2X3-0.12X32。
模型系数显著性结果和方差分析结果见表3、表4。
从回归模型的方差分析(表3)看到,复相关系数R2为0.954 1,响应面回归模型达到极显著水平(P=0.000 2<0.01),说明该二次模型能够拟合真实的试验结果,试验误差小。表4的分析结果表明,在所选的各因数水平范围内,各因素对粗多糖提取率影响的大小顺序为提取温度、提取时间、料液比。其中,X1、X2、X12、X32对Y的影响极显著,X22对Y的影响显著,X3、X1X2、X1X3、X2X3对Y的影响不显著。
利用SAS绘制各因素对粗多糖提取率的响应面和等高线图,结果见图4。等高线的性状可以反映出交互效应的强弱,圆形表示两交互作用不显著,椭圆形表示两者交互作用显著[10]。
图4a表明料液比取中心水平时,提取温度与水浴提取时间对太白贝母粗多糖提取率的交互作用。由图4a可知,等高线的形状呈圆形,说明了提取温度与提取时间之间的交互作用显著。随着提取温度的增加太白贝母粗多糖提取率呈先增加后逐渐减小的趋势。在水浴时间较短时,提取温度表现为先增加后减小的过程,在水浴时间较长时提取温度对太白贝母多糖的得率影响不大。图4b显示等高线的形状趋近于圆形,说明提取温度与料液比之间的交互作用较不显著,提取温度影响显著,在试验范围内随着料液比的增加太白贝母粗多糖提取率呈先迅速增加后缓慢减小的趋势。图4c显示提取温度取中心水平时,等高线的形状趋近于圆形,说明了提取时间与料液比之间的交互作用不显著。在试验范围内太白贝母粗多糖提取率随着提取时间和料液比的增加呈先迅速增加后逐渐减小的情况,在低水平区两者的交互作用对太白贝母粗多糖提取率的影响高于两者高水平区。由SAS9.0软件分析得到响应值是最大时,提取温度、提取时间、料液比对应的编码值分别为X1=0.421 356、X2=0.162 579、X3=0.251 634,对应的粗多糖提取的最佳条件为提取温度84.2 ℃,提取时间为1.6 h,料液比为1∶16.3,得到的粗多糖提取率为1.267%。
3 小结
综合单因素和响应面设计试验的结果,在单因素试验基础上采用3因素3水平的响应面分析方法对太白贝母粗多糖提取工艺进行了优化,取得了较好的试验效果。结果显示,太白贝母多糖提取的最佳提取工艺参数为提取温度84.2 ℃,提取时间为1.6 h,料液比为1∶16.3,得到的粗多糖提取率为1.267%。同时得到太白贝母粗多糖提取率与各因素变量的二次多项式回归方程,该模型回归显著,具有实际应用价值。
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