摘要：為優(yōu)化寬葉獨(dú)行菜(Lepidium latifolium L.)多糖的提取工藝，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取粒度、液料比、微波功率和微波時(shí)間作為優(yōu)化因素，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行4因素3水平試驗(yàn)。利用響應(yīng)面分析方法，建立了寬葉獨(dú)行菜多糖提取得率的多元二次回歸方程，并得到最佳提取工藝條件。試驗(yàn)結(jié)果表明，粒度、液料比和微波時(shí)間對(duì)寬葉獨(dú)行菜多糖提取得率的影響均為極顯著，微波功率表現(xiàn)為顯著。當(dāng)工藝條件為粒度120目、液料比35∶1 mL/g、微波功率400 W、微波時(shí)間150 s時(shí)，寬葉獨(dú)行菜多糖的理論最高提取得率為0.434%，驗(yàn)證值為0.429%。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)工程論文,寬葉獨(dú)行菜(Lepidium latifolium L.),微波輔助,多糖,響應(yīng)面法

　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.05.038

　　Abstract： The technology of extracting polysaccharide from Lepidium latifolium L. was optimized using the extraction yield as the evaluation index. On the basis of single-factor experiments， four factors including particle size， liquid-to-solid ratio， microwaving power and microwaving time were selected as the independent variables. With response surface analysis， a quadratic regression model was established by the Box-Behnken design experiments. The results showed that microwaving power was significant to polysaccharides yield. The other factors were extremely significant. The optimal extraction conditions were particle size of 120 mesh， liquid-to-solid ratio of 35∶1 mL/g， 400 W and 150 s. Under these conditions， the expected and observed values of polysaccharide yield from Lepidium latifolium L. were 0.434% and 0.429%， respectively.

　　Key words：Lepidium latifolium L.; microwave-assisted; polysaccharide; response surface methodology

　　寬葉獨(dú)行菜(Lepidium latifolium L.)為十字花科獨(dú)行菜屬多年生草本植物，又名羊辣辣或大辣辣，植株高30～150 cm，廣泛分布于我國北方的濱海及內(nèi)陸的鹽堿土上。寬葉獨(dú)行菜抗逆性強(qiáng)，生長旺盛，常在濱海和內(nèi)陸的鹽堿土上形成大面積的單純?nèi)郝洹Ｆ涓稍锶�草可入藥，主治腸胃炎、菌痢等疾病，是傳統(tǒng)中草藥葶藶子的藥源之一[1，2]。寬葉獨(dú)行菜的蛋白質(zhì)含量較高，可作為青飼料飼喂豬、羊等家畜[2]。也有部分地區(qū)將其作為野菜食用[3]。其種子中含有豐富的棕櫚酸，含量占總油分的50%以上[4]。寬葉獨(dú)行菜與油菜同屬十字花科，通過遠(yuǎn)緣雜交，可以將其高棕櫚酸特性轉(zhuǎn)入油菜。同時(shí)，該種所具有的抗鹽堿特性也為油菜的抗逆育種提供了寶貴的遺傳資源，所以寬葉獨(dú)行菜是一種極具開發(fā)前景的資源植物。

　　植物多糖具有多種生物活性，如提高免疫力、抗腫瘤、調(diào)節(jié)血糖等，從而在腫瘤和糖尿病的治療中有很好的應(yīng)用價(jià)值[5-7]。作為一種優(yōu)良的食品添加劑，多糖可以有效改善食品的外觀以及加工和食用品質(zhì)，同時(shí)還有良好的保健功效，在食品中被廣泛應(yīng)用[8-10]。本研究在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法對(duì)寬葉獨(dú)行菜多糖的微波輔助提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期為寬葉獨(dú)行菜的進(jìn)一步加工利用提供參考。

　　1 材料與方法

　　1.1 材料與試劑

　　寬葉獨(dú)行菜，采自唐山地區(qū)。

　　葡萄糖、苯酚、硫酸、95%乙醇、氯仿和正丁醇均為分析純?cè)噭�，購于天津大�?a href='http://www.56st48f.cn/hxsj/' target='_blank' class=infotextkey>化學(xué)試劑廠。

　　1.2 儀器與設(shè)備

　　WG700SL23-K6微波爐，佛山市格蘭仕電器有限公司;FCC-2000恒溫水浴鍋，上海比朗儀器有限公司;DNP-902電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏儀器設(shè)備有限公司;722S可見分光光度計(jì)，上海佑科儀器儀表有限公司;FA1204B電子天平，上海精科天美科學(xué)儀器有限公司;不銹鋼分選篩，浙江上虞市華豐五金儀器有限公司;TDL-80-2B臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠;RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠。

　　1.3 試驗(yàn)方法

　　1.3.1 寬葉獨(dú)行菜多糖的提取工藝 寬葉獨(dú)行菜洗凈→60 ℃烘干→粉碎、過篩→微波處理→Sevag法去蛋白→醇沉→定容→測定。

　　1.3.2 多糖提取得率的測定 采用葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品，以硫酸-苯酚法測定多糖含量。

　　式中：吸光度測定濃度為多糖質(zhì)量濃度(mg/mL);樣品稀釋倍數(shù)為1;樣品溶液體積為100 mL;試驗(yàn)樣品質(zhì)量為1.0 g。 　　1.3.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)選取4個(gè)對(duì)多糖提取得率起主要作用的因素，即粒度、液料比、微波功率和微波時(shí)間，首先進(jìn)行了單因素試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并利用響應(yīng)面分析方法對(duì)微波輔助提取寬葉獨(dú)行菜多糖的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 單因素試驗(yàn)

　　2.1.1 粒度對(duì)多糖提取得率的影響 微波功率400 W，粒度40、 60、 80、 100、 120目，液料比30∶1 (mL/g)，后同，微波時(shí)間60 s，考察材料粒度對(duì)多糖提取得率的影響，結(jié)果如圖1所示。

　　由圖1可知，粒度為100目時(shí)，具有最高的多糖提取得率。目數(shù)過小時(shí)，材料顆粒較大，細(xì)胞不易破碎，從而多糖不易溶出。而目數(shù)過大，材料具有較強(qiáng)的表面吸附作用，限制了多糖的進(jìn)一步溶出，在過濾時(shí)也會(huì)吸附部分多糖。因此，最佳的提取粒度為100目。

　　2.1.2 液料比對(duì)多糖提取得率的影響 微波功率400 W，粒度100目，液料比20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1，微波時(shí)間60 s，考察液料比對(duì)多糖提取得率的影響，結(jié)果如圖2所示。

　　由圖2可知，液料比為30∶1 mL/g時(shí)，具有最佳的多糖提取效果;液料比過大或過小均影響多糖的提取。故液料比選擇30∶1為宜。

　　2.1.3 微波功率對(duì)多糖提取得率的影響 微波功率200、400、600、800、1 000 W，粒度100目，液料比30∶1，微波時(shí)間60 s，考察微波功率對(duì)寬葉獨(dú)行菜多糖提取得率的影響，結(jié)果如圖3所示。

　　由圖3可知，微波功率為600 W時(shí)，多糖提取得率最高;當(dāng)微波功率超過600 W時(shí)，隨著功率的遞增，多糖提取得率呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。原因可能是功率過高時(shí)所產(chǎn)生的高溫破壞了多糖的結(jié)構(gòu)，從而降低了多糖的提取得率。故微波功率以600 W為宜。

　　2.1.4 微波時(shí)間對(duì)多糖提取得率的影響 微波功率600 W，粒度100目，液料比30∶1，微波時(shí)間30、60、90、120、150 s，考察微波時(shí)間對(duì)多糖提取得率的影響，結(jié)果如圖4所示。

　　由圖4可知，微波時(shí)間為120 s時(shí)，具有最佳的多糖提取效果，此時(shí)多糖提取得率為0.285%。提取時(shí)間少于120 s時(shí)，則提取不夠徹底;提取時(shí)間過長，則多糖的結(jié)構(gòu)被破壞。所以選擇提取時(shí)間為120 s。

　　2.2 寬葉獨(dú)行菜多糖提取工藝的響應(yīng)面優(yōu)化

　　由表3可知，該回歸模型P<0.000 1，表現(xiàn)為極顯著。r=0.988 1，調(diào)整后r=0.976 3;失擬項(xiàng)(即回歸擬合失效情況)P=0.662 7，為不顯著，均說明該回歸模型擬合情況較好，可以用該回歸模型來分析并預(yù)測寬葉獨(dú)行菜多糖的最佳提取工藝條件。影響寬葉獨(dú)行菜多糖提取得率的一次項(xiàng)因素中，除微波功率表現(xiàn)為顯著外，其他3項(xiàng)均表現(xiàn)為極顯著。按影響大小排序依次為，粒度(A)>微波時(shí)間(D)>液料比(B)>微波功率(C)。各個(gè)二次項(xiàng)中，除B2表現(xiàn)為顯著外，其余3項(xiàng)均表現(xiàn)為極顯著，特別是A2最為顯著�；貧w模型中的交互項(xiàng)，即AB項(xiàng)、AC項(xiàng)、AD項(xiàng)、BC項(xiàng)、BD項(xiàng)和CD項(xiàng)，只有BD項(xiàng)表現(xiàn)為顯著，其他幾項(xiàng)均表現(xiàn)為極顯著，說明各個(gè)一次項(xiàng)之間存在明顯的相互作用。

　　2.2.2 響應(yīng)面分析 根據(jù)擬合回歸方程，作出了交互項(xiàng)的響應(yīng)面圖，以考察其對(duì)提取得率的影響。

　　由圖5可以看出，在液料比為35∶1時(shí)，隨著目數(shù)的增加，多糖提取得率逐步提高;隨著液料比變小，多糖提取得率會(huì)小幅度地降低。液料比和粒度這兩個(gè)因素交互影響，使響應(yīng)面呈斜坡狀，多糖提取得率的最大值出現(xiàn)在斜坡的最高處。

　　由圖6可以看出，粒度和微波功率二者的交互作用使響應(yīng)面呈馬鞍形。微波功率對(duì)多糖提取得率的影響整體呈現(xiàn)為“U”字形，即兩頭高、中間低的形態(tài)。隨著粒度的增加，多糖的提取得率基本上均表現(xiàn)為增加。多糖提取得率的最大值出現(xiàn)在最低功率和最大目數(shù)的交點(diǎn)處。

　　粒度與微波時(shí)間交互作用所呈現(xiàn)的響應(yīng)面(圖7)與圖5相似，也是斜坡狀。在微波時(shí)間較長時(shí)，目數(shù)的增加會(huì)明顯提高多糖的提取得率;而隨著微波時(shí)間變短，這種趨勢(shì)會(huì)變得不明顯，并逐步呈現(xiàn)為倒“U”字形的趨勢(shì);微波時(shí)間的增加，整體上會(huì)提高多糖的提取得率。多糖提取得率的最高值出現(xiàn)在斜坡面的最高處。

　　圖8所示為液料比和微波功率交互作用所呈現(xiàn)的響應(yīng)面圖，整體呈現(xiàn)為傾斜的馬鞍形。隨著液料比的增加，多糖提取得率表現(xiàn)為增加;而微波功率對(duì)多糖提取得率的影響呈現(xiàn)為“U”字形。可以發(fā)現(xiàn)多糖提取得率的最大值出現(xiàn)在馬鞍形的一個(gè)端點(diǎn)上。

　　圖9所示為液料比和微波時(shí)間交互影響的響應(yīng)面圖，整體呈現(xiàn)為斜坡狀。在各種液料比條件下，微波時(shí)間的增加均會(huì)提高多糖的提取得率。在微波時(shí)間較短時(shí)，液料比的增加會(huì)顯著提高多糖的提取得率;而在微波時(shí)間較長時(shí)，這種趨勢(shì)變得不明顯。多糖提取得率的最大值出現(xiàn)在斜坡的頂點(diǎn)。

　　微波時(shí)間和微波功率間的交互影響情況如圖10所示，呈現(xiàn)為傾斜的馬鞍形。在微波時(shí)間較短時(shí)，微波功率的增大會(huì)顯著提高多糖的提取得率;而在微波時(shí)間較長時(shí)，則表現(xiàn)為相反的趨勢(shì)。在低微波功率和長微波時(shí)間的情況下，會(huì)得到最大的多糖提取得率。

　　通過軟件的優(yōu)化分析，可以得到寬葉獨(dú)行菜多糖提取的最佳工藝條件為粒度119.99目、液料比35.00∶1、微波功率400.08 W和微波時(shí)間150.00 s。在此條件下，寬葉獨(dú)行菜多糖的最高提取得率為0.434 213%。考慮實(shí)際可操作性，將上述最佳條件更改為粒度120目、液料比35∶1 mL/g、微波功率400 W、提取時(shí)間150 s，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)3次隨機(jī)重復(fù)試驗(yàn)，寬葉獨(dú)行菜多糖提取得率的均值為0.429%，與預(yù)測值相符。

　　3 結(jié)論

　　本研究采用微波輔助法提取寬葉獨(dú)行菜多糖，通過單因素試驗(yàn)考察了粒度、液料比、微波功率和微波時(shí)間對(duì)多糖提取得率的影響。并通過響應(yīng)面分析法得到了最佳提取條件：粒度120目、液料比35∶1、微波功率400 W、微波時(shí)間150 s。在此條件下，多糖的提取得率為0.429%。經(jīng)響應(yīng)面分析優(yōu)化后的多糖提取得率比單因素試驗(yàn)的最高值0.285%提高了50.53%，優(yōu)化效果極明顯。造成單因素試驗(yàn)結(jié)果與響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果差異大的原因，應(yīng)該是影響寬葉獨(dú)行菜多糖提取得率的這幾個(gè)單因素之間存在明顯的交互作用，單因素試驗(yàn)選點(diǎn)較少，從而造成試驗(yàn)的最優(yōu)值漏選。

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