葵花籽水溶性多糖的提取工艺研究.docx

葵花籽水溶性多糖的提取工艺研究 张 喜 峰 ，史 庚 林 ，李 彩 霞 ，杨 锐 ，张 芬 琴( 河西学院 农业与生物技术学院 ，甘 肃 张 掖 734000 )摘 要 试 验通过单因 素与二次回归正交旋转组 合相结合的方法研究 了 固 液比 ( g / ml) 、浸 提温 度 、浸 提 时 间 对 葵 花 籽 水 溶 性 多 糖 提 取 率 的 影 响 ，确定多糖提取较优的工艺范围 。 结 果 表 明 :各 个 因 素 对 多 糖 提 取 率 影 响 大 小 的 顺 序 是 : 固 液 比 提 取 时 间 提 取 温 度 。 频率分析法得到葵 花 籽 多 糖 最 优 提 取 工 艺 为 温 度 64. 2 ，时 间 34. 9 min，固 液 比 1 17. 6 ，在此工艺条件 下 葵花籽水 溶 性 多 糖 提 取 率 为 7. 1 % 。关 键 词 葵 花 籽 ; 多 糖 ; 提 取 ; 二次回归正交旋转组合 中 图 分 类 号ts 201. 1文 献 标 志 码a文 章 编 号1005 -0310 ( 2012 ) 01 -0056 -05a study on the extraction technology of water-solublepolysaccharides from sunflower seedszhang xi-feng，shi geng-lin，li cai-xia，yang rui，zhang fen-qin( the college of agriculture and biotechnology ( cab) ，hexi university，zhangye gansu 734000 ，china)abstract : single-factor experiment and quadratic orthogonal rotation combination design were applied to study theeffects of three main technological conditions，including ratio of solvent to solid，extraction temperature，extractiontime on extraction yield of water-soluble polysaccharides from sunflower seeds results showed that variousextraction conditions affected extraction yield in the following order: ratio of solvent to solid extraction time extraction temperature the optimal extraction conditions were 34. 9 min，at 64. 2 with a ratio of solvent to solid17. 6 1 by frequency analysiskey words: sunflower seeds;the yield of crude polysaccharide could attain 7. 1 % polysaccharides; extraction; quadratic orthogonal rotation多 糖 提取及生理活性报 道 很 少 ，对 它 的 开 发 利 用 更少 。近 年 来 ，随 着 分 子 生 物 学 的 发 展 ，人 们 逐 渐 认 识 到 多 糖 及 其 复 合物与细胞各种生命现象 的 调节 有 着 密 切 关 系 。 大量药理和临 床 实 验 证 明 ，从 天 然 产 物中分离出的多糖 与 免 疫 功 能 的 调 节 、细 胞 与 细 胞 的 识 别 、细胞间物质的传输 、癌 症 的 诊 断 与 治 疗 等 都 有 密 切 关 系 。 多 糖 作 为 一 种 重 要 的 生 理 活 性 组 分 ，具有复杂的生 理 活 性 ，如 免 疫 调 节 功 能 、抗 病 毒 、抗 肿 瘤 、降 血 脂 、降 血 糖 等 ，且 在 医 药 上 是 一0引 言葵 花 籽 是 向 日 葵 的 果 实 ，向 日 葵 属 于 菊 科 向 日葵 属 ，为 一 年 生 草 本 植 物 ，是 一 种 常 见 油 料 作 物 ，脂肪 含 量 超 过 花 生 ，而 且 油 质 纯 正 ，种 仁 中 含 有 丰 富 的 营 养 成 分 和 大 量 的 生 物 活 性 成 分 ，如 不 饱 和 脂 肪酸 、优 质 蛋 白 、绿 原 酸 、维 生 素 e、维 生 素 b1 等 营 养物 质1 -3 ，对 人 体 具 有 滋 补 、保 健 和 营 养 价 值 。 目 前葵 花 籽 的 主 要 研 究 集 中 在 葵 花 籽 仁 饮 料 的 制 作4 、葵 花 籽 油 的 制 备5 -9 、绿 原 酸 的 提 取10 。 而 葵 花 籽收 稿 日 期基 金 项 目作 者 简 介通 讯 作 者2011 09 21河西学院青年教师基金项目 ( qn201022 ) 。张 喜 峰 ( 1982 ) ，男 ，山 西 临 汾 人 ，河 西 学 院 讲 师 ，研究方向为生物分离工程 。张 芬 琴 ( 1963 ) ，女 ，甘 肃 武 威 人 ，河 西 学 院 教 授 ，研究方向为食品生物化学 。57第 26 卷 第 1 期张 喜 峰 等 : 葵花籽水溶性多糖的提取工艺研究 种 很 好 的 佐 剂11 。多 糖 已 经 成 为 功 能 性 食 品 研 究的 热 点 之 一 。 因此 本 研 究 旨 在从葵花籽中 提 取 多 糖 ，利 用 二 次 回 归 正 交 旋 转 组 合 方 法 筛 选 出 水 提 醇 沉法的 最 佳提取工艺条件 ，为葵花籽多糖的进 一 步 开 发 利 用 提 供 一 定 的 理 论 依 据 。1. 4单 因 素 试 验 设 计分 别 单 独 考 察 固 液 比 ( g / ml) 1 5 、1 10 、1 15 、1 20 、1 25 、1 30 ，提 取 时 间 ( min ) 10 、20 、30 、40 、50 、60 ，提 取 温 度 ( ) 30 、40 、50 、60 、70 、80 ，对 葵 花籽 多 糖提取率的影响 。1. 5二 次 回 归 旋 转 正 交 组 合 设 计在单因素试验的基础上 ，确 定 最 佳 因 素 及 其 零 水 平 值 ，采 用 dps 软 件 对 二次回归正交旋转 组 合 试 验 结 果 进 行 分 析14 -15 。11. 1材 料 与 方 法材 料 、试 剂 与 仪 器新 鲜 葵 花 籽 ，购 于 甘 肃 张 掖 新 乐 连 锁 超 市 。氯 仿 、正 丁 醇 、苯 酚 、浓 硫 酸 、无 水 乙 醇 、乙 醚 均2结 果 与 分 析为 国 产 分 析 纯 。电 子 天 平 、数 显 超 级 恒 温 水 浴 锅 、离 心 机 、旋 转 蒸 发 仪 、恒 温 鼓 风 干 燥 箱 、粉 碎 机 。1. 2 方 法提 取 工 艺 流 程12 : 称取定量葵花籽粉末 石 油 醚 回 流 脱 脂 水 浴 加 热 浸 提 过 滤 收 集 滤 液 离 心 上 清 液 浓 缩 sevage 法 脱 除 蛋 白 分 离 上 清 液 加 入 3 倍 体 积 的 95 % 乙 醇 沉 淀 12 h 离 心 收 集 多 糖 沉 淀 恒 温 干 燥 得 到 粗 多 糖 。2. 1单 因 素 试 验 结 果2. 1. 1固 液 比 ( g / ml) 对 多 糖 提 取 率 的 影 响在温度为 70 、提取时间 1 h、固液 比 ( ml / g) 分别为 1 5、1 10、1 15、1 20、1 25 和 1 30 时 对 提 取 多糖进行含 量 测 定，分 别 计 算 多 糖 的 提 取 率。 液 固 比( ml / g) 与多糖提取率之间的关系如图 1 所示。1. 3苯 酚浓硫 酸测定多 糖 的含量和提取率 1. 3. 1葡 萄 糖 标 准 曲 线13称 取 干 燥 至 恒 重 的 标 准 葡 萄 糖 100 mg，加 入 少 量 水 溶 解 ，定 容 至 1000 ml，分 别 取 200 、400 、600 、800 、1 000 ul 标 准 葡 萄 糖 溶 液 于 20 ml 具 塞 试 管 中 ，并 补 加 蒸 馏 水 至 2 ml。 另 取 2 ml 蒸 馏 水 加 入 相 同 试 管 中 作 为 对 照 ，分 别 加 入 1 ml 6 % 的 苯 酚 溶 液 ，震 荡 混 匀 。快 速 加 入 浓 硫 酸 5 ml，立 即 震 荡 混 匀 。让 其 在 室 温 下 反 应 30 min，置 于 冰 水 中 冷 却 终 止 反 应 。然 后 在 490 nm 处 测 定 吸 光 度 。 以 葡 萄 糖 含 量 为 横 坐 标 ，以 吸 光 度 为 纵 坐 标 绘 制 标 准 曲 线 ， 计 算 得 回 归 方 程 为 : y = 0. 007 2 x + 0. 032 2 ，r2 =0. 993 5 。图 1 料比对多糖提取率的影响 由 图 1 可 知 ，固 液 比 在 1 5 1 15 之 间 ，随 着固 液 比 的 增 加 ，多糖提取率也随之增加 ，当 固 液 比大 于 1 15 之 后 提 取 率 反 而 开 始 下 降 。 因 此 固 液 比 太 高 或 太 低均会影响提 取 率 。 固 液 比 太 低 会 使 提 取 溶 液 粘 度 太 高 ，葵 花 籽 粉 末 难 以 与 水 充 分 混 合 ， 造 成 吸 水 不 充 分 ，不利于细胞中多糖的溶出 ，从 而 降 低 多 糖 的 提 取 率 。 固 液 比 太 高 会 使 提 取 液 中 多 糖 浓 度 太 低 ，而 且 会 增 加 后 续 工 艺 中 提 取 液 的 浓 缩 成 本 和醇沉中的乙醇用量 。因 此 固 液 比 以 1 15 为 最 佳 。1. 3. 2多 糖 含 量 测 定将 提 取 得 到 的 粗 多 糖 用 去 离 子 水 定 容 ，测 定 时取 2 ml，依次加入苯酚 和 浓硫酸 ，采 用 上 述 方 法 测 定 多 糖 含 量 。2. 1. 2浸提时间对多 糖 提 取率 的 影 响1. 3. 3水 溶 性 多 糖 提 取 率在 温 度 70 、固 液 比 1 15 、提 取 时 间 分 别 为 10min、20 min、30 min、40 min、50 min 和 60 min 时 ，提取 多 糖并进行含量测定 ，分 别 计 算 多 糖 提 取 率 。 浸提 时 间与多糖提取率之间的 关 系如 图 2 所 示 。由 图 2 可 知 ，提 取 初 始 阶 段 ，随 着 提 取 时 间 的延 长 ，多糖提取率增加 ，但 30 min 以 后 开 始 下 降 ，30min 成为提取率峰 值 时 间 点 。 因 此 ，提 取 时 间 为 30min 时浸提效果最佳 。cvn水 溶 性 多 糖 提 取 率 = 100 % 。106 aw式 中 : c 为 标 准 方 程 中 求 得 的 糖 量 ，g;a 为 吸 取 样 品 液 体 积 ，ml;v 为 提 取 液 量 ，ml;n 为 稀 释 倍 数 ;w 为 干 品 重 量 ，g。58北京联合大学学报 ( 自 然 科 学 版 )2012 年 2 月08 x2 + 0. 200 00 x x 0. 075 00 x x 0. 300300 x2 x3 。1 21 3表 1 三因素二次回归正交旋转组合试验设计 因素水平编码表 x1 提 取温 度 / x2 提 取时 间 / minx3 固 液比 / gml 1水 平 编 码 值图 2 提取时间对多糖提取率的影响 1. 682 1011. 68243. 1850607076. 8213. 1820304046. 821 6. 591 101 151 201 23. 412. 1. 3提 取 温 度 对 多 糖 提 取 率 的 影 响在 固 液 比 为 1 15 、浸 提 时 间 为 30 min、提 取 温 度 为 30 、40 、50 、60 、70 、80 时 ，提 取 多 糖 并 进 行 含 量 测 定 ，分 别 计 算 多 糖 提 率 。 浸 提 时 间 与 多 糖 提 取 率 之 间 的 关 系 如 图 3 所 示 。表 2二次回归旋转组合实验结果 x1提 取 温 度 / x2提 取时 间 / minx3固 液 比 /g ml 1提 取率 / %试 验 号12345678910111213141516171819202122231111 1 1 1 1 1. 681 81. 681 8000000000000011 1 111 1 100 1. 681 81. 681 8000000000001 11 11 11 10000 1. 681 81. 681 800000000076. 46. 35. 15. 75. 46. 44. 34. 65. 34. 26. 35. 476. 16. 36. 66. 777. 16. 56. 46. 6图 3 提取温度对多糖提取率的影响 由 图 3 可 知 ，随 着 温 度 的 升 高 ，葵 花 籽 多 糖 的提 取 率 增 高 。 但 在 浸 提 温 度 大 于 60 以 后 ，多 糖的 提 取 率 反 而 有 所 降 低 。 其 原 因 可 能 与 多 糖 本 身的 稳 定 性 有 关 ，高温提取可能 导 致多糖的降 解 ，从 而 引 起 多 糖 提 取 率 的 下 降16 。这 也 与 大 多 数 多 糖提 取 工 艺 的 研 究 结 果 一 致 。 因 此 ，最 佳 提 取 温 度为 60 。2. 2果三 因 素 二 次 回 归 旋 转 正 交 组 合 设 计 及 试 验 结2. 2. 1二 次 回 归 旋 转 正 交 组 合 设 计对 单 因 素 试 验 结 果 进 行 分 析 ，固 液 比 、提 取 时 间 、温 度 对 提 取 率 的 影 响 显 著 。 因 此 以 这 3 个 因 素 作 为 正 交 试 验 研 究 对 象 ，提取次数固定为 1 次 ，取 试 验 中 效 果 较 好 的 水 平 为 各 正 交 试 验 研 究 因 素 的 零 水 平 ，并 设 计 因 素 水 平 编 码 表17 ，如 表 1 所 示 。2. 2. 2正 交 试 验 设 计 表 及 试 验 结 果采 用 dps 软件编制二次正交旋转组合设计表 ， 并 将 试 验 结 果 列 入 表 2 。试 验 结 果 见 表 2 ，采 用 dps 数 据 处 理 系 统 ，用 二 次 回 归 旋 转 组 合 试 验 统 计 方 法 进 行 拟 合 ，得 到 的 回 归 方 程 如 下 :y = 6. 579 70 + 0. 305 87 x1 + 0. 434 34 x2 +由方 差 分 析 ( 表 3 ) 可 知，回 归 方 程 的 失 拟 性 检验 f1 = ms失 拟 / ms误 差 = 2. 393 f0. 01 ( 5 ，8 ) = 3. 69 不 显著，可认为 所 选 的 二 次 回 归 模 型 是 合 适 的。 回 归 方程 的 显 著 性 检 验f2 = ms回 归 / ms剩 余 = 10. 438 f0. 01 ( 9 ，13 )= 4. 17 极显著，说明模型的预测值与 实 际 值非常吻 合，模 型 成 立，并 且 通 过 对 f3 的 检 验，f3 =ms回 归 / ms误 差 f0. 01 ( 9 ，8 )= 7. 6 达到 极 显 著 水 平，故 认220. 504 57 x3 0. 491 02 x1 0. 384 95 x2 0. 049为仅就各试验因素而言，方程回归结果是可靠的。59第 26 卷 第 1 期张 喜 峰 等 : 葵花籽水溶性多糖的提取工艺研究 表 3 二次正交旋转组合试验结果方差分析 x1 提 取 温 度 ( ) 、x2 提 取 时 间 ( min ) 、x3 固 液 比( g / ml) 对葵花籽多糖提 取 率的 影 响 。如 图 4 所 示 ，在 一 定 水 平 范 围 内 ，固 液 比 的 增大 对 多 糖 提取率的影响 呈逐渐增加的趋势 。 浸 提时 间 的 延 长 和 浸 提温度的升高都可提高多 糖 提取 率 ，但 是两者高水平时提 取 率 反 而 随 着 2 种 因 素 的 变 大 而 作 用 不 显 著 ，甚至有下降的趋势 。 但 由 图 4 可 以 看 出 ，固液比对多糖 提 取 率 的 影 响 要 比 提 取 时 间 和 提取温度的影响显著 。变 异来 源自 由度平 方 和均 方比 值 fp 值x1x2x31. 277 72. 576 43. 476 93. 784 92. 309 70. 029 50. 320 00. 045 00. 720 011111111191358221. 277 72. 576 43. 476 93. 784 92. 309 70. 029 50. 320 00. 045 00. 720 01. 621 10. 155 30. 242 00. 101 18. 227 416. 590 022. 388 624. 371 614. 872 40. 189 72. 060 50. 289 84. 636 2f2 = 10. 43 80. 013 20. 001 30. 000 40. 000 30. 002 00. 670 30. 174 80. 599 50. 050 70. 000 7x21x22x23x1 x2x1 x3x2 x3回 归 14. 589 8剩 余失 拟 误 差2. 018 91. 210 00. 808 9f1 = 2. 3930. 095 2总 和 16. 608 7对 回 归 系 数 进 行 显 著 性 检 验 ，在 = 0. 10 显著 水 平 剔 除 不 显 著 项 ，得 到 优 化 后 的 方 程 为 :y = 6. 579 70 + 0. 305 87 x1 + 0. 434 34 x2 +图 4 单因素效应分析 220. 504 57 x3 0. 491 02 x100 x2 x3 。 0. 384 95 x2 0. 3002. 2. 5双因素效应分析 回 归 方 程 中 x1 x2 、x1 x3 的 交 互 作 用 不 显 著 ，只 有 x2 x3 交 互 作 用 在 = 0. 10 时 水 平 显 著 ，因 此 仅 对 x2 x3 的 交 互 作 用 进 行 分 析 ，可 直 观 地 分 析 各 因 素 间 的 互 作 效 应 。 从 图 5 可 以 看 出 ，在 一 定 范 围 内 ，增 加 固 液 比 和 提 取 时 间 都 可 增 加 多 糖 提 取 率 ， 两 者 交互作用表现为提取率 的 增大 。2. 2. 6提取条件的优 化 及 验证 优化提取方案中 x1 、x2 、x3 取 值 频 率 分 布 如 表4 所 示 。采 取 频 率 分 析 法 寻 优 ，其 中 提 取 率 大 于 6. 03 %的 方 案 有 42 个 ，各变量取值的频率 分 布 如 表 4 所葵 花 籽 多 糖 提 取 率 与 固 液 比 、浸 提 温 度 、浸 提时 间 的 相 关 系 数 ( r2 ) = 回 归 平 方 和 / 总 平 方 和 =0. 878 4 表 明 该 数 学 模 型 3 个因素对提取率 的 影 响占 87. 84 % ，而 其 他 因 素 的 影 响 和 误 差 占 12. 16 % 。2. 2. 3各 因 素 的 重 要 性 分 析由 表 3 可 看 出，x1 、x2 、x3 的 均 方 分 别 为8. 227 4、16. 590 0、22. 388 6。所 以，影 响 多 糖 提 取 率的三因 素主次顺序为固液比 提 取 时 间 提 取 温度。2. 2. 4单 因 素 效 应 分 析将 其 他 因 素 固定在零水平 条 件 下 ，分 别 研 究表 4优化提取方案中各变量的取值频率分布表 x1x2x2水 平次 数频 率次 数频 率次 数频 率 1. 681 8 1011. 681 8加 权 均 数标 准 误95 % 置 信 区 间 提 取 条 件05171640. 000 00. 119 00. 404 80. 381 00. 095 2261113100. 047 60. 142 90. 261 90. 309 50. 238 145611160. 095 20. 119 00. 142 90. 261 90. 381 00. 422 00. 119 00. 190 0. 65561. 9 66. 550. 487 00. 156 00. 181 0. 79331. 81 37. 930. 623 00. 179 00. 273 0. 97515. 36 19. 8760北京联合大学学报 ( 自 然 科 学 版 )2012 年 2 月即 温 度 为 64. 2 ，时 间 为 34. 9 min，固 液 比 为 1 17. 6 组 合 方 案 对 优 化 结 果 验 证 ，此 时 实 测 值 y =7. 1 % ，与 理 论 值 7. 43 % 非 常 接 近 ，说 明 该 回 归 模 型可 反 映实际提取条件 。3结 论本试验在单因素试验 的 基 础 上 ，通 过 二 次 正 交旋 转 组 合 试 验 确 定葵花籽水溶性多糖最佳 提 取工 艺 : 温 度 64. 2 ，时 间 34. 9 min，固 液 比 1 17. 6 ，最 高 提 取 率 为 7. 1 % 。影响多糖提取率 的 三因 素 主 次 顺 序 是 固 液 比 提 取 时 间 提 取 温 度 。传 统 的“水 溶 醇 沉 ”法 提 取 葵 花 籽 多 糖 ，简 单 可 行 ，既 适 应 工 业 化 生 产 的 需 求 ，又 节 约 成 本 。 此 法 有 望 成为葵花籽深加工和综 合 利用 的 重 要途径 。图 5 提取时间与固液比 ( g / ml) 效 应 分 析 图示 。在 95 % 的 置 信 区 间 内 提 取 率 大 于 6. 03 % 的 优化 提 取 方 案 为 : 温 度 61. 9 66. 6 ，时 间 31. 8min 37. 9 min，固 液 比 1 15. 4 1 19. 9 。 取 优 化后 浸 提 条 件 的 平 均 值 方 案 ，x1 = 0. 42 ，x2 = 0. 49 ，x3= 0. 62 ，参 考 文 献张 海 悦 ，徐 鹤 ，王 蕾 葵花籽仁蛋白饮料的研 制j 食 品 工 业 ，2010 ( 04 ) : 84 85 黎 碧 娜 ，杨 辉 荣 从葵花籽中提取抗氧化成分及葵花蛋 白j 精 细 化 工 ，1995 ，12 ( 05 ) : 32 35 刘 军 海 ，裘 爱 泳 绿原酸及其提取纯化和应用前 景j 粮 食 与 油 脂 ，2003 ( 9 ) : 44 46 徐 粉 林 ，张 少 君 葵花籽仁饮料的研 究j 现 代 食 品 科 技 ，2010 ，26 ( 05 ) : 533 535 王 文 苹 ，李 治 芳 ，徐 晖 ，等 响应面优化超声制备葵花籽油纳米乳的工艺研 究j