响应面法优化酶法制备薏苡仁寡糖工艺研究

文章亮点（1）

以薏苡仁为原料，将纤维素酶运用于薏苡仁寡糖的提取，与传统热水提取法相比，具有较高得率且条件温和；（2）

通过单因素试验，构建响应面二次多项式模型，研究各因素间的交互作用，并得出各因子影响程度和最佳提取条件，准确可靠，低耗高效；（3）

微波-超声波联合辅助提取技术，结合超声与微波单一技术的优点，进一步提升提取效率，为深入研究天然产物的高效提取技术提供了参考依据。图文介绍1实验部分1.1

主要仪器与试剂1.2

实验方法1.2.1

酶解提取薏苡仁寡糖的工艺流程1.2.2

薏苡仁寡糖含量的测定1.3

单因素试验设计称取5g薏苡仁干粉，固定α-淀粉酶添加量0.3g、酶解时间30min、酶解温度50℃，分别采用1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60（g/mL）料液比，按1.2.1和1.2.2中的方法提取样品溶液并测定其吸光度，考察不同的料液比对寡糖得率的影响。1.4

Box-Behnken响应面试验设计试验设计见表1。1.5

数据处理各试验做3次平行，结果取平均值；分别利用DPS7.05、origin2018、DesignExpert8.0软件，对试验数据进行分析，绘图和建立响应面模型。2结果与讨论2.1

单因素对测定薏苡仁中寡糖得率的影响2.1.1

不同料液比对薏苡仁寡糖得率的影响从图1可以看出，寡糖得率随料液比提升而上升，可能是料液比提高，传质推动力上升，寡糖扩散过程增快[17]；当其超过1:20（g/mL）后，寡糖得率下降并逐渐趋于稳定，这可能由于酶与底物接触机会减少细胞壁降解减弱，寡糖扩散减慢，并且料液比过大也会浪费溶剂不利实际生产以及后续浓缩，所以将料液比控制在1:20（g/mL）最适宜。2.1.2

不同酶添加量对薏苡仁寡糖得率的影响由图2发现，随着酶添加量的增加，薏苡仁寡糖的得率稳步上升，在酶添加量为0.9g时达到峰值，后寡糖得率呈现下降趋势，水解程度的增加可能使寡糖含量达到饱和状态，小分子低聚糖的水解属于多链式反应，水解到一定程度后低聚糖的水解速度变慢甚至有些低聚糖不能水解[18]，所以α-淀粉酶添加量为0.9g最适宜。2.1.3

不同酶解时间对薏苡仁寡糖得率的影响由图3可知，随酶解时间延长，薏苡仁寡糖得率逐步递增，但是当超过100min后，寡糖得率逐渐趋于稳定，时间太短会提取不充分，甚至酶活性没被激活，时间增大薏苡仁颗粒已经充分溶胀，寡糖也得到充分溶出，但是时间的延长，部分溶液中的游离氨基酸可能与寡糖进行美拉德反应，使溶液变深，寡糖得率的得率也会因此受到不好的影响，故酶解时间为100min最适宜。2.1.4

不同酶解温度对薏苡仁寡糖得率的影响从图4可知，酶解温度递增的同时，薏苡仁寡糖的得率逐步升高，45℃为峰值，每种酶都有特定的最适温度范围，在此范围内酶活性与温度成正比，进一步促进体系的热运动，寡糖的得率增大，但是温度过高会破温度坏寡糖和酶结构导致酶变性甚至失活，而且温度过高产品的品质也会有所下降，故45℃为最适宜酶解温度。2.2

响应面法优化薏苡仁寡糖提取的工艺条件2.2.1

Box-Behnken响应面试验结果单因素试验分析结果显示，4个因素对薏苡仁寡糖得率均有显著的影响效果。在此基础上，通过响应面探索薏苡仁寡糖提取的最佳条件[20]，响应面试验设计及结果见表2。2.2.2

模型方差分析以薏苡仁中寡糖得率为响应值，进行多元回归分析拟合，得到回归方程：Y=33.08-0.10A+0.27B+0.20C+0.38D+1.25×10-4AB-2.575×10-3AC-0.018AD+0.090BC-0.013BD+0.10CD-0.15A2-1.33B2-0.20C2-2.43D2，回归模型方差分析结果见表3。2.2.3

响应面结果分析响应面图是由响应值与各因子通过多元线性回归方程构成的曲面图，其坡度可以体现这一因子的作用程度，相互作用曲线越陡峭，则说明该因子对薏苡仁寡糖得率的影响越大，同时对于反应值的改变幅度越大。变量间的交互作用程度可以通过其形状看出，其中椭圆形、马鞍形表示交互作用较强，而圆形则相反，极值存在的条件则在圆心处。2.2.4

验证试验通过解回归方程可得最好的提取条件为料液比1:16.41（g/mL）、酶添加量0.91g、酶解时间111.49min、酶解温度45.46℃时，此时薏苡仁寡糖的理论得率为33.1862%。为了验证该回归模型的可靠性，调整实际试验参数为液料比1:16（g/mL）、酶添加量0.9g、酶解时间111min、酶解温度45℃时，重复3次试验，得到得率平均值为33.0092%，与理论值基本一致，说明该模型准确可靠。3结论

建立响应面二次多项式模型，优化酶解发酵提取薏苡仁寡糖工艺，并对各因素间的交互作用进行研究，得出结论各因子影响程度为：酶解温度>酶添加量>酶解时间>料液比；最佳提取条件为：料液比1:16.41（g/mL）、酶添加量0.91g、酶解时间111.49min、酶解温度45.46℃时，薏苡仁寡糖的理论得率为33.1862%；实际测得寡糖得率为33.0092%，与理论值基