趙慧霞，劉 昆，趙澤龍，何幗英，張麗萍,2,*

響應(yīng)面法優(yōu)化磁化水提取燕麥麩皮多糖工藝

趙慧霞1，劉 昆1，趙澤龍1，何幗英1，張麗萍1,2,*

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319）

以燕麥麩皮為原料，多糖得率和蛋白質(zhì)殘留率為考察指標(biāo)，比較了磁化水和純凈水對(duì)燕麥麩皮中多糖的提取效果，并采用響應(yīng)面法對(duì)磁化水提取燕麥麩皮多糖工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，磁化水對(duì)麩皮多糖的提取效果優(yōu)于純凈水，其最優(yōu)提取條件為提取溫度68 ℃、液料比18∶1（mL/g）、提取pH 8.7、提取時(shí)間105 min，多糖得率為（13.92±0.07）%，蛋白質(zhì)殘留率為（30.14±0.18）%，與純凈水提取相比，多糖得率提高了37.55%。對(duì)純化后的多糖采用氣相色譜法檢測(cè)分析，其單糖含量為葡萄糖（60.9±1.3）%、木糖（21.1±1.1）%、阿拉伯糖（16.7±1.4）%，同時(shí)含有半乳糖（1.0±0.8）%和鼠李糖（0.3±0.1）%。

燕麥麩皮；多糖；磁化水；響應(yīng)面法；單糖組成

燕麥多糖是一種存在于燕麥中的可溶性膳食纖維，其主要成分是β-葡聚糖，此外還含有一定量的戊聚糖[1-2]。燕麥多糖是重要的生理活性物質(zhì)，已被證實(shí)具有降血脂、防治糖尿病、防齲齒、提高免疫力、改善腸道系統(tǒng)中微生物群落組成及預(yù)防結(jié)腸癌等多種生理功效[3-4]。燕麥多糖主要分布于燕麥粒糊粉層細(xì)胞壁及胚乳中，尤其在籽粒的亞糊粉層中大量富集[5]，因此利用燕麥加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物燕麥麩皮提取燕麥多糖具有重要意義。燕麥多糖的提取一般采用水浸提法，研究顯示，水經(jīng)磁化后具有擴(kuò)散、溶解和滲透能力強(qiáng)的特點(diǎn)[6-7]，因此本研究通過(guò)使用純凈水與磁化水提取燕麥多糖實(shí)驗(yàn)，比較出磁化水的提取效果。

磁化水的pH值高，水的締合度減低，較大的水分子團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小的水分子團(tuán)，甚至為單一的水分子[6]，表面張力系數(shù)增大，黏度變小，擴(kuò)散系數(shù)增加，溶解度增加和滲透壓提高[7]。近年來(lái)，磁場(chǎng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和生物工程等方面都有重要的應(yīng)用[8-9]。隨著磁學(xué)理論和新型磁性材料的發(fā)展，磁場(chǎng)的應(yīng)用更加廣泛。陸耀青等[10]對(duì)比普通水，發(fā)現(xiàn)磁化水對(duì)小麥種子發(fā)芽率及幼苗生長(zhǎng)都有促進(jìn)作用。初蘭娜等[11]研究表明將磁化水運(yùn)用于提取地黃水蘇糖時(shí)能顯著提高其提取率。本研究將磁化水應(yīng)用于燕麥麩皮多糖的提取，以探討其對(duì)多糖提取得率的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥麩皮（產(chǎn)自?xún)?nèi)蒙） 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院品種資源研究所；耐高溫α-淀粉酶（酶活力20 000 U/mL）、糖化酶（酶活力200 000 U/mL） 阿拉丁試劑（上海）有限公司；考馬斯亮蘭G-250 武漢大風(fēng)生物技術(shù)有限公司；牛血清白蛋白 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Farm power磁化水機(jī) 韓國(guó)Safe Good株式會(huì)社；HJ-3型數(shù)顯恒溫磁力加熱攪拌器、HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市科興儀器廠(chǎng)；TD5A-WS型臺(tái)式低速離心機(jī) 廈門(mén)東星電子儀器廠(chǎng)；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠(chǎng)；SKD-800型自動(dòng)凱氏定氮儀 上海沛歐分析儀器有限公司；VIS-7220型分光光度計(jì) 鄭州創(chuàng)宇科技有限公司；GC-14A氣相色譜（gas chromatography，GC） 日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 原料成分含量測(cè)定

水分含量測(cè)定：采用直接干燥法[12]；灰分含量測(cè)定：采用550 ℃灼燒法；脂類(lèi)物質(zhì)含量測(cè)定：采用索氏提取法[13]；淀粉含量測(cè)定：采用酶水解法[14]；蛋白質(zhì)含量測(cè)定：采用半微量凱氏定氮法[15]；總膳食纖維含量測(cè)定：采用酶-質(zhì)量法[16]。

1.3.2 燕麥麩皮多糖的提取工藝

將純凈水置于磁化水機(jī)中，在室溫（25 ℃）條件下磁化處理24 h，即得實(shí)驗(yàn)用磁化水。準(zhǔn)確稱(chēng)取脫脂滅酶的燕麥麩皮（50 目）10 g；加入150 mL、pH 10的磁化水或純凈水（通過(guò)NaCO3溶液和HCl溶液調(diào)節(jié)兩者的pH值），65 ℃攪拌浸提60 min，離心；沉淀重復(fù)提取1次，離心；收集2次上清液；加熱到75 ℃，調(diào)pH值至6.4，加入適量耐熱α-淀粉酶，作用至碘液不變藍(lán)為止；冷卻至60 ℃，調(diào)節(jié)pH 4.5，加液體糖化酶作用30 min；離心收集上清液；分別測(cè)定磁化水和純凈水提取時(shí)上清液中的多糖及蛋白質(zhì)含量。

1.3.3 多糖含量的測(cè)定及得率計(jì)算

采用硫酸-苯酚法測(cè)定提取液中多糖含量，參考文獻(xiàn)[17]，以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品制作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。按式（1）計(jì)算燕麥麩皮多糖得率。

1.3.4 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定及殘留率計(jì)算

采用考馬斯亮藍(lán)法進(jìn)行提取液中蛋白質(zhì)含量的測(cè)定，參照王艾平等[18]的實(shí)驗(yàn)方法，以牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)樣品制作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。按式（2）計(jì)算燕麥麩皮蛋白質(zhì)殘留率。

1.3.5 單因素試驗(yàn)

以提取液中多糖得率及蛋白質(zhì)殘留率為指標(biāo)，以1.3.2節(jié)所描述的提取條件（提取溫度65 ℃、液料比15∶1（mL/g）、提取pH 10、提取時(shí)間60min）為基礎(chǔ)條件，在此條件下，分別考察提取溫度（45、55、65、75、85 ℃）、液料比（5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1（mL/g））、提取pH值（7、8、9、10、11）和提取時(shí)間（30、60、90、120、150 min）對(duì)磁化水和純凈水提取燕麥麩皮多糖效果的影響。

1.3.6 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)方法進(jìn)行響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表1。

表 1 響應(yīng)面法試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels used in response surface methodology

1.3.7 化學(xué)成分和單糖組分的測(cè)定

磁化水提取的燕麥麩皮多糖采用Sevag法脫蛋白質(zhì)、透析袋透析后得到精制的燕麥麩皮多糖，其多糖和蛋白質(zhì)含量分別采用硫酸-苯酚法[17]和考馬斯亮藍(lán)法[18]測(cè)定。單糖組分采用GC測(cè)定，其色譜條件為：HP-5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），氦氣作為載體，流速為1.2 mL/min。工作參數(shù)為：柱箱升溫程序160～210 ℃（10 min之內(nèi)），10 min后再升溫到240 ℃，進(jìn)口溫度保持在250 ℃，進(jìn)樣量1 μL。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用±s表示，應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料成分分析Frey[19]、Doehlert[20]等早在1999年就發(fā)現(xiàn)，燕麥中脂類(lèi)物質(zhì)含量比較高，為3.1%～10.9%，最高的含量可達(dá)15%。分析表2可知，本研究所用原料中脂類(lèi)物質(zhì)含量高達(dá)10.28%，油脂包裹導(dǎo)致多糖不易溶出，同時(shí)在熱水提取的過(guò)程中會(huì)有一部分油脂溶出，給后續(xù)純化帶來(lái)困難，因此在多糖提取之前需要對(duì)原料進(jìn)行脫脂處理。在飼料工業(yè)脂類(lèi)物質(zhì)分析方法中，主要采用乙醚浸提處理，但由于乙醚有毒，且加熱回流時(shí)容易發(fā)生爆炸，危險(xiǎn)性較無(wú)水乙醇大，因此本實(shí)驗(yàn)采用75%乙醇溶液，85 ℃回流對(duì)原料進(jìn)行脫脂。董吉林等[21]對(duì)我國(guó)山西和河北兩個(gè)產(chǎn)地的燕麥麩皮進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)其中淀粉含量分別為37.07%、40.11%，本實(shí)驗(yàn)所用原料的淀粉含量為39.53%，由于淀粉在多糖加熱浸提過(guò)程發(fā)生糊化，導(dǎo)致它和多糖一起被提取出來(lái)，因此本研究采用酶法在提取過(guò)程中除去淀粉。實(shí)驗(yàn)也選擇耐高溫α-淀粉酶結(jié)合糖化酶除去淀粉。原料中蛋白質(zhì)含量為17.76%，其中大部分蛋白質(zhì)易溶于水，在多糖提取過(guò)程中會(huì)有蛋白質(zhì)溶出，影響多糖的純度，增加了后續(xù)脫蛋白質(zhì)的過(guò)程中多糖的損失，因此在多糖提取過(guò)程中同時(shí)檢測(cè)蛋白質(zhì)殘留率，以期得到多糖含量高而蛋白質(zhì)含量低的多糖提取液。

表 2 燕麥麩皮成分分析Table 2 Proximate composition analysis of oat bran

2.2 不同處理水不同提取溫度對(duì)燕麥麩皮多糖提取效果的影響

圖 1 不同處理水不同提取溫度對(duì)燕麥麩皮多糖提取效果的影響Fig.1 Effect of water types and extraction temperature on the extraction efficiency of oat bran polysaccharides

從圖1可看出，在設(shè)定的提取溫度范圍內(nèi)，純凈水提取燕麥麩皮多糖時(shí)，其多糖得率以及蛋白質(zhì)殘留率隨溫度變化趨勢(shì)和磁化水提取的變化趨勢(shì)一樣，但相應(yīng)的多糖得率小于磁化水提取。僅對(duì)磁化水提取時(shí)的結(jié)果進(jìn)行描述分析，多糖得率和蛋白質(zhì)的殘留率隨提取溫度的升高均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。蛋白質(zhì)在55 ℃時(shí)殘留率到達(dá)最大，之后溫度升高其得率開(kāi)始下降，而多糖在55～70 ℃時(shí)其得率仍處于上升階段。分析其原因，主要是因?yàn)闇囟壬?，分子運(yùn)動(dòng)加劇，溶劑的擴(kuò)散加快，有利于多糖及蛋白質(zhì)的溶出。但是，溫度過(guò)高蛋白質(zhì)發(fā)生變性，因此其在55 ℃以后殘留率開(kāi)始下降。而對(duì)于燕麥麩皮多糖來(lái)說(shuō)，由于其中的主要物質(zhì)是β-葡聚糖，而其是一種親和膠，溫度過(guò)高，增加了提取液的黏度，引起溶劑擴(kuò)散速率的減慢，不利于溶質(zhì)的溶出，因此當(dāng)溫度超過(guò)65 ℃時(shí)，其得率增加緩慢之后反而下降。綜合考慮在響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)中，選擇65 ℃左右的溫度進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 不同處理水不同液料比對(duì)燕麥麩皮多糖提取效果的影響

圖 2 不同處理水不同液料比對(duì)燕麥麩皮多糖提取效果的影響Fig.2 Effect of water types and liquid-to-solid ratio on the extraction efficiency of oat bran polysaccharides

從圖2可看出，純凈水提取燕麥麩皮多糖時(shí)，其多糖得率及蛋白殘留率隨液料比變化趨勢(shì)和磁化水提取的變化趨勢(shì)一樣，但相應(yīng)的多糖得率小于磁化水提取，以下僅對(duì)磁化水提取時(shí)的結(jié)果進(jìn)行描述分析。液料比在5∶1～15∶1之間燕麥麩皮多糖得率急劇增加，之后增加緩慢，在液料比20∶1之后，多糖得率有顯著下降的趨勢(shì)。在液料比20∶1之前蛋白質(zhì)殘留率一直呈上升趨勢(shì)。根據(jù)液固萃取基本理論，溶劑的增多，有利于溶質(zhì)的析出，然而過(guò)大的液料比對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)沒(méi)有意義，不僅增加了水的消耗及后續(xù)的濃縮成本，而且容易導(dǎo)致處理過(guò)程中溶質(zhì)的丟失，從而使其得率有所下降。同時(shí)過(guò)大的液料比也增加了蛋白質(zhì)的溶出率，從汪海波等[22]的研究結(jié)果也可以看出，液料比增大，對(duì)蛋白質(zhì)的急劇溶出有較大影響。因此同時(shí)考慮到后續(xù)操作中多糖濃縮的需要及處理雜質(zhì)過(guò)程中溶質(zhì)的損失，液料比不宜過(guò)大，選擇15∶1左右的液料比進(jìn)行優(yōu)化。

2.4 不同處理水不同提取pH值對(duì)燕麥麩皮多糖提取效果的影響

由圖3可看出，純凈水提取的燕麥麩皮多糖得率及蛋白質(zhì)殘留率隨提取pH值變化趨勢(shì)和磁化水提取的變化趨勢(shì)一樣，但相應(yīng)的得率小于磁化水提取的得率，以下僅對(duì)磁化水提取時(shí)的結(jié)果進(jìn)行描述分析。隨pH值的升高，燕麥麩皮多糖得率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，pH 9時(shí)其增加變得緩慢，pH 10時(shí)得率達(dá)到最大。而磁化水提取時(shí)蛋白質(zhì)的殘留率隨pH值的升高一直呈現(xiàn)增加的狀態(tài)，且在pH 10之后顯著增加。分析造成這種現(xiàn)象的原因，可能是由于燕麥麩皮中的多糖主要成分是β-葡聚糖，而β-葡聚糖呈堿溶性，所以剛開(kāi)始隨著pH值的升高，多糖得率升高，但是，當(dāng)pH值大于10之后，發(fā)生美拉德反應(yīng)，造成在多糖測(cè)定時(shí)其得率有所下降。而蛋白質(zhì)殘留率呈現(xiàn)圖中的變化趨勢(shì)是與其本身的等電點(diǎn)有關(guān)系，一般蛋白質(zhì)等電點(diǎn)在4.6左右，此時(shí)蛋白質(zhì)呈沉淀狀態(tài)，未能被提取出來(lái)，然而隨著pH值的升高，蛋白質(zhì)的溶出率持續(xù)增加，因此提取液中蛋白質(zhì)含量顯著增加。綜合考慮選擇pH 9進(jìn)行優(yōu)化。

圖 3 不同處理水不同提取pH值對(duì)燕麥麩皮多糖提取效果的影響Fig.3 Effect of water types and pH on the extraction efficiency of oat bran polysaccharides

2.5 不同處理水不同提取時(shí)間對(duì)燕麥麩皮多糖提取效果的影響

圖 4 不同處理水不同提取時(shí)間對(duì)燕麥麩皮多糖提取效果的影響Fig.4 Effect of water types and extraction time on the extraction efficiency of oat bran polysaccharides

由圖4可看出，純凈水提取燕麥麩皮多糖得率及蛋白質(zhì)殘留率隨提取時(shí)間變化趨勢(shì)和磁化水提取的兩者的變化趨勢(shì)一樣，但相應(yīng)的多糖得率小于磁化水提取的得率，以下僅對(duì)磁化水提取時(shí)的結(jié)果進(jìn)行描述分析。燕麥麩皮多糖得率開(kāi)始時(shí)隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)不斷提高，90 min后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而趨于平緩。而蛋白質(zhì)殘留率隨時(shí)間的延長(zhǎng)先升高，在提取60 min時(shí)，殘留率最高，之后開(kāi)始急速下降，在120 min后下降變得緩慢。分析提取時(shí)出現(xiàn)這種結(jié)果的主要原因是提取開(kāi)始時(shí)，可溶性燕麥麩皮多糖不斷溶出，隨著時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，麩皮中可提取的多糖量減少。同時(shí)提取液中的多糖質(zhì)量濃度升高，體系黏度變大，因而未溶出的多糖的傳質(zhì)過(guò)程受到阻礙，溶出速率減慢，使得多糖得率的升高變得平緩。而對(duì)于蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)由于長(zhǎng)時(shí)間在高溫條件下進(jìn)行提取，發(fā)生變性進(jìn)而出現(xiàn)圖中60 min后殘留率下降的情況。結(jié)合雜質(zhì)蛋白質(zhì)的提取得率，考慮節(jié)約成本，提高儀器利用率，縮短每個(gè)處理的周期。做優(yōu)化試驗(yàn)時(shí)，選取120 min左右的提取時(shí)間為宜。

分析單因素試驗(yàn)結(jié)果可知，磁化水提取燕麥麩皮中的多糖，其多糖得率高于純凈水提取，各因素的基本參數(shù)為：提取溫度65 ℃、液料比15∶1、提取pH 9、提取時(shí)間120 min。此條件下，蛋白質(zhì)殘留率為37.16%～39.24%，磁化水提取效果優(yōu)于純凈水，接下來(lái)對(duì)磁化水提取技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以得到磁化水提取的最佳條件。

2.6 磁化水提取燕麥麩皮多糖響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)1.3.6節(jié)設(shè)計(jì)方案，以多糖得率為指標(biāo)，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)方法，對(duì)磁化水提取燕麥麩皮多糖條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見(jiàn)表3。

表 3 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Experimental design and results of response surface methodology

2.6.1 回歸方程的建立與方差分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到二次回歸模型為：Y=-614.18＋6.26X1＋4.32X2＋87.96X3-0.22X4＋0.049X1X2＋0.26X1X3-0.016X1X4-0.67X2X3-8.33×10-3X2X4＋0.23X3X4-0.06-0.01-6.75-2.92×10-3。

表 4 回歸模型顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Table 4 Significance test for regression model

對(duì)該模型及系數(shù)進(jìn)行顯著性分析，其結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可知，用上述回歸方程描述各因素與響應(yīng)值間的關(guān)系時(shí)，因變量與各自變量間的線(xiàn)性關(guān)系顯著，回歸方程模型極顯著（P＜0.01），且方程失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.957 0，說(shuō)明未控制因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很小（4.30%），表明該方程對(duì)試驗(yàn)的擬合情況良好。預(yù)測(cè)值和真實(shí)值之間有較好的相關(guān)性，試驗(yàn)誤差小，因此可用該方程對(duì)燕麥麩皮多糖得率進(jìn)行預(yù)測(cè)。從所建回歸方程的偏回歸系數(shù)絕對(duì)值大小可以判斷各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的大小程度，同時(shí)系數(shù)正負(fù)表示影響的作用方向[23]。因此根據(jù)回歸方程可得到各因素對(duì)多糖得率從大到小的影響順序依次是：X3（提取pH值）＞X2（液料比）＞X1（提取溫度）＞X4（提取時(shí)間），其中X1、X2和X3是正效應(yīng)，X4是負(fù)效應(yīng)。

2.6.2 響應(yīng)面分析

響應(yīng)面圖是響應(yīng)值在各試驗(yàn)因素交互作用下得到的結(jié)果構(gòu)成的一個(gè)三維空間曲面[24]。回歸方程中X2X4交互作用不顯著（P＞0.05），因此只對(duì)X1X2、X1X3、X1X4、X2X3和X3X4的交互作用進(jìn)行分析，根據(jù)回歸方程繪制相應(yīng)的響應(yīng)面圖，如圖5所示。由5 組圖可知，提取pH值（X3）曲線(xiàn)最陡，說(shuō)明該因素對(duì)多糖得率的影響最顯著；提取溫度（X1）和液料比（X2）曲線(xiàn)相對(duì)較平緩，說(shuō)明這兩個(gè)因素對(duì)多糖得率的影響程度較弱；而提取時(shí)間（X4）曲線(xiàn)最平滑，響應(yīng)值變化隨其數(shù)值的變化較小，因此對(duì)多糖得率的影響最小，這與方差分析的結(jié)果一致。等高線(xiàn)的形狀也可以反映交互效應(yīng)的強(qiáng)弱，橢圓形表示交互作用顯著，圓形則表示交互作用不顯著。分析5 組響應(yīng)面圖可知，提取溫度（X1）和提取時(shí)間（X4）的交互作用最顯著，其后交互作用的顯著性從大到小的順序?yàn)椋禾崛H值（X3）和提取時(shí)間（X4）、液料比（X2）和提取pH值（X3）、提取溫度（X1）和液料比（X2）、提取溫度（X1）和提取pH值（X3）。

圖 5 各因素交互作用的響應(yīng)面Fig.5 Response surface and contour plots showing the interactive effects of extraction parameters on the yield of polysaccharides

由圖5A可知，提取溫度60～64 ℃、液料比12∶1～18∶1范圍內(nèi)時(shí)，兩者存在顯著的增效作用，燕麥麩皮多糖得率隨著提取溫度和液料比的升高和增加而增加；而當(dāng)提取溫度在64～70 ℃范圍內(nèi)時(shí)，燕麥麩皮多糖得率反而開(kāi)始降低。由圖5B可知，提取溫度60～64 ℃、提取pH 8.5～9.1范圍內(nèi)時(shí)，兩者存在著顯著的增效作用，燕麥麩皮多糖得率隨著溫度和pH值的升高而升高；而當(dāng)提取溫度在64～70 ℃范圍內(nèi)，提取pH 9.1～9.5，燕麥麩皮多糖得率反而隨著兩個(gè)因素的升高開(kāi)始降低。由圖5C可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，提取溫度和提取時(shí)間之間的交互作用極顯著，燕麥麩皮多糖得率隨著兩個(gè)因素的升高和延長(zhǎng)而增加。由圖5D可知，液料比12∶1～18∶1、提取pH 8.5～9.1范圍內(nèi)時(shí)，燕麥麩皮多糖得率隨著兩者的增加和升高而增加；而當(dāng)提取pH 9.1～9.5范圍內(nèi)時(shí)，燕麥麩皮多糖得率隨著兩個(gè)因素的增加和升高反而開(kāi)始降低。由圖5E可知，提取時(shí)間在試驗(yàn)條件內(nèi)，提取pH 8.5～8.9范圍內(nèi)時(shí)，燕麥麩皮多糖得率隨兩個(gè)因素的延長(zhǎng)和升高而升高；而當(dāng)提取pH 8.9～9.5，燕麥麩皮多糖得率隨著兩個(gè)因素的延長(zhǎng)和升高開(kāi)始降低。

2.6.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合回歸模型和響應(yīng)面圖分析得出磁化水提取燕麥麩皮多糖的最佳工藝參數(shù)是：提取溫度68.36 ℃、液料比18∶1、提取pH 8.75、提取時(shí)間105 min，在此條件下預(yù)測(cè)多糖得率可達(dá)14.058 4%。為檢驗(yàn)預(yù)測(cè)值與實(shí)際值是否一致，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?？紤]到實(shí)際操作條件，將最佳工藝參數(shù)修定為：提取溫度68 ℃、液料比18∶1、提取pH 8.7、提取時(shí)間105 min，進(jìn)行5 次平行實(shí)驗(yàn)，最終得到磁化水提取燕麥麩皮多糖得率為（13.92±0.07）%。與預(yù)測(cè)值比較可知，響應(yīng)面分析所得的優(yōu)化模型是可靠的。此時(shí)測(cè)得蛋白質(zhì)殘留率為（30.14±0.18）%，相同條件下對(duì)比純凈水提取燕麥麩皮多糖（其多糖得率為（10.12±0.03）%），多糖得率提高了37.55%。

2.7 燕麥麩皮多糖化學(xué)成分和單糖組成檢測(cè)分析

表 5 燕麥麩皮多糖的化學(xué)成分和單糖組成分析Table 5 Chemical composition and monosaccharide composition of oat bran polysaccharides %

經(jīng)脫蛋白質(zhì)、透析的精制燕麥麩皮多糖測(cè)得其多糖和蛋白質(zhì)含量如表5所示，分別為（96.7±1.2）%和（2.4±0.5）%，可見(jiàn)此燕麥麩皮多糖的純度較高。燕麥麩皮多糖和單糖標(biāo)準(zhǔn)品分別經(jīng)過(guò)水解還原后進(jìn)行乙?；?，利用GC進(jìn)行單糖組成分析。標(biāo)準(zhǔn)單糖和燕麥麩皮多糖的GC圖分別如圖6、7所示，對(duì)比分析兩組圖譜的主峰保留時(shí)間，可得到燕麥麩皮多糖的單糖組成，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可知，該燕麥麩皮多糖由葡萄糖、木糖和阿拉伯糖組成，此外還含有少量的半乳糖和鼠李糖。其單糖組成的物質(zhì)的量比為：c（鼠李糖）∶c（半乳糖）∶c（阿拉伯糖）∶c（木糖）∶c（葡萄糖）=0.3∶1.0∶16.7∶21.1∶60.9。

圖 6 標(biāo)準(zhǔn)單糖的GGCC圖Fig.6 Gas chromatogram of polysaccharide standards

圖 7 燕麥麩皮多糖GGCC圖Fig.7 Gas chromatogram of oat bran polysaccharides

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)以燕麥麩皮為原料，分別以磁化水、純凈水為溶劑，提取燕麥麩皮中的多糖，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，比較得磁化水提取效果優(yōu)化純凈水。應(yīng)用響應(yīng)面法優(yōu)化磁化水提取多糖的工藝參數(shù)，優(yōu)化的最佳技術(shù)參數(shù)為：提取溫度68 ℃、液料比18∶1、提取pH 8.7、提取時(shí)間105 min。在此條件下燕麥麩皮多糖的得率可達(dá)（13.92±0.07）%，此時(shí)蛋白質(zhì)殘留率為（30.14±0.18）%。采用磁化水提取燕麥麩皮多糖，多糖的得率比純凈水提取提高了37.55%，說(shuō)明磁化水對(duì)于提高燕麥麩皮多糖的得率極其有效。單糖組成GC測(cè)定結(jié)果顯示：用磁化水從燕麥麩皮中提取的多糖，其單糖組成為葡萄糖（60.9±1.3）%、木糖（21.1±1.1）%、阿拉伯糖（16.7±1.4）%，同時(shí)還含有少量的半乳糖（1.0±0.8）%和鼠李糖（0.3±0.1）%。

各方案的系統(tǒng)綜合能效比如表4所示，由此可知，地埋管地源熱泵制冷系統(tǒng)能效比最高為3.522，空氣源熱泵系統(tǒng)次之，而加裝殼管式換熱器的地下水源熱泵制冷系統(tǒng)能效比最低，最不節(jié)能，這是因?yàn)榧友b中間換熱器后，水源側(cè)的一次泵系統(tǒng)形式變?yōu)槎伪眯问剑斐伤每刂谱兊酶鼮閺?fù)雜，能耗也有所增加；而另一方面，中間換熱器兩側(cè)存在至少2℃的溫差，使得夏季進(jìn)入機(jī)組冷凝器的水溫上升、制冷能效比下降；而冬季進(jìn)入機(jī)組蒸發(fā)器的水溫下降、制熱能效比降低。

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Optimization of Extraction for Oat Bran Polysaccharides Using Magnetized Water by Response Surface Methodology

ZHAO Huixia1, LIU Kun1, ZHAO Zelong1, HE Guoying1, ZHANG Liping1,2,*
(1. College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China；2. National Coarse Cereals Engineering Research Center, Daqing 163319, China)

The extraction efficiencies of oat bran polysaccharides using magnetized water and purified water were compared with respect to polysaccharide yield and the residue ratio of protein. The extraction process with magnetized water was optimized using response surface methodology. The results showed that magnetized water was a better solvent for the extraction of oat bran polysaccharides than pure water. The optimum extraction conditions were found to be extraction at 68 ℃for 105 min with a water-to-oat bran ratio of 18:1 (mL/g) at pH 8.7. Under these conditions, the polysaccharide yield was (13.92 ± 0.07)%, representing a 37.55% increase over that obtained with pure water, with a residue ratio of protein of (30.14 ± 0.18)%. The monosaccharide composition of the purified polysaccharide consisted of glucose (60.9 ± 1.3)%, xylose (21.1 ± 1.1)%, arabinose (16.7 ± 1.4)%, and a small amount of galactose (1.0 ± 0.8) and rhamnose (0.3 ± 0.1)%, as indicated by gas chromatography (GC) analysis.

oat bran； polysaccharides； magnetized water； response surface methodology； monosaccharide composition

TS218

A

1002-6630（2015）08-0037-07

10.7506/spkx1002-6630-201508007

2014-08-18

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)（201303069）

趙慧霞（1988—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。E-mail：zhaohuixia1989@126.com

*通信作者：張麗萍（1957—），女，教授，博士，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。E-mail：50752305@qq.com