朱翠玲++顧正中+沈婷 王新風(fēng) 胡衛(wèi)成 紀(jì)麗蓮

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.13.047[HT9.]

（1.揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225127； 2.淮陰師范學(xué)院/江蘇省高校區(qū)域現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與環(huán)境保護(hù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇淮安 223300；3.淮陰師范學(xué)院/江蘇省環(huán)洪澤湖生態(tài)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇淮安 223300； 4.江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇淮安 223301）

摘要：為探討優(yōu)化麩皮多糖的提取工藝，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，用熱水浸提法及Box-Behnken設(shè)計(jì)方法，研究水提溫度、時(shí)間、料液比這3個(gè)因素以及它們的交互作用對(duì)麩皮多糖得率的影響；采用Box-Behnken法設(shè)計(jì)3因素3水平響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)，得到回歸方程的預(yù)測(cè)模型和可信度。結(jié)果表明：在所設(shè)定的各個(gè)試驗(yàn)范圍內(nèi)，3個(gè)因素對(duì)麩皮多糖得率的影響程度由大到小依次是提取時(shí)間、提取溫度、料液比，并分析得到了最佳的提取條件：溫度100 ℃，料液比1 g ∶[KG-*3]29.95 mL，水提時(shí)間5 h，麩皮多糖得率的預(yù)測(cè)值為220.04 mg/g。將上述最佳條件微調(diào)后進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)得麩皮多糖含量為222.70 mg/g，高于軟件模擬值，能較好地預(yù)測(cè)麩皮多糖得率，表明提取麩皮多糖條件可行，用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝，提高了提取麩皮多糖的得率。

關(guān)鍵詞：小麥麩皮；多糖；熱水浸提法；提取工藝；響應(yīng)面分析；多糖得率

中圖分類號(hào)： TS245.9；TS201.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A[HK]

文章編號(hào)：1002-1302（2017）13-0169-04[HS）][HT9.SS]

收稿日期：2016-12-21

基金項(xiàng)目：江蘇省自然科學(xué)基金（編號(hào)：BK20150414）；江蘇省高校自然科學(xué)基金（編號(hào)：15KJB550001）。

作者簡介：朱翠玲（1990—），女，安徽安慶人，碩士，主要從事食品分子營養(yǎng)學(xué)的研究。E-mail：1125168757@qq.com。

通信作者：胡衛(wèi)成，博士，副教授，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)，E-mail：hu_weicheng@163.com；紀(jì)麗蓮，博士，教授，研究方向?yàn)槲⑸锱c生化藥學(xué)，E-mail：jll2663@sina.com。

[ZK）]

小麥的營養(yǎng)豐富，是人們?nèi)粘Ｉ钪兴匦璧闹饕Z食之一。我國是小麥的生產(chǎn)大國，每年的產(chǎn)量已超過1億t，小麥面粉廠僅加工出產(chǎn)的副產(chǎn)品麩皮就可達(dá)2 000萬t[1]。麩皮是小麥營養(yǎng)特性的主要集中物，含有人體所需的多種營養(yǎng)物質(zhì)，如酶系、蛋白質(zhì)、碳水化合物、礦物質(zhì)和維生素等，主要含有較多的纖維素、半纖維素多糖，且在麩皮細(xì)胞壁中，存在半纖維素、阿拉伯木聚糖。此外，小麥麩皮中戊聚糖含量大于20%，且來源充足，價(jià)格低廉，可作為制備多糖的原料，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景[2]。但是，市場(chǎng)上85%的麩皮主要用于釀造工業(yè)與飼料工業(yè)，很少用于保健產(chǎn)品和功能食品的加工[3]。

多糖是一類高分子碳水化合物，一般由10個(gè)以上單糖組成，可由糖苷鍵合成多聚糖，有降低血糖的作用[4]。此外，多糖能明顯提高肝臟中己糖激酶、葡糖激酶、6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性，最終使血漿甘油三酯、膽固醇降低到正常的水平[5]。多糖還可以改變食物品質(zhì)及外觀，穩(wěn)定酸性飲料、抑制脂質(zhì)氧化等，其中活性多糖可促進(jìn)生命機(jī)體健康，維持其各種生理功能，控制細(xì)胞分化，可作為調(diào)節(jié)細(xì)胞生長衰老的非特異性廣譜免疫調(diào)節(jié)劑，增強(qiáng)免疫、抗衰老、抗輻射能力等[6-7]。研究發(fā)現(xiàn)，多糖通過對(duì)病原體的選擇性黏附，并且阻斷吸附靶細(xì)胞，最終達(dá)到消炎、抗感染的目的，因此，多糖作為第二代抗炎藥物可用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[8]。

響應(yīng)面分析法是一種函數(shù)估算工具，已經(jīng)被大量用于各種多糖提取條件的優(yōu)化，如鐵皮石斛多糖、金銀花多糖、燕麥麩皮多糖等[9-14]，該方法計(jì)算合理、結(jié)果準(zhǔn)確，已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用于工藝優(yōu)化中。到目前為止，還未有響應(yīng)面優(yōu)化麩皮多糖提取的研究報(bào)道，本研究采用單因素試驗(yàn)、響應(yīng)面法分析對(duì)熱水浸提法提取小麥麩皮多糖的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化篩選，以期為麩皮多糖的市場(chǎng)開發(fā)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

小麥麩皮（淮麥33），由江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。

濃硫酸，購自南京化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇，購自上海久億化學(xué)試劑有限公司；3，5-二硝基水楊酸（DNS）溶液、苯酚，購自西隴化工股份有限公司；亞硫酸鈉，購自宜興市亞盛化工廠；3，5-二硝基水楊酸、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、葡萄糖，均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2主要儀器設(shè)備

Centrifuge 5810 R型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)，德國艾本德公司；TE612-L電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；Infinite M200 Pro酶標(biāo)儀，瑞士Tecan公司；HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋等。

1.3樣品溶液的制備

用電子天平精確稱取粉碎后的小麥麩皮2.0 g，放入錐形瓶中，加入一定體積的蒸餾水，用熱水浸提法提取總糖，提取后進(jìn)行抽濾、分離，并將取得的濾液定容至容量瓶中，即得總糖提取液。

1.4樣品總糖含量的測(cè)定

1.4.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制精確稱取干燥至恒質(zhì)量的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品20 mg，用蒸餾水定容至20 mL，得到濃度為 1 mg/mL 的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取0、10、20、30、40、50、60、70 L標(biāo)準(zhǔn)溶液于小試管中并依次加蒸餾水至200 L。各加5%苯酚溶液0.4 mL，混合均勻，再滴加2 mL濃硫酸，搖勻后于沸水浴中加熱15 min，冷卻至室溫后，在490 nm處用酶標(biāo)儀測(cè)定其吸光度D490 nm。以葡萄糖濃度C1（g/mL）為橫坐標(biāo)，吸光度A（D490 nm）為縱坐標(biāo)，繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程為A=0.125 C1-0.107 7，r2=0.996 9。endprint

1.4.2苯酚硫酸法測(cè)定其總糖含量取麩皮多糖提取液 1.0 mL，加5%苯酚溶液0.4 mL，搖勻后滴加濃硫酸2 mL，混合均勻，在沸水浴中加熱15 min，冷卻至室溫后，用酶標(biāo)儀在490 nm下測(cè)定吸光度。根據(jù)回歸方程計(jì)算小麥麩皮總糖含量：

[JZ]Y1=C1×D×V÷m。

式中：Y1為總糖含量，mg/g；C1為代入標(biāo)準(zhǔn)曲線中計(jì)算出的多糖質(zhì)量濃度，mg/mL；D為樣品溶液的稀釋倍數(shù)；V為待測(cè)樣液的體積，mL；m為稱取麩皮的質(zhì)量，g；下同。

1.5樣品單含量的測(cè)定

1.5.1繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線分別取1 mg/mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL加入小試管中，并加蒸餾水至1.0 mL。再在各試管中加3.0 mL DNS，搖勻，在沸水浴中加熱15 min，冷卻后顛倒混勻，用酶標(biāo)儀在550 nm下測(cè)其吸光度D550 nm。以葡萄糖濃度C2（mg/mL）為橫坐標(biāo)、吸光度B（D550 nm）為縱坐標(biāo)，繪制用DNS測(cè)定下的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程為B=2.127 2 C2-0.074 6，r2=0.997 2。

1.5.2DNS法測(cè)定其總單糖含量取麩皮多糖提取液 1.0 mL，加3 mL DNS，搖勻后在沸水浴中加熱15 min，冷卻至室溫后，用酶標(biāo)儀在550 nm下測(cè)定吸光度D550 nm。根據(jù)回歸方程計(jì)算小麥麩皮單糖含量：

[JZ]Y2=C2×D×V÷m。

式中：Y2為單糖含量，mg/g；C2為代入標(biāo)準(zhǔn)曲線中計(jì)算出的多糖質(zhì)量濃度，mg/mL。

1.6麩皮中多糖含量的計(jì)算

麩皮粗多糖樣品液中含有大量單糖，要測(cè)得其中多糖含量就要用總糖減去單糖的量。苯酚溶液可測(cè)總糖含量，DNS溶液可測(cè)單糖含量，將2個(gè)得到的結(jié)果相減就是所需的多糖含量Y，即：

[JZ]Y=Y1-Y2。

1.7單因素試驗(yàn)

1.7.1提取溫度對(duì)多糖提取率的影響準(zhǔn)確稱取麩皮 2.0 g，預(yù)設(shè)料液比為1 g ∶[KG-*3]20 mL，提取時(shí)間為4 h，分別在60、70、80、90、100 ℃下用熱水浸提法提取小麥麩皮多糖，以確定提取溫度對(duì)多糖提取率的影響。

1.7.2提取時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響準(zhǔn)確稱取麩皮 2.0 g，預(yù)設(shè)溫度為100 ℃，料液比為1 g ∶[KG-*3]20 mL，提取時(shí)間分別選擇1、2、3、4、5 h，用熱水提取法來提取麩皮多糖，研究提取時(shí)間對(duì)麩皮多糖提取率的影響。

1.7.3料液比對(duì)多糖提取率的影響準(zhǔn)確稱取麩皮2.0 g，預(yù)設(shè)提取溫度為100 ℃，提取時(shí)間為4 h，分別在1 g ∶[KG-*3]10 mL、1 ∶[KG-*3]15 mL、1 ∶[KG-*3]20 mL、1 g ∶[KG-*3]25 mL、1 g ∶[KG-*3]30 mL的料液比下，用熱水浸提法提取麩皮多糖，研究料液比對(duì)麩皮多糖提取率的影響。

1.8響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝

用Box-Behnken響應(yīng)面法對(duì)麩皮多糖的提取工藝優(yōu)化條件進(jìn)行研究。在單因素試驗(yàn)后，以多糖提取率為指標(biāo)，以多糖的提取溫度、時(shí)間、液料比為影響因素，設(shè)計(jì)3因素3水平的試驗(yàn)，以確定麩皮多糖的最優(yōu)提取工藝條件。試驗(yàn)因素和水平設(shè)計(jì)見表1。

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1溫度對(duì)多糖提取率的影響由圖1可知，多糖提取率會(huì)隨著溫度的升高而提高，在溫度達(dá)到100 ℃時(shí)，提取率為21.2（即多糖含量212 mg/g，以此類推），只是隨著溫度的升高，多糖得率的增速變得緩慢。

[FK（W11][TPZCL1.tif][FK）]

2.1.2時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響由圖2可知，隨著提取時(shí)間的延長，多糖的提取率先逐漸提高，當(dāng)提取時(shí)間為4 h時(shí)，提取率達(dá)到最大值，為17.95%；隨著提取時(shí)間的繼續(xù)增加，提取率有所下降，這可能是由于長時(shí)間在高溫條件下，有其他雜質(zhì)不斷地從麩皮中溶出，使多糖提取率下降。因此可知，最佳提取時(shí)間為4 h。

[FK（W11][TPZCL2.tif][FK）]

2.1.3料液比對(duì)多糖提取率的影響由圖3可知，麩皮多糖的得率會(huì)隨著料液比的提高而增大，當(dāng)料液比為 1 g ∶[KG-*3]25 mL 時(shí)，多糖得率達(dá)到最大值，為22.3%；隨著料液比進(jìn)一步提高，多糖得率有所下降。這可能是溶劑過多造成細(xì)胞破碎，導(dǎo)

[FK（W11][TPZCL3.tif][FK）]

致得率下降，因此麩皮多糖的最佳料液比為 1 g ∶[KG-*3]25 mL。

2.2響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)Design Expert 8.0.5b統(tǒng)計(jì)分析軟件的試驗(yàn)設(shè)計(jì)功能可知，17組中心組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)中的5組是中心點(diǎn)試驗(yàn)，用來評(píng)估整個(gè)優(yōu)化試驗(yàn)中出現(xiàn)的誤差，剩下的12組是析因試驗(yàn)。以提取時(shí)間A（h）、提取溫度B（℃）、料液比C（g ∶[KG-*3]mL）為自變量，以多糖提取率為響應(yīng)值，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。用Design Expert 8.0.5b軟件對(duì)優(yōu)化試驗(yàn)得到的結(jié)果進(jìn)行分析，按各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行擬合得到二次方程式：

Y=143.46+14.86A+1.71B+17.51C+14.67AB+6.87AC+6.05BC+32.63A2-2.37B2-15.35C2。

由表3可以看出，整體模型的F值是5.43，并且P<005，說明響應(yīng)面法擬合得到的試驗(yàn)?zāi)Ｐ惋@著性極高；r2=0874 7，表明模擬與實(shí)際試驗(yàn)擬合得較好。各單因素中對(duì)麩皮多糖提取的結(jié)果都有顯著影響，其影響大小依次是提取時(shí)間、提取溫度、料液比。

由圖4、圖5、圖6可以看出，提取溫度和提取時(shí)間、提取溫度和料液比、提取時(shí)間和料液比對(duì)麩皮多糖提取率的影響表現(xiàn)為明顯的二次拋物線，呈交互作用。從響應(yīng)面的最高點(diǎn)和等值線可以看出，選擇范圍內(nèi)的極值，就是響應(yīng)面的最高點(diǎn)，也是等值線最小橢圓的中心點(diǎn)。endprint

通過軟件分析，預(yù)測(cè)的熱水浸提法提取麩皮多糖的最佳工藝條件：提取溫度100 ℃，提取時(shí)間5 h，料液比 1 g ∶[KG-*3]29.95 mL。在此條件下麩皮多糖含量是220.04 mg/g。因?qū)嶋H操作需要，調(diào)整為提取溫度100 ℃，提取時(shí)間5 h，料液比1 g ∶[KG-*3]30 mL，同時(shí)測(cè)得麩皮多糖含量為222.70 mg/g。結(jié)果表明，響應(yīng)面優(yōu)化得到的提取工藝條件可信。

本試驗(yàn)所得麩皮多糖得率相關(guān)報(bào)道[15-16]較少，主要原因是由于在測(cè)量多糖時(shí)，文獻(xiàn)中并未把單糖含量去掉，苯酚-硫酸法測(cè)定的含量即為多糖含量，缺少一定的科學(xué)性。本試驗(yàn)采用DNS法測(cè)定麩皮中單糖的含量，再以總糖含量減去單糖含量，即為多糖含量，從多角度考慮試驗(yàn)中存在的誤差。

3結(jié)論

本試驗(yàn)在單因子試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用Box-Behnken響應(yīng)面法對(duì)麩皮多糖的提取工藝進(jìn)行研究，得到熱水浸提法提取麩皮多糖的最佳條件：提取溫度100 ℃，提取時(shí)間5 h，料液比1 g ∶[KG-*3]30 mL，在這樣的工藝條件下，麩皮多糖得率為22.27%。與正交設(shè)計(jì)相比，正交設(shè)計(jì)只能從預(yù)先設(shè)計(jì)的幾個(gè)水平中優(yōu)化組合，所得最佳條件只是理想條件，因此用響應(yīng)面法得到的條件更具有實(shí)用價(jià)值。

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