CN113861307A - 一种响应面法优化蛇龙珠多糖超声波辅助提取工艺 - Google Patents

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房经贵
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Abstract

本发明提供一种响应面法优化蛇龙珠多糖超声波辅助提取工艺，包括以下步骤：选取优质的蛇龙珠，利用清洗装置对其进行清洗，清洗后沥干水分，利用称重装置称取100克的葡萄果实将其置于榨汁机内，然后将葡萄果实打成果浆；在单因素试验的基础上，利用Box－Behnken Design(BBD)中心组合设计，以CGs提取得率Y(％)为响应值，考察三个独立变量对提取得率的影响。本发明以蛇龙珠为原料，采用超声提取法对蛇龙珠的多糖进行提取。在单因素实验的基础上，采用响应面法设计对蛇龙珠多糖的超声提取条件进行优化，以确定蛇龙珠多糖的最佳提取工艺条件。

Description

一种响应面法优化蛇龙珠多糖超声波辅助提取工艺
技术领域
本发明属于酿酒葡萄提取技术领域，具体涉及一种响应面法优化蛇龙珠多糖超声波辅助提取工艺。
背景技术
蛇龙珠（拉丁学名：Cabernet Gernischt）属于解百纳品系。欧亚种。原产法国，为法国的古老品种之一。与赤霞珠、品丽珠是姊妹品种。1892年引入中国。现在山东烟台地区有较多栽培。蛇龙珠为我国通过筛选育成的酿造葡萄品种，适应性强，抗逆性强，着色良好，成熟一致，品种内致性明显较强。嫩梢绿色，新梢绒毛较多，幼叶黄绿色，叶面有光泽叶背绒毛密。成龄叶片中大，近圆形，叶片深绿色，叶缘部分轻微下卷，深5裂，锯齿锐，叶面呈明显皱纹状，常具深紫红色斑纹，叶背面有绒毛，叶柄洼长椭圆形。两性花。果穗中等大小，圆锥形或圆柱形，有歧肩，平均果穗重195克，果粒着生紧密。果粒圆形，果皮紫黑色，着色整齐，果皮厚，平均单粒重2.0克，果肉多汁，可溶性固形物含量17%，含酸量0.46%，出汁率76%左右。大量药理及临床研究证实，多糖具有抑菌、消炎的作用，作为食品、药品添加剂等方面具有广阔的前景。因此，优化蛇龙珠的多糖提取工艺具有重要意义。
目前，提取植物多糖的方法有热水浸提法、酸碱溶液提取法、微波提取法、超声提取法等多种方法，其中超声提取法操作简单，并且可以在较低温度、较短时间下获得较高的得率，已被开发运用在多种植物活性成分的提取中。超声提取法需考察的影响因素较多，而设计结合响应面法可确定影响得率的关键因素，并对其进行优化。响应面实验设计是一种回归试验设计方法，通过相关实验采集数据，采取多元二次回归方程进行拟合自变量(试验因素)和响应值(试验指标)之间的函数关系，建立相应的数学模型，对二次多项式回归方程的计算分析来寻求最优工艺参数，是解决多变量问题的一种统计方法，其预测结果可信度高，能够快速确定多因素系统的最佳实验条件；
基于此，本发明提供一种响应面法优化蛇龙珠多糖超声波辅助提取工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种响应面法优化蛇龙珠多糖超声波辅助提取工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
响应面法优化蛇龙珠多糖超声波辅助提取工艺，包括以下步骤：
步骤一：选取优质的蛇龙珠，利用清洗装置对其进行清洗，清洗后沥干水分，利用称重装置称取100克的葡萄果实将其置于榨汁机内，然后将葡萄果实打成果浆，得到处理样品；
步骤二：通过处理样品分别进行单因素考察，考察三个独立变量，料液比、提取功率和提取时间，所述料液比、提取功率和提取时间分别用A、B和C表示；
步骤三：在单因素试验的基础上，利用Box－Behnken Design(BBD)中心组合设计，以CGs提取得率Y(％)为响应值，考察三个独立变量对提取得率的影响；
步骤四：在对蛇龙珠多糖得率的响应面实验结果进行回归分析，对三个因素进行回归拟合后得到回归方程：
提取率= +12.54-0.29×A+0.36×B+0.83×C+0.24×A×B-0.031×A×C-1.66×B×C-4.36×A2-2.49×B2-6.55×C2。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
本发明以蛇龙珠为原料，采用超声提取法对蛇龙珠的多糖进行提取。在单因素实验的基础上，采用响应面法设计对蛇龙珠多糖的超声提取条件进行优化，以确定蛇龙珠多糖的最佳提取工艺条件，为以蛇龙珠为原料的植物多糖在食品及医药领域的进一步开发和利用提供参考；本次实验联合采用单因素实验及响应面实验，分析了料液比、提取时间、提取功率等关键工艺参数对蛇龙珠多糖提取率的影响，并得到了最佳的优化工艺。本实验为蛇龙珠多糖进一步的开发应用提供了实验依据，具有一定的研究意义。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明料液比对蛇龙珠多糖得率的影响示意图；
图2为本发明提取时间对蛇龙珠多糖得率的影响示意图；
图3为本发明提取功率对蛇龙珠多糖得率的影响示意图；
图4为本发明蛇龙珠多糖红外吸收图谱；
图5为本发明蛇龙珠多糖的紫外吸收图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的响应面法优化蛇龙珠多糖超声波辅助提取工艺，包括以下步骤：
步骤一：选取优质的蛇龙珠，利用清洗装置对其进行清洗，清洗后沥干水分，利用称重装置称取100克的葡萄果实将其置于榨汁机内，然后将葡萄果实打成果浆，得到处理样品；
步骤二：通过处理样品分别进行单因素考察，考察三个独立变量，料液比、提取功率和提取时间，所述料液比、提取功率和提取时间分别用A、B和C表示；
步骤三：在单因素试验的基础上，利用Box－Behnken Design(BBD)中心组合设计，以CGs提取得率Y(％)为响应值，考察三个独立变量对提取得率的影响；
步骤四：在对蛇龙珠多糖得率的响应面实验结果进行回归分析，对三个因素进行回归拟合后得到回归方程：
提取率= +12.54-0.29×A+0.36×B+0.83×C+0.24×A×B-0.031×A×C-1.66×B×C-4.36×A2-2.49×B2-6.55×C2。
料液比对蛇龙珠多糖提取的影响
称取100g预处理样品，提取次数为1次，确定提取时间20min、超声功率400W条件下，按不同料液比1:1；1:2，1:3，提取蛇龙珠多糖，每组平行重复三次，并计算产率。收集上清液并减压浓缩至原体积的20％以下，加入6倍浓缩体积的无水乙醇，在4℃温度下醇沉24h。离心后收集沉淀，利用Sevag法脱蛋白，最后冻干得到蛇龙珠粗多糖(CGs)。
在料液比为1:2，提取次数为1次，提取功率为400w，考察不同提取时间为10、20、30min，每组平行重复三次，并计算产率。其他操作同料液比对蛇龙珠多糖提取的影响的操作冷冻干燥并计算多糖提取率；
在料液比为1:2，提取次数为1次，提取时间为20min，考察不同提取功率300W、400W、500W，每组平行重复三次，并计算产率。其他操作同料液比对蛇龙珠多糖提取的影响的操作冷冻干燥并计算多糖提取率；
在单因素试验的基础上，利用Box－Behnken Design(BBD)中心组合设计，以CGs提取得率Y(％)为响应值，考察三个独立变量:料液比(A)、提取功率(B)和提取时间(C) (每个因素取3个水平)对提取得率的影响。实验设计和CGs得率如表1所示，所有试验均进行3次；并利用Design Expert(8 .0版)软件进行数据分析。采用ANOVA法进行方差分析。在P＜0.05时有统计学意义。
表1响应面水平实验设计
因素Factor
水平 提取功率 提取时间 料液比
-1 300 10 1:1
0 400 20 1:2
1 500 30 1:3
响应面优化实验设计
在单因素实验结果的基础上采用Box-Benhnken的中心组合设计对超声辅助提取蛇龙珠多糖工艺进行优化，响应面优化实验因素和水平表见表2。根据响应面优化设计实验结果进行验证实验，并比较预测多糖得率与实际多糖得率。
表2拟合二次多项式模型的方差分析
方差来源 平方和 均方 F值 P值
模型 303.25 33.69 3.32 0.0641
A 0.68 0.68 0.067 0.8033
B 1.13 1.13 0.11 0.7490
C 5.51 5.51 0.54 0.4854
AB 0.23 0.23 0.023 0.8846
AC 3.961E-003 3.961E-003 3.898E-004 0.9848
BC 11.07 11.07 1.09 0.3313
A² 79.69 79.69 7.84 0.0265
B² 25.96 25.96 2.55 0.1540
C² 179.61 179.61 17.67 0.0040
残差 71.14 10.16
失拟差 64.37 16.09 7.13 0.0692
纯误差 6.77 2.26
Cor Total 374.39
料液比对超声波辅助蛇龙珠多糖得率的影响见图1。由图1可知：随着料液比的增加，蛇龙珠多糖得率逐渐升高，当料液比为1:2时，多糖得率最高。这是因为，当料液比较低时，溶剂与样品接触不充分从而导致提取不彻底。随着料液比的继续增加，多糖的得率呈下降趋势，这可能是因为随着料液比的增加使随后的料液的分离浓缩操作难度增加，导致多糖的损失增加。因此，最优料液比为1:2。
提取时间对超声波辅助蛇龙珠多糖得率的影响见图2。由图2可知：随着提取时间的增加，蛇龙珠多糖得率逐渐升高，当超声时间为20min时，蛇龙珠多糖得率最高，这是因为，随着时间的增加多糖得率增加，当超声时间为20min时，多糖已经基本溶出，随着超声时间的增加，不会提高蛇龙珠多糖的得率，反而使部分小分子多糖降解，导致得率下降。因此最优的超声时间为20min。
提取功率对超声波辅助蛇龙珠多糖得率的影响见图3。由图3可知，随着提取功率的增加，蛇龙珠多糖得率逐渐升高，当超声功率为400W时，多糖得率最高，这是因为随着超声波产生的空穴效应和震动利于多糖的溶解。随着提取功率的继续增加，多糖得率呈下降趋势，这是因为过高的超声波功率会导致多糖的降解 ,因此最优的超声功率为400W。
表3响应面实验设计及结果
序号 料液比 提取功率W 提取时间min 提取率%
1 1:3 400 30 1.9
2 1:1 400 30 1.2
3 1:2 300 30 8.97
4 1:2 500 30 1.5
5 1:2 300 20 10.1
6 1:3 500 20 7.89
7 1:1 500 20 9.38
8 1:2 400 20 10.2
9 1:3 300 20 1.34
10 1:3 400 10 2.28
11 1:1 300 20 3.79
12 1:2 400 20 13.1
13 1:2 400 20 13.3
14 1:1 400 10 1.37
15 1:2 500 10 1.08
16 1:2 400 20 13.2
17 1:2 300 10 2.2
回归方程拟合及方差分析
对蛇龙珠多糖得率的响应面实验结果进行回归分析，结果见表(2)。对三个因素进行回归拟合后得到回归方程：
提取率= +12.54-0.29×A+0.36×B+0.83×C+0.24×A×B-0.031×A×C-1.66×B×C-4.36×A2-2.49×B2-6.55×C2。
由方差分析可知，校正系数R²＝0.8100 ,R²模型的P值小于0 .0001，为极显著；失拟项P值大于0 .05，不显著。这说明模型拟合度较好，说明实验的二次模型拟合度较高，可正确反映个因素与响应值之间的变化关系。由模型的方差分析可得出料液比(A)、提取功率(B)、提取时间(C)、料液比与提取功率交互项(AB)、料液比与提取时间交互项(AC)、提取功率与提取时间交互项(BC)及个因素的二次项对响应值有显著影响。各因素对响应值的影响显著性排序为B＞C＞A。
由响应面和等高线图可知，各因素之间的响应面均较陡峭，说明各因素之间的交互作用均较强。根据所得到的模型，预测最优工艺条件为料液比1:1.97，提取时间为20.4min，提取功率为405.13W，预计得率为12.5795％。
如图4所示，在3600～3000-1处，两个个吸收较强的宽峰：Z3420cm-1,Z3150cm-1，为-OH伸缩振动峰。在2500cm-1处有振动，在1600cm-1处存在C-H变角振动，分别为1640cm-1吸收峰。在1500～1300cm-1处的吸收峰是由吡喃糖环的醚键(C-O-C)和-OH伸缩振动引起的，其吸收峰是1400cm-1，此4组吸收峰均是糖类物质的特征吸收峰，说明本实验方法获得的提取物均为多糖类物质。
从蛇龙珠的紫外吸收图谱分析，蛇龙珠多糖在420nm处有轻微吸收。
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种响应面法优化蛇龙珠多糖超声波辅助提取工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选取优质的蛇龙珠，利用清洗装置对其进行清洗，清洗后沥干水分，利用称重装置称取100克的葡萄果实将其置于榨汁机内，然后将葡萄果实打成果浆；
步骤二：通过处理样品分别进行单因素考察，考察三个独立变量，料液比、提取功率、提取时间，所述料液比、提取功率和提取时间分别用A、B和C表示；
步骤三：在单因素试验的基础上，利用Box－Behnken Design(BBD)中心组合设计，以CGs提取得率Y(％)为响应值，考察三个独立变量对提取得率的影响；
步骤四：在对蛇龙珠多糖得率的响应面实验结果进行回归分析，对三个因素进行回归拟合后得到回归方程：
提取率= +12.54-0.29×A+0.36×B+0.83×C+0.24×A×B-0.031×A×C-1.66×B×C-4.36×A2-2.49×B2-6.55×C2。
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