响应面法优化菊芋菊糖的提取工艺

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1、响应面法优化菊芋菊糖的提取工艺李峰LIFeng；陈帅CHENShuai；晏敏YANMin；闫彬YANBin；许程剑XUCheng-jian（石河子大学食品学院，石河子832000）摘要：为了提高菊芋菊糖的提取率，本文采用热浸提法对菊芋进行处理，并通过响应面法优化提取条件。在单因素实验的基础上，依据Centralposite中心组合设计原理，采用Design-Expert.8.05数据分析软件，对菊糖提取进行了三因素三水平的优化分析。确立最佳提取条件：浸提时间50min，浸提温度84℃，液料比35，在此条件

2、下蛋白质的提取理论值达到89.26%。.jyqkartichoke），又名洋姜，属于向日葵属的多年生草本植物，耐贫瘠和干旱，对气候和土壤条件要求不高，适应性很强，广泛种植于我国很多省区，一次种植收获，亩产可达3000-5000kg，是一种急待开发的半野生资源[1]。新鲜的菊芋含有大量的菊糖，特别是块茎中，占干物质的70%以上，是自然界中已知的含菊糖含量最高的植物之一，也是生产菊糖、低聚果糖及高果糖浆的原料。菊糖（Inulin），又名菊粉，土木香粉，是由D-呋喃果糖经1，2-糖苷键聚合而成的一种果聚糖，呈直

3、链结构，其还原性末端连有一分子葡萄糖，每个菊糖分子约含30~50个果糖残基[2]。菊糖是一种功能性食品原料，具有良好的保健作用，被食品界称为“第七营养素”。因此，研究菊芋多糖的最佳提取工艺参数，为工业化生产提供理论依据，使得菊芋资源得到充分利用具有很大的现实意义。本研究以提取时间、提取温度、料液比3个因素，通过Box-Behnken试验设计，利用响应面建立二次多项式模型，来预测不同提取条件下的菊糖提取率。通过响应面分析，研究不同变量的交互关系，优化多糖提取工艺参数。1材料与方法1.1主要材料和仪器实验材料

4、：菊芋，新疆石河子市；浓硫酸、苯酚、3，5-二硝基水杨酸（DNS）等，均为国产分析纯。实验仪器：ENK-PRO型酶标仪，美国Bioteck公司；Ultrospec-5300型紫外分光光度仪，美国Amersham公司；BS224S型分析天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；其他为实验室常规仪器。1.2实验方法1.2.1总糖标准曲线的绘制量取果糖对照品溶液（浓度1mg/mL）0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4mL。分别置于10mL具塞试管中，加蒸馏水补充至2.0mL，加入浓硫酸5.0

5、mL，加5%苯酚液1.0mL，密塞摇匀，室温放置10min，40℃水浴15min，迅速冷却至室温，在490nm处测定吸光度值[3]。浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线。1.2.2还原糖标曲曲线的绘制量取果糖对照品溶液0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mL，加蒸馏水至2.0mL，各加DNS试液2.0mL，沸水浴7min，迅速冷却至室温，在540nm处测吸光度值[3]。浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线。1.2.3菊糖含量的测定以菊芋提取液为样品，依据1.2.1和1.2

6、.2的方法和标准曲线，分别测定和计算出提取液的总糖和还原糖的含量。之后根据下列公式计算出菊芋样品中的菊糖含量。菊糖含量%=[(C总-C还)×L×稀释倍数/in时提取率达到最大，60min时略微减少，可能是长时间高温使菊糖分解导致[4]，因此热浸提时间选择50min左右为宜。2.2.2提取温度对提取率的影响在浸提时间50min，液料比20的条件下，不同提取温度的条件下，菊糖提取率随着温度升高而上升，80℃之后增加趋势变缓，考虑到节约能耗，提高效率，因此浸提温度选择80℃左右为宜。2.2.3液料比对提取率的影

7、响在浸提温度80℃、时间50min的条件下，不同液料比条件下，菊糖提取率随着液料比的增大呈上升趋势，液料比越大，菊芋细胞两侧的浓度差越大[5]，对菊糖溶出越有利，液料比25到30增幅最大，因此，选择30左右为宜。2.3响应面优化分析根据响应面分析法试验结果，对试验数据进行多元回归拟合分析，得到菊糖提取率与各因素变量的二次方程模型：回归方程的相关系数R2=0.9946，说明该方程与实际情况拟合良好。模型的P＜0.0001，失拟项的P=0.6869＞0.05，不显著，表明建立的该模型可以用来分析和预测菊糖提取

8、的工艺参数。同时由表4中的回归模型显著性分析可知，A、B、AB、AC、A2、B2对菊糖提取率的影响显著，C、BC、C2对菊糖提取率的影响不显著。响应面曲线和等高线图可以直接反映交互关系，等高线的越接近椭圆表示交互作用越显著，而圆形则相反[6-8]。由图3可得，等高线图呈椭圆形，说明时间与温度之间的交互作用显著，由时间与温度的3D图可看出，菊糖提取率随温度变化的坡度较陡，彼此之间的交互作用较显著，与回归模型的方差分析结果相符。由