超聲輔助提取米糠多糖工藝參數研究1）

周雪松，張娜，劉曉飛，馬永強＊

米糠中的多糖，是醛糖或酮糖由糖苷鍵鏈接在一起的聚合物，由a-1，6葡萄糖苷鍵連接的葡萄糖構成，廣泛存在于稻谷穎果皮層中。其中水溶性多糖與一般均聚糖不同，是一種結構復雜的雜聚糖［1-3］。米糠多糖在抗腫瘤、免疫增強、抗細菌感染及降血糖血脂等方面也具有較高的生物活性［4］。

國內對米糠資源的深度開發利用還不夠廣泛深入，對米糠的綜合利用還只局限于肌醇、植酸等傳統產品的開發，綜合利用價值急需提高。盡管近年來也作了一系列多層次的開發和利用，如米糠纖維飲料的研制、米糠油的提取、植酸和肌醇的制備、米糠營養素和營養纖維的制備等。但總體而言對其中的多糖進行深度開發利用則較少。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 樣品

米糠產自“長粒香”品種大米，購自黑龍江伊春鐵力農場

1.1.2 試劑

所有試劑均為分析純。

1.2 實驗儀器

ALC-110.4型電子分析天平，北京賽多利斯儀器系統有限公司；722型分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；FZ102型微型植物粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司；TDL80-2B臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；KQ-500VDE雙頻超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 實驗內容與方法

1.3.1 超聲輔助提取米糠多糖

（1）樣品前處理。取適量米糠置于105℃電熱恒溫鼓風干燥箱中干燥1h，除去水分；粉碎，過40目篩；加入5倍于樣品體積的石油醚浸泡4h，重復一次，除去脂肪；抽濾之后，于通風櫥中45℃水浴除去石油醚。

（2）酶液制備。準確稱取α-淀粉酶0.2367g（酶活為3380U／g），用pH 5.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液（0.1mol／mL）溶解，并定容至100mL。

（3）提取工藝。稱取經前處理后的米糠樣品10g置于錐形瓶中，加入料液比為15∶1（V∶W）的蒸餾水，在60℃條件下，設置功率為400W、頻率為45kHz進行超聲輔助提取，時間為30min；提取完畢后，以3000r／min轉速離心20min，合并上清液置于錐形瓶，加入10mLα-淀粉酶溶液，調節pH為6.0，于60℃保溫，至碘反應為陰性為止，除去淀粉，再升溫至100℃保持15min，除去α-淀粉酶酶活；加入五分之一于樣液體積的12%三氯乙酸溶液，調節pH至4.5，震蕩10min，除去蛋白質；調至中性，以1200r／min轉速離心10min，合并上清液，加入3倍體積比的95%乙醇，靜置過夜后，再以2000r／min轉速離心10min，獲得白色沉淀即為米糠多糖［5-6］。

1.3.2 超聲輔助提取米糠多糖單因素實驗

分別設置功率為300、350、400、450、500W；溫度分別調為40、50、60、70、80℃；料液比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25（V∶W）；時間分別為20、25、30、35、40min進行單因素試驗［7］。

1.3.3 超聲輔助提取米糠多糖條件優化正交試驗

在上述單因素實驗結果的基礎上，對影響米糠多糖得率的四大因素：溫度、超聲功率、料水比、時間，按L9（34）正交表進行正交試驗，以篩選得到最優化的超聲輔助提取米糠多糖的工藝參數。

1.3.4 多糖含量測定 采用硫酸苯酚法對米糠中提取的多糖含量進行測定［8］。

2 結果與討論

2.1 標準曲線的繪制

量取0.lmg／mL葡萄糖標準溶液0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7mL置干燥比色管中，分別加蒸餾水使成1.0mL，再分別加入5%苯酚溶液1mL，搖勻。然后加濃硫酸5.0mL，充分搖勻，室溫放置25min，在490nm處測定其吸光度值，結果如圖1所示。從圖1分析可知，回歸方程y（A）＝0.8182 x（mL）＋0.0035，相關系數 R2＝0.9948，可以看出，標準曲線的回歸性較好，能夠通過該方程進行米糠多糖含量的分析。

圖1 米糠多糖的標準曲線

2.2 超聲輔助提取米糠多糖單因素實驗結果

2.2.1 超聲功率對米糠多糖提取率的影響

選用不同功率（300～500W）的超聲輔助提取米糠多糖，考察其在米糠多糖的提取過程中，對米糠多糖得率的影響。利用硫酸苯酚法測得該實驗組提取液的吸光度值，通過計算，相應的米糠多糖得率變化趨勢如圖2所示。

圖2 超聲功率對米糠多糖提取率的影響

從圖2可以看出，功率在300～450W的范圍內，隨著功率的增大，多糖提取率也不斷增大，但450～500W的范圍內，多糖的提取率增長緩慢。

由于超聲波可在液體中產生空化作用，而空化作用產生的沖擊波和射流可破壞植物細胞和細胞膜結構，從而增加細胞內容物通過細胞膜的穿透能力，提高米糠多糖提取率。但在實驗過程中發現功率達到450W之后，隨功率升高，浸提液渾濁度也增加，影響后續的分離、純化，一味的增加功率已經沒有任何意義，所以考慮到實驗的操作性和能源的節約，應用超聲輔助提取米糠多糖時，選用450W左右的功率是比較適宜的。

2.2.2 溫度對米糠多糖提取率的影響

選用不同溫度（40～80℃）進行超聲輔助提取米糠多糖，考察其在米糠多糖的提取過程中對米糠多糖得率的影響。結果如圖3所示。

圖3 溫度對米糠多糖提取率的影響

從圖3可以看出，從40～60℃范圍內，隨著溫度的增加，多糖提取率也明顯增加，當溫度為60℃時，多糖得率達到最大值，但超過60℃多糖得率反而下降。

這主要是由于過高的提取溫度會使糖苷鍵斷裂，使多糖分解，有效成分喪失，導致提取率降低。采用超聲輔助提取時，超聲波本身也會釋放大量的能量和熱量，若提取溫度設置過高，再加上超聲波的這種放熱作用會協助加速大分子多糖糖昔鍵斷裂，所以多糖的得率反而會有所下降。考慮到實驗效果和經濟性，應用超聲輔助提取米糠多糖時，選用60℃左右的中溫是比較適宜的。

2.2.3 料液比對米糠多糖提取率的影響

選用不同料液比（1∶5～1∶25）進行超聲輔助提取米糠多糖，考察其在米糠多糖的提取過程中，對米糠多糖得率的影響。結果如圖4所示。

圖4 料液比對米糠多糖提取率的影響

從圖4可以看出，料液比在1∶5～1∶15范圍內，隨著料液比的增加，提取率明顯升高，在1∶15～1∶25范圍內，隨著料液比的增加，提取率升高緩慢，總體來說米糠多糖提取率隨著料液比的升高呈現上升趨勢。

在1∶5～1∶15范圍，料液比越大，溶劑越多，溶質擴散動力越大，多糖提取率越高，料液比達到1∶15時多糖已基本溶解到了提取液中，繼續增加料液比，米糠多糖提取率雖然有所增加 ，但是同時會導致雜質的浸出率上升，而且料液比過高，導致提取液體積過大，為離心分離帶來極大的不便，另外，提取液體積過大還會造成后續實驗步驟中使用的酶和其他化學試劑的浪費，提高實驗成本，考慮到多糖的有效成分、實驗方便性和經濟因素，超聲輔助浸提法選擇料液比l∶15為宜。

2.2.4 時間對米糠多糖提取率的影響

選用不同時間（20～40min）進行超聲輔助提取米糠多糖，考察其在米糠多糖的提取過程中，對米糠多糖得率的影響。結果如圖5所示。

圖5 時間對米糠多糖提取率的影響

從圖5可以看出提取時間在35min內，提取時間越長，米糠多糖的提取率就越高，但當提取時間超過35min之后，多糖提取率緩慢下降。

在提取開始后，多糖提取率隨著超聲時間增加而明顯提高，是由于超聲波具有較強的空化作用和機械切力作用，從而使多糖提取率增加，在35min時達到最大值，之后隨著時間延長開始下降。原因是超聲作用時間過長，反而會使多糖糖苷鍵斷裂，使有效成分減少，從而使多糖的提取率降低，從實用性和經濟性的角度出發，超聲處理時間選擇在35min最合適。

2.3 正交試驗測定結果

在上述單因素實驗的基礎上，對影響米糠多糖得率的因素：溫度、超聲功率、料水比、時間按L9（34）正交表進行正交試驗，以篩選得到最優化的超聲輔助提取米糠多糖條件組合。正交試驗結果如表1所示。

表1 米糠多糖提取正交實驗結果

從正交實驗結果看出，運用超聲波輔助提取影響米糠多糖提取因素的主次順序為D＞B＞C＞A，即超聲功率＞溫度＞時間＞料液比；最佳工藝為A2B2C2D3，即超聲功率為450W，料液比為1∶20，溫度為60℃，時間為35min，按此參數進行驗證試驗，提取率高達2.73%。

3 結論

本論文就超聲輔助提取米糠多糖的影響因素，設計單因素實驗，并以之為基礎進行正交實驗，對米糠多糖提取參數進行優化。優化后的超聲輔助提取米糠多糖的最優工藝參數為：超聲功率為450W，料液比為1∶20，溫度為60℃，時間為35min，此時提取率高達2.73%。

與傳統熱水浸提的方法相比較，采用超聲波輔助強化提取米糠多糖的方法能明顯縮短提取時間，降低提取溫度，避免了高溫對活性成分的破壞，提高了提取效率。具有迅速、節能、高效的特點，是強化輔助提取多糖的好方法。

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［2］ Guohua Hu.Binding of four heavy metals to hemicelluloses from rice bran［J］.Food Research International，2010（43）：203-206.

［3］ Lu R，Yoshida T.Structure and molecular weight of Asian lacquer polysaccharides［J］.Carbohydrate Polymers，2003，54：419-424.

［4］ Yamagishi T，Tsuboi T，Kikuchi K，et a1.Potent natural immunomodulator，rice water-soluble polysaccharide fractions with anti-complementary activity［J］.Cereal Chemistry，2003，8（1）：5-8

［5］ 姜元榮，姚惠源，陳正行，等.堿溶性米糠多糖的提取及其免疫調節功能研究［J］.中國糧油學報，2004，19（6）：1-3.

［6］ R Renuka Devi.C Arunmughan Photochemical characterization of defatted rice bran and optimization of Process for their extraction and enrichment［J］.Bioresource Technology，2007，98（3）：37-43

［7］ 曾里，夏之寧.超聲波和微波對中藥提取的促進和影響［J］.化學研究與應用，2002，14（3）：245-249.

［8］ Englyst H N，Quigley M E，Hudson G.J.Determination of dietary fibre as non-starch polysaccharides with gas-liquid chromatographic or spectrophotometric measurement of constituent sugars［J］.The Analyst，1994，119：1497-1509.