響應面法優化陜北小粒黑豆中多糖的提取研究

高晶晶 慕苗 陳錦中

摘 ?????要：采用單因素法和響應面優化法對陜北小粒黑豆中多糖進行了提取。首先采用單因素法，在單因素的基礎上利用響應面軟件中的Box-Behnken來設計試驗，通過試驗數據可建立該提取過程的數學模型，并得到該模型的回歸方程，對該模型的相關各參數進行方差分析及統計，得出用該模型來預測提取過程是合理可靠的，同時可得該提取過程的最優條件：提取溫度53 ℃、提取時間3.7 h、液料比26 mL/g、提取次數3次，在此條件下陜北小粒黑豆中多糖的平均提取率為6.626%。

關 ?鍵 ?詞：小粒黑豆;多糖;提取;響應面

中圖分類號：TQ 041+.7 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）03-0477-04

Abstract： In this paper， single factor method and response surface methodology were used to optimize the extraction process of polysaccharides in black beans from Northern Shaanxi. On the basis of single factor experimental results， the Box-Behnken of response surface software was used to design the experiment. The mathematical model of the extraction process was established with experimental data， and the regression equation of the model was obtained. The variance analysis and statistical results of related parameters of the model showed that it this model was reasonable and reliable to predict the extraction process. The optimal conditions of the extraction were determined as follows： the temperature 53 ℃，the extraction time 3.7 h，the ratio of liquid to material 26 mL/g， the extraction times 3 times. The extraction rate was 6.626% under above optimal conditions.

Key words： Small black beans; Polysaccharide; Extraction; Response surface methodology

小粒黑豆是陜北眾多雜糧品種中非常重要的一種，在我國栽培歷史悠久，是藥食兼具的農產品，它具有祛風除熱、利尿消脹、活血解毒等作用[1，2]。近年來，陜北小粒黑豆產量逐年增加，主要用于食品和飼料加工方面，其加工產品單一，產品附加值低，對黑豆中活性成分的研究和利用還不夠充分[3]，因此需要合理的開發和利用陜北小粒黑豆，提高其經濟效益和社會效益。

多糖具有提高免疫、抗腫瘤、降血糖、抗病毒等多種生物活性及功效，被認為是構成生命必需的四大基本物質之一[4-10]。由于多糖具有獨特功能和較低毒性的特性，使得多糖類化合物在抗病毒、抗衰老以及糖尿病治療、腫瘤治療等方面有著較為良好的應用前景[11-15]。

黑豆中多糖含量較為可觀，但對其研究較少，因此，可積極開展黑豆中多糖的提取和開發研究， 對促進我國黑豆深加工產業的發展有著積極的作用[16]。本文主要對黑豆中多糖進行了提取研究，為其后續的應用研究提供一定的理論依據和技術參考。

1 ?試驗部分

1.1 ?試驗儀器與試劑

DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鄭州科豐儀器設備有限公司），UV-2450型紫外可見分光光度計（日本島津公司）。

葡萄糖標準品（sigma），濃硫酸（天津市致遠化學試劑有限公司），苯酚（國藥集團化學試劑有限公司），無水乙醇（天津市天力化學試劑有限責任公司）。

1.2 ?葡萄糖標準曲線的測定

準確稱取葡萄糖標準品0.01 g配制成0.1 g/L的葡萄糖標準液100 mL。準確吸取標準液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL置于10 mL的試管中，補加蒸餾水至體積為2.0 mL，空白組加入蒸餾水2.0 mL，分別加入5%的苯酚溶液1.0 mL，搖勻，向各試管中加入5.0 mL濃硫酸，放置30 min，冷卻至室溫，搖勻后用紫外分光光度計于490 nm波長處分別測其吸光度值[17]，以葡萄糖濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，得線性回歸方程y=12.779x+0.0218，R2=0.999 8（圖1）。

1.3 ?黑豆多糖的檢測

黑豆多糖的檢測采用苯酚-硫酸法[18]。

1.4 ?試驗方法

1.4.1 ?原料脫脂

將黑豆粉末與無水乙醇按1：5（g/mL）比例混合于三口燒瓶中，設置溫度為50 ℃，水浴加熱三小時進行脫脂。

1.4.2 ?黑豆多糖的提取方法

準確稱取10 g預處理過的黑豆粉末于三口燒瓶中，加入適量蒸餾水，放入轉子、攪拌混勻、在恒溫水浴鍋中提取一定時間后，分離，取上清液，稀釋一定倍數，采用苯酚-硫酸法檢測并計算出多糖的提取率。

2 ?結果與討論

2.1 ?單因素法

單因素試驗分析結果見圖2-5，由圖可得最佳工藝條件：提取時間4 h、提取溫度50 ℃、液料比20 mL/g、提取次數3次。在此工藝條件下得到多糖提取率為6.564%。

2.2 ?響應面法

為了獲得更精確的優化條件，在單因素試驗的基礎上采用響應面法進行優化，選取對多糖提取率影響較大的因素如：提取時間、提取溫度和液料比，然后進行三因素三水平的響應面優化試驗。

;P由表3方差分析可知，該模型的P值小于0.0001，說明此模型是高度顯著的。失擬誤差項P值大于0.05，說明該模型誤差小，擬合度高。因此，用該模型分析估計各因素對提取過程的影響是合理可靠的。同時得到該模型的擬合方程為：

由圖6-8曲面的陡峭程度可以看出，提取溫度的影響>液料比的影響>提取時間的影響。該回歸模型預測的陜北小粒黑豆多糖提取的最優工藝參數為：提取時間3.7 h、提取溫度53 ℃、液料比26 mL/g，提取率為6.584%（提取次數均為3次）。

2.3 ?重復驗證試驗

采用三次平行試驗來驗證響應面法優化工藝條件的可靠性，結果見表4。

由表4可知，優化條件下的多糖提取率平均值為6.626%，與理論預測值6.584%接近，可以看出用響應面法得到的優化工藝條件是準確可靠的。

3 ?結 論

采用單因素法和響應面優化法對陜北小粒黑豆中多糖進行了提取研究，得到了一條優化的提取工藝路線：在提取時間為3.7 h，提取溫度為53℃，液料比為26 mL/g，提取次數為3次時，陜北小粒黑豆中多糖的平均提取率為6.626%，與響應面法預測值基本一致，說明用響應面法可以很好的對陜北小粒黑豆中多糖提取工藝進行優化，同時為陜北小粒黑豆中多糖的后續研究奠定了一定的基礎。

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