響應(yīng)面法優(yōu)化香蕉葉可溶性糖提取工藝

張剛 賴曉琳 王小平

摘? ? ? 要：為了優(yōu)化香蕉葉中可溶性糖的提取工藝，采用單因素實(shí)驗(yàn)考察浸提溫度、浸提時(shí)間、液料比值對(duì)香蕉葉可溶性糖提取的影響，并根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用響應(yīng)面法對(duì)香蕉葉可溶性糖提取工藝進(jìn)行了3因素3水平的優(yōu)化。結(jié)果表明：液料比值對(duì)提取量的影響最大，浸提溫度次之，而浸提時(shí)間影響最小。通過響應(yīng)面優(yōu)化得到的最優(yōu)工藝條件為：浸提溫度85 ℃，浸提時(shí)間100 min，液料比值60 mL·g-1。

關(guān)? 鍵? 詞：香蕉葉;可溶性糖;工藝優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TQ424.1? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2020）11-2431-04

Optimization of the Extraction Process of Soluble Sugar

From Banana Leaves With Response Surface Methodology

ZHANG Gang1， LAI Xiao-lin1， WANG Xiao-ping1，2

（1. Department of Pharmacy， Zhangzhou Health Vocational College， Zhangzhou 363000， China;

2. Zhangzhou State Key Laboratory of Modern Chinese Medicine， Zhangzhou Health Vocational College， Zhangzhou 363000， China）

Abstract： In order to optimize the extraction process of soluble sugar in banana leaves， a single factor experiment was used to investigate the effect of extraction temperature， extraction time， liquid-to-material ratio on the extraction of soluble sugar in banana leaves， and the response surface method was used to optimize the extraction process of soluble sugar in banana leaves based on the single factor experiment results. The results showed that the liquid-material ratio had the largest influence on the extraction volume， followed by the extraction temperature， and the extraction time had the smallest effect. The optimal process conditions obtained through response surface optimization were as follows： leaching temperature? 85 ℃， leaching time 100 min， liquid-to-material ratio 60 mL·g-1.

Key words： Banana leaves; Soluble sugar; Process optimization

福建省香蕉產(chǎn)地主要分布在閩南一帶，漳州市天寶鎮(zhèn)是其最重要的產(chǎn)區(qū)之一。天寶鎮(zhèn)香蕉種植面積2 000 hm2，香蕉果實(shí)年產(chǎn)量約5萬t[1]。以香蕉莖葉等副產(chǎn)物與香蕉果實(shí)產(chǎn)量1∶2.4的質(zhì)量比計(jì)[2]，則年產(chǎn)生香蕉莖葉和香蕉皮等副產(chǎn)物約2萬t，這些副產(chǎn)物以往大部分被棄于野外，任其腐爛，不僅影響環(huán)境，且無法實(shí)現(xiàn)香蕉葉的資源化利用。因此，開展香蕉葉的研究，不僅可以提升香蕉種植業(yè)的附加值，而且還可以改善生態(tài)環(huán)境，減少香蕉副產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的污染。目前，研究者對(duì)香蕉葉綜合利用的研究主要集中在蛋白提取[3]、多酚提取[4-5]、多糖提取[6-7]、黃酮提取[8]和功能性材料的制備[9-10]等，而對(duì)香蕉葉中可溶性糖的提取鮮有報(bào)道。可溶性糖主要指在生物組織中普遍存在的能溶于水及乙醇的單糖和寡聚糖，如葡萄糖、果糖、麥芽糖等。本研究利用響應(yīng)面分析法對(duì)香蕉葉中可溶性糖提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，為香蕉葉綜合利用提供一定的參考。

1? 實(shí)驗(yàn)

1.1? 原料

香蕉葉，漳州市石亭鎮(zhèn);硫酸，分析純，南京化學(xué)試劑股份有限公司;蒽銅，分析純，南京化學(xué)試劑股份有限公司;葡萄糖，分析純，中國醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司;水為蒸餾水。

1.2? 儀器

FA2004電子分析天平，上海精科;SHB-III真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司;離心機(jī)，湖南湘儀;YZ-250DB超聲波清洗器，上海越眾儀器設(shè)備有限公司;TU-19紫外可見分光光度計(jì)，北京普析;101-4QB蘇珀電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，紹興蘇珀;BJ-150中藥粉碎機(jī)，德清拜杰。

1.3? 方法

1.3.1? 香蕉葉中可溶性糖的提取

將香蕉葉用蒸餾水清洗干凈，在60 ℃下烘干至恒重，用粉碎機(jī)粉碎后過80目篩（孔徑為? ? 0.150 mm），再次干燥至恒重后保存在干燥器中備用。稱取1.0 g 的干燥香蕉葉粉末，裝入150 mL帶有塞子的錐形瓶中，加入一定體積的蒸餾水后，在水浴中提取一定時(shí)間后抽濾，濾液冷卻后在? ? ? ? ? ?2 000 r· min-1 下離心20 min，上清液作為香蕉葉可溶性糖提取物樣液備用。

1.3.2? 香蕉葉可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定[11]

采用蒽酮-硫酸比色法[12]測定可溶性糖：以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)得到的回歸方程計(jì)算香蕉葉中可溶性糖提取率。

可溶性糖提取率=（ρ×V）/（m×1 000）×100%。 （1）

式中：ρ—待測液中可溶性糖質(zhì)量濃度，mg·mL-1;

V—樣液總體積，mL;

m—香蕉葉粉末質(zhì)量，g。

1.3.3? 單因素實(shí)驗(yàn)

浸提溫度對(duì)香蕉葉可溶性糖提取率的影響： 浸提時(shí)間為90 min，液料比值50 mL·g-1，浸提溫度分別為60、70、80、90、100 ℃。測定香蕉葉可溶性糖的提取率。

浸提時(shí)間對(duì)香蕉葉可溶性糖提取率的影響：浸提溫度為80 ℃，液料比值50 mL·g-1，提取時(shí)間分別為10、30、60、90、120 min。測定香蕉葉可溶性糖的提取率。

液料比值對(duì)香蕉葉可溶性糖提取率的影響：浸提時(shí)間為90 min，浸提溫度為80 ℃，液料比值分別為20、30、40、50、60 mL·g-1。測定香蕉葉可溶性糖的提取率。

1.3.4? 設(shè)計(jì)方案

以單因素實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，選取浸提溫度（A）、浸提時(shí)間（B）、液料比值（C）3個(gè)因素，如表1所示。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1? 浸提溫度對(duì)香蕉葉可溶性糖提取率的影響

在浸提時(shí)間為90 min，液料比值50 mL·g-1的條件下，如圖1所示，隨著提取溫度的升高，香蕉葉可溶性糖的提取率呈增大趨勢，當(dāng)溫度達(dá)到80 ℃以后，提取率變化不明顯。考慮到溫度過高會(huì)增加實(shí)際生產(chǎn)中的能耗，因此選取80 ℃為最佳提取溫度。

2.1.2? 浸提時(shí)間對(duì)香蕉葉可溶性糖提取率的影響

在浸提溫度為80 ℃，液料比值50 mL·g-1的條件下，如圖2所示，隨著浸提時(shí)間的延長，可溶性糖的提取率逐漸增大，時(shí)間達(dá)到90 min以后，提取率變化不大。考慮到實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，故選擇提取時(shí)間90 min為宜。

2.1.3? 液料比值對(duì)香蕉葉可溶性糖提取率的影響

在浸提溫度為80 ℃，浸提時(shí)間為90 min，如圖3所示。

當(dāng)液料比值增大時(shí)，香蕉葉可溶性糖的提取率呈增大趨勢，在液料比值大于50 mL·g-1時(shí)增大趨勢變小，且液料比值過大對(duì)后期的分離提純不利，因此選擇液料比值為50 mL·g-1較為合適。

2.2? 響應(yīng)面分析結(jié)果

2.2.1? 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分別選取浸提溫度（A）、浸提時(shí)間（B）、液料比值（C）3個(gè)因素，每個(gè)因素3個(gè)水平，香蕉葉可溶性糖提取率作為響應(yīng)值，具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析見表2及表3。

2.2.2? 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過響應(yīng)面分析，可得到香蕉葉可溶性糖的提取率（Y）與浸提溫度（A）、浸提時(shí)間（B）、液料比值（C）的二次多元回歸方程為：

Y=8.07 + 0.36A + 0.15 B + 1.35C + 0.012 AB + 0.12 AC + 0.18 BC-0.6A2-0.55 B2-0.89 C2。

由以上的二次多元回歸方程可知，液料比值對(duì)香蕉可溶性糖提取率的影響最大，浸提溫度次之，浸提時(shí)間的影響最小。

由表3可知，回歸方程模型的P<0.01，表明模型極顯著，可用于真實(shí)數(shù)據(jù)的預(yù)測;而失擬項(xiàng)不顯著（P = 0.0633，>0.05），差異不顯著，說明計(jì)算數(shù)值與實(shí)測數(shù)值能夠較好地吻合。模型的

R2 = 0.993 4，RAdj2 = 0.984 9，說明建立的模型能夠解釋98.49 % 響應(yīng)值的變化，且有99.34 %來源于所選變量。表3中數(shù)據(jù)顯示，B、BC影響顯著和AB、AC影響都不顯著，A、C、A2、B2、C2均影響極顯著。

2.2.3? 交互作用

響應(yīng)面可以綜合反映出實(shí)驗(yàn)中各因素對(duì)響應(yīng)值的影響和兩兩因素之間的交互作用。平緩和陡峭程度可以反映因素值變化對(duì)響應(yīng)值的影響大小[13]。如圖4、圖5、圖6所示，浸提時(shí)間變化幅度平緩，說明此因素對(duì)香蕉葉可溶性糖提取率影響較小。液料比值曲面較為陡峭，說明其對(duì)香蕉葉可溶性糖的提取率影響較大，因此在實(shí)際提取過程中控制好液料比值是十分關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。浸提溫度對(duì)于香蕉葉可溶性糖提取率的影響次于液料比值。通過比較? 圖4、圖5、圖6可知，液料比值與浸提時(shí)間的相互作用對(duì)香蕉葉可溶性糖的提取率影響較大;而浸提溫度與浸提時(shí)間及浸提溫度和液料比值的相互作用對(duì)香蕉葉可溶性糖的提取量率影響較小。

2.2.4? 最佳工藝參數(shù)的確定

通過響應(yīng)面分析，得到最優(yōu)的提取工藝參數(shù)為浸提溫度83.83 ℃、浸提時(shí)間98.2 min、液料比值58.19 mL·g-1，此條件下香蕉葉可溶性糖提取率預(yù)測值為8.71%。為方便實(shí)際操作，將最優(yōu)提取參數(shù)調(diào)整為浸提溫度85 ℃、浸提時(shí)間100 min、液料比值60 mL·g-1。按上述條件進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，3次平均提取率為8.5%，與模型所預(yù)測的值很接近，說明所建立的回歸模型能較好地預(yù)測香蕉葉可溶性糖的提取率。

3? 結(jié) 論

本文通過考察浸提溫度、浸提時(shí)間、液料比值對(duì)香蕉葉可溶性糖提取率的影響，利用響應(yīng)面法分析獲得提取香蕉葉可溶性糖的最佳工藝參數(shù)為浸提溫度83.83 ℃、浸提時(shí)間98.2 min、液料比值58.19 mL·g-1，此條件下香蕉葉可溶性糖提取率預(yù)測值為8.71%。實(shí)際調(diào)整工藝參數(shù)為浸提溫度85 ℃、浸提時(shí)間100 min、液料比值60 mL·g-1，實(shí)際提取率為8.5%，與預(yù)測值較為接近，驗(yàn)證了最優(yōu)提取工藝的有效性，為香蕉葉可溶性糖的研究及香蕉葉的綜合利用提供一定的參考。

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