干制扇貝柱多糖熱水輔助酶解法提取工藝優化

薛 蕊，孫 莉， 李智博

（1.大連海洋大學食品科學與工程學院，遼寧大連 116023；2.大連理工大學附屬學校圣克拉校區，遼寧大連 116023）

0 引言

海灣扇貝（Argopecten irradians）是一種重要的經濟海洋貝類，屬于軟體動物門，扇貝科。作為一種具有滋陰補腎功效的營養保健品而深受消費者青睞[1]。據報道，扇貝富含蛋白質、多糖和礦物質[2-6]。近年來，有關研究證實貝類多糖在抗腫瘤、保肝、抗病毒和抑菌等方面均有一定效果[7-10]，因而成為重要的功能食品資源[11]。

水產品中蛋白質含量較高，蛋白質和多糖在干燥過程中會發生物理化學反應，對于多糖功能活性的影響比較大[12]。扇貝具有季節性強、不易貯藏的特性。因此，干制成為扇貝食用和貯藏的主要手段。現階段扇貝干燥的研究主要集中在干燥效率、產品外觀和復水率等方面[13-15]，且多糖的提取工藝多集中于植物或中藥材[16-17]，對于干制水產品多糖的提取工藝報道比較少。

結合單因素試驗和正交試驗，優化熱水輔助酶解法提取干制扇貝柱多糖的工藝，為干制扇貝的營養與加工開發提供理論和技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮海灣扇貝柱，大連玉洋集團有限公司提供；木瓜蛋白酶（10 萬U/g）、氫氧化鈉、濃硫酸、苯酚、95%乙醇，均為分析純。

1.2 儀器與設備

固形物計，日本ATAGO 公司產品；DS-1 型高速組織搗碎機，上海標本模型廠產品；SB-120D 型超聲波清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司產品；RE-5203 型旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器產品；SHZ-D 型循環水式多用真空泵，河南省予華儀器有限公司產品；PHS-3C 型精密pH 計，上海雷磁儀器廠產品；HH-6 型數顯恒溫水浴鍋，國華電氣有限公司產品；GI21M 型湘儀離心機，上海醫療器械有限公司手術器械廠產品；FD-1 型冷凍干燥機，北京博醫康實驗儀器有限公司產品；SYNERGY HI 酶標儀，美國伯騰儀器有限公司產品；電熱恒溫鼓風干燥箱，上海龍躍儀器設備有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 干貝柱的制備

取新鮮扇貝柱于2 倍質量的水中，待水沸騰后加入6%（V/W）鮮貝柱質量的鹽于鍋中蒸煮6 min，撈出瀝水后將煮制扇貝于60 ℃烘箱中干燥40 min，取出后晾曬至水分活度15%～20%。

1.3.2 干貝柱多糖的提取工藝流程

新鮮貝柱→烘干→破壁→熱水浸提處理→離心、濃縮→乙醇沉淀→揮醇→木瓜蛋白酶酶解處理→離心、醇沉→揮醇→扇貝粗多糖提取液→凍干→測定。

1.3.3 干貝柱多糖熱水浸提條件的優化

熱水浸提正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 熱水浸提正交試驗因素與水平設計

由表1 可知，設計三因素三水平的正交試驗優化熱水法提取干貝柱多糖的工藝，選用不同料液比、浸提時間和浸提溫度的條件，獲得的浸提液加入3倍體積95%乙醇，于4 ℃下醇沉過夜，收集沉淀，揮醇后冷凍干燥，測定多糖純度。

1.3.4 木瓜蛋白酶酶解條件的優化

超聲醇沉后的溶液調整固形物為10%，采用木瓜蛋白酶進行酶解[18]。優化因素為酶解時間（1，2，3，4，5 h），酶解溫度（40，45，50，55，60 ℃），加酶量（1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%），酶解pH 值（6.0，6.5，7.0，7.5，8.0）。固定條件為酶解時間3 h，酶解溫度50 ℃，pH 值7.0，加酶量2%。醇沉后冷凍干燥，測定多糖純度。在單因素試驗基礎上確定酶解時間為3 h 進行響應面試驗[19]，進一步優化酶解工藝。選擇響應面試驗中的最適項并綜合，按上述方法二次醇沉，收集沉淀，冷凍干燥后即得干貝柱粗多糖。

酶解提取多糖的響應面試驗因素與水平設計見表2。

表2 酶解提取多糖的響應面試驗因素與水平設計

1.3.5 干貝柱多糖純度的測定

用苯酚-硫酸法[20]測定干燥貝柱多糖含量，選擇葡萄糖作為標準品，測定3 組平行取平均值。純度的計算公式為：

式中：m0——樣品溶液中葡萄糖含量，mg；

n——樣品溶液稀釋倍數；

m——干燥的扇貝多糖的質量，mg。

1.4 數據處理

試驗結果以平均值±標準偏差表示，試驗數據采用用SPSS Statistics 17.0 軟件進行單因素ANOVA分析，顯著性水平設定為0.05。

2 結果與分析

2.1 熱水浸提正交試驗結果

熱水浸提正交試驗設計與結果見表3，熱水浸提正交試驗結果與方差分析見表4。

表3 熱水浸提正交試驗設計與結果

表4 熱水浸提正交試驗結果與方差分析

由表3 與表4 可知，熱水浸提3 個因素中浸提時間影響最為顯著，各因素對多糖純度的影響程度順序依次為浸提時間（B）＞浸提溫度（A）＞料液比（C）。最優工藝為A2B2C3，即浸提溫度80 ℃，浸提時間4 h，料液比1∶40（g∶mL）。3 次平行試驗浸提液多糖純度為26.92%±0.94%。

2.2 木瓜蛋白酶酶解條件單因素優化結果

木瓜蛋白酶酶解條件對干貝柱多糖純度的影響（n=3）見圖1。

圖1 木瓜蛋白酶酶解條件對干貝柱多糖純度的影響（n=3）

由圖1 可知，隨著酶解時間、酶解溫度、加酶量、pH 值的增加，干貝柱多糖純度均呈先上升后下降的趨勢。酶解時間3 h，溫度溫度55 ℃，加酶量2%，pH 值7.0 表現出最佳酶解效果，多糖純度分別為44.5%±0.74%，46.71%±0.66%，44.72%±0.87%，43.56%±0.65%。

2.3 木瓜蛋白酶酶解條件響應面優化結果

2.3.1 響應面試驗結果與方差分析

以干貝柱多糖提取物的多糖純度為試驗指標，采用統計分析軟件Design Expert 8.0，根據Box-behnken中心組合設計原理，設計三因素三水平的響應面分析試驗。

試驗設計及結果見表5，回歸模型的方差分析見表6。

表5 試驗設計及結果

由表6 可知，該試驗模型F 值很高而p 值極低（p＜0.000 1），失擬項不顯著，該模型R2為0.997 3，說明模型高度顯著并可以用于分析預測酶解工藝條件。另外，由表6 可知，A'、B'、A'2、B'2、C'2對多糖純度影響極顯著（p＜0.000 1），C'對多糖純度影響顯著（p＜0.05）；其他因素的影響不顯著。干貝柱多糖提取物的多糖純度（Y），酶解溫度（A'）、pH值（B'）、加酶量（C'）的二次多項回歸方程為：

表6 回歸模型的方差分析

2.3.2 交互作用分析

各因素交互作用的響應面與等高線圖見圖2。

通過圖2 可以預測、檢驗變量的響應值，同時可以確定變量之間的相互關系，響應面越陡峭，等高線呈橢圓形表示交互作用越顯著[21]。

由圖2 可知，酶解溫度（A'）、pH 值（B'）、加酶量（C'）對多糖純度的影響均很明顯，而pH 值與加酶量的交互作用（B'C'）要明顯于pH 值與酶解溫度（A'B'）、溫度與加酶量（A'C'）的交互作用，符合方差分析結果。

圖2 各因素交互作用的響應面與等高線圖

2.3.3 試驗結果驗證

通過Design Expert 8.0 軟件分析，得到酶解提取干貝柱多糖的最佳條件為酶解溫度57.8 ℃，酶解pH值7.07，加酶量1.98%，提取物的多糖純度達到48.80%。根據實際情況修正最佳條件為酶解溫度57.8 ℃，酶解pH 值7.1，加酶量2%。根據修正條件進行3 組驗證試驗，得多糖純度為48.62%±0.79%，與理論預測值較接近，證明結果可信度高。

3 結論

干貝柱多糖提取的最佳工藝為浸提溫度80 ℃，浸提時間4 h，料液比1∶40（g∶mL），酶解溫度57.8 ℃，pH 值7.1，加酶量2%，在此工藝下提取的多糖純度為48.62%±0.79%。