响应面分析法优化超声提取茶多糖工艺的研究.pdf
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1、2 3 42 0 0 8,V o i 2 9,N o 0 9良品科孛工艺技术响应面分析法优化超声提取茶多糖工艺的研究张彬,谢明勇,殷军艺,聂少平,张媛媛(南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌3 3 0 0 4 7)摘要:为优化超声提取茶多糖工艺,在单因素试验基础上,选择料液比,提取温度,提取时间为自变量,茶多糖提取率为响应值,利用B o x B e n h n k e n 中心组合试验和响应面分析法,研究各自变量交互作用及其对茶多糖提取率的影响,模拟得到二次多项式回归方程的预测模型,并确定超声提取茶多糖工艺最佳条件为:料液比为1:2 8,提取温度为6 0 C,提取时间为7 0m i
2、n,在此条件下,茶多糖提取率达到1 0 4 6。关键词:超声波;茶多糖;响应面分析法O p t i m i z a t i o no fU l t r a s o n i c-a s s i s t e dE x t r a c t i o nC o n d i t i o n so fT e aP o l y s a c c h a r i d e sb yU s i n gR e s p o n s eS u r f a c eM e t h o d o l o g yZ H A N GB i n,X I EM i n g-y o n g+,Y I NJ u n-y i,N I ES h
3、a o p i n g。Z H A N GY u a n-y u a n(S t a t eK e yL a b o r a t o r yo f F o o dS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,N a n c h a n gU n i v e r s i t y,N a n c h a n g3 3 0 0 4 7,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h i ss t u d y,o p t i m u mc o n d i t i o no f u l t r a s o n i c-a s s i s t e de x
4、w a c t i o no f t e ap o l y s a c c h a r i d e(T P S)i so p t i m i z e db yr e s p o n s e-s u r f a c et e s t O nt h eb a s i so fs i n g l e-f a c t o rt e s t,t h em a t h e m a t i c a lr e g r e s s i o nm o d e li se s t a b l i s h e da b o u tt h ed e p e n d e n tv a r i a b l e(e x t
5、r a c t i o ny i e l do f t e ap o l y s a c c h a r i d e)a n di n d e p e n d e n tv a r i a b l e s(r a t i oo f m a t e r i a lt ow a t e r,e x W a c f i o nt e m p e r a t u r ea n de x r a c t i o nt i m e)t h r o u g hB o x-B e n h n k e nc e n t e rc o m p o s i t ed e s i g na n dr e s p o
6、n s es u r f a c em e t h o d o l o g y T h eo p t i m u me x t r a c t i o nc o n d i t i o n sa sf o l l o w s:m a t e r i a lt ow a t e rr a t i o1:2 8,e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r e6 0,t i m e7 0r a i n U n d e rt h e s ec o n d i t i o n s,t h ey i e l do ft e ap o l y s a c c a r i d
7、 ei s1 0 4 6 K e yw o r d s:u l t r a s o n i cw a v e;t e ap o l y s a c c h a r i d e(T P S)r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y中图分类号:T Q 9 2 9 2文献标识码:A文章编号:1 0 0 0 6 6 3 0(2 0 0 8)0 9 0 2 3 4-0 5茶叶起源于中国,是在中国古代文献中最早被提及的天然药物之一。我国茶叶资源丰富,饮茶历史悠久,但是大量的粗老茶叶及制茶副产品未得到有效利用。茶多糖(t e ap o l y s a
8、 c c h a r i d e)是茶叶中继茶多酚之后发现的又一重要的生物活性物质。在中国民间早有用粗老茶叶治疗糖尿病的习俗。茶叶的保健功能与其所含的功能成分密切相关,茶多酚、茶色素、咖啡碱等生物活性成分已研究较多,而茶多糖的研究则相对较少【1-2】。2 0 世纪8 0 年代起,随着国际上掀起的多糖生物学和生物技术研究热潮,国内外学者对茶叶所含的多糖类复合物进行了大量研究。发现茶多糖具有增加机体免疫能力、降血糖、降血脂、减少动脉粥样硬化、抗凝血、抗氧化、抗辐射等作用,具有很好的研究价值和经济价值【5 1。植物多糖的传统提取方法有热水浸提、稀酸浸提、稀碱浸提等,近年来在提取工艺方面引入了一些新方
9、法如酶法提取、微波提取、超声提取【6】。超声提取作为一种先进的提取方法,具有提取时间短、能耗低、效率高等特点【,】。目前采用响应面设计优化茶多糖提取工艺的报道较少。本研究主要在传统水提法基础上,施加超声波处理,利用超声波的空化作用、热效应、机械作用加速细胞壁的破碎,促进胞内多糖的溶出,缩短提取时间【3】,本实验以茶多糖提取率为评价指标,在原料颗粒度、提取时间、提取温度、料液比等单因素试验基础上,利用响应面分析法优化超声波提取茶多糖的工艺条件,希望为开发利用茶多糖资源及工业化生产提供理论依据。收稿日期:2 0 0 8 0 5 1 9基金项目:国家自然科学基金项目(2 0 4 6 2 0 0 5)
10、;国家农业产业化转化基金项目;教育部“长江学者和创新团队发展计划”项目(I R T 0 5 4 0)作者简介:张彬(1 9 8 2 一),男,硕士研究生研究方向为营养与食品卫生。E-m a i hz h a n g b i n 一2 0 3 9 1 6 3 t o m通讯作者:i 射阴勇(1 9 5 7 一),男,教授,研究方向为食品化学、食品营养与安全。E-m a i l:m y x i e n c u e d u c n 万方数据工艺技术食品科学2 0 0 8,V 0 1 2 9,N o 0 92 3 51材料与方法1 1材料与试剂分宜绿茶江西分宜茶厂;蒸馏水、无水乙醇、浓硫酸、葸酮、葡萄
11、糖均为分析纯。1 2仪器与设备U V 2 0 0 0 紫外分光光度计上海尤尼柯仪器有限公司;F A l1 0 4 电子天平上海精天电子仪器厂:H H 一4 数显恒温水浴锅国华电器有限公司;旋转蒸发器上海荣生有限公司;D G G 9 1 4 0 B 型电热恒温鼓风干燥箱上海森信实验仪器有限公司;K Q 2 2 0 0 E 超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司;S H Z I 型循环水真空泵上海亚荣生化仪器厂;A L P H A1-2 冷冻干燥机德国M a r t i nC h r i s t 公司。1 3方法1 3 1茶多糖提取工艺流程原料处理一干燥称重一超声提取一过滤一离心一上清液一蒸发浓缩至原
12、体积的1 4 一醇析一冷冻离心一粗提物一洗涤干燥一多糖粗品1 3 2茶多糖提取率计算茶多糖采用葸酮一硫酸法对其进行含量测定 引,然后按下式计算茶多糖提取率 1o】:C D f茶多糖含量()=W1 0 0式中,C 为供试液中葡萄糖浓度(m g m 1)D 为多糖的稀释因素(m 1);f 为换算因子,W 为供试茶叶的重量(m g)1 3 3实验设计根据响应面分析软件提供的模型,设料液比(X 1)、温度(X:)、时间(X,)三因素为自变量,茶多糖的提取率为响应值,设计三因素三水平的试验,并根据单因素试验结果选定三因素的零水平和波动区。试验因素与水平的取值表见表1。表1响应面因素水平编码表T a b
13、l e1F a c t o r sa n dl e v e r so fr e s p o n s es u r f a c et e s t2结果与分析2 1葡萄糖标准曲线的绘制准确称取1 0 5 干燥至恒重的葡萄糖标准品0 2 0 0 3g,置于2 0 0m l 容量瓶中,加蒸馏水溶解并稀释至刻度,配成1 0 m g m l 的标准溶液,然后分别移取2 5、5、1 0、1 5、2 0 m l 标准溶液,置于1 0 0 m l 容量瓶中稀释至刻度,摇匀,配成系列葡萄糖标准溶液。称取0 3 3 9 葸酮,加1 0 0 m l 浓硫酸,置于棕色瓶中,混合摇匀置于冰箱中(现配现用)。分别准确移取l
14、m l 系列标准溶液于具塞试管中,补l m l 蒸馏水,以蒸馏水作空白,每管再加入5 m l 葸酮硫酸试液,立即摇匀,置于冰水浴中,然后置于沸水浴中加热7 m i 1 之后,用自来水迅速冷至室温,放置1 0 m i n 后,于6 2 0 n m 处测定吸光度,做标准曲线,并计算其标准曲线回归方程,见图1。00 0 50 10 1 5葡萄糖浓度(m g m J)圈1 葡萄糖标准曲线F 暗1S t a n d a r dc t l r v eo fg l u c o s e由图l 可见,标准曲线的回归方程为Y=9 7 3 6 3 X+0 0 3 0 3,R 2=0 9 9 8 2,葡萄糖标准品在O
15、 0 2 m g m l 范围内呈良好线性关系。2 2单因素试验结果2 2 1原料颗粒度对茶多糖提取率的影响果2 04 06 08 01 0 0颗粒度(目)图2颗粒度对茶多糖提取率的影响F i g 2E f f e c t so fp a r t i c e l es i z eo fm a t a d a lo ne x t r a c t i o nr a t eo fT P S如图2 所示,茶叶原料颗粒度对茶多糖提取率有显著影响,目数越高,原料越细小,浸提越充分,提取率越高,但原料过于细小,会延长过滤时间,从生产成本、周期和实验操作的复杂程度等方面考虑,颗粒度选取6 0 目较好。以下实验
16、中均选用颗粒度为6 0 目的茶原料。2 2 2料液比对茶多糖提取率的影响2O8642O1lOOOO76543210摹一嘲如据精校 万方数据2 3 62 0 0 8 y 0 1 2 9 N o,0 9食品科学工艺技术摹棚加鞭蚺 4 l:1 0l:2 0l:3 0l:4 0l:5 0料液比图3料液比对茶多糖提取率的影响F i g 3E f f e c t so fr a t i oo fm a t e r i a lt ow a t e ro ne x t r a c t i o nr a t eO f T P S从图3 中看出,随着料液比的增大,提取率逐渐提高。但从1:3 0 开始增长逐渐趋于平
17、缓。从实际生产操作条件和成本考虑,加水量不宜过大,所以料液比l:3 0 左右为宜,即选取l:3 0 为自变量料液比(X t)的零水平。2 2 3提取温度对茶多糖提取率的影响3 04 0如6 D7 0温度()图4提取温度对茶多疆提取翠的影响F i g 4E f f e c t so fe x t r a c t i o nt e m p e r a t u r eo ne x t r a c t i o nr a t eo fT P S从图4 中可以看出,当提取温度低于6 0 时,随温度升高茶多糖提取效率呈上升趋势,在6 0 时,茶多糖提取率达到最大值。再升高温度,茶多糖提取率开始下降。这是由于
18、在升温和机械波作用下,茶多糖结构遭到破坏,造成提取率下降。因此,最佳提取温度应在6 0 附近,选取6 0 为自变量温度(X:)的零水平。2 2 4提取时间对茶多糖提取率的影响时间(m i a)图5提取时间对茶多糖提取率的影响F i g 5E f f e c t so fe x t r a c t i o nt i m eo no fe x t r a c t i o nr a t eo fT P S从图5 可以看出,提取时间在前3 0 7 0 m i n 内,茶多糖提取率随时间延长而提高;在7 0 m i n 提取率达到最大值。这表明茶多糖的提取过程与时间密切相关,提取时间较短时,产物溶解不充
19、分;时间过长,大分子多糖在超声波的强剪切作用下发生断裂,在后处理过程中出现损失现象,影响茶多糖提取率。所以,茶多糖的最佳提取时间应在7 0 m i n 左右,选取7 0 m i n 为自变量时间(X 3)的零水平。2 3响应面试验安排及试验结果1 5 个试验点可分为两类:其一析因点,自变量取值在X i,X 2,X 3 所构成的三维顶点,共有1 2 个析因点;其二零点,为区域的中心点,零点试验重复3 次,用以估计试验误差,每次试验得到的茶多糖含量见表2,试验安排及结果见表2。根据B o x B e h n k e n 的中心组合设计原理【t】,试验中对三因素各取三水平,设计了三因素三水平共1 5
20、 个试验点的响应面分析试验,并用国际上最常用的统计软件S A Sv 8 1 对试验数据进行回归分析。裹2 响应面分析试验结果T a b l e2T e s td e s i g na n dr e s u l t so fr e s p o n s es u r f a c ea n a l y s i s试验号编码水平茶多糖提取率()2 3 1数据分析以茶多糖提取率为响应值,根据表2 的实验结果,用S A S 统计分析软件进行多元回归分析i t 2 ,所得的主要分析结果见表3、4。从方差分析表中可以看出,方程一次项、二次项的影响都是显著的,交互项作用影响不显著,故交互项可以省略,也可以看出各
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