小米多糖提取工艺研究

潘海龙 诸爱士 叶金娜 严飞娜

(1.浙江友邦生物科技有限公司，浙江 嵊州 312400；2.浙江科技学院生物与化学工程学院，浙江 杭州 310023)

目前对小米的研究重点是小米淀粉[1]、黄色素[2]、多酚[3]、VB2[4]、细糠油[5],而小米多糖的研究尚属空白。人类对多糖的研究已有上百年的历史,研究者从天然产物中提取多糖[6-11]，大量的药理和临床研究发现,从天然产物中分离出来的多糖往往是一种免疫调节剂,它能激活免疫细胞而对正常细胞没有毒副作用[12]。本文研究了小米多糖的提取，考察了颗粒与粉、液固比（去离子水与小米质量比，下同）、提取时间、提取温度、提取次数和搅拌速度6个因素的影响；在此基础上，选取提取温度、提取时间、液固比3个主要因素，采用正交设计法来优化小米多糖的提取工艺，通过极差与方差分析，获得最优的工艺参数，从而提高了小米多糖的收率。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小米：市售，内蒙古赤峰产；粉碎，过20目筛，60℃干燥箱中干燥备用。葡萄糖（分析纯）：广东汕头市光华化学厂。苯酚（分析纯）：杭州高晶精细化工有限公司。硫酸（分析纯）：浙江衢州巨化试剂有限公司。

722E型可见分光光度计：上海光谱仪器有限公司。DK-S24电热恒温水浴锅：上海精宏试验设备有限公司。DHG-9123A型电热恒温鼓风干燥箱：上海精密实验设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 多糖含量的测定

多糖含量的测定采用硫酸－苯酚法，含量以葡萄糖计[6、9]。

作工作曲线，将吸光度与含量拟合得关系式如下：X=0.0255Y－0.00006

其中：X－葡萄糖含量，g/L；Y－485 nm 处的吸光度；

多糖的收率依以下公式计算：

式中：η—小米多糖的收率，mg/g；V—粗多糖溶解定容后的总体积，L；M—原料小米用量，g。

1.2.2 单因素试验

小米5 g→热水浸提→4000 r/min离心30 min→取上清液，加3倍95%乙醇→沉淀→4000 r/min离心30 min→过滤→粗多糖→溶解沉淀并定容→多糖含量测定。

实验在500 mL圆底三口烧瓶中进行，用锚式搅拌桨搅拌，用冷凝管冷凝回流提取剂的蒸汽。分别研究颗粒与粉、提取温度、提取时间、液固比、提取次数和搅拌速度6个因素对多糖提取收率的影响。

1.2.3 正交设计试验

根据单因素试验结果，选择影响多糖提取较大的3个因素，采用L9(34)正交设计试验，空白一列，通过极差与方差分析优化提取工艺条件[13]。

2 结果与讨论

2.1 单因素考察

2.1.1 颗粒与粉对收率的影响

液固比20:1、70℃、50 r/min搅拌、1次提取 1.5 h，对比颗粒与粉对多糖收率的影响，结果见图1。

图1 颗粒或粉对收率的影响Fig.1 Effects of particle or powder on extraction yield

由图1可见，相同条件下粉状有利于多糖的提取。原因是多糖从颗粒内部扩散至溶液中需要更多的时间，而粉增大了传质的面积，并减小了传递的距离，即减少了传质阻力，故相同的提取时间，粉获取的多糖多于颗粒；但对于颗粒，延长提取时间会提高多糖的收率。当然，颗粒的粒度也会有一定的适宜值，实验没有作进一步的研究，以下实验采用粉状。

2.1.2 液固比对收率的影响

粉状、70 ℃、50 r/min搅拌、1次提取 1.5 h，研究液固比对收率的影响，结果见图2。

图2 液固比对收率的影响Fig.2 Effects of liquid-solid ratio on extraction yield

图2表明多糖收率先随液固比的增加而增大，这是因为在传质过程中随液固比的增加，溶液中多糖浓度被稀释降低，从而增加了固相与液相间多糖的浓度差，使传质推动力增加，加快了传递速度；在液固比为20:1时收率达到最大，随后收率反而有所下降，这可能是后续操作损失或操作、分析误差所致。同时液固比增大会带来一系列影响，如提取剂用量增大、后续分离操作产品损耗增多、设备容积加大、提取与分离操作的能耗也增加等等，所以在提取多糖时取液固比20:1。

2.1.3 提取时间对收率的影响

粉状、液固比 20:1、70 ℃、50 r/min搅拌、1次提取，考察提取时间对收率的影响，结果见图3。

图3 提取时间对收率的影响Fig.3 Effects of extraction time on extraction yield

图3表明多糖收率先随时间的增加有比较大的增加，后随时间增长有所减少。这是因为小米细胞破壁与多糖从固相传递到液相中需要一定的时间，随着提取时间延长有更多的多糖扩散至溶液中；但是提取时间过长会使已经进入溶液中的多糖因长时间处在较高温度下而导致变性表现出收率有明显降低，所以确定提取时间为2.0 h。

2.1.4 提取温度对收率的影响

粉状、液固比20:1、50 r/min搅拌、1次提取2.0 h，考察提取温度对收率的影响，结果见图4。

图4 提取温度对收率的影响Fig.4 Effects of extraction temperature on extraction yield

图4显示多糖收率先随温度升高而增大，到70℃后，收率随温度升高而变小。其原因是温度升高一则加快了分子热运动，提高了物质的扩散系数，同时降低了溶液的粘度，减少了传质的阻力，进而加快了传质速度，在相同的提取时间里增加了多糖的提取量；但过高的温度会使多糖分解变性而降低收率，因此确定多糖提取温度为70℃。

2.1.5 提取次数对收率的影响

粉状、液固比 20:1、70 ℃、50 r/min搅拌、提取2.0 h，考察提取次数对收率的影响。分别水提 1、2、3次，合计多糖收率，结果见表1。

表1 提取次数对收率的影响Table1 Effects of extraction times on extraction yield

由此可知，增加提取次数会提高多糖收率。2次提取，多糖总收率增幅为6.9%；3次提取，多糖总收率增幅为2次的2.6%，增幅不大。而增加提取次数会使操作成本成倍增加，故多次提取所带来的收益可能弥补不了费用的增大，故以下实验选提取次数为1次。

2.1.6 搅拌速度对收率的影响

粉状、液固比20:1、70℃、1次提取2.0 h，考察搅拌速度对收率的影响，结果见图5。

图5 搅拌速度对收率的影响Fig.5 Effects of stirring rate on extraction yield

图5显示收率先随搅拌速度增大而增大，到150 r/min后，收率基本不变。其原因是搅拌加快了物质的传递和扩散，而搅拌速度达到一定值后，其强化作用已完全发挥而不再使收率增大，因此150 r/min的搅拌速度比较适宜。

2.2 正交设计

根据单因素实验结果，正交实验中采用粉状、150 r/min、1次提取，选择对小米多糖收率影响较大的提取温度、提取时间及液固比3个因素进行3水平的正交设计实验，表2给出了正交设计实验的因素和水平，正交实验结果及极差分析见表3，趋势图见图6，方差分析结果见表4。

表2 提取实验因素和水平Table 2 The levels and factors for extraction experiment

通过比较表3中各个因素极差R值的大小及图6的形状可以得知，在考察范围内，影响多糖提取因素的强弱顺序为：提取温度>液固比>提取时间。

由表4方差分析结果可以得知，在考察范围内，提取温度对多糖收率有显著性影响(P<0.05)，提取时间和液固比影响不显著，但液固比影响程度明显大于提取时间，结果与极差分析吻合。

综上分析可得小米多糖最佳提取条件为A2B2C2，即提取温度70℃，提取时间2 h，液固比20:1，结果与单因素考察相吻合。在此条件下重复3次实验，多糖收率分别为7.69 mg/g、7.79 mg/g、7.80 mg/g，多糖平均收率为7.76 mg/g，相对标准偏差RSD=0.78%（n=3），说明提取工艺稳定。

表3 正交设计结果Table 3 Results of orthogonal test

图6 趋势图Fig.6 Tendency chart

表4 方差分析Table 4 Analysis of variance

3 结语

实验结果表明：粉状有利于多糖的提取，搅拌促进了传质，150 r/min时就达到足够的强化作用，多次提取会增加多糖收率，但提高幅度有限；正交优化得到提取工艺的较佳条件是：提取温度70℃、提取时间2.0 h、液固比20:1，此条件下小米多糖的收率达7.76 mg/g。

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