響應(yīng)面法優(yōu)化酶法制備薏苡仁寡糖工藝研究

文章亮點(diǎn)（1）

以薏苡仁為原料，將纖維素酶運(yùn)用于薏苡仁寡糖的提取，與傳統(tǒng)熱水提取法相比，具有較高得率且條件溫和；（2）

通過(guò)單因素試驗(yàn)，構(gòu)建響應(yīng)面二次多項(xiàng)式模型，研究各因素間的交互作用，并得出各因子影響程度和最佳提取條件，準(zhǔn)確可靠，低耗高效；（3）

微波-超聲波聯(lián)合輔助提取技術(shù)，結(jié)合超聲與微波單一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提升提取效率，為深入研究天然產(chǎn)物的高效提取技術(shù)提供了參考依據(jù)。圖文介紹1實(shí)驗(yàn)部分1.1

主要儀器與試劑1.2

實(shí)驗(yàn)方法1.2.1

酶解提取薏苡仁寡糖的工藝流程1.2.2

薏苡仁寡糖含量的測(cè)定1.3

單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)稱取5g薏苡仁干粉，固定α-淀粉酶添加量0.3g、酶解時(shí)間30min、酶解溫度50℃，分別采用1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60（g/mL）料液比，按1.2.1和1.2.2中的方法提取樣品溶液并測(cè)定其吸光度，考察不同的料液比對(duì)寡糖得率的影響。1.4

Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。1.5

數(shù)據(jù)處理各試驗(yàn)做3次平行，結(jié)果取平均值；分別利用DPS7.05、origin2018、DesignExpert8.0軟件，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪圖和建立響應(yīng)面模型。2結(jié)果與討論2.1

單因素對(duì)測(cè)定薏苡仁中寡糖得率的影響2.1.1

不同料液比對(duì)薏苡仁寡糖得率的影響從圖1可以看出，寡糖得率隨料液比提升而上升，可能是料液比提高，傳質(zhì)推動(dòng)力上升，寡糖擴(kuò)散過(guò)程增快[17]；當(dāng)其超過(guò)1:20（g/mL）后，寡糖得率下降并逐漸趨于穩(wěn)定，這可能由于酶與底物接觸機(jī)會(huì)減少細(xì)胞壁降解減弱，寡糖擴(kuò)散減慢，并且料液比過(guò)大也會(huì)浪費(fèi)溶劑不利實(shí)際生產(chǎn)以及后續(xù)濃縮，所以將料液比控制在1:20（g/mL）最適宜。2.1.2

不同酶添加量對(duì)薏苡仁寡糖得率的影響由圖2發(fā)現(xiàn)，隨著酶添加量的增加，薏苡仁寡糖的得率穩(wěn)步上升，在酶添加量為0.9g時(shí)達(dá)到峰值，后寡糖得率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，水解程度的增加可能使寡糖含量達(dá)到飽和狀態(tài)，小分子低聚糖的水解屬于多鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，水解到一定程度后低聚糖的水解速度變慢甚至有些低聚糖不能水解[18]，所以α-淀粉酶添加量為0.9g最適宜。2.1.3

不同酶解時(shí)間對(duì)薏苡仁寡糖得率的影響由圖3可知，隨酶解時(shí)間延長(zhǎng)，薏苡仁寡糖得率逐步遞增，但是當(dāng)超過(guò)100min后，寡糖得率逐漸趨于穩(wěn)定，時(shí)間太短會(huì)提取不充分，甚至酶活性沒(méi)被激活，時(shí)間增大薏苡仁顆粒已經(jīng)充分溶脹，寡糖也得到充分溶出，但是時(shí)間的延長(zhǎng)，部分溶液中的游離氨基酸可能與寡糖進(jìn)行美拉德反應(yīng)，使溶液變深，寡糖得率的得率也會(huì)因此受到不好的影響，故酶解時(shí)間為100min最適宜。2.1.4

不同酶解溫度對(duì)薏苡仁寡糖得率的影響從圖4可知，酶解溫度遞增的同時(shí)，薏苡仁寡糖的得率逐步升高，45℃為峰值，每種酶都有特定的最適溫度范圍，在此范圍內(nèi)酶活性與溫度成正比，進(jìn)一步促進(jìn)體系的熱運(yùn)動(dòng)，寡糖的得率增大，但是溫度過(guò)高會(huì)破溫度壞寡糖和酶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致酶變性甚至失活，而且溫度過(guò)高產(chǎn)品的品質(zhì)也會(huì)有所下降，故45℃為最適宜酶解溫度。2.2

響應(yīng)面法優(yōu)化薏苡仁寡糖提取的工藝條件2.2.1

Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果單因素試驗(yàn)分析結(jié)果顯示，4個(gè)因素對(duì)薏苡仁寡糖得率均有顯著的影響效果。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)響應(yīng)面探索薏苡仁寡糖提取的最佳條件[20]，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2。2.2.2

模型方差分析以薏苡仁中寡糖得率為響應(yīng)值，進(jìn)行多元回歸分析擬合，得到回歸方程：Y=33.08-0.10A+0.27B+0.20C+0.38D+1.25×10-4AB-2.575×10-3AC-0.018AD+0.090BC-0.013BD+0.10CD-0.15A2-1.33B2-0.20C2-2.43D2，回歸模型方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。2.2.3

響應(yīng)面結(jié)果分析響應(yīng)面圖是由響應(yīng)值與各因子通過(guò)多元線性回歸方程構(gòu)成的曲面圖，其坡度可以體現(xiàn)這一因子的作用程度，相互作用曲線越陡峭，則說(shuō)明該因子對(duì)薏苡仁寡糖得率的影響越大，同時(shí)對(duì)于反應(yīng)值的改變幅度越大。變量間的交互作用程度可以通過(guò)其形狀看出，其中橢圓形、馬鞍形表示交互作用較強(qiáng)，而圓形則相反，極值存在的條件則在圓心處。2.2.4

驗(yàn)證試驗(yàn)通過(guò)解回歸方程可得最好的提取條件為料液比1:16.41（g/mL）、酶添加量0.91g、酶解時(shí)間111.49min、酶解溫度45.46℃時(shí)，此時(shí)薏苡仁寡糖的理論得率為33.1862%。為了驗(yàn)證該回歸模型的可靠性，調(diào)整實(shí)際試驗(yàn)參數(shù)為液料比1:16（g/mL）、酶添加量0.9g、酶解時(shí)間111min、酶解溫度45℃時(shí)，重復(fù)3次試驗(yàn)，得到得率平均值為33.0092%，與理論值基本一致，說(shuō)明該模型準(zhǔn)確可靠。3結(jié)論

建立響應(yīng)面二次多項(xiàng)式模型，優(yōu)化酶解發(fā)酵提取薏苡仁寡糖工藝，并對(duì)各因素間的交互作用進(jìn)行研究，得出結(jié)論各因子影響程度為：酶解溫度>酶添加量>酶解時(shí)間>料液比；最佳提取條件為：料液比1:16.41（g/mL）、酶添加量0.91g、酶解時(shí)間111.49min、酶解溫度45.46℃時(shí)，薏苡仁寡糖的理論得率為33.1862%；實(shí)際測(cè)得寡糖得率為33.0092%，與理論值基