1、 本科毕业论文 （ 20 届） 食品科学与工程 响应面法优化玉米须多糖提取工艺的研究 摘 要 本文对玉米须多糖的水提工艺进行研究。运用水提玉米须多糖，通过单因素实验，用苯酚比色法来检测其的多糖含量，以玉米须多糖得率为指标确定料液比、提取温度、提取时间三个影响因素。在此基础上， 根据 Box-Behnken 的中心组合实验设计原理，采用三因素三水平的响应面分析法，建立玉米须多糖提取的二次多项式数学模型，并以玉米须多糖 490nm 下的吸光度值为响应值作响应面和等高线，考察料液比、提取温度和提取时间对玉米须 多糖提取的影响，最后利用SAS 软件中的二水平设计和响应面分析法 确定最佳提取工艺为 料液
2、比为1:59.37，提取温度为 100 ，提取时间为 2.18h。 关键词 ：玉米须；水提；多糖； 响应面分析 ABSTRACT The extraction process of polysaccharide from corn silk by water was studied.According to one-factor test, modified phenol and sulfuric acid method was employed to determine the content of corn silk polysaccharide. On the basis of one-
3、factor test, the Box-Behnken central-composite design response surface with 3 factors and 3 levels was adopted. A second order quadratic equation for polysaccharide from corn silk by water was built, response surface and contour were graphed with the absorption of corn silk polysaccharide at the wav
4、e length of 490 nm as the response value .Based on the analysis of the response surface plots and their corresponding contour plots,ratio of liquid to material， extraction time， and extraction temperature were explored. SAS software combined with the Plackett-Burman design and Response surface analy
5、sis method were used, and the optimal extraction conditions were obtained ratio of liquid to material 1:59.37,extraction temperature, 100 . extraction time, 2.18h. Key words: Corn silk; Water； Polysaccharide; Response surface analysis 1 目 录 1 前言 . 1 2 材料和 方法 . 2 2.1 实验材料 . 2 2.1.1 试剂 . 2 2.1.2 仪器设备
6、. 2 2.2 制备 方法 . 2 2.2.1 提取工艺 . 2 2.2.2 多糖标准曲线的绘制 . 2 2.2.3 玉米须多糖得率的测定 . 2 2.3 实验方法设计 . 3 2.3.1 玉米须多糖工艺提取影响因素 . 3 2.3.2 单因素实验 . 3 3 结果与分析 . 3 3.1 单因素实验结果 . 3 3.1.1 料液比 对多糖提取率的影响 . 4 3.1.2 提取温度对玉米须提取率的影响 . 4 3.1.3 提取时间 对玉米须提取率的影响 . 4 3.2 响应面分析法优化工艺条件 . 5 3.2.1 Box-Behnken 实验 设计 . 5 3.2.2 响应面分析方案 . 5 3
7、.2.3 实验数据分析 . 6 3.2.4 响应面和等高线分析 . 7 3.2.5 玉米须多糖提取工艺的确定 . 8 4 结论 . 9 参考文献 . 10 2 1 前言 玉米须，也称玉麦须， 玉米须 为禾本科植物玉蜀黍的花柱。又名红须麦（蒙化府志）。在玉米的生长过程中，作为传粉受精的通道，玉米须具有相当重要的植物生理生化功能 1。玉米须来源广泛，价格低廉，易于采集。最早药用记载见于滇南木草 2。为中国药典 1977 年版一部收载 品种 3，并为 1985 年版卫生部药材标准一部所收录 4。作为我国传统的中药材，秆粗壮，直立，高 14m，通常不分枝，基部节处常有气生根。全国各地均有种植，据统计，
8、我国玉米的种植面积达 2350 万公顷。 玉米须味淡，性平，在医书中都有所提及，如滇南本草 5： “性微温，味甘。 ”现代实用中药： “甘，平。 ”四川中药志 6： “性平，味甘淡，无毒。 ” 而且在一些民间处方也较有具体的表现。如 6取玉米须二两，煎水服，忌食盐。 可治水肿、糖尿病；取玉米须，分量不拘，煎浓汤，频服可治肾脏炎，初期肾 结石贵阳市秘方验方；取玉米须烧灰，兑醪糟服，可治风疹块 (俗称风丹 )和热毒浙江民间草药。从上述的处方看来，虽然西药发展迅速，但是人们还未停止对老祖宗遗留下的精华的运用。同时玉米须具 有清血热、利尿、平肝、利胆等功效，用于治疗糖尿病、黄疸、麻疹、乳糜血尿、血崩等
9、症 7。 玉米须含有相当丰富的化学成分，其中的多种成分对人体有益，如甾醇、多糖、黄酮、氨基酸、无机元素、有机酸等。而近年来以多糖为主要成分的保健品日益兴起。南斯拉夫 Yosip N等人用 Tollens方法对玉米须中的半纤维素进行了研究，发现 L - 阿拉伯糖和半乳糖 8 。李波 9 得出玉米须多糖主要由葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸、甘露糖和木糖所组成；木糖的构型为 - D- 吡喃环环 ,阿拉伯糖的构成为 - L- 呋喃环，葡萄糖的 构型为 - D- 吡喃环 ，甘露 糖的构型 为 - D- 吡喃环有较多相关表明玉米须多糖具有相当大的开发潜力。 现代药理研究证明玉米须有显著的利尿效果 1
10、0 和降血糖作用 11。刘娟 12等以昆明种小鼠，雌雄各一半为实验对象研究玉米须多糖对小鼠中的四氧嘧啶诱发其高血糖，致发其氧化损伤，致糖尿病小鼠血糖的影响，结 果表明对四氧嘧啶所至的血糖升高有明显的对抗作用，对糖尿病小鼠有明显的降糖作用，能够调节糖尿病小鼠的糖代谢，促进糖异生。民间应用玉米须治疗糖尿病取得了较好的疗效，其发酵制剂对家兔有非常显著的降血糖作用 13。 利尿的机制 13在于服用相关玉米须后，血中氯化物浓度增加，然后尿量和尿中氯化物含量增加，效果较速3 尿持久，但是作用较弱。 研究表明玉米须多糖在医药、食品方面均有很好的应用前景和开发价值。本文就其提取方法、化学成分、药理研究方面进行
11、综述，为进一步的研究和开发提供参考。 本文将对变褐并干枯了的禾本科玉米须对于 运用水提法来提取多糖，利用苯酚比色法测在 490nm下的吸光度值，以此来评估计算最佳的提取工艺。 2 材料和方法 2.1 实验材料 玉米须，来自中药店 2.2.1 试剂 苯酚；浓硫酸；葡萄糖， 国药集团化学试剂有限公司 2.1.2 仪器设备 7230G 可见分光光度计 (日本岛津公司 )； 数显恒温水浴锅（ HH 4） ；电子分析天平（日本 A&D 公司） ； 恒温干燥箱；量筒；移液枪；圆底烧瓶；玻璃棒 其他常规化学玻璃仪器等 2.2 多糖的制备方法及工艺流程 2.2.1 提取工艺 玉米须 剪刀剪细碎 在样品中加入适
12、量水 一定温度 下浸泡适量的时间 提取上清液 冷却后提取一定的上清液 玉米须多糖溶液 苯酚比色法测其在 490nm下的吸光度值 2.2.2 多糖标准曲线的绘制 用 105 干燥至恒重的葡萄糖标准品作为分析对象约为 100mg置 500ml容量瓶中，并加水溶解稀释至刻度线，摇匀，配得葡萄糖标准溶液，然后吸取葡萄糖标准溶液 0.1ml， 0.2ml， 0.3ml， 0.4ml， 0.5ml，用水将各标准溶液至 1ml，接着分别加入 5%的苯酚溶液，最后各迅速加入浓硫酸 5ml，冷却至室温后，于 490nm处测其吸光度（ A）值，以葡萄糖浓度为横坐标，单位 为 mg/ml；以 490nm下的吸光度值
13、 A 为纵坐标 .得到标准方程 Y=9.8757X-0.0106（ R2=0.9991）。 2.2.3 玉米须多糖得率的测定 利用苯酚比色法测定的葡萄糖测定其中的多糖含量，以波长 490nm 下的吸光度值作为多糖提取率的评价指标 14。 4 总糖得率 = 测量浓度 稀释倍数 加入反应液的体积 /玉米须质量 100% 2.3 实验方法设计 2.3.1 玉米须多糖工艺提取影响因素 实验将对多糖的提取温度、提取时间、料液比三个影响因素进行单因素实验，得出三个影响因素中较适合的三个条件，在单因素实 验的基础上采用三因素三水平的响应面分析以多糖的得率为指标得出所需的最佳工艺。 2.3.2 单因素实验 （
14、 1）料液比的设计：取经过工艺处理的玉米须各 1g，分别加入 50， 60， 70， 80，90ml水，然后在 70 下水浴锅在提取 1.5h，根据实验结果选取三个连续的多糖提取率相对较高的料液比。 （ 2）提取温度设计：取经过工艺处理的玉米须各 1g，加水定容 65ml，分别放入温度为 60， 70， 80， 90， 100 的水浴锅 中提取 1.5h，根据实验结果选取三个连续的多糖提取率相对较高的温度。 （ 3）提取时间设计：取经过工艺处 理的玉米须各 1g，分别加入 65ml水，然后在70 下水浴锅分别提取 0.5h， 1h， 1.5h， 2h， 2.5h，根据实验结果选取三个连续的多糖
15、提取率相对较高的提取时间。 3 结果与讨论 3.1 单因素实验结果 3.1.1 料液比对玉米须提取率的影响 33.23.43.63.8450 60 70 80 90 100料液比多糖提取率 %图表 1 不同料液比下对玉米须多糖提取率的影响 5 由图表 1 可知，随着料液比的增加，多糖的提取率始终变化不大，几乎毫无差异，可能由于随着加水量的增大，水的稀释对浓缩有所影响，因此后续的提取率没有大幅度的增加。 3.1.2 提取温度对多糖提取率的影响 2.533.544.555.560 70 80 90 100 110提取温度多糖提取率图表 2 不同提取温度下玉米须的多糖提取率 由图 2 得知，随着温度
16、的提高，玉米须提取率也随之增加，在温度到达 90到 100 这个阶段时，提取率的幅度趋于缓和，可能因为温度增加，导致玉米须变性，多糖提取率会趋于平衡。 3.1.3 提取时间对玉米须提取率的影响2.533.544.555.50.5 1 1.5 2 2.5 3提取时间 t/h多糖提取率 图表 3 不同提取时间玉米须多糖的提取率 由图 3 可知，在提取时间为 0.5h 到 1.5h 的时间段时，玉米须提取率的升高6 趋于平缓，而在 1.5h 和 2h的这段时间，玉米须的提取率的增长幅度明显加大，在接下来的一段时间，提取率变化不大，随着加热时间过长，由于玉米须的热稳定性差 ，使得变性，多糖提取率增幅下
17、降。 3.2 响应面分析法优化工艺条件 3.2.1 Box-Behnken 实验设计 由于各个因素之间对结果有着交互作用的影响，分析各因素之间的影响程度，得到实验的最佳工艺结果，将在单因素的实验基础之上，以多糖提取率为目的，根据 Box-Behnken 的中心实验设计结果，选取料液比、提前曲温度、提取时间三个因素，采用三因素三水平的响应面分析方法得出最佳工艺。 表 1 三因素三水平表 -1 0 1 X1：料液比 1： 70 1： 80 1： 90 X2：提取温度（ ） 80 90 100 X3：提取时间（ h） 1.5 2.0 2.5 3.2.2 响应面分析方案 对料液比、提取温度、提取时间三
18、个因素 X1、 X2、 X3 作为自变量，以多糖在 490nm下的吸光度值为为响应值，实验的相关方案及实验结果见下图。 表 四 表 2 响应面分析方案 Run X1 X2 X3 Y 1 -1 -1 0 0.575 2 -1 1 0 0.859 3 1 -1 0 0.843 4 1 1 0 0.953 5 0 -1 -1 0.469 6 0 -1 1 0.649 7 0 1 -1 0.886 8 0 1 1 1.045 9 -1 0 -1 0.661 10 1 0 -1 0.600 11 -1 0 1 0.880 7 12 1 0 1 0.719 13 0 0 0 0.913 14 0 0 0
19、0.932 15 0 0 0 0.935 3.2.3 实验数据分析 实验数据分析采用 SAS8.0软件进行多元回归拟合、方差分析及显著性检验，得到以玉米须多糖提取率为目标函数，关于各条件编码值的二次回归方程为： Y1= 0.926667+0.0175X1+0.150875X2+0.084625X3-0.083208X1X-0.0435X1X2-0.025X1X3-0.035958X22-0.00525X2X3-0.128458X32。式中 Y为吸光度值， X1为料液比，X2为提取温度， X3为提取时间。从表 3可以看出，该二次方程模型不显著（ P0.05），其中 X2具有显著性（ P0.05）
20、不具有显著性，而其决定系数 R2=0.8367表明模型与拟合实验有不小差距，可靠性不高 ， 总 体来看，提取温度对多糖的提取率的影响最为显著。 所以从各因素分析结果来看，提取温度提取时间料液比 。 表 3 方差分析 方差来源 自由度 平方和 均方 F值 PrF X1 1 0.00245 0.00245 0.188863 0.681981 X2 1 0.182106 0.182106 14.03799 0.013339 X3 1 0.057291 0.057291 4.416392 0.08958 X12 1 0.025564 0.025564 1.97066 0.219336 X1X2 1 0.007569 0.007569 0.58347 0.479429 X1X3 1 0.0025 0.0025 0.192717 0.678987 X22 1 0.004774 0.004774 0.368025 0.570571 X2X3 1 0.00011 0.00011 0.008499 0.930128 X32 1 0.060929 0.060929 4.696507 0.082433 总模式 9 0.334548 0.037172 2.865469 0.129441 纯误差 5 0.064862 0.012972 总误差 14 0.39941
