金萍，刘政，于小磊

锦州医科大学食品与健康学院（锦州 121001）

在玉米材料加工中，玉米须一直被当作废弃物，没有最大化利用好资源，根据大多数文献报道酸提取法可以提高多糖得率，但有关多糖抑菌性的研究却鲜有报道。徐彬等[1]通过正交试验对玉米须多糖提取工艺开展研究，优化后的工艺参数为料液比1∶15、提取温度90 ℃、提取时间3 h、提取次数4次，此工艺下的玉米须多糖的提取率为3.66%，纯度为81.1%。刘东琦等[2]比较几种常用的多糖提取的方法，结果表明，酶联合超声辅助法所得多糖提取率最高，达到9.53%。李亚平等[3]研究了利用正交试验的方法优化玉米须多糖酸提取的最优工艺，结果表明，酸提取最优工艺条件为温度90 ℃、盐酸浓度0.26 mol/L、料液比1∶50（g/mL）、提取2次、每次提取80 min。在此条件下，酸提取多糖（AEP）和水提取多糖（WEP）的得率分别为33.36%和7.44%。黄俊文等[4]揭示了米须中活性成分的作用机制，有助于玉米须资源的利用及相关产品的开发。由于玉米须多糖具有多种营养保健作用，因此玉米须深加工具有广泛的应用空间。试验对玉米须多糖的提取工艺条件及抑菌特性开展研究，以期为玉米须多糖开发利用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

新鲜玉米须（收集自辽宁省锦州市石桥子早市）；葡萄糖（分析纯，天津市大茂化学试剂厂）；苯酚（分析纯，西陇科学股份有限公司）；营养琼脂（北京奥博星生物技术有限责任公司）；营养肉汤（北京奥博星生物技术有限责任公司）；大肠杆菌（锦州医科大学微生物实验室）；金黄色葡萄球菌（锦州医科大学微生物实验室）；黑曲霉（锦州医科大学食品微生物实验室）。

1.2 试验仪器与设备

小型粉碎机（上海博讯实业有限公司）；TU-752型双光束紫外可见分光光度计（上海仪电控股有限公司）；数显恒温水浴锅（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司产品）；HR型立式高速冷冻离心机（湖南赫西仪器设备有限公司）；GRX-9053A型热空气消毒箱（嘉兴市中新医疗仪器有限公司）；ZHJH-1112C型超净工作台（上海智城分析仪器有限公司）；YXQ-LS-50SⅡ立式压力蒸汽灭菌器（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）；FD-1E-80冷冻干燥机（上海比朗仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 玉米须原材料处理与玉米须多糖的提取

把收集到的所有玉米须经过整理后去除掉其他杂质，将电热恒温鼓风干燥箱调到75 ℃，干燥直至恒重，将干燥后的玉米须放到小型粉碎机中将其粉碎。将粉碎后的玉米须过0.425 mm（40目）筛网，装袋密封保存备用。

挑选干净的玉米须经粉碎后过0.180 mm（80目）孔径筛，50 ℃下采用索氏提取装置进行乙醚回流48 h脱脂，按一定液料比加入蒸馏水，在不同温度下进行搅拌提取后，按4 000 r/min离心20 min取下层沉淀加水进行重复提取，并分别合并收集上层提取液离心减压浓缩[5]，采用Savage法除蛋白后得到新鲜玉米须多糖提取液，调节提取液的乙醇体积分数在70%后，在4℃冰箱中静置24 h，按4 000 r/min离心20 min，得到玉米须多糖沉淀，在50 ℃烘干后得到玉米须粗多糖[6]。

（1）对炼厂现有的油浆回炼和掺炼工艺进行改良和创新，在保证产品质量的前提下，以提高催化裂化单元的回炼量和延迟焦化单元的掺炼量，进而降低操作成本，提高装置能效水平。

工艺流程：玉米须→干燥→粉碎[过0.180 mm（80目）孔径筛]→盐酸溶液热回流提取（50 ℃）48 h→按一定料液比加入蒸馏水→提取→过滤→离心（4 000 r/min离心15 min）→二次提取→过滤→合并滤液→采用Sevage法除蛋白后得到新鲜玉米须多糖→旋转蒸发浓缩（提取液体积的1/5）→加95%乙醇至80%进行醇沉→冰箱中静置24 h，离心（4 000 r/min，15 min）→冷冻干燥→玉米须粗多糖。

1.3.2 标准曲线的绘制[7]

精密称取100 mg干燥恒重的葡萄糖，用水溶解并稀释至刻度100 mL，备用。精密吸取10 mL备用液，加水稀释至100 mL定容，得葡萄糖标准液。精密吸取100，200，300，400，500，600和700 μL标准液，分别置于试管内，各加水至2 mL，各加入1.0 mL 5%苯酚试剂，各管迅速滴加5.0 mL浓硫酸，立刻摇匀。沸水加热15 min，迅速冷却，另取2 mL水，同法操作加入试剂作为空白对照，用紫外可见分光光度计在λ=490 nm测定吸光度。以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线，得回归方程。

1.3.3 多糖抗菌活性的研究

用打孔器将滤纸打成圆滤纸片，将圆滤纸片浸润到玉米须多糖的提取液中。将滤纸片放到接种大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的培养基中，通过测量抑菌圈的直径测定玉米须多糖对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌活性，具体操作步骤参考关海宁等[8]的研究方法。

1.3.4 单因素试验和响应面试验

1.3.4.1 改变液料比添加比例对多糖提取率的影响

称取10.0 g玉米须粉于500 mL烧杯中，固定提取次数3次、提取时间3 h、提取温度85 ℃。调节水与玉米须的添加比例，使其液料比分别为10∶1，12∶1，14∶1，16∶1和18∶1（mL/g），提取玉米须多糖，将提取出的多糖测定吸光度。

1.3.4.2 改变提取温度对多糖提取率的影响

称取10.0 g玉米须粉于500 mL烧杯中，选取提取时间3 h、提取次数3次、液料比16∶1（mL/g），改变提取温度80，85，90，95和100 ℃，按1.3.1的方法提取玉米须多糖[9]，按1.3.2的方法测其吸光度。

1.3.4.3 提取时间对多糖提取率的影响

称取10.0 g玉米须粉于500 mL烧杯中，选取液料比16∶1（mL/g）、提取温度85 ℃、水提次数2次，改变提取时间1，2，3，4和5 h，按1.3.1的方法提取玉米须多糖，按1.3.2的方法测其吸光度，根据吸光度换算多糖浓度。利用式（1）计算出多糖的提取率。

提取率=多糖浓度（mg/mL）×稀释倍数×所得提取液体积（mL）/玉米须质量（g）×100% （1）

1.3.4.4 提取次数对提取率的影响

称取10.0 g玉米须粉于500 mL烧杯中，选取提取温度85 ℃、提取时间3 h、液料比16∶1（mL/g），改变提取次数1，2，3，4和5次，提取玉米须多糖，按1.3.2的方法测其吸光度，计算出多糖的提取率。

1.3.4.5 玉米须多糖提取液对细菌生长的影响

用打孔器将滤纸打成直径9 mm的圆滤纸片，与营养琼脂培养基一同在121 ℃条件下灭菌20 min。制作培养基平皿，用无菌移液枪吸取菌悬液，涂布均匀。将灭菌后的滤纸片浸入玉米须多糖的提取液中30 min，用无菌镊子取出，晾干，平铺于含有涂布细菌的凝固培养基中，倒置放在37 ℃恒温培养箱中培养24 h。观察测量抑菌圈的直径。

1.3.4.6 响应面因素水平设计表

表1 响应面因素水平设计表

2 结果与分析

2.1 液料比对提取率的影响

由图1可以看出，液料比在10∶1（mL/g）至18∶1（mL/g）时，随着水的添加比例增加，多糖提取率呈现先上升后下降的趋势，液料比16∶1（mL/g）时提取率达到最大值3.9%。因此，选取16∶1（mL/g）为较佳液料比。

图1 料液比对提取率的影响

2.2 提取温度对提取率的影响

由图2可看出，温度在75 ℃至85 ℃时，提取率呈上升趋势，在85 ℃时提取率达到4.08%，温度大于85℃时，提取率开始下降。因此选取85 ℃为较佳的提取温度。

图2 提取温度对提取率的影响

2.3 提取时间对提取率的影响

由图3可看出，提取时间1～3 h时，测得的多糖提取率呈现逐渐上升趋势，提取时间为3 h时，多糖的提取率达到3.98%。提取时间超过3 h以后，多糖提取率出现降低的趋势。因此，较佳的提取时间为3 h。

图3 提取时间对提取率的影响

2.4 提取次数对提取率的影响

由图4可以看出，提取次数1～3次时，多糖提取率呈现上升趋势。提取次数为3次时，提取率为4.13%。提取次数大于3次时，玉米须多糖的提取率呈现下降趋势。所以较佳的提取次数为3次。

图4 提取次数对提取率的影响

2.5 响应面优化试验结果

以液料比、提取温度、提取次数、提取时间为自变量，以多糖提取率为响应值，根据表2响应面试验分析方案，对各因素的数据进行回归拟合，建立玉米须多糖的提取率与水提条件的二次多项式方程：Y=4.76-0.1X1+0.18X2-0.12X3-0.17X4-0.05X1X2-0.17X1X3-0.27X1X4+0.4X2X3-0.35X2X4+0.32X3X4-1.08-1.15-0.55-0.10。

表2 响应面试验设计及结果

图6 提取温度 液料比等高线图

图7 提取次数、液料比等高线图

根据表3响应面方差分析结果可知，这个模型极显著（P＜0.01），F值为97.28，证明模型可用，且失拟项不显著（P＞0.05），误差较小，试验不存在失拟的因素，准确显示各提取因素对玉米须多糖提取率的影响。根据P值和F值的大小可知，各因素对玉米须多糖的提取率影响大小依次为B＞D＞C＞A，即提取温度＞提取时间＞提取次数＞液料比。各因素间的等高线图和3D图如图5～图16所示。

表3 响应面方差分析结果

图5 提取时间、液料比等高线图

图8 提取时间、提取温度等高线图

图9 提取次数、提取温度等高线图

图10 提取次数、提取时间等高线图

图11 提取温度、液料比3D图

图16 提取次数、提取时间3D图

图12 提取时间、液料比3D图

图13 提取次数、液料比3D图

图14 提取时间、提取温度3D图

图15 提取次数、提取温度3D图

2.6 最佳提取条件的确定

通过Design Expert 12.0软件求解所得回归方程，得出玉米须多糖最优提取工艺条件：液料比15.95∶1（mL/g）、提取温度85.39 ℃、提取时间3.9 h、提取次数2.9次。预测的玉米须多糖提取率为4.782 79%。考虑到在试验过程的可操作性，将玉米须多糖提取的最佳工艺调整为液料比16∶1（mL/g）、提取温度85 ℃、提取时间4 h、提取次数3次，按照最佳工艺条件进行试验，用以验证模型的准确度，共设置5次平行试验，玉米须多糖平均提取率为4.79%。证明试验结果准确度较高，与预测值基本相符，表明方法可行。

2.7 玉米须多糖的抑菌效果

对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉3种细菌进行抑菌试验，由表4可看出，在圆滤纸片的周围均出现抑菌圈，说明玉米须多糖提取液对这3种细菌的生长都有抑制作用。从抑菌圈直径大小可以看出，玉米须多糖对金黄色葡萄球菌的抑制作用最明显。

表4 玉米须多糖抑菌效果的测定结果 单位：mm

3 结论

通过单因素试验及响应面优化试验结果可得出：提取玉米须多糖的最优工艺条件为提取时间4 h、提取温度85 ℃、提取次数3次、液料比16∶1（mL/g）。在此试验条件下对试验的结果进行验证，玉米须多糖提取率为4.79%，基本与响应面模型的理论预测值相符。试验提取条件和因素水平设置合理，试验处理较少，证明此模型预测结果准确，可用于玉米须多糖提取的工艺优化。