全 文 ： 2012, Vol. 33, No. 14 食品科学 ※工艺技术6
超声辅助提取绿豆皮水溶性多糖工艺优化
闵 甜，吴 晖，赖富饶 *，胡晓溪，李晓凤
(华南理工大学轻工与食品学院，广东 广州 510640)
摘 要：目的：探讨绿豆皮水溶性多糖的超声提取工艺。方法：在单因素试验的基础上，将响应面分析法用于
优化绿豆皮水溶性多糖的超声辅助提取工艺。结果：对绿豆皮多糖得率影响的因素依次为超声功率＞ pH值＞超声
时间，最佳提取条件为 pH4.6、超声功率 155W、超声时间 40min、提取 3 次，绿豆皮水溶性多糖得率 8.54%，
此与理论估计值的误差在 5% 以内。结论：为绿豆皮水溶性多糖的提取工艺提供参考，有利于对绿豆皮的进一步
开发和利用。
关键词：绿豆皮；水溶性多糖；超声辅助
Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction Process for Water-Soluble Polysaccharide from Mung Bean Hull
MIN Tian，WU Hui，LAI Fu-rao*，HU Xiao-xi，LI Xiao-feng
(College of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)
Abstract ：Objective: To find optimal conditions for the ultrasonic-assisted extraction conditions of water-soluble polysaccha-
ride from mung bean hull. Methods: On the basis of one-factor-at-a-time experiments, response surface analysis (RSA) was used
to optimize the extraction of water-soluble polysaccharide from mung bean hull (MWP). Results: Ultrasonic power had the
greatest effect on the extraction rate of MWP, followed by pH; the effect of ultrasonic treatment time was the weakest. The
optimal extraction conditions were found to be three repeated extractions at pH 4.6 and 155 W ultrasonic power for 40 min each
time. Under these conditions, the extraction rate of MWP was 8.54%, showing a relative error less than 5% when compared to
the theoretical value. Conclusion: This study provides a reference for the extraction of water-soluble polysaccharide from mung
bean hull, and lays a foundation for future research on mung bean hull.
Key words：mung bean hull；water-soluble polysaccharide；ultrasonic-assisted extraction
中图分类号：TQ929.2 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2012)14-0006-05
收稿日期：2011-06-04
基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-06-0746)；中央高校基本科研业务费项目(2011ZB0012)
作者简介：闵甜(1988—)，女，硕士研究生，研究方向为食品安全与天然产物化学。E-mail：min_tian@yahoo.cn
*通信作者：赖富饶(1981—)，男，讲师，博士，研究方向为农产品深加工。E-mail：felai@scut.edu.cn
绿豆是我国人民的传统豆类食物，其蛋白质的含量
较高且含多种维生素、钙、磷、铁等无机盐。绿豆
性味甘凉，有清热解毒之功[1]。夏天在高温环境工作的
人出汗多，水液损失很大，体内的电解质平衡遭到破
坏，用绿豆煮汤来补充是最理想的方法，能够清暑益
气、止渴利尿[ 1 ]，不仅能补充水分，而且还能及时补
充无机盐，对维持水液电解质平衡有着重要意义。
尽管绿豆在人们日常生活中较为常见，但迄今为
止，对绿豆生物活性及药理方面的研究仍然不多，对
绿豆皮方面的研究则更少。国内有研究人员对绿豆皮
中的黄酮类物质[2 -4 ]及膳食纤维[5 ]进行了提取研究，另
外，对绿豆皮甲醇提取物(MEMBH)的抗氧化作用研究
表明[6-7]，MEMBH在质量浓度低至 0.1mg/mL时，其对
亚油酸过氧化反应的抑制率高于相同质量浓度的VE和丁
基羟基茴香醚(BHA)，并且具有很好的抑制豆油氧化的
能力。Yao等[8]研究了绿豆皮乙醇提取物(MBSC)对Ⅱ -型
糖尿病小鼠的抗糖尿病活性，结果表明MBSC在不增加
小鼠体质量的前提下，能显著提高小鼠的葡萄糖耐受性
和胰岛素对葡萄糖代谢的反应。
多糖由于具有多种生物活性，现在已成为天然药物
和保健食品中的研究热点。传统的多糖一般采用水提
法、酸碱溶液提取法 [ 9 ]，提取工艺复杂、浸提剂用量
大、收率低等缺点[ 1 0 ]。近年来，采用超声辅助技术对
多糖和其他功能性化合物的研究较多，如荞麦壳半纤维
素[11]、蔗渣纤维素[12]及苹果渣木糖葡聚糖等[13]。超声辅
助提取不仅可以加快提取速度、缩短提取过程，还可
7※工艺技术 食品科学 2012, Vol. 33, No. 14
以保持被提取物的结构和分子性质。Sun 等[ 1 4 ]报道认
为，超声作用可破坏细胞壁并断开木质素与半纤维之间
的连接，从而提高半纤维的提取率。
响应面分析采用多元二次回归方程来拟合影响因素
与响应值之间的函数关系[15]，依此可对函数的响应面和
等高线进行分析，研究因素与响应面之间、因素与因
素之间的相互关系[16 ]。
基于对活性成分的保护，且高波幅的超声波处理可
能会对多糖的结构造成一定的降解，本实验尝试采用低
功率超声处理提取绿豆皮多糖，以期为绿豆的深加工利
用提供理论支持。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与设备
绿豆皮、绿豆脱皮处理废渣 自制。
硫酸、苯酚、丙酮、乙醚、氯仿、无水乙醇等
均为分析纯。
KQ-300VDE数控型超声水浴清洗器 昆山市超声仪
器有限公司；DFY-300摇摆式高速中药粉碎机 浙江温
岭市林大机械有限公司；CR22G高速冷冻离心机 日本
Hitachi公司；ALPHA1-2冷冻干燥机 德国Chris公司。
1.2 方法
1.2.1 基本成分测定
水分：GB/T 5009.3— 2003《食品中水分的测定》；
灰分：GB/T 5009.4— 2003《食品中灰分的测定》；粗
脂肪：GB/T 14772— 2008《食品中粗脂肪的测定》；
粗蛋白：GB/T 14489.2— 2008《粮油检验：植物油料
粗蛋白质的测定》；果胶：QB 2484— 2000《食品添
加剂：果胶》；纤维素、木质素：GB/T 5009.10— 2003
《植物类食品中粗纤维的测定》；半纤维素：A A C C
(32-06)《Total Die tary Fiber— Rapid Gravimetric
M e t h o d》。
1.2.2 绿豆皮的预处理工艺流程
绿豆皮→干燥→粉碎→过80目筛→80%乙醇回流3h
(去除可溶性小分子多糖)→依次用 95% 乙醇、无水乙
醇、丙酮、乙醚清洗→风干→豆皮粉末
1.2.3 绿豆皮多糖的提取工艺流程
绿豆皮粉末→按料液比1:20(g/mL)加入蒸馏水→调节
pH值→超声处理→ 7500× g离心 15min→收集上清液→
减压浓缩→在自来水和去离子水中分别透析24h→4倍体
积乙醇沉淀→ 4500× g离心 15min→收集沉淀→冷冻干
燥→浅绿色绿豆皮粗多糖
1.3 单因素试验
试验研究 pH值、超声功率、超声处理时间和提取
次数对绿豆皮多糖得率的影响，以确定绿豆皮多糖提取
工艺优化的条件。
1.4 提取工艺优化
根据单因素试验结果，对绿豆皮多糖采用中心组合
设计试验进行方案设计，用 SAS软件响应面分析法优化
提取工艺。
1.5 多糖含量测定
绿豆皮中的总糖含量用苯酚 -硫酸法进行测定，还
原糖的含量用DNS法进行测定，用总糖的含量减去还原
糖的含量即可得到多糖的含量[10]。
1.6 统计分析
作图采用Origin Pro 8.0软件。SPSS 13.0软件用于
分析数据间差异的显著性。
2 结果与分析
2.1 绿豆皮的基本成分
由表 1可知，绿豆皮中脂肪和灰分的含量较低；而
蛋白质和碳水化合物则占很高比例，其中，纤维素和
半纤维素含量较高。李积华等[17]报道绿豆皮中的膳食纤
维含量占全部绿豆膳食纤维的 43.07%，且绿豆水溶性非
消化性多糖和木质素 90%以上都是来自绿豆皮，在本试
验中，测得的可溶性纤维含量高于 Southgate改良法测
得的数值。
2.2 绿豆皮多糖提取的单因素试验
称取预处理过的绿豆皮粉末 5.0g，置于三角瓶中，
按水料比 25:1(mL/g)加入蒸馏水，研究 pH值、超声功
率、超声处理时间和超声提取次数对绿豆皮多糖得率的
影响，结果见图 1 。
成分 水分 蛋白质 脂肪 灰分 果胶 纤维素 半纤维素 木质素
绿豆皮 6.38± 0.49 13.07± 1.31 2.58± 0.12 3.39± 0.27 16.29± 1.85 20.06± 1.97 33.33± 2.51 2.39± 0.26
表 1 豆皮主要组成成分
Table 1 Major components of soybean hull %
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0水
溶
性
多
糖
得
率
/%
pH
3 4 5 6 7
a
2012, Vol. 33, No. 14 食品科学 ※工艺技术8
由图 1a可知，绿豆皮水溶性多糖的得率随 pH值的
变化较大，当 pH 值低于 4. 5时，多糖得率随着 pH 值
的增大而增大；当 pH值高于 4.5时，pH值增大反而会
降低多糖的得率，因此绿豆皮多糖提取的 pH 值控制在
4.5为宜。同理由图 1b～1d可知，确定超声功率 150W、
超声处理时间 30min、提取 2次，为了尽可能得到更多
的样品，后续试验中控制提取 3 次。
2.3 绿豆皮多糖提取的工艺优化
影响水溶性多糖提取的因素主要有 pH值、提取时
间和温度等，而为了避免剧烈的提取条件对多糖活性的
影响，仅研究了 30℃条件下绿豆皮水溶性多糖的提取过
程。根据单因素试验结果，选取了 p H 值、超声功率
和超声处理时间 3 个对多糖得率影响较为显著的因素，
根据中心组合试验设计原理[18]，设计了三因素三水平的
响应面试验，对绿豆皮多糖的提取工艺进行优化，试
验因素及水平见表 2。
水平编码 Z1 pH Z2 超声功率 /W Z3 超声处理时间 /min
－ 1 3.5 120 15
0 4.5 150 30
1 5.5 180 45
表 2 超声波辅助绿豆皮水溶性多糖提取响应面试验因素与水平
Table 2 Three variables and their coded levels for
response surface analysis
对 pH 值 Z 1、超声功率 Z 2、超声处理时间 Z 3作如
下变换，X1＝(Z1－ 4.5)/1、X2＝(Z2－ 150)/30、X3＝
(Z 3－ 30 )/15，以 X 1、X 2、X 3 为自变量，以绿豆皮水
溶性多糖得率为响应值(Y)，试验设计及结果见表 3。
试验号 X1 X2 X3 Y多糖得率 /%
1 － 1 － 1 0 3.62
2 － 1 1 0 5.32
3 1 － 1 0 5.11
4 1 1 0 5.35
5 0 － 1 － 1 5.21
6 0 － 1 1 4.82
7 0 1 － 1 5.90
8 0 1 1 6.95
9 － 1 0 － 1 7.31
10 1 0 － 1 7.82
11 － 1 0 1 7.86
12 1 0 1 7.81
13 0 0 0 8.91
14 0 0 0 8.93
15 0 0 0 8.80
表 3 超声波辅助绿豆皮水溶性多糖提取响应面优化试验设计及结果
Table 3 Experimental design and results for response surface analysis
根据中心组合试验设计原理设计出的三因素三水平
响应面分析试验，共有 15个试验点，其中 1～12号为
析因试验，13～15号为中心试验，其中析因点为自变
量取值在 X 1、X 2、X 3所构成的三维定点，零点区域为
中心点，零点试验重复 3 次，以估计试验误差。
通过 SAS软件的对试验资料进行响应面分析(RSA)，
经二次回归拟合后求得响应函数，即回归方程为：
Y＝ 8.8＋0.2475X1＋0.595X2＋0.15X3－1.025X12－
0.365X1X2－ 0.14X1X3－ 3.005X22＋ 0.36X2X3－ 0.155X32
来源 自由度 平方和 F值 P值 显著性
模型 9 40.380 90.15 ＜ 0.0001 **
一次项 3 3.502 23.46 0.0023 **
二次项 3 35.748 239.42 ＜ 0.0001 **
交互项 3 1.129 7.57 0.0263 *
失拟项 3 0.239 16.26 0.0585
纯误差 2 0.010
总误差 5 0.249
总和 14 40.629
表 4 响应面优化试验的方差分析
Table 4 ANOVA results for the developed regression model
注：* .差异显著，P ＜ 0 . 0 5；* * .差异极显著，P ＜ 0 . 0 1。下同。
图 1 pH 值 (a )、超声功率 (b)、超声处理时间 (c)、超声提取次数
(d)对绿豆皮水溶性多糖得率的影响
Fig.1 Effects of pH (a), ultrasonic power (b), ultrasonic treatment time
(c), and extraction times (d) on the extraction rate of water-soluble
polysaccharide from mung bean hull
8
7
6
5
4
3水
溶
性
多
糖
得
率
/%
超声功率 /W
90 120 150 180 210 240 270
b
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
水
溶
性
多
糖
得
率
/%
超声处理时间 /min
15 30 45 60 75 90
c
1 2 3 4 5
5
4
3
2
1
0水
溶
性
多
糖
得
率
/%
提取第次
d
9※工艺技术 食品科学 2012, Vol. 33, No. 14
由表 4可知，对于显著性水平P＝ 0.05和 P＝ 0.01，
f1＝ 9、f2＝ 5，查 F分布表得 F0.05(9,5)＝ 4.77，F0.01(9,5)＝
10.2，回归方程模型 F 值为 90. 15，远大于 F 0 .01( 9 ,5 )＝
10.2，由此可知该方程模型是极显著的。失拟性检验在
P＝ 0.05水平，f1＝ 3、f2＝ 2，查 F分布表得 F0.05(3,2)＝
19.2，失拟项 F＝ 16.26＜ F0.05(3,2)＝ 19.2，说明回归方
程无失拟因素存在，回归模型与实测值能较好地拟合。
方差分析结果还说明，一次项的影响是极显著的，而交
互项的影响亦是显著的，表明各因子与响应值之间不是
简单的线性关系。所以可以利用该回归拟合方程确定最
佳提取工艺条件。
因素 自由度 平方和 均方 F值 P值 显著性
X1 4 4.981 1.245 25.02 0.0017 **
X2 4 37.225 9.306 186.99 ＜ 0.0001 **
X3 4 0.865 0.216 4.35 0.0693
表 5 各因素方差分析
Table 5 ANOVA results for single variables
由表 5可知，对绿豆皮水溶性多糖得率影响大小的
因素依次是超声功率＞ pH 值＞超声时间，其中超声功
率和pH值对绿豆皮水溶性多糖得率的影响达到了极显著
水平。
通过响应面分析图可以形象地看出各参数之间的影
响。根据各因子参数的变化，由 SAS 软件得到的响应
面及等高线图见图 2。
c.超声功率与超声处理时间
固定水平：p H4 .5；超声功率 1 50 W；超声处理时间 3 0m in。
图 2 各两因素交互作用对绿豆皮水溶性多糖得率影响的响应面和
等高线图
Fig.2 Response surface and contour plots showing the interactive
effects of every two extraction parameters on the extraction rate of
water-soluble polysaccharide from mung bean hull
8.4
5.4
0.9
－0.9 －0.9
0.9
多
糖
得
率
/%
X3
X2
8.7
7.2
0.9
－0.9 －0.9
0.9
多
糖
得
率
/%
X3 X1
8.8
4
0.9
－0.9 －0.9
0.9
多
糖
得
率
/%
X2
X1
0.9
0.6
0.3
0.0
－ 0.3
－ 0.6
－ 0.9
5.6
X
2
X1
－ 0.9 － 0.3 0.3 0.6
7.2
7.2
6.4
5.6
4.8
4.0
a. pH值与超声功率
多糖得率 /%
0.9
0.6
0.3
0.0
－ 0.3
－ 0.6
－ 0.9
X
3
X1
－ 0.9 － 0.3 0.3 0.6
b. pH值与超声处理时间
7.2 7.8 8.18.4 8.4 8.1
7.5
7.2
多糖得率 /%
0.9
0.6
0.3
0.0
－ 0.3
－ 0.6
－ 0.9
X
3
X2
5.
4
6.
8
7.
8
8.
4
8.
4
7.
8
6.
66
－ 0.9 － 0.3 0.3 0.6
多糖得率 /%
对响应面试验结果进行优化分析，计算得到回归拟
合方程在 X1＝ 0.0553、X2＝ 0.1323、X3＝ 0.6126时可
取得最大值，此时方程预估最大值 8.9722，即最优提
取条件 pH 4.56、超声功率 153.97W、超声提取时间
39 .1 9m in，在此条件下，绿豆皮水溶性多糖的得率
2012, Vol. 33, No. 14 食品科学 ※工艺技术10
8.97%。考虑实际操作，将优化参数修正为 pH4.6、超
声功率 155W、超声提取时间 40min。采用修正后的提
取条件提取绿豆皮水溶性多糖以验证方法的可靠性，绿
豆皮原料 100g，实际得到多糖 8.54g，与理论相对误差
为 4.79%。表明响应面分析优化用于绿豆皮水溶性多糖
的提取切实可行。
3 结 论
对豆皮进行理化分析表明，绿豆皮主要由半纤维
素、纤维素、果胶和粗蛋白组成，粗脂肪、灰分和
木质素含量较低。
影响绿豆皮水溶性多糖得率的因素从大到小依次
为：超声功率＞ pH 值＞超声处理时间＞提取次数。采
用响应面分析法得到最优提取条件为 pH4.6、超声功率
155W、超声提取 40min，提取 3次，绿豆皮水溶性多
糖得率为 8.54%。
利用传统的水提法，绿豆皮多糖的得率仅为 5.87%[19]，
不仅收率低，而且工艺复杂。本实验利用超声辅助提
取，多糖的得率可以提高到 8.54%，增加了绿豆皮多糖
的利用率，同时也降低了生产成本，为开发和利用绿
豆皮多糖提供了新途径，具有良好的应用前景。对多
糖的几种提取工艺进行比较，可以发现超声辅助提取法
得到的多糖纯度最高[20]，在提高了多糖得率的同时也可
以减少多糖提取的能耗，对于工厂的实际生产也有一定
的指导意义[ 9 ]。
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