紫山藥多糖超聲提取工藝研究

徐斗霞 李國(guó)霜 陳征 徐皓

摘要 [目的]優(yōu)化紫山藥（Dioscorea alata L.）多糖的提取工藝。[方法]在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù) Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，選取提取溫度、提取時(shí)間和料液比3因素3水平進(jìn)行中心組合試驗(yàn)，優(yōu)化紫山藥多糖提取條件。[結(jié)果]紫山藥多糖提取最佳工藝條件為提取溫度60 ℃、提取間80 min、料液比1∶40（g∶mL），在此條件下，紫山藥多糖的得率為8.76%。[結(jié)論]研究可為紫山藥資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 紫山藥；多糖；超聲波；提取工藝

中圖分類號(hào) S632.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）04-0083-03

Research on Extraction Technology of Dioscorea alata L. Polysaccharides by Ultrasonic

XU Dou-xia， LI Guo-shuang， CHEN Zheng， XU Hao* （College of Biological Science & Engineering， Shaanxi Sci-Tech University， Hanzhong， Shaanxi 723001）

Abstract [Objective]To study the extraction technology of Dioscorea alata L. polysaccharide by ultrasonic. [Method] Through the single factor experiment and according to the principle of Box-Behnken experimental design， extraction temperature， extraction time and solid-liquid ratio three factors and three levels were selected to conduct center combination experiment and optimize purple yam polysaccharide extraction conditions. [Result] The results showed that the optimum conditions were as following： extraction temperature 60 ℃， extraction duration 80 min， solid to liquid ratio 1∶40（g∶mL）， the yield of purple yam polysaccharide was up to 8.76%. [Conclusion] The study can provide a scientific basis for development and utilization of purple yam resource.

Key words Dioscorea alata L.；Polysaccharides；Ultrasonic；Extraction technology

紫山藥（Dioscorea alata L.）又名紫參薯、大薯、紅切薯等，是薯蕷科（Dioscoteaceae）薯蕷屬（Dioscrea）多年生草本蔓生植物。紫山藥廣泛分布于我國(guó)廣東、海南、廣西、湖南、湖北、福建、四川、云南、貴州、江西等地，亞洲其他熱帶地區(qū)也有分布，栽培或野生在山腰、山腳和溪邊的微酸性黃壤或紅壤上。紫山藥塊根呈不規(guī)則的扁塊形，肉質(zhì)為紫紅色，皮呈紫黑色，富含蛋白質(zhì)、維生素、多糖、膽堿、薯蕷皂苷，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，經(jīng)常食用能夠增強(qiáng)人體的抵抗力，并有著很高的藥用價(jià)值[1]。

多糖作為一種生物活性物質(zhì)，在很多方面有著重要作用，特別在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用更為廣泛。

主要功能體現(xiàn)在多糖可以調(diào)節(jié)人體免疫細(xì)胞，增強(qiáng)免疫力，可抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、降血糖、抗凝血、抗血栓[2]。

超聲波輔助提取可以提高多糖提取率，縮短提取時(shí)間、節(jié)能、節(jié)省溶劑、污染小而且有利于提取熱不穩(wěn)定物質(zhì)，可避免長(zhǎng)時(shí)間高溫對(duì)有效成分的破壞[3-5]。通過超聲波輔助對(duì)紫山藥多糖進(jìn)行提取工藝研究，可為紫山藥資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)，具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料。供試紫山藥購(gòu)于浙江省溫州市，挑選當(dāng)年采收、新鮮無(wú)腐爛、自然晾干的塊狀根莖，洗凈去皮，切成約3 mm的薄片，于45 ℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干，萬(wàn)能粉碎機(jī)粉碎，過80目篩后保存于二氧化硅干燥器內(nèi)，于4 ℃儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.1.2 主要試劑。

葡糖糖、蒸餾水、60%乙醇、95%乙醇、無(wú)水乙醇、氯仿、正丁醇、苯酚、濃硫酸等試劑，均為分析純。

1.1.3 主要儀器。烘箱（DHJ-9146A），上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司；粉碎機(jī)（FX-001），新元儀器有限公司；電子天平（TP-214），丹佛儀器北京有限公司；水浴鍋（XMTD-7000），上海科恒實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司；超聲設(shè)備（SB-100DT），寧波新芝生物科技股份有限公司；天平（馬頭牌JYT-5架盤藥物天平），上海醫(yī)用激光儀器廠；臺(tái)式低速離心機(jī)（L550型），長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RV10DS25）；真空泵（SENCO SHD-3）；冰箱（BCD-560WD11HY）， 海信容聲冰箱有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHJ-9146A），上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 紫山藥多糖的提取。

紫山藥粉末→按比例加入蒸餾水浸提→超聲波輔助提取→4 000 r/min離心10 min→沉淀再浸提→合并上清液→真空減壓濃縮→去蛋白→60%乙醇沉淀（4 ℃過夜處理）→復(fù)溶后95%乙醇洗滌3次→無(wú)水乙醇洗滌沉淀多糖→低溫減壓干燥→紫山藥粗多糖。

1.2.2 單因素試驗(yàn)。

精確稱取脫脂脫色后的紫山藥粉末10 g，按以下單因素試驗(yàn)條件進(jìn)行多糖提取，根據(jù)粗多糖的得率確定最佳提取條件。

1.2.2.1 料液比。

提取時(shí)間為80 min，提取溫度為60 ℃條件下，設(shè)計(jì)料液比分別為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40和1∶50（g∶mL），在超聲波功率為100 W的條件下提取，研究不同料液比對(duì)多糖提取率的影響[6]。

1.2.2.2 提取溫度。

料液比為1∶20，提取時(shí)間為40 min條件下，設(shè)計(jì)提取溫度為30、40、50、60和70 ℃，在超聲波功率為100 W的條件下提取，研究不同提取溫度對(duì)多糖提取率的影響。

1.2.2.3 提取時(shí)間。

料液比為1∶40，提取溫度為50 ℃條件下，設(shè)計(jì)提取時(shí)間為20、40、60、80和100 min，在超聲波功率為100 W的條件下提取，研究不同提取時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響。

1.2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以多糖提取率為考察指標(biāo)，選取料液比、提取溫度、提取時(shí)間作為考察因素，各取3個(gè)水平，進(jìn)行正交試驗(yàn)，以確定多糖提取的最優(yōu)工藝條件[7]。

1.2.4 紫山藥多糖含量的測(cè)定。采用苯酚-硫酸法測(cè)定多糖含量[8]。稱取50 mg紫山藥粗多糖粉末，定容至50 mL容量瓶中，充分溶解。按2∶1∶5的比例分別加入紫山藥粗多糖溶液2.0 mL，5%苯酚1.0 mL，濃硫酸5.0 mL。放置常溫后沸水浴15 min，蒸餾水充分溶解。吸取0.2 mL 的樣品液，以蒸餾水補(bǔ)至2.0 mL，然后加入5%苯酚1.0 mL，濃硫酸5.0 mL，搖勻冷卻至室溫放置20 min 以后測(cè)定波長(zhǎng)490 nm 處的吸光度。

1.2.5 線性關(guān)系考察。

精確稱取0.5 g葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品，用水溶解，定容至500 mL的容量瓶中，量取5.0 mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液移入50.0 mL容量瓶中，加水定容。精確吸取稀釋后的葡萄糖溶液2、4、6、8、10于10 mL大試管中，設(shè)置一組對(duì)照組，所有溶液加水至10 mL。按照2∶1∶5的比例分別加入葡萄糖、5%的苯酚和濃硫酸，靜置至常溫然后在水浴鍋中沸水浴15 min，取出冷卻至常溫，在波長(zhǎng)490 nm處測(cè)定其吸光度。以葡萄糖的濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并計(jì)算回歸方程[9-11]。

多糖得率=樣品多糖含量（C值）×稀釋倍數(shù)/樣品干重×100%

C=（A-0.175 2）/9.42

2 結(jié)果與分析

2.1 線性關(guān)系考察 按“1.2.3”進(jìn)行操作，結(jié)果葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液濃度（X）與吸光度（Y）的回歸方程為：Y=0.678X+0.083 6，R2=0.999 7，表明在0.2～1.0 mg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好（圖1）。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 料液比對(duì)多糖得率的影響。

由圖2可知，當(dāng)料液比為1∶40時(shí)，紫山藥多糖得率最高，之后多糖得率隨料液比中溶劑用量的增加而減小，故選擇料液比1∶20、1∶30、1∶40 3個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)[12]。

2.2.2 提取溫度對(duì)多糖得率的影響。

由圖3可知，隨著溫度升高，紫山藥多糖得率增加，至60 ℃左右時(shí)達(dá)到最大，此后隨著溫度的提高，多糖得率反而下降。故選擇40、50、60 ℃ 3個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.2.3 提取時(shí)間對(duì)多糖得率的影響。

由圖4可知，延長(zhǎng)提取時(shí)間，紫山藥多糖得率逐漸增加，到80 min時(shí)多糖得率最高，此后隨著時(shí)間的增加，多糖得率反而減小。故選擇40、60、80 min 3個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

選取料液比（A）、提取溫度（B）、提取時(shí)間（C）3個(gè)因素作為考察因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化紫山藥多糖的提取工藝條件，正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1，結(jié)果見表2。

由表2中R值可知，影響紫山藥多糖提取率的大小因素依次為料液比、提取溫度、提取時(shí)間。方差分析結(jié)果顯示，料液比、浸提溫度對(duì)提取率的影響極為顯著。由k值大小可知，優(yōu)化的工藝組合為A3B3C3，此結(jié)果與單因素試驗(yàn)篩選出的最佳條件組合一致，而正交試驗(yàn)直觀分析提取率最高組合為A3B3C2，綜合考慮，選取最優(yōu)工藝組合A3B3C3，即料液比1∶40、提取溫度60 ℃、提取時(shí)間80 min，此條件下紫山藥多糖的提取率為8.76%。

3 結(jié)論

該試驗(yàn)通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，采用超聲法提取紫山藥多糖，并進(jìn)行工藝優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明，影響超聲提取紫山藥多糖提取率的3個(gè)因素中料液比、提取溫度對(duì)提取率的影響極為顯著，其大小順序依次為料液比、提取溫度、提取時(shí)間。綜合考慮各因素得到的優(yōu)化工藝參數(shù)為料液比1∶40，提取溫度60 ℃，提取時(shí)間80 min，提取2次，超聲功率100 W。在該條件下紫山藥多糖的提取率是8.76%，與常規(guī)水提法相比，超聲法安全、簡(jiǎn)單易行、效率高，有利于提高紫山藥粗多糖得率。因此，超聲波輔助提取方法在紫山藥多糖生產(chǎn)上具有一定的應(yīng)用價(jià)值，是一種提取紫山藥多糖的有效途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 明興加，李坤培，張明，等.紫色甘薯的生理活性及開發(fā)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].食品研究與開發(fā)，2007，28（7）：144-147.

[2] 吳笳笛.多糖的作用及其研究進(jìn)展[J].沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，26（2）：221-223.

[3] 陳濤.植物多糖的提取方法概述[J].科技風(fēng)，2010（8）：246.

[4] 易陽(yáng)，張名位，廖森泰，等.龍眼多糖超聲波-酶解輔助提取工藝優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41（5）：131-136.

[5] 李粉玲，蔡漢權(quán)，陳桐濱，等.超聲波輔助提取木棉花多糖[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，51（6）：1214-1217.

[6] 陳少青，蔣旭鋼，汪財(cái)生，等.紫山藥多糖超聲波輔助提取工藝優(yōu)化及抗氧化性能研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，30（5）：231-234.

[7] 姚惠伶，蔣林彬.超聲波提取紫薯多糖的工藝優(yōu)化[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（14）：8357-8358，8361.

[8] 姜瓊，謝妤.苯酚-硫酸法測(cè)定多糖方法的改進(jìn)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（12）：316-318.

[9] 劉杭達(dá)，馬千蘇，王傑，等.紫山藥粗多糖提取工藝的優(yōu)化及其抗氧化性的研究[J].食品工業(yè)科技，2015，36（23）：208-213.

[10] 薛芳，顏瑞，王承明.超聲輔助堿提取花生多糖的研究[J].食品科學(xué)，2008，29（8）：158-163.

[11] 李宏睿，范琳琳，徐明生，等.苦瓜多糖超聲波輔助提取工藝優(yōu)化[J].食品與機(jī)械，2010，26（2）：107-109.

[12] 董紅敏，李素清，牛小勇，等.正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化川明參多糖超聲提取工藝[J].食品工業(yè)科技，2014，35（8）：306-309.