超聲輔助常溫水浴提取長山藥多糖的工藝研究

李玉娥，馬 玲，陳振家

（山西農業大學 食品科學與工程學院，山西 晉中030801）

山藥是塊莖植物，我國常見的有5個品種，即鐵棍山藥、太谷山藥、山薯、褐苞薯、參薯。山藥的活性成分黏液質里蛋白質占47.6%[1]，多糖占52.4%[2]，其中黏多糖占0.06%～1.09%[3-4]。據資料記載，山藥中的多糖具有抗腫瘤[5]、調節免疫[6-7]、抗糖尿病[8]、抗突變[9]等活性。有關山藥多糖的提取報道較多，王曉敏等人[10]報道料液比1∶10，超聲功率800 W下溫度60℃，水浴浸提30 min為最佳的淮山藥多糖提取工藝，同濃度下此多糖的抗氧化活性高于維C。王珺等人[11]報道微波輔助酶法提取懷山藥多糖最佳條件為料水比1∶5.5，微波功率825 W，85℃下處理4 h。高行恩等人[12]對水提法、超聲法、微波法和酶法提取山藥多糖的抗氧化活性進行了比較，發現酶法提取多糖的得率和抗氧化活性都較高。劉杭達等人[13]發現，在料液比1∶15，溫度55℃下提取2 h得到的紫山藥粗多糖含量較高。王彥平等人[14]報道在加酶量1.5%，料液比1∶10，200 W超聲功率下提取25 min得到的紫山藥多糖含量較高。楊帆等人[15]確定山藥多糖的最優工藝參數為在分析純酒精體積分數60%，溫度49℃，超聲功率803 W下提取61 min。研究人員發現，麻山藥多糖對DPPH·清除率顯高，鐵棍山藥對·OH清除率顯高，而鐵棍山藥對O2-·清除率顯高。

已報道的山藥多糖提取大多采用熱水浸提，在高溫下會破壞多糖的結構，而有關常溫水浴浸提山藥多糖的報道較少，試驗采取常溫水浴結合超聲法進行山藥多糖的提取，對其提取工藝進行優化，同時對得到多糖樣進行初步分離、純化，并對各純化組分進行基本成分的分析，為豐富山藥多糖的提取及活性提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

長山藥，產于山西省晉中市太谷區；分析純酒精、1-丁醇、三氯甲烷、硫酸、苯酚、葡萄糖，所有試劑均為分析純，國藥集團提供。

1.2 儀器

DHG-9245型電熱鼓風干燥箱，新苗醫療器械制造（上海）產品；SHZ-B型恒溫水浴振蕩器，躍進醫療器械廠（上海）產品；SY-2000型真空旋轉蒸發儀，上海亞榮生化儀器廠產品；分光光度計，上海美普達儀器有限公司產品；JA5003N型電子分析天平，上海精密科學儀器有限公司產品；LXG64-01型離心機，河北吳橋電機廠產品；MP220 pH計，梅特勒-托利多儀器有限公司產品；真空冷凍干燥機。

1.3 試驗方法

1.3.1 多糖提取

山藥→脫脂→干燥→山藥粉→加水（料水比為1∶25（g∶mL））→超聲浸提→過濾→減壓濃縮→離心（以轉速3 000 r/min離心10 min）→上清液中加入3倍體積分析純酒精→輕輕攪拌→靜置過夜（溫度4℃）→離心（以轉速4 000 r/min離心10 min）→收集沉淀→溶于水中→除蛋白（Savage法）→3 500 Da透析→真空冷凍干燥→提取粗多糖。

1.3.2 分離、純化

將粗多糖在DEAE-cellulose纖維柱上進行分離、純化，分別以濃度0.1，0.5，1.0 mol/L氯化鈉溶液進行洗脫，收集得到3個主要的組分，將分離得到的3個組分在Sephadex G-100用超純水進行洗脫以進一步純化。

1.3.3 單因素試驗

在一些因素不變的情況下，分別將料水比、超聲功率、超聲時間對山藥粗多糖提取率的影響進行研究，然后在此基礎上做正交試驗，優化提取工藝參數。

1.3.4 正交試驗

在單因素確定最優水平范圍基礎上采用L9（34）進行正交試驗。

正交因素與水平設計見表1。

表1 正交因素與水平設計

1.3.5 指標測定

多糖含量的測定采用硫酸苯酚法，蛋白質含量的測定采用考馬斯亮藍法，糖醛酸的測定采用咔唑比色法，硫酸基的測定采用明膠—氯化鋇法。

2 結果與分析

2.1 不同料液比對多糖得率的影響

不同料液比對多糖得率的影響見圖1。

圖1 不同料液比對多糖得率的影響

由圖1可知，隨著料液比的提高，多糖得率也提高，當料液比達到1∶25時達到最大值，而料液比為1∶30得率最少。適度的料液比對于提取多糖至關重要，當加入溶劑不足時，由于料液濃度大，黏度就大，分離困難，很難保證將多糖溶出；相反，加入溶劑較多，料液比相差較大，傳質推動力增加，一些雜質也隨糖被推出。在醇沉試驗時，少部分多糖會殘留在醇液中，同時當提取劑量大時會影響超聲的空化作用和機械振動原因，得率也會下降[16]。因此，選擇1∶25為提取山藥多糖的最佳料液比。

2.2 不同超聲功率對多糖得率的影響

不同超聲功率對多糖得率的影響見圖2。

圖2 不同超聲功率對多糖得率的影響

由圖2可知，在超聲功率100～250 W，山藥多糖得率隨著超聲功率的不斷增加而不斷上升，這與超聲的空化效應隨超聲功率的增加有關，空化作用會破壞細胞的結構，促進細胞內多糖的溶出。當超聲功率為250 W時，得率最高，此后再增加功率得率反而下降，可能由于功率達到一定程度后盡管增加了提取液和原料的有效接觸，但超聲作用于物料的時間相對減少，因而原料細胞壁被破壞的程度不夠，胞內多糖溶出減少[17]，同時，較大功率下的超聲波剪切作用較強，會導致部分多糖的化學鍵斷裂，進而影響多糖得率[17]。因此，最佳超聲功率選取250 W。

2.3 不同超聲時間對多糖得率的影響

不同超聲時間對多糖得率的影響見圖3。

由圖3可知，隨著超聲時間的延長，多糖的得率不斷增加，超聲時間達到50 min時，山藥多糖得率比較平穩；可能在低于50 min時，超聲對細胞壁的破壞較小，多糖得率便低；而當超聲時間達到50 min時對山藥細胞壁破壞嚴重，多糖得率較高。綜合分析得率和效率，最佳超聲時間為50 min。

圖3 不同超聲時間對多糖得率的影響

2.4 正交試驗

正交試驗結果見表2。

表2 正交試驗結果

由表2分析可知，比較3個因素的極差R值，RA>RB>RC>R空，可知影響山藥多糖提取得率影響的主要因素為料水比，其次為超聲功率、超聲時間，而空列的極差值最小，說明試驗控制較好。通過理論分析可知各因素的最佳水平組合為A3B3C3，而9個試驗中得率最高的一組為第7組，即A3B1C3，二者不一致，經過對比試驗發現A3B3C3好于A3B1C3，因而最終確定超聲輔助冷水提取山藥多糖的最優工藝條件為料液比1∶30，在超聲功率300 W下提取60 min。

2.5 分離純化多糖組分的組成

山藥多糖純化組分組成見表3。

表3 山藥多糖純化組分組成/%

分離純化后得到的3個山藥多糖的組分其基本的組成如表3所示，多糖Ⅰ和多糖Ⅱ呈微黃色海綿狀，易溶于水，溶液呈淺黃色，而多糖Ⅲ為白色疏松絮狀，易溶于水，溶液透明無色。3個組分中的多糖含量都較高，組分Ⅱ的多糖含量測得值為83.38%，3個組分中都會有部分蛋白質，可能在前體除蛋白不夠徹底，也可能3個組分中都含有部分糖蛋白。多糖中的糖醛酸具有免疫調節和抗病毒等作用，而硫酸基含量與多糖生物活性與功能密切相關，因而一般對多糖中的糖醛酸和硫酸基含量進行分析，3個組分中都含有的糖醛酸和硫酸基，多糖Ⅱ中的糖醛酸含量較高，而多糖Ⅰ中的硫酸基含量較高。

3 結論

采用常溫水浴結合超聲提取山藥多糖，采用正交試驗獲得最優工藝條件為料液比1∶30，于超聲功率300 W下提取60 min，在此條件下得到的多糖得率較高，可以達到5.14%。對粗多糖實施分離純化，結果分3個組分，其中組分Ⅱ的糖醛酸和多糖含量成分高，而組分Ⅰ的硫酸基成分高。