正交设计法优选紫山药多糖的提取工艺

王涛 朱晓伟 邵果园 陆国权 王安国

摘要[目的]优选紫山药多糖的提取工艺。[方法]以紫山药为试材，在单因素试验的基础上采用正交设计法，从优化料液比、提取温度、提取时间和乙醇体积分数4个工艺参数对紫山药中的粗多糖提取工艺进行研究。[结果]极差分析表明，对多糖得率影响的主次因素依次为：提取时间、提取温度、乙醇浓度、料液比，最佳工艺为提取时间3.5 h，温度85 ℃，乙醇浓度85%，液料比60 ml/g，按此条件提取多糖得率为5.39%。[结论] 研究可为山药多糖水提醇沉工艺参数的优化选择提供一定的参考。

关键词紫山药；多糖；提取工艺；正交设计法

中图分类号S509.9文献标识碼A文章编号0517-6611（2015）34-062-03

山药是薯蓣科薯蓣属草本蔓生性植物。紫山药是山药的一个独特品种类型，富含8种酚类黄酮物质的“花青素”[1]，且比一般的山药含有更多的维生素和微量元素[2]（26-27），有滋肺益肾、健脾止泻、降压利肝等作用[2]（26-27）。紫山药栽培适应性强，用途广泛，既可以作佳肴，又可以作保健药材，是集味美和保健为一体的绿色蔬菜。

紫山药具有增强免疫、抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、降血糖等多种生物活性，其主要功效成分是山药多糖[3]。目前，国内外山药多糖的提取技术包括浸提法、超声辅助提取、微波辅助提取、酶法提取[4-5]。笔者采用浸提法提取山药多糖，进一步采取正交试验法对提取过程中料液比、提取温度、提取时间和乙醇体积分数4个因素进行优化研究，以期为山药多糖水提醇沉工艺参数的优化选择提供一定的参考。

1材料与方法

1.1材料挑选当年采收、新鲜无腐烂的紫山药，洗净，去皮，切成2～3 mm的薄片，50 ℃热风干燥，万能粉碎机粉碎后密封于干燥的玻璃瓶中保存备用。

1.2方法

1.2.1标准曲线的制备。分别量取0.1 mg/ml的葡萄糖溶液0. 1 、0.2 、0. 3 、0. 4 、0. 5 、0. 6 、0. 7 、0. 8 ml置于10 ml具塞试管中，依次添加水使终体积为1. 0 ml，空白对照为水1. 0 ml，各加5%苯酚溶液1. 0 ml，振摇，混匀，加5. 0 ml硫酸，迅速振摇混匀，于室温下放置30 min，参照分光光度法（中国药典2005年版一部附录VB）于490 nm波长处分别测定吸收度。以葡萄糖浓度C（mg/ml）为横坐标，吸光度A为纵坐标绘制标准曲线（图1），得回归方程A=10.11C+0.012（R2=0.998 5）。

图1标准曲线

1.2.2紫山药粗多糖提取的工艺流程。紫山药→粉碎→脱脂→80%乙醇回流→水提取→减压浓缩→乙醇沉淀→冷冻干燥→山药粗多糖。

将干燥的山药粉碎为40目大小，称取10 g粉末置脂肪抽提装置中，加入石油醚（60～90 ℃） 250 ml，90 ℃回流脱脂；原料挥发干溶剂后，加入70%乙醇90 ℃回流提取1次，以除去单糖、多酚、低聚糖和苷类等小分子物质；原料挥发干乙醇后，根据试验要求，按照不同的浸提温度、浸提时间、乙醇体积分数、料液比进行提取，将提取液过滤。按同样条件重复提取1次，合并提取液，用旋转蒸发器真空浓缩，加95%的乙醇（使乙醇浓度达70%以上）析出多糖，用无水乙醇、无水乙醚、无水丙酮洗涤多次，真空干燥即得山药粗多糖。此方法提取的山药多糖含有大量的蛋白质，为此采用Sevage法去除蛋白[6]，得到较纯的山药水溶性粗多糖。

1.2.3多糖含量的测定。准确称取一定量的粗多糖，置于容量瓶中，加蒸馏水溶解并稀释至刻度，在490 nm波长处测其吸光度 ，代入标准曲线A=10.11C+0.012计算出多糖含量。

多糖得率=多糖含量（g）/紫山药粉末质量（g）×100%

2结果与分析

2.1山药粗多糖提取工艺的确定

2.1.1液料比对粗多糖得率的影响。选择不同的料液比（20、40、60、80 ml/g），在95 ℃下提取2.5 h，用85%乙醇进行醇析，其他操作同“1.2.2”，结果见图2。从图2可以看出，液料比对多糖的提取效果有较大的影响，多糖得率和含量随着液料比的增加而增大，当液料比超过60 ml/g时，多糖得率增加不明显，而多糖含量略有下降，主要因为液料比增大会增加其他成分的溶出。

图2不同液料比的粗多糖得率比较

2.1.2提取时间对粗多糖得率的影响。选取不同的提取时间（1.5、2.5、3.5、4.5 h），在液料比60 ml/g，温度95 ℃，用85%乙醇进行醇析，其他操作同“1.2.2”，测定多糖提取得率和含量，结果见图3。从图3可以看出，提取时间对多糖的提取效果有较大的影响，多糖得率在先前阶段随着浸提时间的延长而增加，但3.5 h后多糖得率随时间延长变化不明显。为了提高多糖得率，浸提时间初步确定在3.5 h左右。

图3不同提取时间的多糖得率比较

2.1.3提取温度对粗多糖得率的影响。选取不同的温度（65、75、85、95 ℃），在液料比60 ml/g，提取2.5 h，用85%乙醇进行醇析，其他操作同“1.2.2”，测定多糖提取得率和含量，结果见图4。从图4可以看出，温度对多糖的提取效果有较大的影响，当温度小于85 ℃时多糖得率和含量随温度的升高而增加，当温度超过85 ℃后，多糖的得率有所降低，多糖含量减少。主要是因为温度升高多糖稍有降解，淀粉溶出而糊化，造成分离困难使得多糖含量下降。初步确定多糖的浸提温度在85 ℃左右。

图4不同提取温度的多糖得率比较

2.1.4乙醇体积分数对粗多糖得率的影响。选取不同的乙醇体积分数醇沉（65%、75%、85%、95%），液料比60 ml/g，提取温度95 ℃，提取时间2.5 h，其他操作同“1.2.2”，测定多糖提取得率和含量，结果见图5。从图5可以看出，乙醇体积分数对多糖的提取效果有较大的影响。综合考虑选择85%乙醇体积分数较为合适。

图5不同乙醇体积分数的粗多糖得率比较

2.2山药粗多糖提取工艺的优化在单因素试验基础上，选取液料比、提取温度、时间和乙醇体积分数为考察因素，每个因素拟定3水平，正交试验因素水平见表1。

选用正交试验设计法，L9（34）正交表及试验结果见表2。

极差分析结果显示RB>RC>RD>RA，表明影响多糖得率的主次因素依次为：B（提取时间）、C（提取温度）、D（乙醇浓度）、A（液料比）。各因素各水平的均值比较得出，A因素的K2值最大，B因素的K2值最大，C因素的K2值最大，D因素的K2值最大，因此最优组合为B2C2D2A2，即最佳工艺为提取时间3.5 h，提取温度85 ℃，乙醇浓度85%，液料比60 ml/g，按此条件提取多糖得率为5.39%。

3结论与讨论

试验表明，在热水浸提紫山药可溶性多糖的过程中，提取时间是影响多糖提取的主要因素。紫山药多糖提取较优的工艺条件为：液料体积质量比60∶1 ml/g，提取时间为3.5 h，提取温度85 ℃，乙醇体积分数85%，在此条件下山药多糖的得率为5.39%。在多糖质量分数测定中，因多糖组成比较复杂，得到相应的多糖标准品比较困难，故往往采用葡萄糖代替对照品，来测定样品多糖质量分数[6-7]。

一些研究表明，多糖纯品与粗品的生物学活性存在一定的差异，粗品的活性甚至优于纯品。他们认为，粗品成分中的一些物质如糖肽、结合蛋白等可能具有较强的生物学活性，在纯化过程中，这些原本与多糖相结合的成分被除去后，多糖纯品的活性反而降低[8-10]。笔者进行该研究得出的山药粗多糖提取方法操作简单，成本较低，得率较高，易于进一步纯化，筛选的提取工艺可用于试验研究或大规模生产。

参考文献

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