紫山药多糖超声提取工艺研究

徐斗霞 李国霜 陈征 徐皓

摘要 [目的]优化紫山药（Dioscorea alata L.）多糖的提取工艺。[方法]在单因素试验的基础上，根据 Box-Behnken试验设计的原理，选取提取温度、提取时间和料液比3因素3水平进行中心组合试验，优化紫山药多糖提取条件。[结果]紫山药多糖提取最佳工艺条件为提取温度60 ℃、提取间80 min、料液比1∶40（g∶mL），在此条件下，紫山药多糖的得率为8.76%。[结论]研究可为紫山药资源开发利用提供科学依据。

关键词 紫山药；多糖；超声波；提取工艺

中图分类号 S632.1 文献标识码 A 文章编号 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

紫山药（Dioscorea alata L.）又名紫参薯、大薯、红切薯等，是薯蓣科（Dioscoteaceae）薯蓣属（Dioscrea）多年生草本蔓生植物。紫山药广泛分布于我国广东、海南、广西、湖南、湖北、福建、四川、云南、贵州、江西等地，亚洲其他热带地区也有分布，栽培或野生在山腰、山脚和溪边的微酸性黄壤或红壤上。紫山药块根呈不规则的扁块形，肉质为紫红色，皮呈紫黑色，富含蛋白质、维生素、多糖、胆碱、薯蓣皂苷，营养价值极高，经常食用能够增强人体的抵抗力，并有着很高的药用价值[1]。

多糖作为一种生物活性物质，在很多方面有着重要作用，特别在医学方面应用更为广泛。

主要功能体现在多糖可以调节人体免疫细胞，增强免疫力，可抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、降血糖、抗凝血、抗血栓[2]。

超声波辅助提取可以提高多糖提取率，缩短提取时间、节能、节省溶剂、污染小而且有利于提取热不稳定物质，可避免长时间高温对有效成分的破坏[3-5]。通过超声波辅助对紫山药多糖进行提取工艺研究，可为紫山药资源开发利用提供科学依据，具有一定的理论意义和实用价值。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料。供试紫山药购于浙江省温州市，挑选当年采收、新鲜无腐烂、自然晾干的块状根茎，洗净去皮，切成约3 mm的薄片，于45 ℃鼓风干燥箱內烘干，万能粉碎机粉碎，过80目筛后保存于二氧化硅干燥器内，于4 ℃储存备用。

1.1.2 主要试剂。

葡糖糖、蒸馏水、60%乙醇、95%乙醇、无水乙醇、氯仿、正丁醇、苯酚、浓硫酸等试剂，均为分析纯。

1.1.3 主要仪器。烘箱（DHJ-9146A），上海精宏试验设备有限公司；粉碎机（FX-001），新元仪器有限公司；电子天平（TP-214），丹佛仪器北京有限公司；水浴锅（XMTD-7000），上海科恒实业发展有限公司；超声设备（SB-100DT），宁波新芝生物科技股份有限公司；天平（马头牌JYT-5架盘药物天平），上海医用激光仪器厂；台式低速离心机（L550型），长沙湘仪离心机仪器有限公司；旋转蒸发仪（RV10DS25）；真空泵（SENCO SHD-3）；冰箱（BCD-560WD11HY）， 海信容声冰箱有限公司；电热恒温鼓风干燥箱（DHJ-9146A），上海精宏试验设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 紫山药多糖的提取。

紫山药粉末→按比例加入蒸馏水浸提→超声波辅助提取→4 000 r/min离心10 min→沉淀再浸提→合并上清液→真空减压浓缩→去蛋白→60%乙醇沉淀（4 ℃过夜处理）→复溶后95%乙醇洗涤3次→无水乙醇洗涤沉淀多糖→低温减压干燥→紫山药粗多糖。

1.2.2 单因素试验。

精确称取脱脂脱色后的紫山药粉末10 g，按以下单因素试验条件进行多糖提取，根据粗多糖的得率确定最佳提取条件。

1.2.2.1 料液比。

提取时间为80 min，提取温度为60 ℃条件下，设计料液比分别为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40和1∶50（g∶mL），在超声波功率为100 W的条件下提取，研究不同料液比对多糖提取率的影响[6]。

1.2.2.2 提取温度。

料液比为1∶20，提取时间为40 min条件下，设计提取温度为30、40、50、60和70 ℃，在超声波功率为100 W的条件下提取，研究不同提取温度对多糖提取率的影响。

1.2.2.3 提取时间。

料液比为1∶40，提取温度为50 ℃条件下，设计提取时间为20、40、60、80和100 min，在超声波功率为100 W的条件下提取，研究不同提取时间对多糖提取率的影响。

1.2.3 正交试验设计。

根据单因素试验结果，以多糖提取率为考察指标，选取料液比、提取温度、提取时间作为考察因素，各取3个水平，进行正交试验，以确定多糖提取的最优工艺条件[7]。

1.2.4 紫山药多糖含量的测定。采用苯酚-硫酸法测定多糖含量[8]。称取50 mg紫山药粗多糖粉末，定容至50 mL容量瓶中，充分溶解。按2∶1∶5的比例分别加入紫山药粗多糖溶液2.0 mL，5%苯酚1.0 mL，浓硫酸5.0 mL。放置常温后沸水浴15 min，蒸馏水充分溶解。吸取0.2 mL 的样品液，以蒸馏水补至2.0 mL，然后加入5%苯酚1.0 mL，浓硫酸5.0 mL，摇匀冷却至室温放置20 min 以后测定波长490 nm 处的吸光度。

1.2.5 线性关系考察。

精确称取0.5 g葡萄糖标准品，用水溶解，定容至500 mL的容量瓶中，量取5.0 mL葡萄糖标准液移入50.0 mL容量瓶中，加水定容。精确吸取稀释后的葡萄糖溶液2、4、6、8、10于10 mL大试管中，设置一组对照组，所有溶液加水至10 mL。按照2∶1∶5的比例分别加入葡萄糖、5%的苯酚和浓硫酸，静置至常温然后在水浴锅中沸水浴15 min，取出冷却至常温，在波长490 nm处测定其吸光度。以葡萄糖的浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线，并计算回归方程[9-11]。

多糖得率=样品多糖含量（C值）×稀释倍数/样品干重×100%

C=（A-0.175 2）/9.42

2 结果与分析

2.1 线性关系考察 按“1.2.3”进行操作，结果葡萄糖标准液浓度（X）与吸光度（Y）的回归方程为：Y=0.678X+0.083 6，R2=0.999 7，表明在0.2～1.0 mg/mL范围内线性关系良好（图1）。

2.2 单因素试验结果

2.2.1 料液比對多糖得率的影响。

由图2可知，当料液比为1∶40时，紫山药多糖得率最高，之后多糖得率随料液比中溶剂用量的增加而减小，故选择料液比1∶20、1∶30、1∶40 3个水平进行正交试验[12]。

2.2.2 提取温度对多糖得率的影响。

由图3可知，随着温度升高，紫山药多糖得率增加，至60 ℃左右时达到最大，此后随着温度的提高，多糖得率反而下降。故选择40、50、60 ℃ 3个水平进行正交试验。

2.2.3 提取时间对多糖得率的影响。

由图4可知，延长提取时间，紫山药多糖得率逐渐增加，到80 min时多糖得率最高，此后随着时间的增加，多糖得率反而减小。故选择40、60、80 min 3个水平进行正交试验。

2.3 正交试验结果

选取料液比（A）、提取温度（B）、提取时间（C）3个因素作为考察因素进行正交试验设计，优化紫山药多糖的提取工艺条件，正交试验因素水平设计见表1，结果见表2。

由表2中R值可知，影响紫山药多糖提取率的大小因素依次为料液比、提取温度、提取时间。方差分析结果显示，料液比、浸提温度对提取率的影响极为显著。由k值大小可知，优化的工艺组合为A3B3C3，此结果与单因素试验筛选出的最佳条件组合一致，而正交试验直观分析提取率最高组合为A3B3C2，综合考虑，选取最优工艺组合A3B3C3，即料液比1∶40、提取温度60 ℃、提取时间80 min，此条件下紫山药多糖的提取率为8.76%。

3 结论

该试验通过单因素试验和正交试验，采用超声法提取紫山药多糖，并进行工艺优化。试验结果表明，影响超声提取紫山药多糖提取率的3个因素中料液比、提取温度对提取率的影响极为显著，其大小顺序依次为料液比、提取温度、提取时间。综合考虑各因素得到的优化工艺参数为料液比1∶40，提取温度60 ℃，提取时间80 min，提取2次，超声功率100 W。在该条件下紫山药多糖的提取率是8.76%，与常规水提法相比，超声法安全、简单易行、效率高，有利于提高紫山药粗多糖得率。因此，超声波辅助提取方法在紫山药多糖生产上具有一定的应用价值，是一种提取紫山药多糖的有效途径。

参考文献

[1] 明兴加，李坤培，张明，等.紫色甘薯的生理活性及开发应用研究进展[J].食品研究与开发，2007，28（7）：144-147.

[2] 吴笳笛.多糖的作用及其研究进展[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2008，26（2）：221-223.

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

[4] 易阳，张名位，廖森泰，等.龙眼多糖超声波-酶解辅助提取工艺优化[J].农业机械学报，2010，41（5）：131-136.

[5] 李粉玲，蔡汉权，陈桐滨，等.超声波辅助提取木棉花多糖[J].湖北农业科学，2012，51（6）：1214-1217.

[6] 陈少青，蒋旭钢，汪财生，等.紫山药多糖超声波辅助提取工艺优化及抗氧化性能研究[J].江苏农业科学，2009，30（5）：231-234.

[7] 姚惠伶，蒋林彬.超声波提取紫薯多糖的工艺优化[J].安徽农业科学，2011，39（14）：8357-8358，8361.

[8] 姜琼，谢妤.苯酚-硫酸法测定多糖方法的改进[J].江苏农业科学，2013，41（12）：316-318.

[9] 刘杭达，马千苏，王傑，等.紫山药粗多糖提取工艺的优化及其抗氧化性的研究[J].食品工业科技，2015，36（23）：208-213.

[10] 薛芳，颜瑞，王承明.超声辅助碱提取花生多糖的研究[J].食品科学，2008，29（8）：158-163.

[11] 李宏睿，范琳琳，徐明生，等.苦瓜多糖超声波辅助提取工艺优化[J].食品与机械，2010，26（2）：107-109.

[12] 董红敏，李素清，牛小勇，等.正交实验优化川明参多糖超声提取工艺[J].食品工业科技，2014，35（8）：306-309.