紫甘薯非淀粉多糖提取工艺研究

代小梅

（江苏食品药品职业技术学院 江苏省食品加工工程技术研究开发中心，江苏 淮安 223003）

紫甘薯非淀粉多糖提取工艺研究

代小梅

（江苏食品药品职业技术学院 江苏省食品加工工程技术研究开发中心，江苏 淮安 223003）

以宁紫1号紫甘薯为原料，以提取时间、提取温度和料液比三个因素进行中心组合设计，利用响应面法及Design Expert软件，对紫甘薯非淀粉多糖提取得率的二次多项数学模型解逆矩阵分析得出最佳工艺条件，即提取温度68℃、提取时间4 h、料液比1∶30，此时非淀粉多糖得率最大（11.67%±0.03%），与预测值（11.65%）一致。

紫甘薯；非淀粉多糖；提取；优化

甘薯块根中含有抑制胆固醇及抗肿瘤的物质，极具开发价值［1］。紫甘薯富含多种功能性成分，其中多糖具有调节并增强免疫力、抗氧化、抗肿瘤、抗突变、降血脂、抗衰老等作用［2］。近年来，国内外对紫甘薯营养方面的研究较多［3－5］，对其中非淀粉多糖的提取工艺优化研究较少。本研究在单因素实验的基础上，选取提取时间、提取温度和料液比三个因素进行中心组合设计，利用响应面法优化试验得出紫甘薯非淀粉多糖的最佳提取工艺参数。

1 材料与方法

1.1 供试材料

紫甘薯：宁紫1号，由江苏省农科院提供。选用新鲜、无病虫害、无腐烂的紫甘薯，自来水洗净、晾干后切成薄片，在50℃热风干燥条件下干制（干制品水分含量小于12%）。摊晾至室温，粉碎以后过60目筛，然后于4℃下贮藏待用。

1.2 实验设计

1.2.1 单因素实验

考察提取温度（40、50、60、70、80、90℃）、提取时间（1、2、3、4、5 h）以及料液比（1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60）的变化对非淀粉多糖得率的影响。料液比是指紫甘薯粉质量（g）与蒸馏水体积（mL）之比。

1.2.2 响应面优化试验

在单因素实验的基础上，确定Box-Behnken试验的因素与水平（见表1）。以非淀粉多糖得率为响应指标，通过Design Expert7.0软件对实验数据进行回归分析，建立各因素与非淀粉多糖得率之间的回归方程，从而预测提取非淀粉多糖得率的最佳条件。

表1 Box-Behnken设计的因素与水平表

1.2.3 提取次数实验

在响应面试验的最优提取条件下，分次浸提紫甘薯，提取1～4次，依次收集提取液，确定提取次数对提取产率的影响。

1.3 非淀粉多糖得率测定方法

在紫甘薯多糖提取液中加入50 IU/gα-淀粉酶，于95℃酶解15 min后冷却至60℃，再按100 IU/g的添加量添加糖化酶，于60℃保温1 h后冷却、定容并离心（6000 g，5 min）。上清液加入4倍体积的无水乙醇，于4℃静置过夜后离心（2000 g，15 min），得到的沉淀用80%乙醇洗涤，重复3次。待挥干试剂后，沉淀用蒸馏水（50±1）℃溶解、定容，得多糖溶液。采用苯酚-硫酸法测定多糖含

量［6］，以葡萄糖为标准（用0.9的系数校正）。

非淀粉多糖得率（%）＝多糖重量（g）/样品重量（g）×100%

1.4 数据统计与分析

实验均重复3次，结果以mean±SD表示。数据处理及统计分析采用Design Expert7.0版本。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 时间对提取得率的影响

如表2所示：随着提取时间的延长，紫甘薯非淀粉多糖提取得率不断增加；超过3 h后，随着时间的延长，非淀粉多糖提取得率无显著性变化。这可能是因为，紫甘薯细胞结构受热发生变化，非淀粉多糖分子获得热水传递的热量后热运动加速，其由物料内部向提取溶剂界面的扩散速率得以提高［7］，3 h以后，达到动态平衡。因此，提取时间以3 h为宜。

表2 提取时间对紫甘薯非淀粉多糖提取得率的影响（60℃，1∶20）

2.1.2 温度对提取得率的影响

如表3所示，随着提取温度的升高，非淀粉多糖得率呈现先上升后下降的趋势。当提取温度低于70℃时，随着提取温度的升高，非淀粉多糖得率增加；当温度高于70℃时，多糖得率下降。这可能是由于随着提取温度的升高，部分多糖发生水解［8］。综合考虑多糖得率和节能因素，故选择70℃为单因素最佳提取温度。

表3 提取温度对紫甘薯非淀粉多糖得率的影响（3 h，1∶30）

2.1.3 料液比对提取得率的影响

如表4所示：当料液比高于1∶30时，紫甘薯非淀粉多糖得率随料液比呈现上升趋势；当料液比低于1∶30后，随着料液比的增大，非淀粉多糖得率无显著性变化。因此，料液比以1∶30为宜。

表4 料液比对紫甘薯非淀粉多糖得率的影响（70℃，3 h）

2.2 响应面试验

表5为响应面设计方案与试验结果，利用Design Expert7.0软件对试验结果进行二次多元回归拟合，得到紫甘薯非淀粉多糖得率对自变量X1、X2和X3的二次多项回归方程：

Y＝11.09－0.11X1＋0.26X2＋0.42X3－0.121X1X2＋0.12X1X3－0.10X2X3－0.33X12＋0.067X2－0.065X223

式中，Y为非淀粉多糖得率的预测值，X1、X2和X3分别代表温度、时间和料液比。

方差分析表明，热水提取紫甘薯非淀粉多糖预测模型的F值为44.90，P＜0.0001，且模型的决定系数（R2）为0.9830，说明该模型可靠性极高，拟合程度良好（见表6）。

在模型中，提取温度（X1）、提取时间（X2）和料液比（X3）三个因素的一次项对紫甘薯非淀粉多糖提取得率的影响都达到极显著水平（P＜0.01）。二次项中，只有X12对非淀粉多糖得率的影响极显著（P＜0.0001），其他的X22和X3

2对非淀粉多糖得率影响不显著（P＞0.05）。另外，三个因素之间的两两交互作用对非淀粉多糖得率都有显著影响（P＜0.05）。

表5 响应面设计方案及试验结果

表6 回归模型方程方差分析

2.3 紫甘薯非淀粉多糖得率响应面优化

图1为温度与时间交互作用对紫甘薯非淀粉多糖得率的影响。多糖得率随时间延长和温度升高而提高。如图2所示，提取温度和料液比对紫甘薯非淀粉多糖提取得率的交互作用有显著影响。在70℃时，紫甘薯非淀粉多糖得率随着料液比的增加而显著提高。适当加大料液比，能提高非淀粉多糖提取得率。

由图3可见，随着时间和料液比的增加，非淀粉多糖得率均呈现上升的趋势。在本实验水平范围内，适当延长提取时间、降低料液比能提高紫甘薯非淀粉多糖的得率。

根据响应面试验结果，得出最佳提取条件：温度68℃、时间4 h、料液比1∶30。在此条件下，紫甘薯非淀粉多糖得率为（11.67±0.03）%，与预测值（11.65%）一致，表明此次用响应面法优化得到的回归模型方程是可靠有效的。

图1 温度和时间交互作用对非淀粉多糖得率的影响（料液比1∶30）

图2 温度和料液比交互作用对非淀粉多糖得率的影响（时间3 h）

图3 时间和料液比交互作用对非淀粉多糖得率的影响（温度70℃）

2.4 验证性实验

为了对该模型和实验结果的可靠性进行验证，对模型方程进行解逆矩阵，通过模型方程得出紫甘薯非淀粉多糖提取得率在提取温度68℃、提取时间4 h、料液比1∶30的最佳工艺条件下，最大值为11.67%。验证性实验表明，在此条件下的提取产量比单因素组合的最佳提取条件下的产量高出5.61%。

表7 验证实验结果

2.5 提取次数对提取产率的影响

从表8可知，提取次数越多，紫甘薯非淀粉多糖的产率越高。以4次提取率为100%计算，则1次、2次和3次的提取率分别为60.51%、84.14%和95.65%，这表明多次提取有利于提取产率的增加。提取次数越多，能耗越大，同时在多糖的纯化和浓缩时会造成部分多糖的分解而降低成品产率。由于2次提取率接近85%，综合考虑生产成本的因素，故提取次数以2次为宜。

表8 提取次数对紫甘薯非淀粉多糖提取产率的影响

3 结论

本研究用响应面分析法建立的紫甘薯非淀粉多糖提取产量的二次多项数学模型具有统计学意义（P＝0.001，R＝0.980）。在提取温度68℃、提取时间4 h、料液比1∶30的最佳工艺条件下，其最大非淀粉多糖得率为11.67%。以4次提取率为100%计算，2次提取产率能到84.14%，提取次数以2次为宜。

［1］杨朝霞，王亦军，高磊.紫甘薯花色苷色素研究进展［J］.青岛大学学报：工程技术版，2004，19（2）：32－36.

［2］张惟杰.糖复合物生化研究技术［M］.杭州：浙江大学出版社，1994：16－17.

［3］Kano M，Takayanagi T，Harada K，et al.Antioxidative Activity of Anthocyanins from Purple Sweet Potato，Ipomoerabatatascultivar Ayamurasaki［J］.Biosci Biotechnol Biochem，2005，69（5）：979－988.

［4］刘主，刘国凌，朱必凤，等.甘薯多糖的抗肿瘤研究［J］.食品研究与开发，2006，27（8）：28－31.

［5］Zhao G H，Kan JQ，Li ZX.etal.Characterization and Immunostimulatory Activity of an（1Y6）-a-D-glucan from the Root of Ipomoea Batatas［J］.International Immunopharmacology，2005，5（9）：1436－1445.

［6］Liang R J.Orthogonal Test Design for Optimization of the Extraction of Polysaccharides from Phascolosoma Esulenta and Evaluation of its Immunity Activity［J］.Carbohydrate Polymers，2008，73（4）：558－563.

［7］Tong H B，Liang Z Y，Wang G Y.Structural Characterization and Hypoglycemic Activity of a Polysaccharide Isolated from the Fruitof Physalis Alkekengi L［J］.Carbohydrate Polymers，2008，71（2）：316－323.

［8］高秋萍，阮红.紫心甘薯多糖提取工艺研究［J］.食品科学，2009，30（20）：113－117.

［责任编辑：王东霞］

Study on Extraction Process of Optim ization of Extraction Technique of NSP from Purple Sweet Potato

DAIXiao-mei
（Research Center for Food Processing Engineering Technology，Jiangsu Food and Pharmaceutical Science College，Huai'an 223003，Jiangsu，China）

With Ningzi No.1 purple sweet potato as the raw material，using response surfacemethod and the software of Design Expert，the effects of different temperature，time and the ratio formaterial and liquid on the extraction yield of NSP from purple sweet potatowere investigated and the optimal conditionswere obtained by the inverse matrix of quadratic polynomialmathematicalmodel of NSP from purple sweet potato's extraction yield as following：extraction temperature of 68℃，extraction time of 4 hours and the ratio formaterial and liquid 1∶30.Under this condition，the NSP yield was（11.67±0.03）%，which was in agreementwith the prediction（11.65%）.

purple sweet potato；non-starch polysaccharides；extraction；optimization

TQ914.1

A

1006－8481（2014）04－0020－05

2014－05－24

淮安市科技支撑计划（农业）项目（SN13055）

代小梅（1987—），女，江苏食品药品职业技术学院讲师。