甘薯淀粉废水营养成分的提取及其免疫活性研究

叶子+李滟临+王爱+陆锐+罗雨+肖沁原+唐玲

摘要 为从甘薯淀粉废水中提取甘薯提取物，并研究其免疫活性，以工厂生产的甘薯淀粉废水为原料，采用硫酸-蒽酮法检测糖含量，紫外分光光度法检测蛋白质含量，按《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》（GB 11914—89）测定COD，动物试验检测免疫活性，研究沉淀剂对甘薯营养成分提取率、废水水质的影响。结果表明，本工艺使淀粉浆（废水）体积减小2/3，其 COD由15 047 mg/L下降到2 850 mg/L，减少80%以上；废水中蛋白质的提取率为92.2%，蛋白质浓度由5.01 mg/mL减小到0.52 mg/mL；多糖的提取率为62.6%。动物试验表明提取物增加了小鼠的胸腺/体重、脾脏/体重、廓清指数K和吞噬指数α等，且呈剂量依赖关系，尤其是高剂量组（2.25 g/kg）使动物免疫活性极显著增加（P<0.01）。本工艺可以有效提取甘薯淀粉废水中的营养成分，甘薯提取物具有显著提高免疫活性的作用。

关键词 甘薯；淀粉；废水；营养成分；免疫活性

中图分类号 S531 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）22-0237-02

甘薯亦称番薯、红薯、白薯、红苕、山芋等。16世纪末甘薯从南洋被引入中国，现为我国第五大粮食作物，也是主要蔬菜之一，在中国各地得到广泛种植，总产量和种植面积均居世界首位。据《本草纲目》记载，甘薯性味甘平无毒，补虚乏、益气力、健脾胃、强肾阴， 使人长寿少病[1]。研究结果表明，甘薯功能成分丰富，具有增强免疫、抗癌、抗突变、降血脂、降血糖、抗氧化、延缓衰老等功能[2]。药用价值和保健价值很高[2]。

我国的甘薯加工主要用于提取甘薯淀粉，而甘薯淀粉加工最突出的问题有2个，一是除甘薯淀粉被利用外，甘薯蛋白和多糖等其他活性成分完全没有被利用，资源浪费严重；二是未被利用的甘薯活性成分随甘薯淀粉废水一起造成了更严重的环境污染。因此，针对甘薯淀粉生产废液的利用开展了大量研究，如先浓缩甘薯淀粉废水，再用乙醇沉淀获得糖蛋白粗品，再多次色谱纯化得到纯品[3]。该技术工艺复杂，成本高，难以在生产上应用。到目前为止，甘薯淀粉废水并未得到开发利用。

本研究针对甘薯淀粉废水污染严重、综合利用率低等问题，改进了甘薯淀粉废水提取工艺，联产分离甘薯提取物，并研究了提取物提高免疫活性的能力，以期为甘薯淀粉废水的开發利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料。供试甘薯品种为渝薯17，由西南大学重庆甘薯工程技术中心提供；甘薯淀粉废水取自重庆壁优特生物技术公司（重庆市忠县黄色镇）生产基地新加工的甘薯淀粉废水，速冻备用。

1.1.2 试验动物。洁净级裸鼠40只，雌、雄各20只，体重为（20±2）g，购自重庆市中药研究院实验动物研究中心。

1.2 试验方法

1.2.1 甘薯淀粉废水处理及提取物制备最佳条件筛选。将采用逆流浸提工艺生产的新鲜淀粉废水4 000 r/min离心5 min，收集上清液，弃沉淀，以研究废水处理及提取物制备的最佳条件。①筛选沉淀剂Ⅰ号最佳用量。取上清液100 mL，加入不同浓度的沉淀剂Ⅰ号，混匀后，90 ℃加热5 min，冷却后3 500 r/min离心5 min，分析上清液中多糖和蛋白质含量浓度。②筛选最佳加热温度。取上清液100 mL，加 0.2%沉淀剂I号，混匀后在不同温度下加热5 min，冷却后3 500 r/min离心5 min，分析上清液中多糖和蛋白质含量浓度。③筛选最佳加热时间。取上清液100 mL，加0.2%沉淀剂I号，混匀后在90 ℃下加热不同时间，冷却后3 500 r/min离心 5 min，分析上清液中多糖和蛋白质含量浓度。

1.2.2 甘薯淀粉废水处理及提取物制备。取上清液1 000 mL，加0.2%沉淀剂Ⅰ号，混匀后在90 ℃下加热5 min，冷却后在3 500 r/min离心5 min，分离上清液，并收集沉淀。沉淀真空冷冻干燥后，即为甘薯提取物，并计算收率。

1.2.3 多糖含量测定。以葡萄糖为标准品，按蒽酮-硫酸法测定[4]。

1.2.4 蛋白质含量测定。以牛血清白蛋白为标准品，利用紫外分光光度仪在280 nm处检测吸光度[5]。

1.2.5 废水COD分析。采用《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》（GB 11914—89）测定。

1.2.6 免疫活性试验。健康昆明种小白鼠，雌雄各20只，分为4组，每组各10只，喂养10 d，用口服方式给予甘薯提取物，然后检测胸腺/体重、脾脏/体重、廓清指数和吞噬指数，按于守洋、马学青等[6-7]方法测定。

2 结果与分析

2.1 不同浓度沉淀剂Ⅰ号对沉淀效果的影响

研究90 ℃下加热5 min时，沉淀剂用量对上清液中蛋白质和多糖含量的影响。如表1所示，随着沉淀剂用量的增加，上清液中蛋白质和多糖的含量逐渐下降；当沉淀剂的浓度达到0.2% 时，上清液中蛋白质和多糖的含量不再下降。因此，选择沉淀剂Ⅰ号的用量为0.2%。

2.2 加热温度对沉淀效果的影响

研究沉淀剂用量为0.2%，加热5 min时，温度对上清液中蛋白质和多糖沉淀的影响。结果如表2所示，随着加热温度的增加，溶液中蛋白质和多糖的含量逐渐下降；当加热温度超过90℃以后，两者的含量变化不大。因此，确定加热温度为90 ℃以上。

2.3 加热时间对沉淀效果的影响

研究沉淀剂用量为0.2%，加热温度为90℃，不同加热时间对甘薯淀粉废水中蛋白质和多糖沉淀效果的影响。如表3所示，随着加热时间的延长，溶液中蛋白质和多糖的含量逐渐下降；当加热时间超过5 min时，沉淀效果不再增加。因此，确定加热时间为5 min。endprint

根据上述研究，确定最佳沉淀条件为沉淀剂Ⅰ号用量为 0.2%、加热温度为90 ℃、加热时间为5 min。

2.4 优化条件下蛋白质、多糖提取率及COD值的变化

如表4所示，在最佳条件下沉淀后，蛋白质的提取率达到92.2%，多糖的提取率达到62.6%，实现了甘薯黄浆中多糖和蛋白质的有效回收。

企业在传统工艺的基础上，采用逆流浸提工艺，并进行了500 kg甘薯淀粉放大工艺试验，结果如表5所示。可以看出，新工艺甘薯淀粉的提取率略有增加，即不影响甘薯淀粉收率；淀粉浆（废水）体积减小2/3，其COD由15 047 mg/L下降到2 850 mg/L，减少80%以上，大幅度减小了后续废水治理的费用；同时，新工艺新增加甘薯保健成分提取物5.2 kg。分析发现，甘薯的提取物中蛋白质占55.35%，多糖占21.32%，水分占8.9%，其他物质占14.43%。

可见，新工艺不仅不影响甘薯淀粉的收率，新增加了甘薯保健成分提取物，而且可以大幅度降低废水污染。本工艺技术具有很好的工业推广价值。

2.5 免疫指标测定结果

如表6所示，与对照组相比，甘薯提取物增加了小鼠的胸腺/体重、脾脏/体重、廓清指数K、吞噬指数α，并呈剂量依赖关系。提取物中剂量（1.50 g/kg）使免疫指标增加达显著水平（P<0.05），高剂量组（2.25 g/kg）达极显著水平（P<0.01）。

3 结论与讨论

据《本草纲目》（1593年）记载，甘薯“味甘、平、无毒。主治补虚乏、益气力、健脾胃、强肾阴。功同薯蓣”，表明甘薯有很强的提高免疫作用。通过对甘薯淀粉传统工艺的改进，采用逆流浸提工艺，加工1 t鲜薯消耗的自来水由原来的5～10 t减少为1～2 t，淀粉浆（废水）体积减小2/3，营养成分的浓度提高2～3倍，为甘薯营养成分的提取创造了有利条件。

在此基础上，通过添加沉淀剂Ⅰ号，优化沉淀剂浓度、加热时间、加热温度等，确定了提取物最佳沉淀條件为沉淀剂Ⅰ号用量为0.2%、加热温度为90 ℃、加热时间为5 min。经过放大工艺证明，从500 kg鲜薯中可获得5.2 kg甘薯提取物，并使淀粉废水中的COD由15 047 mg/L下降到2 850 mg/L，减少80%以上；废水中蛋白质的提取率为92.2%，蛋白质浓度由5.01 mg/mL减小到0.52 mg/mL；多糖的提取率为62.6%，多糖浓度由3.79 mg/mL下降到1.89 mg/mL，大幅度降低了废水的污染程度。

分析发现，甘薯淀粉浓缩废水中主要为蛋白质和多糖，利用沉淀剂Ⅰ号提取的甘薯提取物含有蛋白质55.35%、多糖21.32%、水分8.9%，其他物质14.43%。有大量的研究资料报道，甘薯具有增强免疫活性的作用[3，8-11]。动物试验结果表明，甘薯提取物剂量显著提高了小鼠胸腺/体重、脾脏/体重、廓清指数（K）、吞噬指数（α）等指标，尤其是高剂量组（2.25 g/kg），极显著增加了动物免疫活性（P<0.01）。

本研究不仅改进了甘薯淀粉加工工艺，还从甘薯淀粉废水中提取了丰富蛋白质和多糖等有效成分，甘薯具有较好的增强机体免疫活性功能，有望开发为保健品；更重要的是，本工艺降低了甘薯淀粉废水的污染，具有很好的转化前景。

4 致谢

本研究是在重庆市甘薯工程技术中心叶小利教授指导下完成的，对于研究过程中叶教授的悉心指导表示衷心感谢。

5 参考文献

[1] 李时珍.本草纲目：下册[M].北京：人民卫生出版社，1982：1679.

[2] 王洪云，孙健，钮福祥，等.甘薯的功能成分及其药用价值[J].中国食物与营养，2013，19（12）：59-62.

[3] 程珂伟.甘薯淀粉生产废液中糖蛋白的提取及其生物活性和结构的研究[D].无锡：江南大学，2005.

[4] 张翼伸.有关糖复合物的分级纯化、结构确定、生物活性的几个问题[J].生命的化学，1994，14（6）：43.

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