芋头多糖的提取及对烟丝的保润效果

马 丹，马 林，王君婷，郭林青，吴时玺，胡腾飞，李 萌

（郑州轻工业大学，烟草生物技术重点实验室，河南 郑州 450001）

芋头，也称芋艿，天南星科植物的地下球茎[1]，含丰富的黏性物质，其主要成分是黏多糖。芋头多糖主要成分是由葡萄糖和甘露糖以β-糖苷键连接而成的杂多糖，具有良好的吸水性和保湿性，广泛用于化妆品、食品、药品、生物、材料等诸多领域[2-5]。近年来，中式卷烟产品烟气干燥、辛辣甜润感不够等问题日益突出[6-7]，植物多糖含有丰富的羟基，在改善中式卷烟的保润性能和感官舒适度方面发挥了重要作用。岳海波[8]将魔芋多糖应用到卷烟保润剂的配方中，得到了较好的物理保润和感官保润效果；孟冬玲等人[9]利用魔芋葡聚甘糖的多羟基化合物特性对其改性，并应用到卷烟保润中，得到了比丙二醇有较好能力的保润效果。

关于芋头的研究目前主要集中于生物活性及食用方面，作为保润剂的研究尚未见报道。赵国华等人[10]发现，芋头多糖在适当剂量下可显著提高体内T淋巴细胞和NK细胞的活性，增强人体的免疫能力。还有报道芋头多糖对羟自由基具有较强的清除作用，且能抑制H2O2诱导的红细胞氧化溶血[11]。在珠江流域，芋头是人们餐桌上的菜肴，也有不少养生者提出芋头能益脾胃、调中气、化痰散结[12]。因此，芋头是一种食疗兼优的农产品。以芋头作为研究对象，以水提醇沉的方法提取并纯化多糖，以传统的保润剂丙二醇、丙三醇为对照，研究其吸湿保湿性能，以期为新型烟用保润剂开发提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验所用芋头为白芋，购于郑州某市场；烟丝，吉林中烟提供的未加香加料配方烟丝；无水乙醇、三氯乙酸、氢氧化钠、活性炭，均为分析纯。

BS201S型分析天平，国华电器有限公司产品；KQ-5200DB型数控超声仪，昆山市超声仪器有限公司产品；Avanti J-26SXP型高速冷冻离心机，美国贝克曼库尔特有限公司产品；DZKW-4型电热恒温水浴锅，北京中兴伟业仪器有限公司产品；RE-52AA型旋转蒸发仪，郑州凯鹏实验仪器有限公司产品；ST-07B型打粉机，上海树立仪器仪表有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 芋头多糖的提取条件优化

新鲜芋头清洗去皮，完全干燥后打粉，过120目筛。取适量芋头粉，考查料液比1∶20，1∶30，1∶40， 1∶50， 1∶60； 提取温度 50， 60， 70， 80，90℃；提取时间1，2，3，4，5 h等3个因素对芋头多糖提取率的影响。

试验测定粗多糖采用苯酚-硫酸法。以葡萄糖为标准品，绘制其标准曲线。分别将2.0 mL蒸馏水（空白对照管）、芋头多糖对照品溶液、葡萄糖对照品溶液和样品溶液取于10 mL比色管中，加入质量分数5%苯酚1 mL，摇匀，迅速加入5.0 mL浓硫酸，立即混匀后迅速冷却，再放于水浴锅中沸水浴15 min，流水迅速冷却。于波长480 nm处测定各个条件下提取液的吸光度，得到拟合曲线为Y=0.819 8X，R2=0.999。

计算公式为：

参考姜绍通等人[16]方法对粗多糖进行纯化得到芋头多糖1，2，3。

1.2.2 芋头多糖的保润效果

（1）不同浓度芋头多糖保润效果。将将纯化芋头多糖水溶液分别以0.05%，0.10%，0.15%均匀喷洒到烟丝（每份20 g） 表面，添加好的烟丝样品置于恒温恒湿箱中，温度设定为22±1℃，RH=60%，平衡24 h，每组试验3次重复。每份5 g置于称量瓶内，记录空称量瓶和称量瓶总质量，敞口置于RH=30%的硫酸干燥器中，每隔24 h测定1次质量。测量5 d后，将所有烟丝样品敞口置于鼓风干燥箱中，按照烘箱法测定每组烟丝样品的含水量，比较其失水能力的大小。

（2）纯化多糖与传统保润剂保润效果比较。将芋头多糖、丙二醇、丙三醇以0.1%添加量均匀喷洒到烟丝表面，并以添加等量的蒸馏水作为空白对照组。测量失水能力方法与1.2.2（1） 一致。

2 结果与分析

2.1 提取优化

2.1.1 料液比对多糖提取率的影响

固定其他条件不变，分析不同料液比对多糖提取率的影响。

料液比对多糖提取率的影响见图1。

图1 料液比对多糖提取率的影响

从图1可以看出，在料液比为1∶20～1∶60时，随着料液比的增大，芋头多糖的提取率呈现逐渐增大趋势。其中，当料液比在1∶20～1∶40时，芋头多糖的提取率迅速增加至最大值；在料液比大于1∶40时，提取率增加缓慢，趋于不变。

2.1.2 提取温度对芋头多糖提取率的影响

固定其他条件不变，分析不同提取温度对多糖提取率的影响。

提取温度对芋头多糖提取率的影响见图2。

图2 提取温度对芋头多糖提取率的影响

由图2可知，随着提取温度的升高，芋头多糖的提取率逐渐增大，其中50～60℃时提取率增加最快，随后提取温度增加，多糖提取率均匀增加。

2.1.3 提取时间对芋头多糖提取率的影响

固定其他条件不变，分析不同提取时间对多糖提取率的影响。

提取时间对芋头多糖提取率的影响见图3。

图3 提取时间对芋头多糖提取率的影响

由图3可知，在料液比、提取温度相同的情况下，随着提取时间的增加，芋头多糖提取率先增加而后略有降低。在提取时间1～3 h迅速增加至19.85%，随后芋头多糖提取率趋于不变，略微降低至19.42%。

2.1.4 芋头多糖提取的正交优化

在单因素试验基础上，以料液比、提取温度、提取时间为影响因素进行L9（34）正交试验优化，以芋头多糖提取率为指标，考查综合因素对其影响，确定最佳芋头多糖提取工艺参数。

试验因素与水平正交设计见表1，正交试验结果分析见表2，方差分析见表3。

表1 试验因素与水平正交设计

表2 正交试验结果分析

表3 方差分析

由表2正交试验结果分析可知，在料液比（A）、提取温度（B）、提取时间（C） 影响因素中，A因素极差R最大，是芋头提取因素中的主要影响因素，其最优水平为A3；其次是提取时间（C），最优水平为C3；影响因素最小的是提取温度（B），最优水平为B3，此结果与表3方差分析结果一致。为进一步验证正交试验结果的可靠性与真实性，按照最佳提取条件进行3次重复试验，芋头多糖得率分别为25.34%，25.31%，25.31%，平均得率为25.32%，说明此条件下试验具有可重复性。综上所述，提取的最优条件是A3B3C3，也就是料液比1∶40，提取温度70℃，提取时间5 h。

2.2 芋头多糖溶液对烟丝保润效果

将纯化得到的3种多糖（1，2，3） 分别以0.05%，0.10%，0.15%添加量添加到烟丝中，考查芋头多糖不同添加量的保润效果，得到5 d各组烟丝样品每24 h的失水率。

烟丝样品失水质量百分比见表4。

从表4可以看出，随着时间增加添加了芋头多糖的烟丝失水比例逐渐减小；随着芋头多糖添加量的增加，烟丝失水比例先减少后增加，在添加量为0.1%时，烟丝失水比例小于芋头多糖1和3，说明芋头多糖2保润效果更好。

表4 烟丝样品失水质量百分比/%

将芋头多糖（1，2，3）、丙二醇、丙三醇和蒸馏水以0.1%添加量分别添加到烟丝中，比较其保润效果，得到5 d各组烟丝样品每24 h的失水率。

烟丝样品失水质量百分比见表5。

从表5可以看出，添加了不同保润剂的烟丝5 d后的失水比例均低于空白对照组14.11%；添加了芋头多糖作为保润剂的烟丝比传统的保润剂甘油、丙二醇失水比例小，表明芋头多糖具有较好的保润效果。

表5 烟丝样品失水质量百分比/%

3 结论

选取廉价易得的芋头作为试验材料，应用水法提取多糖，不同料液比、提取温度、提取时间对多糖的提取率都有较为明显的影响，并且在这些影响因素中，料液比的影响最大，最佳为1∶40；其次为提取时间，最佳为5 h；提取温度的影响最小，最佳为70℃，在最佳提取条件下，芋头多糖的提取率为25.32%。王瑜和杨秀芳等人[11，13]研究了料液比、提取时间、提取温度对新鲜芋头多糖的影响，3个因素对多糖提取率的影响主次程度结果与试验完全一致，但由于试验研究对象为芋头干粉，与新鲜芋头相比诸多的物理性质在处理过程中发生变化，所以最佳提取条件的结果不完全一致。刘萍等人[14]研究了不同体积分数乙醇对水溶性芋头多糖的影响，其结果表明提取温度、提取时间对其结果影响较显著与试验结果有出入，可能是因为不同体积分数乙醇和其他因素之间有交互作用，使各因素对提取率的影响有所不同。

多糖含有丰富的羟基和氢键，可通过与水分子形成氢键减少水分的挥发或捕集空气中的水分，从而保持含水率的相对稳定。研究结果显示，当芋头多糖在烟丝中添加量为0.1%时，烟丝失水率低于添加丙二醇组和丙三醇组，具有较好的保润效果。此外，芋头中含有多种微量元素，能增强人体的免疫功能，可作为防治癌瘤的常用药膳主食，具有良好的保健效果。与赵国华[15]研究相似，姜绍通等人[16]发现芋头多糖可以提高小鼠巨噬细胞的吞噬能力，提高其免疫能力。我国芋头资源丰富，将芋头多糖作为保润剂具有提取成本低、性能好和安全性等优点，有望作为新型保润剂用于烟草加工。