惠楼山药多糖提取研究

石月锋，李亚会，王 珂

(商丘职业技术学院 园林食品加工系，河南 商丘 476100)

山药(Chinese Yam)分布于我国很多地区，并形成了许多地方品种.惠楼山药有悠久的种植和食用历史，在明朝万历年间曾被列为贡品.河南省商丘市虞城县店集乡等12个乡镇121个行政村(地理坐标为东经34°08′-34°56′，北纬115°01′-116°59′[1])，以独特的水土及气候条件，成为惠楼山药的原产地，享誉省内外.惠楼山药为中国国家地理标志产品，其口感好，药性强，被作为保健品和各种食品供人食用，开发价值极高[1-2].

作为药食同源的山药，主要应用于食品、保健品、药品等行业.它营养丰富，含有多糖、蛋白质、氨基酸、矿物质、维生素等多种活性成分，其中，多糖被科研界和消费者广泛关注.山药多糖具有降血糖、抗氧化、免疫调节抗肿瘤、抗突变和神经保护、抗菌等作用[2-3].快速有效且实用的提取多糖的方法，是山药多糖研究领域的焦点问题.惠楼山药本身的功能成分含量丰富[4].本文以惠楼山药中的多糖成分提取为基本的研究内容，为惠楼山药的开发利用提供简单思路.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

惠楼山药(市购).

葡萄糖、苯酚、浓硫酸、乙醚、丙酮、无水乙醇、氯仿、正丁醇、石油醚等试剂均采用分析纯.

1.2 仪器

精密电子天平：梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司.

752型紫外-可见分光光度计：青岛聚创环保科技有限公司.

恒温水浴锅：河南益源仪器有限公司.

纯水仪：深圳市宏森环保科技有限公司.

离心机：湖南赫西仪器装备有限公司.

粉碎机：济南普莱申机械设备有限公司.

水浴锅：郑州生化仪器有限公司.

旋转蒸发器：巩义市予华仪器有限责任公司.

1.3 试验设计

以惠楼山药为原料，提取方法：水煮醇沉法提取山药多糖，苯酚-硫酸法对惠楼山药水溶性的粗多糖进行测定.结合已有的文献，主要研究乙醇体积、提取温度、浸提时间等对粗多糖提取率的影响.

1.4 标准曲线制备

标准曲线制备参考中华人民共和国出入境检验检疫行业标准SN/T-4260-2015《出口植物源食品中粗多糖的测定 苯酚-硫酸法》.

分别量取40 mg/L葡萄糖标准溶液0 mL、0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL，蒸馏水补至2.0 mL，然后加入浓硫酸5.0 mL及浓度6%的1 mL苯酚，摇匀后冷却，室温放置 20 min 后，用0.4 mL比色管进行全波长扫描，扫描结果显示，体系最大吸收波长为490 nm.用分光光度计在最大波长条件下测定各个样品吸光度，以葡萄糖重量为横坐标，以最大波长条件下吸光度为纵坐标，得标准曲线，求出线性回归方程.

1.5 原料处理

将购买的鲜山药清洗后去皮，切碎后用榨汁机破碎，取100 g样品，按料液比(W/V)1∶6比例加入600 mL去离子水，然后分别在设定的条件下水浴，在水溶加热过程中不断搅拌，加快多糖溶出[5].多次提取，提取液采用3000 r/min 的转速离心30 min，取上清液，减压浓缩至原体积的1/3 后，在5 ℃的冰箱里恒温静置12 h，使大分子物质沉淀出来，然后离心去除[6].

向处理过后的溶液加入乙醇，调整体系达到设定的乙醇浓度，沉淀多糖.将得到的沉淀定容，分别取1 mL样液，按照苯酚-硫酸法测定粗多糖重量.

1.6 响应面试验设计

在已有文献资料基础上，以提取温度、提取时间、乙醇浓度三个因素为自变量.按照Box-Benhnken试验设计原理，进行三因素三水平的响应面分析[7-9].把山药多糖提取率作为响应值，按照响应面优化试验方法进行工艺参数的优化，求得回归方程，优化提取工艺，预测最佳提取工艺条件.试验设计，如表1所示.

表1 响应面因素与水平编码

2 结果与讨论

2.1 标准曲线绘制

以葡萄糖含量为横坐标，以490 nm吸光度为纵坐标，得到葡萄糖测定标准曲线回归方程：Y=0.008 4X-0.003 4，R2=0.999 2，结果如图1所示.

图1 葡萄糖标准曲线

2.2 试验结果与响应面分析

在现有文献基础上，用水提醇溶法提取山药多糖，设定提取工艺.利用Design Expert software (Version 8.0)软件，设计试验，各因素水平下惠楼山药多糖提取得率，如表2所示.

表2 响应面试验结果

续表2 响应面试验结果

2.3 试验结果方差分析

表3 方差分析表

2.4 拟合回归方程的建立

以山药多糖得率(Y)为因变量，对按照试验设计所获得数据进行多元回归拟合.以提取温度(A)、提取时间(B)和乙醇浓度(C)为自变量.根据软件处理得到的二次多项式回归方程：Y=0.31+0.019A+0.018B+0.031C-0.020AB-0.018AC-0.020BC-0.023A2-0.035B2-0.038C2.

2.5 响应面分析结果

响应面分析结果如图2、图3、图4所示.

图2 温度和时间交互影响响应曲面图

图3 乙醇浓度和温度交互影响响应曲面图

图4 乙醇浓度和时间交互影响响应曲面图

各因素之间的交互作用能从响应面图的坡度表现出来.响应面中椭圆形等高线表示因素交互作用显著.根据所得到的响应面和方差分析显示，对山药多糖试验结果影响程度大小的因素依次为：乙醇浓度(C)>提取温度(A)>提取时间(B).

2.6 试验验证

根据软件分析的结论，生成了43组优化方案，按照提取温度85 ℃，乙醇浓度80%，提取时间2.5 h的工艺进行试验验证，结合实际试验条件进行操作，做三次求平均值，最终得出的山药多糖提取率为0.31%，基本上达到预期的试验结果.

3 结论

许多文献对山药多糖的提取工艺做了描述.王晓敏[10]用超声波的方法提取淮山药中的多糖，提取率为15.23%(干制山药)，并对去除自由基做了相关研究.叶春苗[11]对山药粉碎颗粒大小与提取率的关系做了研究，认为颗粒大小与提取率有关直接关系.适当的颗粒大小可以增加提取率，但颗粒太小，溶液黏稠度增大，不利于提取.粉碎颗粒和溶液浓度的关系也是多糖提取研究的一个方面.李东华[12]认为，山药多糖的提取率和提取时间及山药粉目数关联度较小，和提取温度及料液比关联度较大.

本研究所采用的提取方法考虑到实际应用情况，虽便于实际操作，但也有一些问题值得后续深入研究，比如，惠楼山药的多糖在功能性方面和其他山药相比有没有突出的功效，一些先进的设备或者技术比如超声波或者微波技术的使用是否会对提取率有显著的提高，这些方面在工业生产中是否具有实用性等.