云南省花魔芋葡甘露聚糖提取方法的优化及测定

魏晓梅，来国丹，何 芳，杨丽敏，吴丽芳*

（1.曲靖师范学院生物资源与食品工程学院，云南曲靖655011；2.会泽县第一中学，云南曲靖654200）

魔芋，天南星科（Araceae）魔芋属（Amorphophal⁃lusBlume），是多年生草本植物。地上部有大型羽状复叶，叶柄粗壮且长；地下部有变态茎（扁球形），块状、微毒，含葡甘露聚糖（Konjac glucomannan，KGM）、淀粉、蛋白质等，可加工为魔芋豆腐等制品，深受人们的喜爱［1］。我国有悠长的魔芋种植历史，拥有丰富的魔芋资源，其中西南地区、中部地区都有种植。据记载，我国魔芋有21种，特有品种高达13种。云南省大部分地区气候温和，分布有15种魔芋［2］，种植面积约占全国种植面积的30%［3］。近年来，因魔芋价值的彰显，其良好的保健功效和优异的市场前景受到越来越多人的重视，其中魔芋中的KGM在医药、环保和工业方面的价值［4］让人尤其关注。KGM是一种可溶性半纤维素［5］，其独特的增稠［6］、胶凝及吸水性［7］使其在医药［8］、工业［9］及食品行业［10］有广泛的应用，且应用范围日渐丰富。如将其涂膜至西番莲时可减少其果实水分蒸发，对采后果实品质有所保障［11］，此方法对其他水果［12］同样有效［13］。此外，魔芋KGM还可下调荷Lewis肺癌小鼠脾细胞TGF-βmRNA、IL-10 mRNA的表达而产生抗肿瘤作用［14］。本研究设计正交试验优化了魔芋球茎中KGM醇沉法的提取方案，并对比了不同产地花魔芋球茎中KGM得率，为魔芋KGM产品的进一步开发、魔芋的规范化种植及大规模培养等提供理论和技术支持。

1 材料和方法

1.1 魔芋块茎中KGM提取工艺优化

1.1.1 试验材料

17种新鲜花魔芋球茎样品均采自于云南省昆明市，采集的球茎直径在5~20 cm之间（见表1）。

表1 花魔芋球茎样品采集信息表Table 1 The collection information of konjac bulb

1.2.2 试剂及仪器

氯仿（天津市化学试剂三厂）；石油醚、丙酮（天津市化学试剂三厂）；无水乙醇（天津市风船化学试剂科技有限公司）；正丁醇（天津市科密欧化学试剂有限公司），以上试剂均为分析纯。

80-1型离心机（大地自动化仪器厂）；GZX-9070型数显鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）；CP114型电子天平（奥豪斯仪器（上海）有限公司）；DK-S26型电热恒温水浴锅（上海精宏实验设备有限公司）；粉碎机；真空干燥箱。

1.2.3 方法

新鲜魔芋球茎洗净、去皮，浸泡24 h，切片，80℃烘干10 h，粉碎后40目过筛。魔芋粉与石油醚1：2混合，64℃水浴加热回流0.5 h，过滤回收后按1：5比例加入90%的乙醇，76℃水浴加热回流0.5 h，过滤并回收乙醇；滤渣60℃干燥，研磨备用。

称取魔芋球茎粉2 g，与蒸馏水1：100充分混合，放入控温不同的恒温水浴锅中处理，过滤后保存提取液，滤渣中加入20倍蒸馏水后重复2次。提取液4层纱布过滤，3 000 r·min-1离心15 min，取上清60℃条件下浓缩至原体积1/3，后加入1/4 Sevag试剂，充分振摇30 min，4 000 r·min-1离心10 min，重复2次后加2倍体积乙醇溶液后混匀，4℃静置，过滤收集醇沉沉淀物。沉淀物依次用75%的乙醇、无水乙醇、丙酮滤洗。沉淀物70℃干燥，恒重后称量。

以魔芋球茎KGM的提取率为目标，对提取过程中四个重要的影响提取效果因素（水浸提时间、浸提温度、醇沉时间和醇沉时使用的乙醇浓度）设计三个水平（见表2）以探讨最佳提取工艺。

表2 魔芋KGML9（34）提取因素水平表Table 2 The level table of extraction factors for KGM

此外，为探讨不同产地魔芋球茎中KGM含量的差异，以17种花魔芋球茎样品在相同条件下（见表3）提取KGM，重复3次，比较分析提取结果。

表3 不同产地的魔芋KGM提取方案Table 3 Extraction scheme of konjac KGM from different origins

1.2.4 KGM得率

KGM得率（%）=（m1/m2）×100%。

（m1为所得KGM质量，m2为魔芋粉质量。）

2 结果与分析

2.1 魔芋葡甘露聚糖提取

2.1.1 不同浸提温度的魔芋KGM提取率分析

以花魔芋球茎的KGM含量为研究对象，设计单因素（浸提温度）试验优化提取魔芋KGM工艺过程中（图1~图6）。据文献报道，色素可干扰多糖的提取率［15］，而本研究观察浸提过程中不同浸提条件组合的浸提液色泽，发现不同温度、不同浸提时间条件下浸提液的颜色差别不大，色泽非常相近（见图3），这表明不同的条件（包括不同的温度和不同的浸提时间）在多糖提取中，色素几乎不存在对得率的干扰情况。从温度角度来讲，88℃浸提液明显较66℃浸提液更为粘稠（见图2），分析魔芋球茎KGM提取在温度为88℃时有较高的得率（表4）。

图1 魔芋粉脱脂液Fig.1 A schematic view of lipid removal for the konjac flour

图3 魔芋粉热水浸提后滤液Fig.3 The filtrate after the hot water extraction for the konjac flour

图6 醇沉后干燥KGMFig.6 Drying the KGM after alcohol precipitation

表4 正交设计提取魔芋KGM结果分析Table 4 Analysis of the result for KGM extraction by orthogonal design

图2 魔芋粉热水浸提液Fig.2 A schematic view of hot water extraction for the konjac flour

分析醇沉的现象时发现，不同温度条件下浸提液醇沉时效果不同（见图4）。由图4可知，68℃条件下浸提液醇沉的KGM质地均匀细腻，但KGM得率并不高，仅为3.25%；78℃下提取的浸提液醇沉的多糖质地较为均匀细腻，多糖得率为2.145%；88℃下提取的浸提液醇沉时多糖质地较为粗糙，但多糖得率最高，达到了4.085%。这说明使用三个浸提温度提取KGM时，较高的温度（88℃）有更优异的浸提效率，这与其他方法提取过程中选择较高的温度进行提取的结论一致［16-18］。但即使如此，88℃条件下KGM的得率依然较低，距离其他样品的多糖得率差异较大［19-20］。为进一步优化提取方案，提高KGM的得率，本研究根据正交设计试验结果进一步分析。

图4 不同浸提温度条件下下浸提液的醇沉过程图Fig.4 Alcohol precipitation process diagramfor extracts at different extraction temperatures

图5 醇沉后过滤洗涤KGMFig.5 Filtering and washing the KGM after alcohol precipitation

2.1.2 魔芋KGM提取方法的优化

利用正交设计（表3），得到9个试验组合的KGM提取结果（见表4）。分析发现，不同条件下多糖得率有明显的差异，其中A2B3C1D2组合的多糖得量最多，每2 g魔芋粉可提得多糖0.114 3 g，得率为5.715%；A1B2C2D2组合多糖得量最少，每2 g魔芋粉仅得到多糖0.039 6 g，得率仅为1.98%。计算得出K1值、K2值和K3值及其相应的R值。分析R值发现，4个因素中因素A（浸提温度）R值为0.038 9，对得率影响最大，说明在魔芋KGM的提取应选择尽量高的温度；因素C（醇沉时间）的R值为0.030 7，对提取结果的影响较大；因素B（浸提时间）R值0.030 4，与因素C的R值较为接近，对于试验结果的影响与因素C也相差不大，因素D（乙醇浓度）R值为0.016 6，相对于其他3个因素来说R值最小，对得率的影响最小。因此各个因素对于提取结果影响的主次顺序依次为A＞C＞B＞D。此外，比较K的平均值，得出得率最高的最佳提取试验组合为A2B3C1D2，即88℃浸提0.5 h，85%乙醇醇沉6 h，此提取方案可得到比较理想的KGM得率，其中对于浸提温度来说，在试验条件允许的条件下，可选择高于88℃的温度，有助于提高多糖的得量。

2.1.3 不同产地魔芋KGM提取率比较分析

本研究通过正交试验分析得到的最佳提取方案是以不同产地的新鲜花魔芋球茎为材料研究得到的，采集的球茎直径在5~20 cm之间，提取结果见表5。分析发现，不同地区采集的魔芋的KGM得率存在差异，其中样品QJFY-dh、KMLQ-sys的KGM得率最高，经石油醚除脂后每2 g魔芋样品分别提取KGM 0.257 4 g和0.199 1 g，提取率分别为12.87%和9.96%；QJML-nz、QJZY-dp、ZTYS-xl的KGM得率较为接近，分别为5.17%、5.35%和5.275%，QJSZ-XC的KGM得率最低，低至1.86%，其他地区的样品提取率则在2%至4.6%之间，这可能与其生长环境、气候及土壤等有关（见表1）。其中花魔芋生长的外界环境条件中哪些对于多糖含量影响较大，从现有的数据中无法得出直接结论，有待进一步研究分析。

表5 不同产地花魔芋球茎KGM得率Table 5 The results of KGM extration rates from solid bulb which were grown in different places

3 结果与讨论

本研究探讨了魔芋KGM提取技术，结果发现魔芋KGM最佳提取试验组合为A2B3C1D2，即88℃浸提0.5 h，85%乙醇醇沉6 h，为魔芋资源的开发利用提供一定的技术支持。

利用最佳提取方案提取不同产地的样品，结果发现昆明山区、曲靖富源大河生产的花魔芋KGM得率明显比曲靖其他山区、昭通地区等地的花魔芋KGM得率高。初步分析此结果可能与魔芋种植地的气候、海拔等相关。同时，为探讨魔芋粉中脂质对KGM得率的影响情况，本研究比较KMLQ-sys 1和KMLQ-sys 2样品的KGM得率，在试验过程中，二者来源相同，但KMLQ-sys 1样品未经石油醚处理直接提取KGM，KMLQ-sys 2样品经石油醚除脂后提取KGM，其他试验条件完全相同。结果发现，除脂后KGM得率为9.96%，未经过除脂的样品KGM得率为10.18%，即每1 g样品中含脂类0.002 25 g，由此也再一次证明了魔芋属低脂低热量健康食品［21］。又因魔芋KGM为可溶性的纤维多糖，可降血糖、降血脂增加饱腹感、有通便、平衡高脂肪等的保健功效，因此本研究可为今后更有效地开发魔芋产品提供一定的理论支持［22］。