魔芋葡甘聚糖的提取及其抗氧化活性研究

張穎

（貴陽學(xué)院，貴州貴陽550005）

魔芋葡甘聚糖的提取及其抗氧化活性研究

張穎

（貴陽學(xué)院，貴州貴陽550005）

以魔芋為原料，研究魔芋葡甘聚糖的提取工藝及其抗氧化性質(zhì)。研究結(jié)果表明：魔芋葡甘聚糖提取最佳工藝條件為超聲波功率為207.5 W，超聲波時(shí)間為20.8 min，乙醇濃度為80.8%，液料比為19.6（mL/g）。魔芋葡甘聚糖具有較好的還原能力，高于對(duì)照組VC，而且對(duì)DPPH·有較強(qiáng)清除能力，隨著魔芋葡甘聚糖濃度的增加，其清除能力逐漸增強(qiáng)，明顯高于對(duì)照組VC。

魔芋葡甘聚糖；響應(yīng)面法；提?。豢寡趸?/p>

魔芋，俗稱“鬼芋”，是天南星科魔芋屬多年生草本植物。魔芋葡甘聚糖（Konja glucomannan，KGM）是魔芋干物質(zhì)的主要成分，是由葡萄糖和甘露糖以β-1，4糖甘鍵結(jié)合而形成的一種高分子化合物。魔芋葡甘聚糖是一種優(yōu)異的膳食纖維，具有清理腸道、提高耐糖能力、防止肥胖、改善膽固醇代謝等功能，能阻止人體對(duì)糖、脂、膽固醇的過量吸收［1］，現(xiàn)已被應(yīng)用于臨床、醫(yī)藥等領(lǐng)域，對(duì)KGM的進(jìn)一步研究和深度開發(fā)利用已引起人們的廣泛關(guān)注。有關(guān)魔芋葡甘聚糖的分離純化研究已有較多文獻(xiàn)報(bào)道［2-3］，但關(guān)于利用超聲波輔助純化魔芋葡甘聚糖和響應(yīng)面優(yōu)化其提取工藝的研究工作開展較少。因此，本文利用響應(yīng)面分析法對(duì)魔芋葡甘聚糖的超聲波提取條件進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)其抗氧化活性進(jìn)行研究，為魔芋的綜合利用提供理論參考。

1材料及方法

1.1原料與試劑

魔芋：市售；

石油醚、NaOH溶液、HCL溶液、Pb（AC）2溶液、工業(yè)酒精、乙醇、無水乙醇等：實(shí)驗(yàn)室提供；葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品：惠州信陽制藥有限公司；酒石酸鉀鈉、3，5-二硝基水楊酸、重蒸苯酚、亞硫酸鈉：廣州宏原化工有限公司等。

1.2試驗(yàn)儀器與設(shè)備

SB-5200D型超聲波清洗器：杭州市佳華儀器有限公司；UV-6300紫外分光光度計(jì)：上海美譜達(dá)儀器有限公司；RE10-50旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海百申儀器設(shè)備有限公司；GT10-1高速離心機(jī)、GZX-9070 MBE電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：東莞普生儀器廠；BS110S分析天平：東莞市東盛儀器有限公司；HH-6恒溫水浴鍋：深圳安勝設(shè)備有限公司；等。

1.3方法

1.3.1魔芋葡甘聚糖超聲波輔助提取工藝流程

1）葡甘聚糖粗制品的制備：魔芋→烘干、粉碎→石油醚提取脫脂→加入NaOH提取→加熱、攪拌→加HCL中和→加中性Pb（AC）2提取→通入H2S（適量）→濃縮→加乙醇→離心→析出白色沉淀物→得到葡甘聚糖粗制品

1.3.2魔芋葡甘聚糖測(cè)定

采用酸水解-DNS顯色法結(jié)合紫外分光光度法測(cè)定魔芋精粉中葡甘聚糖的含量［4］。

1）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：分別取葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL于6只10 mL容量瓶中，加入顯色劑DNS，于沸水浴中加熱5 min，冷卻，定容。以蒸餾水顯色反應(yīng)液為空白，于548 nm處測(cè)定系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度。經(jīng)統(tǒng)計(jì)回歸處理，得到線性方程為y=0.804 2x-0.073 5，R2=0.999 6，x指標(biāo)準(zhǔn)品的濃度，y指吸光度。

2）精粉中葡甘聚糖測(cè)定：準(zhǔn)確移取一定量的葡甘聚糖待測(cè)液于容量瓶中，加入顯色液，搖勻，靜置10 min。以以蒸餾水顯色反應(yīng)液為空白作參比，在548 nm波長處測(cè)其吸光度。

3）魔芋葡甘聚糖的含量=0.18M/m×100%

式中：M為葡甘聚糖水解液葡萄糖質(zhì)量，mg；m為魔芋精粉質(zhì)量，g。

1.3.3DPPH·清除率的測(cè)定

取魔芋葡甘聚糖溶液0.2 mL與4 mL120 μmol/L的DPPH·溶液加入同一試管中，搖勻，在黑暗中放置30 min，以無水乙醇為空白在548 nm測(cè)定其吸光度，并按下式計(jì)算其清除率：

式中：Ac為為無水乙醇加DPPH·溶液的吸光度；Ai為為魔芋葡甘聚糖溶液加DPPH·溶液的吸光度。

1.3.4還原力的測(cè)定

還原力的測(cè)定：采用普魯士藍(lán)法［5］。

2結(jié)果與分析

2.1魔芋葡甘聚糖超聲波提取條件的優(yōu)化

2.1.1超聲波功率對(duì)魔芋葡甘聚糖提取效果的影響

設(shè)定超聲波時(shí)間為25 min，甲醇濃度為75%，液料比為16（mL/g），分別在超聲波功率為50、100、150、200、250、300 W 6個(gè)梯度下，按方法1.3.1提取魔芋葡甘聚糖結(jié)果見圖1。

圖1　超聲波功率提取效果影響Fig.1Influence of ultrasonic frequency on extraction effect

由圖1可以看出，超聲波功率應(yīng)控制在200W左右較為適宜。

2.1.2超聲波時(shí)間對(duì)魔芋葡甘聚糖提取效果的影響

設(shè)定超聲波功率為200 W，乙醇濃度為75%，液料比為16（mL/g），分別在超聲波時(shí)間為10、15、20、25、30、35 min 6個(gè)梯度下，按方法1.3.1提取魔芋葡甘聚糖結(jié)果見圖2。

圖2　超聲波時(shí)間對(duì)提取效果影響Fig.2Influence of ultrasonic time on extraction effect

由圖2可以看出，超聲波時(shí)間應(yīng)控制在20 min左右較為適宜。

2.1.3乙醇濃度對(duì)魔芋葡甘聚糖提取效果的影響

設(shè)定超聲波功率為200 W，超聲波時(shí)間為20 min，液料比為16（mL/g），分別在乙醇濃度為70%、75%、80%、85%、90%、95%6個(gè)梯度下，按方法1.3.1提取魔芋葡甘聚糖結(jié)果見圖3。

圖3　乙醇濃度對(duì)提取效果影響Fig.3Influence of ethanol concentration on extraction effect

由圖3可以看出，乙醇濃度應(yīng)控制在80%左右較為適宜。

2.1.4液料比對(duì)魔芋葡甘聚糖提取效果的影響

設(shè)定超聲波功率為200W，超聲波時(shí)間為20 min，乙醇濃度為80%，分別在液料比為8、12、16、20、24、28（mL/g）6個(gè)梯度下，按方法1.3.1提取魔芋葡甘聚糖結(jié)果見圖4。

圖4　液料比對(duì)提取效果影響Fig.4Influence of solution to material ratio on extraction effect

由圖4可以看出，液料比應(yīng)控制在20（mL/g）左右較為適宜。

2.1.5魔芋葡甘聚糖提取條件的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取超聲波時(shí)間、超聲波功率、乙醇濃度、液料比各因素的最優(yōu)試驗(yàn)范圍，按照表1的因素水平表，以魔芋葡甘聚糖提取率為響應(yīng)值，采用響應(yīng)面分析法對(duì)魔芋葡甘聚糖超聲波提取條件進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果、回歸方程圖及響應(yīng)面方差分析結(jié)果見表2、表3。

表1　試驗(yàn)因素水平及編碼Table 1Test factors level and coding

表2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2Test design and results

續(xù)表2試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Continue table 2Test design and results

表3　回歸方程各項(xiàng)的方差分析Table 3The variance analysis of regression equation

根據(jù)魔芋葡甘聚糖提取的試驗(yàn)結(jié)果，由響應(yīng)面分析法得出關(guān)于魔芋葡甘聚糖提取率的二次回歸擬合方程：

提取率（%）=80.61+1.40A+6.15B+0.85C-0.92D-1.22AB-2.22AC+7.45AD-0.20BC+0.072BD+0.25CD-3.36A2-3.92B2-2.04C2-3.46D2（其中，A為超聲波功率，B為超聲波時(shí)間，C為乙醇濃度，D為液料比）

對(duì)魔芋葡甘聚糖提取的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析，由回歸方程各項(xiàng)的方差分析結(jié)果（表3）可以看出，Model的F值為1 010.52，P值為＜0.000 1，表明Model極顯著，同時(shí)A-超聲波功率、B-超聲波時(shí)間、C-乙醇濃度和D-液料比都是顯著因素，A-超聲波功率與B-超聲波時(shí)間、C-乙醇濃度、D-液料比的交互作用都顯著，C-乙醇濃度與D-液料比的交互作用也顯著。而失擬項(xiàng)的F值為1.60，P值為0.308 2，說明了該模型與魔芋葡甘聚糖提取實(shí)際情況擬合程度比較好，可以預(yù)測(cè)魔芋葡甘聚糖提取最佳條件。根據(jù)回歸分析結(jié)果（表3），做出相應(yīng)曲面圖。

圖5　超聲波功率與超聲波時(shí)間交互作用對(duì)提取率影響的響應(yīng)面Fig.5Response surface of influence of ultrasonic frequency and ultrasonic time interaction on extraction rate

圖6　超聲波功率與乙醇濃度交互作用對(duì)提取率影響的響應(yīng)面Fig.6Response surface of influence of ultrasonic frequency and ethanol concentration interaction on extraction rate

圖7　超聲波功率與液料比交互作用對(duì)提取率影響的響應(yīng)面Fig.7Response surface of influence of ultrasonic frequency and solution to material ratio interaction on extraction rate

圖8　超聲波時(shí)間與乙醇濃度交互作用對(duì)提取率影響的響應(yīng)面Fig.8Response surface of influence of ultrasonic time and ethanol concentration interaction on extraction rate

圖9　超聲波時(shí)間與液料比交互作用對(duì)提取率影響的響應(yīng)面Fig.9Response surface of influence of ultrasonic time and solution to material radio interaction on extraction rate

圖10　乙醇濃度與液料比交互作用對(duì)提取率影響的響應(yīng)面Fig.10Response surface of influence of ethanol concentration and solution to material radio interaction on extraction rate

根據(jù)魔芋葡甘聚糖提取試驗(yàn)結(jié)果和回歸方程各項(xiàng)的方差分析，由響應(yīng)面分析法優(yōu)化出魔芋葡甘聚糖超聲波提取最佳工藝條件，即超聲波功率為207.5 W，超聲波時(shí)間為20.8 min，乙醇濃度為80.8%，液料比為19.6（mL/g）。

2.1.6驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)響應(yīng)面設(shè)計(jì)法優(yōu)化的結(jié)果，選擇魔芋葡甘聚糖提取率較高的3個(gè)較優(yōu)條件，將這3個(gè)試驗(yàn)條件（試驗(yàn)1～試驗(yàn)3）和響應(yīng)面設(shè)計(jì)法優(yōu)化得出的較優(yōu)條件（試驗(yàn)4）一起進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 4Verification test design table

由表4可知，響應(yīng)面設(shè)計(jì)法優(yōu)化得出的較優(yōu)條件（試驗(yàn)4）魔芋葡甘聚糖提取率最高，因此魔芋葡甘聚糖提取最佳工藝條件為超聲波功率為207.5W，超聲波時(shí)間為20.8min，乙醇濃度為80.8%，液料比為19.6（mL/g）。

2.2魔芋葡甘聚糖抗氧化活性研究

2.2.1魔芋葡甘聚糖還原力測(cè)定

魔芋葡甘聚糖還原力測(cè)定見圖11。

圖11　魔芋葡甘聚糖還原力測(cè)定Fig.11Measure on reducing power of glucomannan from amorphophallus konjac

由圖11可知，隨著魔芋葡甘聚糖濃度的增加，吸光度也不斷增大，相應(yīng)的還原力也增強(qiáng)。當(dāng)魔芋葡甘聚糖濃度大于0.6 mg/mL時(shí)，魔芋葡甘聚糖的吸光度高于對(duì)照物VC，表明魔芋葡甘聚糖具有較強(qiáng)的還原能力。

2.2.2魔芋葡甘聚糖對(duì)DPPH·的清除能力

魔芋葡甘聚糖對(duì)DPPH·的清除能力見圖12。

圖12　魔芋葡甘聚糖對(duì)DPPH·的清除能力Fig.12Scavenging activity of glucomannan from amorphophallus konjac to DPPH·

由圖12可知，魔芋葡甘聚糖清除DPPH·的能力較強(qiáng)，明顯高于對(duì)照組VC；在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，隨著濃度的增加，魔芋葡甘聚糖清除DPPH·的能力也逐漸增強(qiáng)，呈現(xiàn)較好的量效關(guān)系。因此，魔芋葡甘聚糖具有較好的清除DPPH·的能力。

3結(jié)論

魔芋葡甘聚糖提取最佳工藝條件為超聲波功率為207.5 W，超聲波時(shí)間為20.8 min，乙醇濃度為80.8%，液料比為19.6（mL/g）。

魔芋葡甘聚糖具有較好的還原能力，高于對(duì)照組VC，而且對(duì)DPPH·有較強(qiáng)清除能力，隨著魔芋葡甘聚糖濃度的增加，其清除能力逐漸增強(qiáng)，明顯高于對(duì)照組VC。

［1］倪學(xué)文.魔芋葡甘聚糖功能特性研究及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用［J］.中國食物與營養(yǎng)，2007（5）:22-24

［2］閻華，汪志強(qiáng)，劉慧宏.三種魔芋精粉提取方法的比較［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（3）:375-376

［3］何鑫磊，溫成榮，陳清萍.酸法純化魔芋多糖的探討［J］.廣西熱帶農(nóng)業(yè)，2008（1）:3-5

［4］劉艷華，馬妍妮，隋宏.魔芋中魔芋葡甘聚糖的提取純化及其含量測(cè)定影響因素的分析［J］.寧夏醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（11）:1133-1135

［5］趙平，任鵬，張?jiān)缕?原花青素抗氧化活性測(cè)定方法比較［J］.現(xiàn)代化工，2012（5）:119-122

Study on Purification Technology of Glucomannan from Amorphophallus Konjac and Its Antioxidation

ZHANG Ying
（Guiyang University，Guiyang 550005，Guizhou，China）

This study mainly discussed the purification technology and antioxidation of glucomannan from amorphophallus konjac.The optimum purification conditions of glucomannan from amorphophallus konjac were determined，such as ultrasonic frequency for 207.5 W，ultrasonic time for 20.8 min，ethanol concentration for 80.8%，solution to material ratio for 19.6（mL/g）.The glucomannan from amorphophallus konjac had good reducing power which was higher than VC，and had strong scavenging ability to DPPH·，the scavenging ability strengthen gradually with the concentration of glucomannan from amorphophallus konjac increasing，it was significantly higher than the scavenging ability of VC.

konjac glucomannan；response surface methodology；purification；antioxidation

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.14.022

2014-03-20

張穎（1976—），女（漢），副教授，碩士，主要從事食品工程研究。