代小梅

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省食品加工工程技術(shù)研究開發(fā)中心，江蘇 淮安 223003）

紫甘薯非淀粉多糖提取工藝研究

代小梅

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省食品加工工程技術(shù)研究開發(fā)中心，江蘇 淮安 223003）

以寧紫1號(hào)紫甘薯為原料，以提取時(shí)間、提取溫度和料液比三個(gè)因素進(jìn)行中心組合設(shè)計(jì)，利用響應(yīng)面法及Design Expert軟件，對(duì)紫甘薯非淀粉多糖提取得率的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型解逆矩陣分析得出最佳工藝條件，即提取溫度68℃、提取時(shí)間4 h、料液比1∶30，此時(shí)非淀粉多糖得率最大（11.67%±0.03%），與預(yù)測(cè)值（11.65%）一致。

紫甘薯；非淀粉多糖；提取；優(yōu)化

甘薯塊根中含有抑制膽固醇及抗腫瘤的物質(zhì)，極具開發(fā)價(jià)值［1］。紫甘薯富含多種功能性成分，其中多糖具有調(diào)節(jié)并增強(qiáng)免疫力、抗氧化、抗腫瘤、抗突變、降血脂、抗衰老等作用［2］。近年來，國內(nèi)外對(duì)紫甘薯營(yíng)養(yǎng)方面的研究較多［3－5］，對(duì)其中非淀粉多糖的提取工藝優(yōu)化研究較少。本研究在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取提取時(shí)間、提取溫度和料液比三個(gè)因素進(jìn)行中心組合設(shè)計(jì)，利用響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)得出紫甘薯非淀粉多糖的最佳提取工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

紫甘薯：寧紫1號(hào)，由江蘇省農(nóng)科院提供。選用新鮮、無病蟲害、無腐爛的紫甘薯，自來水洗凈、晾干后切成薄片，在50℃熱風(fēng)干燥條件下干制（干制品水分含量小于12%）。攤晾至室溫，粉碎以后過60目篩，然后于4℃下貯藏待用。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

考察提取溫度（40、50、60、70、80、90℃）、提取時(shí)間（1、2、3、4、5 h）以及料液比（1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60）的變化對(duì)非淀粉多糖得率的影響。料液比是指紫甘薯粉質(zhì)量（g）與蒸餾水體積（mL）之比。

1.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定Box-Behnken試驗(yàn)的因素與水平（見表1）。以非淀粉多糖得率為響應(yīng)指標(biāo)，通過Design Expert7.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立各因素與非淀粉多糖得率之間的回歸方程，從而預(yù)測(cè)提取非淀粉多糖得率的最佳條件。

表1 Box-Behnken設(shè)計(jì)的因素與水平表

1.2.3 提取次數(shù)實(shí)驗(yàn)

在響應(yīng)面試驗(yàn)的最優(yōu)提取條件下，分次浸提紫甘薯，提取1～4次，依次收集提取液，確定提取次數(shù)對(duì)提取產(chǎn)率的影響。

1.3 非淀粉多糖得率測(cè)定方法

在紫甘薯多糖提取液中加入50 IU/gα-淀粉酶，于95℃酶解15 min后冷卻至60℃，再按100 IU/g的添加量添加糖化酶，于60℃保溫1 h后冷卻、定容并離心（6000 g，5 min）。上清液加入4倍體積的無水乙醇，于4℃靜置過夜后離心（2000 g，15 min），得到的沉淀用80%乙醇洗滌，重復(fù)3次。待揮干試劑后，沉淀用蒸餾水（50±1）℃溶解、定容，得多糖溶液。采用苯酚-硫酸法測(cè)定多糖含

量［6］，以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)（用0.9的系數(shù)校正）。

非淀粉多糖得率（%）＝多糖重量（g）/樣品重量（g）×100%

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，結(jié)果以mean±SD表示。數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析采用Design Expert7.0版本。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 時(shí)間對(duì)提取得率的影響

如表2所示：隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，紫甘薯非淀粉多糖提取得率不斷增加；超過3 h后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，非淀粉多糖提取得率無顯著性變化。這可能是因?yàn)?，紫甘薯?xì)胞結(jié)構(gòu)受熱發(fā)生變化，非淀粉多糖分子獲得熱水傳遞的熱量后熱運(yùn)動(dòng)加速，其由物料內(nèi)部向提取溶劑界面的擴(kuò)散速率得以提高［7］，3 h以后，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。因此，提取時(shí)間以3 h為宜。

表2 提取時(shí)間對(duì)紫甘薯非淀粉多糖提取得率的影響（60℃，1∶20）

2.1.2 溫度對(duì)提取得率的影響

如表3所示，隨著提取溫度的升高，非淀粉多糖得率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)提取溫度低于70℃時(shí)，隨著提取溫度的升高，非淀粉多糖得率增加；當(dāng)溫度高于70℃時(shí)，多糖得率下降。這可能是由于隨著提取溫度的升高，部分多糖發(fā)生水解［8］。綜合考慮多糖得率和節(jié)能因素，故選擇70℃為單因素最佳提取溫度。

表3 提取溫度對(duì)紫甘薯非淀粉多糖得率的影響（3 h，1∶30）

2.1.3 料液比對(duì)提取得率的影響

如表4所示：當(dāng)料液比高于1∶30時(shí)，紫甘薯非淀粉多糖得率隨料液比呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)料液比低于1∶30后，隨著料液比的增大，非淀粉多糖得率無顯著性變化。因此，料液比以1∶30為宜。

表4 料液比對(duì)紫甘薯非淀粉多糖得率的影響（70℃，3 h）

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

表5為響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案與試驗(yàn)結(jié)果，利用Design Expert7.0軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到紫甘薯非淀粉多糖得率對(duì)自變量X1、X2和X3的二次多項(xiàng)回歸方程：

Y＝11.09－0.11X1＋0.26X2＋0.42X3－0.121X1X2＋0.12X1X3－0.10X2X3－0.33X12＋0.067X2－0.065X223

式中，Y為非淀粉多糖得率的預(yù)測(cè)值，X1、X2和X3分別代表溫度、時(shí)間和料液比。

方差分析表明，熱水提取紫甘薯非淀粉多糖預(yù)測(cè)模型的F值為44.90，P＜0.0001，且模型的決定系數(shù)（R2）為0.9830，說明該模型可靠性極高，擬合程度良好（見表6）。

在模型中，提取溫度（X1）、提取時(shí)間（X2）和料液比（X3）三個(gè)因素的一次項(xiàng)對(duì)紫甘薯非淀粉多糖提取得率的影響都達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。二次項(xiàng)中，只有X12對(duì)非淀粉多糖得率的影響極顯著（P＜0.0001），其他的X22和X3

2對(duì)非淀粉多糖得率影響不顯著（P＞0.05）。另外，三個(gè)因素之間的兩兩交互作用對(duì)非淀粉多糖得率都有顯著影響（P＜0.05）。

表5 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果

表6 回歸模型方程方差分析

2.3 紫甘薯非淀粉多糖得率響應(yīng)面優(yōu)化

圖1為溫度與時(shí)間交互作用對(duì)紫甘薯非淀粉多糖得率的影響。多糖得率隨時(shí)間延長(zhǎng)和溫度升高而提高。如圖2所示，提取溫度和料液比對(duì)紫甘薯非淀粉多糖提取得率的交互作用有顯著影響。在70℃時(shí)，紫甘薯非淀粉多糖得率隨著料液比的增加而顯著提高。適當(dāng)加大料液比，能提高非淀粉多糖提取得率。

由圖3可見，隨著時(shí)間和料液比的增加，非淀粉多糖得率均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。在本實(shí)驗(yàn)水平范圍內(nèi)，適當(dāng)延長(zhǎng)提取時(shí)間、降低料液比能提高紫甘薯非淀粉多糖的得率。

根據(jù)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果，得出最佳提取條件：溫度68℃、時(shí)間4 h、料液比1∶30。在此條件下，紫甘薯非淀粉多糖得率為（11.67±0.03）%，與預(yù)測(cè)值（11.65%）一致，表明此次用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的回歸模型方程是可靠有效的。

圖1 溫度和時(shí)間交互作用對(duì)非淀粉多糖得率的影響（料液比1∶30）

圖2 溫度和料液比交互作用對(duì)非淀粉多糖得率的影響（時(shí)間3 h）

圖3 時(shí)間和料液比交互作用對(duì)非淀粉多糖得率的影響（溫度70℃）

2.4 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

為了對(duì)該模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)模型方程進(jìn)行解逆矩陣，通過模型方程得出紫甘薯非淀粉多糖提取得率在提取溫度68℃、提取時(shí)間4 h、料液比1∶30的最佳工藝條件下，最大值為11.67%。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)表明，在此條件下的提取產(chǎn)量比單因素組合的最佳提取條件下的產(chǎn)量高出5.61%。

表7 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.5 提取次數(shù)對(duì)提取產(chǎn)率的影響

從表8可知，提取次數(shù)越多，紫甘薯非淀粉多糖的產(chǎn)率越高。以4次提取率為100%計(jì)算，則1次、2次和3次的提取率分別為60.51%、84.14%和95.65%，這表明多次提取有利于提取產(chǎn)率的增加。提取次數(shù)越多，能耗越大，同時(shí)在多糖的純化和濃縮時(shí)會(huì)造成部分多糖的分解而降低成品產(chǎn)率。由于2次提取率接近85%，綜合考慮生產(chǎn)成本的因素，故提取次數(shù)以2次為宜。

表8 提取次數(shù)對(duì)紫甘薯非淀粉多糖提取產(chǎn)率的影響

3 結(jié)論

本研究用響應(yīng)面分析法建立的紫甘薯非淀粉多糖提取產(chǎn)量的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.001，R＝0.980）。在提取溫度68℃、提取時(shí)間4 h、料液比1∶30的最佳工藝條件下，其最大非淀粉多糖得率為11.67%。以4次提取率為100%計(jì)算，2次提取產(chǎn)率能到84.14%，提取次數(shù)以2次為宜。

［1］楊朝霞，王亦軍，高磊.紫甘薯花色苷色素研究進(jìn)展［J］.青島大學(xué)學(xué)報(bào)：工程技術(shù)版，2004，19（2）：32－36.

［2］張惟杰.糖復(fù)合物生化研究技術(shù)［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，1994：16－17.

［3］Kano M，Takayanagi T，Harada K，et al.Antioxidative Activity of Anthocyanins from Purple Sweet Potato，Ipomoerabatatascultivar Ayamurasaki［J］.Biosci Biotechnol Biochem，2005，69（5）：979－988.

［4］劉主，劉國凌，朱必鳳，等.甘薯多糖的抗腫瘤研究［J］.食品研究與開發(fā)，2006，27（8）：28－31.

［5］Zhao G H，Kan JQ，Li ZX.etal.Characterization and Immunostimulatory Activity of an（1Y6）-a-D-glucan from the Root of Ipomoea Batatas［J］.International Immunopharmacology，2005，5（9）：1436－1445.

［6］Liang R J.Orthogonal Test Design for Optimization of the Extraction of Polysaccharides from Phascolosoma Esulenta and Evaluation of its Immunity Activity［J］.Carbohydrate Polymers，2008，73（4）：558－563.

［7］Tong H B，Liang Z Y，Wang G Y.Structural Characterization and Hypoglycemic Activity of a Polysaccharide Isolated from the Fruitof Physalis Alkekengi L［J］.Carbohydrate Polymers，2008，71（2）：316－323.

［8］高秋萍，阮紅.紫心甘薯多糖提取工藝研究［J］.食品科學(xué)，2009，30（20）：113－117.

［責(zé)任編輯：王東霞］

Study on Extraction Process of Optim ization of Extraction Technique of NSP from Purple Sweet Potato

DAIXiao-mei
（Research Center for Food Processing Engineering Technology，Jiangsu Food and Pharmaceutical Science College，Huai'an 223003，Jiangsu，China）

With Ningzi No.1 purple sweet potato as the raw material，using response surfacemethod and the software of Design Expert，the effects of different temperature，time and the ratio formaterial and liquid on the extraction yield of NSP from purple sweet potatowere investigated and the optimal conditionswere obtained by the inverse matrix of quadratic polynomialmathematicalmodel of NSP from purple sweet potato's extraction yield as following：extraction temperature of 68℃，extraction time of 4 hours and the ratio formaterial and liquid 1∶30.Under this condition，the NSP yield was（11.67±0.03）%，which was in agreementwith the prediction（11.65%）.

purple sweet potato；non-starch polysaccharides；extraction；optimization

TQ914.1

A

1006－8481（2014）04－0020－05

2014－05－24

淮安市科技支撐計(jì)劃（農(nóng)業(yè)）項(xiàng)目（SN13055）

代小梅（1987—），女，江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。