魔芋葡甘聚糖的提取及其抗氧化活性研究

张颖

（贵阳学院，贵州贵阳550005）

魔芋葡甘聚糖的提取及其抗氧化活性研究

张颖

（贵阳学院，贵州贵阳550005）

以魔芋为原料，研究魔芋葡甘聚糖的提取工艺及其抗氧化性质。研究结果表明：魔芋葡甘聚糖提取最佳工艺条件为超声波功率为207.5 W，超声波时间为20.8 min，乙醇浓度为80.8%，液料比为19.6（mL/g）。魔芋葡甘聚糖具有较好的还原能力，高于对照组VC，而且对DPPH·有较强清除能力，随着魔芋葡甘聚糖浓度的增加，其清除能力逐渐增强，明显高于对照组VC。

魔芋葡甘聚糖；响应面法；提取；抗氧化

魔芋，俗称“鬼芋”，是天南星科魔芋属多年生草本植物。魔芋葡甘聚糖（Konja glucomannan，KGM）是魔芋干物质的主要成分，是由葡萄糖和甘露糖以β-1，4糖甘键结合而形成的一种高分子化合物。魔芋葡甘聚糖是一种优异的膳食纤维，具有清理肠道、提高耐糖能力、防止肥胖、改善胆固醇代谢等功能，能阻止人体对糖、脂、胆固醇的过量吸收［1］，现已被应用于临床、医药等领域，对KGM的进一步研究和深度开发利用已引起人们的广泛关注。有关魔芋葡甘聚糖的分离纯化研究已有较多文献报道［2-3］，但关于利用超声波辅助纯化魔芋葡甘聚糖和响应面优化其提取工艺的研究工作开展较少。因此，本文利用响应面分析法对魔芋葡甘聚糖的超声波提取条件进行优化，并对其抗氧化活性进行研究，为魔芋的综合利用提供理论参考。

1材料及方法

1.1原料与试剂

魔芋：市售；

石油醚、NaOH溶液、HCL溶液、Pb（AC）2溶液、工业酒精、乙醇、无水乙醇等：实验室提供；葡萄糖标准品：惠州信阳制药有限公司；酒石酸钾钠、3，5-二硝基水杨酸、重蒸苯酚、亚硫酸钠：广州宏原化工有限公司等。

1.2试验仪器与设备

SB-5200D型超声波清洗器：杭州市佳华仪器有限公司；UV-6300紫外分光光度计：上海美谱达仪器有限公司；RE10-50旋转蒸发仪：上海百申仪器设备有限公司；GT10-1高速离心机、GZX-9070 MBE电热恒温鼓风干燥箱：东莞普生仪器厂；BS110S分析天平：东莞市东盛仪器有限公司；HH-6恒温水浴锅：深圳安胜设备有限公司；等。

1.3方法

1.3.1魔芋葡甘聚糖超声波辅助提取工艺流程

1）葡甘聚糖粗制品的制备：魔芋→烘干、粉碎→石油醚提取脱脂→加入NaOH提取→加热、搅拌→加HCL中和→加中性Pb（AC）2提取→通入H2S（适量）→浓缩→加乙醇→离心→析出白色沉淀物→得到葡甘聚糖粗制品

1.3.2魔芋葡甘聚糖测定

采用酸水解-DNS显色法结合紫外分光光度法测定魔芋精粉中葡甘聚糖的含量［4］。

1）标准曲线的绘制：分别取葡萄糖标准溶液0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL于6只10 mL容量瓶中，加入显色剂DNS，于沸水浴中加热5 min，冷却，定容。以蒸馏水显色反应液为空白，于548 nm处测定系列标准溶液的吸光度。经统计回归处理，得到线性方程为y=0.804 2x-0.073 5，R2=0.999 6，x指标准品的浓度，y指吸光度。

2）精粉中葡甘聚糖测定：准确移取一定量的葡甘聚糖待测液于容量瓶中，加入显色液，摇匀，静置10 min。以以蒸馏水显色反应液为空白作参比，在548 nm波长处测其吸光度。

3）魔芋葡甘聚糖的含量=0.18M/m×100%

式中：M为葡甘聚糖水解液葡萄糖质量，mg；m为魔芋精粉质量，g。

1.3.3DPPH·清除率的测定

取魔芋葡甘聚糖溶液0.2 mL与4 mL120 μmol/L的DPPH·溶液加入同一试管中，摇匀，在黑暗中放置30 min，以无水乙醇为空白在548 nm测定其吸光度，并按下式计算其清除率：

式中：Ac为为无水乙醇加DPPH·溶液的吸光度；Ai为为魔芋葡甘聚糖溶液加DPPH·溶液的吸光度。

1.3.4还原力的测定

还原力的测定：采用普鲁士蓝法［5］。

2结果与分析

2.1魔芋葡甘聚糖超声波提取条件的优化

2.1.1超声波功率对魔芋葡甘聚糖提取效果的影响

设定超声波时间为25 min，甲醇浓度为75%，液料比为16（mL/g），分别在超声波功率为50、100、150、200、250、300 W 6个梯度下，按方法1.3.1提取魔芋葡甘聚糖结果见图1。

图1　超声波功率提取效果影响Fig.1Influence of ultrasonic frequency on extraction effect

由图1可以看出，超声波功率应控制在200W左右较为适宜。

2.1.2超声波时间对魔芋葡甘聚糖提取效果的影响

设定超声波功率为200 W，乙醇浓度为75%，液料比为16（mL/g），分别在超声波时间为10、15、20、25、30、35 min 6个梯度下，按方法1.3.1提取魔芋葡甘聚糖结果见图2。

图2　超声波时间对提取效果影响Fig.2Influence of ultrasonic time on extraction effect

由图2可以看出，超声波时间应控制在20 min左右较为适宜。

2.1.3乙醇浓度对魔芋葡甘聚糖提取效果的影响

设定超声波功率为200 W，超声波时间为20 min，液料比为16（mL/g），分别在乙醇浓度为70%、75%、80%、85%、90%、95%6个梯度下，按方法1.3.1提取魔芋葡甘聚糖结果见图3。

图3　乙醇浓度对提取效果影响Fig.3Influence of ethanol concentration on extraction effect

由图3可以看出，乙醇浓度应控制在80%左右较为适宜。

2.1.4液料比对魔芋葡甘聚糖提取效果的影响

设定超声波功率为200W，超声波时间为20 min，乙醇浓度为80%，分别在液料比为8、12、16、20、24、28（mL/g）6个梯度下，按方法1.3.1提取魔芋葡甘聚糖结果见图4。

图4　液料比对提取效果影响Fig.4Influence of solution to material ratio on extraction effect

由图4可以看出，液料比应控制在20（mL/g）左右较为适宜。

2.1.5魔芋葡甘聚糖提取条件的优化实验

在单因素试验的基础上，选取超声波时间、超声波功率、乙醇浓度、液料比各因素的最优试验范围，按照表1的因素水平表，以魔芋葡甘聚糖提取率为响应值，采用响应面分析法对魔芋葡甘聚糖超声波提取条件进行优化。试验结果、回归方程图及响应面方差分析结果见表2、表3。

表1　试验因素水平及编码Table 1Test factors level and coding

表2　试验设计及结果Table 2Test design and results

续表2试验设计及结果Continue table 2Test design and results

表3　回归方程各项的方差分析Table 3The variance analysis of regression equation

根据魔芋葡甘聚糖提取的试验结果，由响应面分析法得出关于魔芋葡甘聚糖提取率的二次回归拟合方程：

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为超声波功率，B为超声波时间，C为乙醇浓度，D为液料比）

对魔芋葡甘聚糖提取的试验结果进行多元回归分析，由回归方程各项的方差分析结果（表3）可以看出，Model的F值为1 010.52，P值为＜0.000 1，表明Model极显著，同时A-超声波功率、B-超声波时间、C-乙醇浓度和D-液料比都是显著因素，A-超声波功率与B-超声波时间、C-乙醇浓度、D-液料比的交互作用都显著，C-乙醇浓度与D-液料比的交互作用也显著。而失拟项的F值为1.60，P值为0.308 2，说明了该模型与魔芋葡甘聚糖提取实际情况拟合程度比较好，可以预测魔芋葡甘聚糖提取最佳条件。根据回归分析结果（表3），做出相应曲面图。

图5　超声波功率与超声波时间交互作用对提取率影响的响应面Fig.5Response surface of influence of ultrasonic frequency and ultrasonic time interaction on extraction rate

图6　超声波功率与乙醇浓度交互作用对提取率影响的响应面Fig.6Response surface of influence of ultrasonic frequency and ethanol concentration interaction on extraction rate

图7　超声波功率与液料比交互作用对提取率影响的响应面Fig.7Response surface of influence of ultrasonic frequency and solution to material ratio interaction on extraction rate

图8　超声波时间与乙醇浓度交互作用对提取率影响的响应面Fig.8Response surface of influence of ultrasonic time and ethanol concentration interaction on extraction rate

图9　超声波时间与液料比交互作用对提取率影响的响应面Fig.9Response surface of influence of ultrasonic time and solution to material radio interaction on extraction rate

图10　乙醇浓度与液料比交互作用对提取率影响的响应面Fig.10Response surface of influence of ethanol concentration and solution to material radio interaction on extraction rate

根据魔芋葡甘聚糖提取试验结果和回归方程各项的方差分析，由响应面分析法优化出魔芋葡甘聚糖超声波提取最佳工艺条件，即超声波功率为207.5 W，超声波时间为20.8 min，乙醇浓度为80.8%，液料比为19.6（mL/g）。

2.1.6验证试验

根据响应面设计法优化的结果，选择魔芋葡甘聚糖提取率较高的3个较优条件，将这3个试验条件（试验1～试验3）和响应面设计法优化得出的较优条件（试验4）一起进行验证试验。试验结果见表4。

表4　验证试验设计表Table 4Verification test design table

由表4可知，响应面设计法优化得出的较优条件（试验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艺条件为超声波功率为207.5W，超声波时间为20.8min，乙醇浓度为80.8%，液料比为19.6（mL/g）。

2.2魔芋葡甘聚糖抗氧化活性研究

2.2.1魔芋葡甘聚糖还原力测定

魔芋葡甘聚糖还原力测定见图11。

图11　魔芋葡甘聚糖还原力测定Fig.11Measure on reducing power of glucomannan from amorphophallus konjac

由图11可知，随着魔芋葡甘聚糖浓度的增加，吸光度也不断增大，相应的还原力也增强。当魔芋葡甘聚糖浓度大于0.6 mg/mL时，魔芋葡甘聚糖的吸光度高于对照物VC，表明魔芋葡甘聚糖具有较强的还原能力。

2.2.2魔芋葡甘聚糖对DPPH·的清除能力

魔芋葡甘聚糖对DPPH·的清除能力见图12。

图12　魔芋葡甘聚糖对DPPH·的清除能力Fig.12Scavenging activity of glucomannan from amorphophallus konjac to DPPH·

由图12可知，魔芋葡甘聚糖清除DPPH·的能力较强，明显高于对照组VC；在试验浓度范围内，随着浓度的增加，魔芋葡甘聚糖清除DPPH·的能力也逐渐增强，呈现较好的量效关系。因此，魔芋葡甘聚糖具有较好的清除DPPH·的能力。

3结论

魔芋葡甘聚糖提取最佳工艺条件为超声波功率为207.5 W，超声波时间为20.8 min，乙醇浓度为80.8%，液料比为19.6（mL/g）。

魔芋葡甘聚糖具有较好的还原能力，高于对照组VC，而且对DPPH·有较强清除能力，随着魔芋葡甘聚糖浓度的增加，其清除能力逐渐增强，明显高于对照组VC。

［1］倪学文.魔芋葡甘聚糖功能特性研究及其在食品工业中的应用［J］.中国食物与营养，2007（5）:22-24

［2］阎华，汪志强，刘慧宏.三种魔芋精粉提取方法的比较［J］.湖北农业科学，2006（3）:375-376

［3］何鑫磊，温成荣，陈清萍.酸法纯化魔芋多糖的探讨［J］.广西热带农业，2008（1）:3-5

［4］刘艳华，马妍妮，隋宏.魔芋中魔芋葡甘聚糖的提取纯化及其含量测定影响因素的分析［J］.宁夏医科大学学报，2012，34（11）:1133-1135

［5］赵平，任鹏，张月萍.原花青素抗氧化活性测定方法比较［J］.现代化工，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

张颖（1976—），女（汉），副教授，硕士，主要从事食品工程研究。