甘薯淀粉廢水營養(yǎng)成分的提取及其免疫活性研究

葉子+李滟臨+王愛+陸銳+羅雨+肖沁原+唐玲

摘要 為從甘薯淀粉廢水中提取甘薯提取物，并研究其免疫活性，以工廠生產(chǎn)的甘薯淀粉廢水為原料，采用硫酸-蒽酮法檢測糖含量，紫外分光光度法檢測蛋白質(zhì)含量，按《水質(zhì) 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》（GB 11914—89）測定COD，動物試驗檢測免疫活性，研究沉淀劑對甘薯營養(yǎng)成分提取率、廢水水質(zhì)的影響。結果表明，本工藝使淀粉漿（廢水）體積減小2/3，其 COD由15 047 mg/L下降到2 850 mg/L，減少80%以上；廢水中蛋白質(zhì)的提取率為92.2%，蛋白質(zhì)濃度由5.01 mg/mL減小到0.52 mg/mL；多糖的提取率為62.6%。動物試驗表明提取物增加了小鼠的胸腺/體重、脾臟/體重、廓清指數(shù)K和吞噬指數(shù)α等，且呈劑量依賴關系，尤其是高劑量組（2.25 g/kg）使動物免疫活性極顯著增加（P<0.01）。本工藝可以有效提取甘薯淀粉廢水中的營養(yǎng)成分，甘薯提取物具有顯著提高免疫活性的作用。

關鍵詞 甘薯；淀粉；廢水；營養(yǎng)成分；免疫活性

中圖分類號 S531 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）22-0237-02

甘薯亦稱番薯、紅薯、白薯、紅苕、山芋等。16世紀末甘薯從南洋被引入中國，現(xiàn)為我國第五大糧食作物，也是主要蔬菜之一，在中國各地得到廣泛種植，總產(chǎn)量和種植面積均居世界首位。據(jù)《本草綱目》記載，甘薯性味甘平無毒，補虛乏、益氣力、健脾胃、強腎陰， 使人長壽少病[1]。研究結果表明，甘薯功能成分豐富，具有增強免疫、抗癌、抗突變、降血脂、降血糖、抗氧化、延緩衰老等功能[2]。藥用價值和保健價值很高[2]。

我國的甘薯加工主要用于提取甘薯淀粉，而甘薯淀粉加工最突出的問題有2個，一是除甘薯淀粉被利用外，甘薯蛋白和多糖等其他活性成分完全沒有被利用，資源浪費嚴重；二是未被利用的甘薯活性成分隨甘薯淀粉廢水一起造成了更嚴重的環(huán)境污染。因此，針對甘薯淀粉生產(chǎn)廢液的利用開展了大量研究，如先濃縮甘薯淀粉廢水，再用乙醇沉淀獲得糖蛋白粗品，再多次色譜純化得到純品[3]。該技術工藝復雜，成本高，難以在生產(chǎn)上應用。到目前為止，甘薯淀粉廢水并未得到開發(fā)利用。

本研究針對甘薯淀粉廢水污染嚴重、綜合利用率低等問題，改進了甘薯淀粉廢水提取工藝，聯(lián)產(chǎn)分離甘薯提取物，并研究了提取物提高免疫活性的能力，以期為甘薯淀粉廢水的開發(fā)利用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料。供試甘薯品種為渝薯17，由西南大學重慶甘薯工程技術中心提供；甘薯淀粉廢水取自重慶壁優(yōu)特生物技術公司（重慶市忠縣黃色鎮(zhèn)）生產(chǎn)基地新加工的甘薯淀粉廢水，速凍備用。

1.1.2 試驗動物。潔凈級裸鼠40只，雌、雄各20只，體重為（20±2）g，購自重慶市中藥研究院實驗動物研究中心。

1.2 試驗方法

1.2.1 甘薯淀粉廢水處理及提取物制備最佳條件篩選。將采用逆流浸提工藝生產(chǎn)的新鮮淀粉廢水4 000 r/min離心5 min，收集上清液，棄沉淀，以研究廢水處理及提取物制備的最佳條件。①篩選沉淀劑Ⅰ號最佳用量。取上清液100 mL，加入不同濃度的沉淀劑Ⅰ號，混勻后，90 ℃加熱5 min，冷卻后3 500 r/min離心5 min，分析上清液中多糖和蛋白質(zhì)含量濃度。②篩選最佳加熱溫度。取上清液100 mL，加 0.2%沉淀劑I號，混勻后在不同溫度下加熱5 min，冷卻后3 500 r/min離心5 min，分析上清液中多糖和蛋白質(zhì)含量濃度。③篩選最佳加熱時間。取上清液100 mL，加0.2%沉淀劑I號，混勻后在90 ℃下加熱不同時間，冷卻后3 500 r/min離心 5 min，分析上清液中多糖和蛋白質(zhì)含量濃度。

1.2.2 甘薯淀粉廢水處理及提取物制備。取上清液1 000 mL，加0.2%沉淀劑Ⅰ號，混勻后在90 ℃下加熱5 min，冷卻后在3 500 r/min離心5 min，分離上清液，并收集沉淀。沉淀真空冷凍干燥后，即為甘薯提取物，并計算收率。

1.2.3 多糖含量測定。以葡萄糖為標準品，按蒽酮-硫酸法測定[4]。

1.2.4 蛋白質(zhì)含量測定。以牛血清白蛋白為標準品，利用紫外分光光度儀在280 nm處檢測吸光度[5]。

1.2.5 廢水COD分析。采用《水質(zhì) 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》（GB 11914—89）測定。

1.2.6 免疫活性試驗。健康昆明種小白鼠，雌雄各20只，分為4組，每組各10只，喂養(yǎng)10 d，用口服方式給予甘薯提取物，然后檢測胸腺/體重、脾臟/體重、廓清指數(shù)和吞噬指數(shù)，按于守洋、馬學青等[6-7]方法測定。

2 結果與分析

2.1 不同濃度沉淀劑Ⅰ號對沉淀效果的影響

研究90 ℃下加熱5 min時，沉淀劑用量對上清液中蛋白質(zhì)和多糖含量的影響。如表1所示，隨著沉淀劑用量的增加，上清液中蛋白質(zhì)和多糖的含量逐漸下降；當沉淀劑的濃度達到0.2% 時，上清液中蛋白質(zhì)和多糖的含量不再下降。因此，選擇沉淀劑Ⅰ號的用量為0.2%。

2.2 加熱溫度對沉淀效果的影響

研究沉淀劑用量為0.2%，加熱5 min時，溫度對上清液中蛋白質(zhì)和多糖沉淀的影響。結果如表2所示，隨著加熱溫度的增加，溶液中蛋白質(zhì)和多糖的含量逐漸下降；當加熱溫度超過90℃以后，兩者的含量變化不大。因此，確定加熱溫度為90 ℃以上。

2.3 加熱時間對沉淀效果的影響

研究沉淀劑用量為0.2%，加熱溫度為90℃，不同加熱時間對甘薯淀粉廢水中蛋白質(zhì)和多糖沉淀效果的影響。如表3所示，隨著加熱時間的延長，溶液中蛋白質(zhì)和多糖的含量逐漸下降；當加熱時間超過5 min時，沉淀效果不再增加。因此，確定加熱時間為5 min。endprint

根據(jù)上述研究，確定最佳沉淀條件為沉淀劑Ⅰ號用量為 0.2%、加熱溫度為90 ℃、加熱時間為5 min。

2.4 優(yōu)化條件下蛋白質(zhì)、多糖提取率及COD值的變化

如表4所示，在最佳條件下沉淀后，蛋白質(zhì)的提取率達到92.2%，多糖的提取率達到62.6%，實現(xiàn)了甘薯黃漿中多糖和蛋白質(zhì)的有效回收。

企業(yè)在傳統(tǒng)工藝的基礎上，采用逆流浸提工藝，并進行了500 kg甘薯淀粉放大工藝試驗，結果如表5所示。可以看出，新工藝甘薯淀粉的提取率略有增加，即不影響甘薯淀粉收率；淀粉漿（廢水）體積減小2/3，其COD由15 047 mg/L下降到2 850 mg/L，減少80%以上，大幅度減小了后續(xù)廢水治理的費用；同時，新工藝新增加甘薯保健成分提取物5.2 kg。分析發(fā)現(xiàn)，甘薯的提取物中蛋白質(zhì)占55.35%，多糖占21.32%，水分占8.9%，其他物質(zhì)占14.43%。

可見，新工藝不僅不影響甘薯淀粉的收率，新增加了甘薯保健成分提取物，而且可以大幅度降低廢水污染。本工藝技術具有很好的工業(yè)推廣價值。

2.5 免疫指標測定結果

如表6所示，與對照組相比，甘薯提取物增加了小鼠的胸腺/體重、脾臟/體重、廓清指數(shù)K、吞噬指數(shù)α，并呈劑量依賴關系。提取物中劑量（1.50 g/kg）使免疫指標增加達顯著水平（P<0.05），高劑量組（2.25 g/kg）達極顯著水平（P<0.01）。

3 結論與討論

據(jù)《本草綱目》（1593年）記載，甘薯“味甘、平、無毒。主治補虛乏、益氣力、健脾胃、強腎陰。功同薯蕷”，表明甘薯有很強的提高免疫作用。通過對甘薯淀粉傳統(tǒng)工藝的改進，采用逆流浸提工藝，加工1 t鮮薯消耗的自來水由原來的5～10 t減少為1～2 t，淀粉漿（廢水）體積減小2/3，營養(yǎng)成分的濃度提高2～3倍，為甘薯營養(yǎng)成分的提取創(chuàng)造了有利條件。

在此基礎上，通過添加沉淀劑Ⅰ號，優(yōu)化沉淀劑濃度、加熱時間、加熱溫度等，確定了提取物最佳沉淀條件為沉淀劑Ⅰ號用量為0.2%、加熱溫度為90 ℃、加熱時間為5 min。經(jīng)過放大工藝證明，從500 kg鮮薯中可獲得5.2 kg甘薯提取物，并使淀粉廢水中的COD由15 047 mg/L下降到2 850 mg/L，減少80%以上；廢水中蛋白質(zhì)的提取率為92.2%，蛋白質(zhì)濃度由5.01 mg/mL減小到0.52 mg/mL；多糖的提取率為62.6%，多糖濃度由3.79 mg/mL下降到1.89 mg/mL，大幅度降低了廢水的污染程度。

分析發(fā)現(xiàn)，甘薯淀粉濃縮廢水中主要為蛋白質(zhì)和多糖，利用沉淀劑Ⅰ號提取的甘薯提取物含有蛋白質(zhì)55.35%、多糖21.32%、水分8.9%，其他物質(zhì)14.43%。有大量的研究資料報道，甘薯具有增強免疫活性的作用[3，8-11]。動物試驗結果表明，甘薯提取物劑量顯著提高了小鼠胸腺/體重、脾臟/體重、廓清指數(shù)（K）、吞噬指數(shù)（α）等指標，尤其是高劑量組（2.25 g/kg），極顯著增加了動物免疫活性（P<0.01）。

本研究不僅改進了甘薯淀粉加工工藝，還從甘薯淀粉廢水中提取了豐富蛋白質(zhì)和多糖等有效成分，甘薯具有較好的增強機體免疫活性功能，有望開發(fā)為保健品；更重要的是，本工藝降低了甘薯淀粉廢水的污染，具有很好的轉化前景。

4 致謝

本研究是在重慶市甘薯工程技術中心葉小利教授指導下完成的，對于研究過程中葉教授的悉心指導表示衷心感謝。

5 參考文獻

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