芋頭多糖的提取及對煙絲的保潤效果

馬 丹，馬 林，王君婷，郭林青，吳時璽，胡騰飛，李 萌

（鄭州輕工業大學，煙草生物技術重點實驗室，河南 鄭州 450001）

芋頭，也稱芋艿，天南星科植物的地下球莖[1]，含豐富的黏性物質，其主要成分是黏多糖。芋頭多糖主要成分是由葡萄糖和甘露糖以β-糖苷鍵連接而成的雜多糖，具有良好的吸水性和保濕性，廣泛用于化妝品、食品、藥品、生物、材料等諸多領域[2-5]。近年來，中式卷煙產品煙氣干燥、辛辣甜潤感不夠等問題日益突出[6-7]，植物多糖含有豐富的羥基，在改善中式卷煙的保潤性能和感官舒適度方面發揮了重要作用。岳海波[8]將魔芋多糖應用到卷煙保潤劑的配方中，得到了較好的物理保潤和感官保潤效果；孟冬玲等人[9]利用魔芋葡聚甘糖的多羥基化合物特性對其改性，并應用到卷煙保潤中，得到了比丙二醇有較好能力的保潤效果。

關于芋頭的研究目前主要集中于生物活性及食用方面，作為保潤劑的研究尚未見報道。趙國華等人[10]發現，芋頭多糖在適當劑量下可顯著提高體內T淋巴細胞和NK細胞的活性，增強人體的免疫能力。還有報道芋頭多糖對羥自由基具有較強的清除作用，且能抑制H2O2誘導的紅細胞氧化溶血[11]。在珠江流域，芋頭是人們餐桌上的菜肴，也有不少養生者提出芋頭能益脾胃、調中氣、化痰散結[12]。因此，芋頭是一種食療兼優的農產品。以芋頭作為研究對象，以水提醇沉的方法提取并純化多糖，以傳統的保潤劑丙二醇、丙三醇為對照，研究其吸濕保濕性能，以期為新型煙用保潤劑開發提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗所用芋頭為白芋，購于鄭州某市場；煙絲，吉林中煙提供的未加香加料配方煙絲；無水乙醇、三氯乙酸、氫氧化鈉、活性炭，均為分析純。

BS201S型分析天平，國華電器有限公司產品；KQ-5200DB型數控超聲儀，昆山市超聲儀器有限公司產品；Avanti J-26SXP型高速冷凍離心機，美國貝克曼庫爾特有限公司產品；DZKW-4型電熱恒溫水浴鍋，北京中興偉業儀器有限公司產品；RE-52AA型旋轉蒸發儀，鄭州凱鵬實驗儀器有限公司產品；ST-07B型打粉機，上海樹立儀器儀表有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 芋頭多糖的提取條件優化

新鮮芋頭清洗去皮，完全干燥后打粉，過120目篩。取適量芋頭粉，考查料液比1∶20，1∶30，1∶40， 1∶50， 1∶60； 提取溫度 50， 60， 70， 80，90℃；提取時間1，2，3，4，5 h等3個因素對芋頭多糖提取率的影響。

試驗測定粗多糖采用苯酚-硫酸法。以葡萄糖為標準品，繪制其標準曲線。分別將2.0 mL蒸餾水（空白對照管）、芋頭多糖對照品溶液、葡萄糖對照品溶液和樣品溶液取于10 mL比色管中，加入質量分數5%苯酚1 mL，搖勻，迅速加入5.0 mL濃硫酸，立即混勻后迅速冷卻，再放于水浴鍋中沸水浴15 min，流水迅速冷卻。于波長480 nm處測定各個條件下提取液的吸光度，得到擬合曲線為Y=0.819 8X，R2=0.999。

計算公式為：

參考姜紹通等人[16]方法對粗多糖進行純化得到芋頭多糖1，2，3。

1.2.2 芋頭多糖的保潤效果

（1）不同濃度芋頭多糖保潤效果。將將純化芋頭多糖水溶液分別以0.05%，0.10%，0.15%均勻噴灑到煙絲（每份20 g） 表面，添加好的煙絲樣品置于恒溫恒濕箱中，溫度設定為22±1℃，RH=60%，平衡24 h，每組試驗3次重復。每份5 g置于稱量瓶內，記錄空稱量瓶和稱量瓶總質量，敞口置于RH=30%的硫酸干燥器中，每隔24 h測定1次質量。測量5 d后，將所有煙絲樣品敞口置于鼓風干燥箱中，按照烘箱法測定每組煙絲樣品的含水量，比較其失水能力的大小。

（2）純化多糖與傳統保潤劑保潤效果比較。將芋頭多糖、丙二醇、丙三醇以0.1%添加量均勻噴灑到煙絲表面，并以添加等量的蒸餾水作為空白對照組。測量失水能力方法與1.2.2（1） 一致。

2 結果與分析

2.1 提取優化

2.1.1 料液比對多糖提取率的影響

固定其他條件不變，分析不同料液比對多糖提取率的影響。

料液比對多糖提取率的影響見圖1。

圖1 料液比對多糖提取率的影響

從圖1可以看出，在料液比為1∶20～1∶60時，隨著料液比的增大，芋頭多糖的提取率呈現逐漸增大趨勢。其中，當料液比在1∶20～1∶40時，芋頭多糖的提取率迅速增加至最大值；在料液比大于1∶40時，提取率增加緩慢，趨于不變。

2.1.2 提取溫度對芋頭多糖提取率的影響

固定其他條件不變，分析不同提取溫度對多糖提取率的影響。

提取溫度對芋頭多糖提取率的影響見圖2。

圖2 提取溫度對芋頭多糖提取率的影響

由圖2可知，隨著提取溫度的升高，芋頭多糖的提取率逐漸增大，其中50～60℃時提取率增加最快，隨后提取溫度增加，多糖提取率均勻增加。

2.1.3 提取時間對芋頭多糖提取率的影響

固定其他條件不變，分析不同提取時間對多糖提取率的影響。

提取時間對芋頭多糖提取率的影響見圖3。

圖3 提取時間對芋頭多糖提取率的影響

由圖3可知，在料液比、提取溫度相同的情況下，隨著提取時間的增加，芋頭多糖提取率先增加而后略有降低。在提取時間1～3 h迅速增加至19.85%，隨后芋頭多糖提取率趨于不變，略微降低至19.42%。

2.1.4 芋頭多糖提取的正交優化

在單因素試驗基礎上，以料液比、提取溫度、提取時間為影響因素進行L9（34）正交試驗優化，以芋頭多糖提取率為指標，考查綜合因素對其影響，確定最佳芋頭多糖提取工藝參數。

試驗因素與水平正交設計見表1，正交試驗結果分析見表2，方差分析見表3。

表1 試驗因素與水平正交設計

表2 正交試驗結果分析

表3 方差分析

由表2正交試驗結果分析可知，在料液比（A）、提取溫度（B）、提取時間（C） 影響因素中，A因素極差R最大，是芋頭提取因素中的主要影響因素，其最優水平為A3；其次是提取時間（C），最優水平為C3；影響因素最小的是提取溫度（B），最優水平為B3，此結果與表3方差分析結果一致。為進一步驗證正交試驗結果的可靠性與真實性，按照最佳提取條件進行3次重復試驗，芋頭多糖得率分別為25.34%，25.31%，25.31%，平均得率為25.32%，說明此條件下試驗具有可重復性。綜上所述，提取的最優條件是A3B3C3，也就是料液比1∶40，提取溫度70℃，提取時間5 h。

2.2 芋頭多糖溶液對煙絲保潤效果

將純化得到的3種多糖（1，2，3） 分別以0.05%，0.10%，0.15%添加量添加到煙絲中，考查芋頭多糖不同添加量的保潤效果，得到5 d各組煙絲樣品每24 h的失水率。

煙絲樣品失水質量百分比見表4。

從表4可以看出，隨著時間增加添加了芋頭多糖的煙絲失水比例逐漸減小；隨著芋頭多糖添加量的增加，煙絲失水比例先減少后增加，在添加量為0.1%時，煙絲失水比例小于芋頭多糖1和3，說明芋頭多糖2保潤效果更好。

表4 煙絲樣品失水質量百分比/%

將芋頭多糖（1，2，3）、丙二醇、丙三醇和蒸餾水以0.1%添加量分別添加到煙絲中，比較其保潤效果，得到5 d各組煙絲樣品每24 h的失水率。

煙絲樣品失水質量百分比見表5。

從表5可以看出，添加了不同保潤劑的煙絲5 d后的失水比例均低于空白對照組14.11%；添加了芋頭多糖作為保潤劑的煙絲比傳統的保潤劑甘油、丙二醇失水比例小，表明芋頭多糖具有較好的保潤效果。

表5 煙絲樣品失水質量百分比/%

3 結論

選取廉價易得的芋頭作為試驗材料，應用水法提取多糖，不同料液比、提取溫度、提取時間對多糖的提取率都有較為明顯的影響，并且在這些影響因素中，料液比的影響最大，最佳為1∶40；其次為提取時間，最佳為5 h；提取溫度的影響最小，最佳為70℃，在最佳提取條件下，芋頭多糖的提取率為25.32%。王瑜和楊秀芳等人[11，13]研究了料液比、提取時間、提取溫度對新鮮芋頭多糖的影響，3個因素對多糖提取率的影響主次程度結果與試驗完全一致，但由于試驗研究對象為芋頭干粉，與新鮮芋頭相比諸多的物理性質在處理過程中發生變化，所以最佳提取條件的結果不完全一致。劉萍等人[14]研究了不同體積分數乙醇對水溶性芋頭多糖的影響，其結果表明提取溫度、提取時間對其結果影響較顯著與試驗結果有出入，可能是因為不同體積分數乙醇和其他因素之間有交互作用，使各因素對提取率的影響有所不同。

多糖含有豐富的羥基和氫鍵，可通過與水分子形成氫鍵減少水分的揮發或捕集空氣中的水分，從而保持含水率的相對穩定。研究結果顯示，當芋頭多糖在煙絲中添加量為0.1%時，煙絲失水率低于添加丙二醇組和丙三醇組，具有較好的保潤效果。此外，芋頭中含有多種微量元素，能增強人體的免疫功能，可作為防治癌瘤的常用藥膳主食，具有良好的保健效果。與趙國華[15]研究相似，姜紹通等人[16]發現芋頭多糖可以提高小鼠巨噬細胞的吞噬能力，提高其免疫能力。我國芋頭資源豐富，將芋頭多糖作為保潤劑具有提取成本低、性能好和安全性等優點，有望作為新型保潤劑用于煙草加工。