二段式超聲輔助沸水提取香菇多糖工藝研究

摘 要：為了實現對香菇多糖的高效提取，本文采用二段式超聲輔助沸水提取香菇多糖，在單因素的基礎上，運用響應面法優化二段式超聲最佳提取工藝條件。結果發現，二段式超聲輔助沸水提取香菇多糖條件為料液比1∶20（g/mL），超聲功率300 W，超聲溫度60 ℃，一段超聲時間30 min，二段時超聲時間5 min，香菇多糖得率可達13.38%。二段式超聲輔助沸水提取工藝比傳統沸水提取工藝能顯著提高香菇多糖得率，可為香菇多糖工業化生產提供可靠的理論依據。

關鍵詞：香菇多糖；二段式超聲輔助沸水提取；響應面法

中圖分類號：TS264.4 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2024）07-0029-05

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.07.006

Study on the Extraction of Lentinus edodes Polysaccharide by Two Phase Ultrasonic Assisted Boiling Water Method

Abstract： In order to achieve efficient extraction of Lentinan edodes polysaccharides， this article used two-stage ultrasound assisted boiling water extraction. Based on single factor analysis， response surface methodology was used to optimize the optimal extraction process conditions of two-stage ultrasound. The results showed that liquid ratio was 1∶20 （g/mL）， ultrasonic power was 300 W， ultrasonic temperature was 60 ℃， the first ultrasonic time was 30 min， and the second ultrasonic time was 5 min， the yield of polysaccharides extraction rate was 13.38%. The result showed that the two-stage ultrasonic assisted boiling water extraction process could significantly increase the extraction rate of L. edodes polysaccharides， which would provide a reliable theoretical basis for the industrial production of L. edodes.

Keywords： Lentinus edodes polysaccharides; two phase ultrasound assisted boiling water; response surface method

2023年中國香菇產量約1359.59 萬t，主要分布在河南、湖北、遼寧、浙江、福建、河北等地。其中，河南省是國內香菇最大的供應省，其產量約占全國30.73%[1]。香菇營養豐富，味道鮮美，被譽為“菇中之王”[2]。古籍記載香菇“益氣不饑，治風破血和益胃助食”[3]，在民間被廣泛應用于治痘瘡、麻疹、頭痛和頭暈等[4-5]。

大量研究表明，香菇含有豐富的生物活性物質，如多糖、蛋白質和嘌呤等[6]，具有提高免疫力、調節惡性血液病，以及輔助治療胃癌、肺癌等功能[7-11]。香菇多糖（Lentinus edodes polysaccharides，LNT）的毒副作用小、功效率大，具有重要的研究和開發價值[12-16]。目前香菇多糖提取方法較多，主要有溶劑提取（水、酸、堿）法、微波輔助提取法、酶輔助提取法、超聲波輔助提取法等。溶劑提取法，耗時長、效率低；微波處理對熱敏感性物質，易導致其變性或失活；酶輔助法專一性強、實用性小、易失活、費用高，不適于工業化生產[17-19]；超聲波輔助提取法利用空化、機械和熱效應，使多糖迅速溶解，具有省時節能和得率高等優點[20]，陳悅柏[21]對比熱水浸提和超聲輔助提取香菇多糖工藝，得出多糖得率分別為2.57%、5.21%。但是在提取過程中發現采用單一的提取方法得到的香菇多糖提取率低于兩種或多種相結合方法[22]，秦令祥等[23]選用超聲波協同復合酶法提取香菇多糖得率為12.46%。黃超等[24]采用超聲二段方式提取香菇多糖，結果表明，第一次超聲時間20 min，第二次提取時間23 min，恒溫提取130 min時，香菇多糖得率7.24%。因此本文以香菇多糖得率為指標，采用超聲和沸水相結合的提取方式，實現動態提取香菇多糖，以期為香菇多糖工業化生產提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

干香菇，品種‘向陽2號’，購自舞陽縣香菇生產基地。

葡萄糖標準品，純度gt;95%，天津市光復精細化工研究所；苯酚，分析純，天津市永大化學試劑有限公司；硫酸，分析純，上海市阿拉丁試劑有限公司；無水乙醇，分析純，天津新技術產業園區科茂化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

7200可見光分光光度計，上海尤尼科公司；PHS-3TC精密數顯酸度計，上海天達儀器有限公司；TG16-WS超聲波清洗器，湖南湘儀實驗室；TG16-WS臺式高速離心機，上海湘儀離心機儀器有限公司；C21-SDHCB14超薄電磁爐，浙江紹興蘇泊爾生活電器有限公司；DHG-9101-35A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海三發科學儀器有限公司；DC-B5/12馬弗爐，上海德洋意邦儀器有限公司；RE-52AA旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器廠；BCD-539WTFA1204B電子天平，上海精密科學儀器有限公司）；DZKW-S-6 電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫療儀器有限公司；HC-1000Y 高速多功能粉碎機，浙江省金華市武義海納電器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程

香菇粉溶解→一段超聲后煮沸→取上清液→其沉淀二段超聲后煮沸→離心，合并兩次上清液→旋轉蒸發→醇沉→干燥。

1.3.2 超聲輔助沸水提取香菇多糖工藝優化

（1）單因素實驗

在前期工作基礎上，研究超聲溫度（30、40、50、60、70、80 ℃）、超聲功率（200、300、400、500 W）、一段超聲時間（5、15、30、45、60 min）、二段超聲時間（3、5、10、15 min）對香菇多糖得率的影響。

（2）響應面設計

根據單因素試驗結果，以超聲溫度、超聲功率、一段超聲時間為影響因素，香菇多糖得率為考核指標，根據Box-Behnken原理，每個因素3個水平設計響應面優化香菇多糖提取工藝條件，如表1所示。

1.3.3 香菇成分測定及多糖得率計算方法

按照國標方法測得香菇粉水分含量為8.97%，蛋白質含量為18.92%，脂肪含量為4.13%，灰分為5.64%，粗纖維為28.63%。多糖得率計算參照苯酚硫酸法[25]。

1.4 數據處理

采用Design-Expert 7.0進行響應面設計，IBM SPSS Statistic 17進行單因素方差分析，數據以“平均值±標準差”的形式，使用Origin 6.0進行作圖，Excel 2003制表，每個實驗作3次平行。

2 結果與分析

2.1 香菇多糖的二段式超聲輔助沸水提取結果與分析

由圖1可知，溫度和超聲的共同作用使分子間的運動更為劇烈，從而促進香菇中的多糖在一定時間內迅速溶解[26]。煮沸后多糖濃度快速增加，因重力作用造成部分菇粉向下沉積，再次通過超聲空化作用，擴大菇粉與溶劑的接觸面積，利于香菇多糖的溶出。因此，當超聲溫度為60 ℃，超聲功率為300 W，第一段提取時間為30 min，第二段超聲時間為5 min時，香菇多糖得率達到最佳值。

2.2 響應面試驗

2.2.1 超聲輔助沸水提取香菇多糖得率的響應面分析

通過Design-Expert 7.0將表2中的實驗結果做出多項擬合回歸分析，獲得二次多項回歸方程為：Y=13.29-0.10A-0.092B-0.17C-0.48AB+0.12BC+0.13AC-0.60A2-1.00B2-0.52C2，式中，Y表示香菇多糖得率的預測值。由表3可知，模型Plt;0.05，失擬項Fgt;0.5，表明模型擬合度良好[27]。超聲輔助沸水提取香菇多糖得到的模型方程極為顯著，因此可以使用該方程來預測香菇多糖得率。在所選因素水平范圍內，按照對香菇多糖得率的影響因素從大到小排序為Cgt;Agt;B。此外，AB和AC對香菇多糖含量的影響也具有顯著性影響。最優提取香菇多糖的條件為一段超聲時間29.50 min、超聲功率299.8 W、超聲溫度60.20 ℃，在此條件下，預測的香菇多糖得率為13.39%。

為了方便實驗操作，將提取條件調整為一段超聲時間30 min、超聲功率300 W、超聲溫度60 ℃進行提取。經過5次平行實驗驗證，得到香菇多糖平均得率為13.38%，與預測值基本一致，證明了所建立的模型的可靠性。

2.2.2 超聲輔助沸水提取香菇多糖各影響因素的交互作用

利用Design-Expert 7.0得到交互因子曲線圖，見圖2。曲線的形狀反映了兩兩因素之間交互作用的強弱關系，圓形表示比較弱，橢圓形表示兩因素的交互作用比較強[28]。

圖2a呈近似橢圓形，表明超聲時間和超聲功率二者的交互作用對香菇多糖得率影響較大。圖2b呈橢圓形，表明超聲溫度和功率二者的交互作用對香菇多糖得率影響更大。圖2c近似呈圓形，表明超聲溫度和一段超聲時間二者的交互作用對香菇多糖得率影響較小，因此，香菇多糖得率交互作用由強到弱依次為超聲溫度和功率、一段超聲時間和功率、一段超聲時間和超聲溫度。

2.3 不同提取方法效果比較

前期工作沸水提取香菇多糖優化條件為料液比1∶20（g/mL）、提取溫度100 ℃、兩次提取時間分別為60、30 min，香菇多糖的總得率為10.25%，明顯低于二段式超聲輔助提取香菇多糖得率（13.38%）。

3 結論

在沸水提取的基礎上，使用超聲輔助沸水方法獲得了最佳提取工藝參數：超聲功率為300 W、超聲溫度60 ℃、一段超聲時間30 min、二段超聲時間5 min。在該條件下，香菇多糖總的提取率為13.38%，該結果與回歸方程的預測值基本相符。與單純沸水提取實驗相比，二段式超聲輔助提取香菇多糖得率提高了30.53%，與黃超等[24]的研究相比，時間縮短了48 min，香菇多糖提取率提高了45.9%。

由此可見，采用二段式超聲輔助沸水提取香菇多糖，與單純沸水相比可將香菇多糖提取率提高近1/3。此外，超聲輔助提取設備操作簡單，適用于大規模的工業化生產，因此具有廣闊的開發應用前景。

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