微波輔助提取銀耳多糖工藝研究

摘 要：為促進(jìn)銀耳多糖資源的進(jìn)一步開發(fā)利用以及多糖化合物的產(chǎn)業(yè)化，本研究以古田銀耳粗多糖提取率為指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)以及響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取工藝。結(jié)果表明，古田銀耳粗多糖的最佳工藝條件為液料比54∶1（mL/g）、微波時(shí)間32 min、微波功率420 W，在此條件下多糖提取率為31.27%，與理論預(yù)測(cè)值（32.025%）偏差較小，表明響應(yīng)面優(yōu)化的模型結(jié)果穩(wěn)定、預(yù)測(cè)性良好。優(yōu)化后的銀耳多糖提取工藝可大大縮短提取時(shí)間，節(jié)約成本，為銀耳多糖深加工提供參考。

關(guān)鍵詞：古田銀耳;多糖;微波輔助技術(shù);響應(yīng)面法

中圖分類號(hào)：TS255.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-1038（2024）08-0001-06

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.08.001

Optimization of Microwave-assisted Extraction"of Tremella fuciformis Polysaccharide

CHEN Jie， GUO Linkai， SONG Dongxiao， SONG Yang， PAN Lixiu， HUANG Xunrui*

（Ningde Center for Food and Drug Control， Ningde 352100， China）

Abstract： In order to provide a theoretical basis for the further development and utilization of Tremella fuciformis polysaccharide resources and the industrialization of polysaccharide compounds， the microwave-assisted extraction process conditions were optimized by single factor test and response surface method， taking the extraction rate of crude polysaccharide from Gutian T. fuciformis as the index. The results showed that the optimum conditions for microwave-assisted extraction of crude polysaccharides from T. fuciformis were as follows： liquid-solid ratio 54∶1（mL/g）， microwave time 32 min， microwave power 420 W. Under this condition， the polysaccharide extraction rate was 31.27%， and the deviation from the theoretical prediction value （32.025%） was small， indicating that the model parameters optimized by the response surface were stable and predictable. The optimized T. fuciformis polysaccharide extraction process could greatly shorten the extraction time， save costs， and provide a reference for the deep processing of tremella polysaccharide.

Keywords： Gutian Tremella fuciformis; polysaccharide; microwave-assisted technology; response surface methodology

銀耳（Tremella fuciformis），又稱為銀耳子、白木耳、雪耳等，被賦予“菌中之冠”的美稱[1]。銀耳含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、膳食纖維、多種無機(jī)鹽及維生素，所含的18種氨基酸中有7種為人體必需氨基酸，適當(dāng)食用銀耳不但有解熱降噪的作用，還能有效滿足機(jī)體所需，促進(jìn)身體健康。目前，國內(nèi)外市場(chǎng)上流通的銀耳有80%以上來自“食用菌之鄉(xiāng)”——福建省古田縣。“古田銀耳”于2004年6月被授予“中國地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品”榮譽(yù)稱號(hào)[2]。

研究表明，銀耳多糖具有抗腫瘤[3-4]、抗氧化[5-6]、調(diào)節(jié)血糖[7-8]、降低血脂[9-10]及提高免疫力[11]等作用。銀耳多糖的提取多采用熱水浸提[12-13]、酶解[14]、超聲提取[15-16]、亞臨界提取[17-18]、微波提取[19-20]等方法。然而熱水浸提法溫度高、耗時(shí)長、提取率低;酶解法提取專一性強(qiáng)、成本高;超聲提取法能耗更大、提取率不如微波法;亞臨界法因儀器成本昂貴，在實(shí)驗(yàn)室并不常見;而微波提取法在這些新型提取技術(shù)中，具有高效率、高節(jié)能等特點(diǎn)，故被普遍應(yīng)用于提取各類生物活性成分。本研究通過單因素試驗(yàn)與響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取古田銀耳粗多糖的工藝條件，以期為古田銀耳多糖的合理利用和資源深度開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

銀耳子實(shí)體（干制品），購自福建古田縣戴氏果蔬專業(yè)合作社。

D-無水葡萄糖標(biāo)品，中國食品藥品檢定研究院。石油醚、無水乙醇，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;苯酚、濃硫酸，西隴科學(xué)股份有限公司;均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

09A24型微波消解儀，安東帕股份有限公司;UV-2600i型紫外可見分光光度計(jì)，島津儀器（蘇州）有限公司;HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司;DKM410C型鼓風(fēng)烘干箱，重慶雅馬拓科技有限公司;TDL-5-A型高速離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠;WP-UP-YJ-20S超純水機(jī)，四川沃特爾水處理設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

將銀耳置于烘箱低溫50 ℃烘干至水分含量小于5.0%，粉碎過篩（40目）。加入4倍體積石油醚，利用搖床充分振搖2 h后，進(jìn)行真空抽濾，棄去濾液。向?yàn)V渣中加入2倍體積無水乙醇，再次振搖，沉淀過夜。棄去上清液，用無水乙醇洗滌2次濾得的沉淀，置于烘箱中低溫（45 ℃）烘干，將烘干后的銀耳粉末裝入密封瓶中，置于-20 ℃冰箱中儲(chǔ)存?zhèn)溆肹1]。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

選擇對(duì)多糖提取率影響較大的液料比、微波時(shí)間及微波功率這三個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以銀耳多糖（TP）提取率作為考察指標(biāo)，得到最佳提取水平，更合適。

以液料比30∶1、40∶1、50∶1、60∶1、70∶1、80∶1（mL/g），在微波功率600 W條件下微波提取20 min后取出，于90 ℃水浴加熱1 h，研究不同液料比對(duì)TP提取率的影響。

在液料比50∶1（mL/g）、微波功率600 W條件下分別提取5、10、15、20、25、30、35 min 后取出，于90 ℃水浴加熱1 h，研究不同微波時(shí)間對(duì)TP提取率的影響。

以液料比為50∶1（mL/g），分別在微波功率為300、400、500、600、700、800 W條件下微波提取30 min后取出，于90 ℃水浴加熱1 h，研究不同微波功率對(duì)TP提取率的影響。

1.3.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，以TP提取率為考察指標(biāo)，對(duì)微波輔助提取法提取TP工藝進(jìn)行優(yōu)化，因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

1.3.4 銀耳粗多糖的制備

將經(jīng)上述提取工藝得到的浸提液離心10 min（轉(zhuǎn)速8 000 r/min），取上清液定容至50 mL，得到銀耳粗多糖提取液。

1.3.5 銀耳多糖含量的測(cè)定

采用苯酚-硫酸法對(duì)銀耳多糖含量進(jìn)行測(cè)定[21]。以溶液OD值（y）為縱坐標(biāo)，以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（x）為橫坐標(biāo)，繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線。得出線性回歸方程為y= 0.069 4x+0.015 6，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 7，線性關(guān)系良好。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Design-Expert 13.0.5，采用Box-Behnken模型進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SPSS 19.0進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 液料比對(duì)TP提取率的影響

由圖1可知，隨著液料比的升高，TP的提取率呈現(xiàn)先上升而后下降的趨勢(shì)。

在液料比為50∶1（mL/g）時(shí)，提取率最高。可能是因?yàn)榇藭r(shí)提取液中的多糖已達(dá)到飽和，很難繼續(xù)溶出，如繼續(xù)增加溶劑，則需要更大的功率、更長的時(shí)間才能使微波能量到達(dá)物料內(nèi)部，從而導(dǎo)致多糖得率降低[22]。

2.1.2 微波時(shí)間對(duì)TP提取率的影響

由圖2可知，隨著微波時(shí)間的延長，TP提取率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)微波時(shí)間達(dá)到30 min時(shí)，提取率最高。可能是因?yàn)槲⒉ㄏ鈺r(shí)間過長，使多糖結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，甚至被破壞，或溶出的雜質(zhì)變多，對(duì)多糖成分向溶劑擴(kuò)散起到阻礙作用，使多糖提取率降低[23]。

2.1.3 微波功率對(duì)TP提取率的影響

由圖3可知，隨著微波功率的增強(qiáng)，TP提取率呈現(xiàn)先上升后緩慢下降的趨勢(shì)，當(dāng)微波功率達(dá)到400 W時(shí)，提取率最高。微波功率越大，則提取速度提升越快，使銀耳內(nèi)部的擴(kuò)散能力和多糖分子從銀耳中解吸附的能力進(jìn)一步增強(qiáng)，從而使多糖提取率提高;但隨著溫度的進(jìn)一步升高，多糖分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，同時(shí)壓力變大也會(huì)引起體系過熱，導(dǎo)致控溫不準(zhǔn)，甚至發(fā)生危險(xiǎn)[24]。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

利用Design-Expert 13.0.5對(duì)表2結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行多元回歸擬合，得到微波提取法提取TP提取率的擬合全變量二次回歸模型為：Y=31.55+1.00A+0.83B+

1.33C+0.83AB-0.62AC-1.10BC-1.62A2-1.22B2-1.53C2。對(duì)該回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。由表3可知，該模型極顯著（Plt;0.001）;失擬項(xiàng)P=0.21gt;0.05，模型相關(guān)系數(shù)R2=0.994 9，校正相關(guān)系數(shù)R2Adj=0.988 3，信噪比=35.751gt;4，說明該模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合較好，可解釋多數(shù)的響應(yīng)值變化;預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值具有良好的相關(guān)性，實(shí)驗(yàn)誤差較小，可以用此模型對(duì)微波提取法提取TP的提取率進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

2.2.2 響應(yīng)面各因素交互作用分析

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，各響應(yīng)面均為上凸曲面，最高點(diǎn)都落在所選區(qū)域之中，說明實(shí)驗(yàn)所選因素水平較為合適。響應(yīng)面的陡度反映的是考察指標(biāo)在各反應(yīng)條件發(fā)生變化時(shí)的程度。比如響應(yīng)面出現(xiàn)很陡的狀態(tài)，表明當(dāng)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)條件改變時(shí)，響應(yīng)值很靈敏;反之，響應(yīng)面坡度呈現(xiàn)平緩趨勢(shì)，說明反應(yīng)條件在對(duì)應(yīng)區(qū)間的變化對(duì)響應(yīng)值的影響不大。由圖4和表3可知，液料比、微波時(shí)間、微波功率3個(gè)因素對(duì)TP提取率均有極顯著影響;在交互作用方面，AB、AC、BC交互作用極顯著。

2.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷尿?yàn)證

利用軟件分析得到最佳試驗(yàn)條件為液料比53.85∶1（mL/g）、微波時(shí)間31.59 min、微波功率420.74 W，提取率預(yù)測(cè)值為32.025%。因此根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整最優(yōu)條件為液料比54∶1（mL/g）、微波時(shí)間32 min、微波功率420 W。為驗(yàn)證試驗(yàn)可靠性，通過3次平行試驗(yàn)，得到TP提取率為31.27%，與預(yù)測(cè)值無顯著性差異，說明通過響應(yīng)面法優(yōu)化得到的模型回歸方程及最佳條件可靠，該回歸方程可應(yīng)用于實(shí)踐。

3 結(jié)論

雖然目前關(guān)于銀耳多糖提取純化的工藝愈發(fā)成熟，方式方法多種多樣，但仍存在提取效率不高、提取物純度不夠等缺點(diǎn)，難以將銀耳多糖形成產(chǎn)業(yè)化。本研究通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化了銀耳多糖的微波輔助提取工藝，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得到回歸模型方程，顯著性極高，說明模型回歸方程及最佳條件可靠。微波輔助提取銀耳多糖的最佳工藝條件為液料比54∶1（mL/g）、微波時(shí)間32 min、微波功率420 W，此時(shí)銀耳多糖提取率為31.27%。采用響應(yīng)面法優(yōu)化了多糖微波輔助提取的工藝條件，進(jìn)一步填補(bǔ)了銀耳多糖提取純化技術(shù)空缺，對(duì)于銀耳多糖產(chǎn)業(yè)化及深化加工產(chǎn)品的開發(fā)利用具有理論參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李蕊. 銀耳多糖的提取純化及其對(duì)潰瘍性結(jié)腸炎小鼠保護(hù)作用研究[D]. 沈陽： 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2020： 5-6.

[2] 宋洋， 潘麗秀， 陳潔， 等. 銀耳多糖抑菌效果研究[J]. 食品安全導(dǎo)刊， 2024（4）： 103-106.

[3] 李艷春， 馬恩龍， 王小龍， 等. 銀耳孢糖合用氟尿嘧啶對(duì)肉瘤S180和肝癌H22小鼠的抗腫瘤作用[J]. 中國醫(yī)院藥學(xué)雜志， 2008（3）： 209-211.

[4] 曲萌， 董志恒， 蓋曉東. 銀耳多糖在肝癌治療中的作用及相關(guān)機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 北華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2007（1）： 52-57.

[5] YANG D D， LIU Y， ZHANG L J. Tremella polysaccharide： The molecular mechanisms of its drug action[J]. Progress in Molecular Biology and Translational Science， 2019， 163： 383-421.

[6] 陳鵬， 顏軍， 梁立， 等. 銀耳多糖的降解、磷酸酯化修飾及其抗氧化活性[J]. 食品工業(yè)科技， 2019（9）： 3734-3743.

[7] EUN J C， HYE J H， SANG W K， et al. Hypoglycemic effects of exopolysaccharides produced by mycelial cultures of two different mushrooms Tremella fuciformis and Phellinus baumii in ob/ob mice[J]. Applied Microbiology and Biotechnology， 2007， 75（6）： 1257-1265.

[8] 許歡怡， 李泉岑， 鄭明鋒， 等. 銀耳多糖的結(jié)構(gòu)、功能性及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè)科技， 2024（4）： 362-370.

[9] 田春雨， 薄海美， 李繼安. 銀耳多糖對(duì)實(shí)驗(yàn)性2型糖尿病大鼠血糖及血脂的影響[J]. 遼寧中醫(yī)雜志， 2011（5）： 986-987.

[10]" 申建和， 陳瓊?cè)A. 木耳多糖、銀耳多糖和銀耳孢子多糖的降血脂作用[J]. 中國藥科大學(xué)學(xué)報(bào)， 1989（6）： 344-347.

[11]" 邢友哲， 楊侃侃， 張嶼楠， 等. 銀耳多糖對(duì)小鼠淋巴細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)作用及PI3K/Akt、NF-κB信號(hào)通路的影響[J]. 飼料研究， 2023（17）： 71-75.

[12]" 張力凡， 陳潔， 許飛， 等. 古田銀耳粗多糖熱水提取工藝正交優(yōu)化及功能活性研究[J]. 河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2021（6）： 48-56.

[13]" 張閃閃， 楊嘉丹， 趙文婷， 等. 加壓熱水浸提銀耳多糖的工藝優(yōu)化、結(jié)構(gòu)鑒定及抗氧化活性分析[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2023（3）： 324-331.

[14]" 鮑會(huì)梅. 酶解法提取銀耳多糖的工藝及穩(wěn)定性研究[J]. 食品研究與開發(fā)， 2015（11）： 17-21.

[15]" 鄧加聰， 李潔芳， 劉涵琪， 等. 殘次白木耳多糖超聲波的提取工藝研究[J]. 化學(xué)工程與裝備， 2022（4）： 1-3.

[16]" 郝慧敏， 縱偉. 超聲波協(xié)同半仿生法提取黑木耳多糖工藝優(yōu)化[J]. 食品研究與開發(fā)， 2021（8）： 109-112.

[17]" 陳婧， 劉榮. 亞臨界水萃取在食用菌多糖提取中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)工程與裝備， 2020（11）： 216-218.

[18]" 高麗萍， 鄭光耀， 閆林林， 等. 響應(yīng)面法優(yōu)化亞臨界水提取銀耳多糖工藝研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2016（7）： 339-342.

[19]" 楊嘉丹， 劉婷婷， 張閃閃， 等. 微波輔助提取銀耳多糖工藝優(yōu)化及其流變、凝膠特性[J]. 食品科學(xué)， 2019（14）： 289-295.

[20]" 鄧家誠， 劉永靖， 張磊， 等. 微波輔助提取銀耳多糖的工藝優(yōu)化研究[J]. 江蘇科技信息， 2016（12）： 79-80.

[21]" 陳嬋， 黃靖， 陳曉波， 等. 超聲波提取銀耳蒂頭粗多糖工藝的優(yōu)化研究[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工， 2019（24）： 43-46.

[22]" 胡銀川， 李明元， 王晶. 微波提取竹葉多糖的工藝條件研究[J]. 西華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2010， 29（6）： 108-110.

[23]" 陳勝發(fā)， 崔博仁， 彭修娟， 等. 響應(yīng)曲面法優(yōu)化微波輔助提取樺菌芝多糖工藝研究[J]. 陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2018， 64（9）： 56-59.

[24]" MARIA P L， ROSA A L， RAFAEL C， et al. Evaluation of supercritical fluid extraction， microwave-assisted extraction and sonication in the determination of some phenolic compounds from various soil matrices[J]. Journal of Chromatography A， 2007， 774（1）： 243-251.

基金項(xiàng)目：福建省市場(chǎng)監(jiān)管局科技計(jì)劃項(xiàng)目（FJMS2022043）

第一作者簡介：陳潔（1991—），女，高級(jí)質(zhì)量工程師，碩士，主要從事食品檢測(cè)方面工作

*通信作者簡介：黃訓(xùn)瑞（1972—），男，主任藥師，本科，主要從事食品藥品分析檢測(cè)方面工作