熱水浸提及乙醇沉淀的工藝優(yōu)化提高猴頭菇多糖提取率

胡洋，崔春*，陶倩，李文治

(1.華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣州 510640；2.無限極(中國)有限公司，廣州 510665)

猴頭菇(Hericiumerinaceus)又名猴蘑、刺猬菌、猴頭菌，是一種珍貴的藥食兩用菌菇，它的分布很廣泛，我國的東北各省和河南、河北、西藏、內(nèi)蒙古等地皆有猴頭菇種植[1]。猴頭菇富含營養(yǎng)物質(zhì)和活性成分，據(jù)報道，它的糖類、蛋白質(zhì)、多種氨基酸、礦物質(zhì)及維生素含量豐富；還含有多糖類、甾醇類、萜類、酚類、脂肪酸類等生理活性物質(zhì)[2]。猴頭菇也是我國一種傳統(tǒng)的名貴食材，鮮美的味道和鮮嫩的口感使其獲得“山珍猴頭、海味燕窩”之美譽(yù)[3,4]。

猴頭菇資源的研究和應(yīng)用具有廣闊的前景，近年來已開發(fā)出多種猴頭菇制成的保健食品及調(diào)味品，如猴頭菇多糖口服液、猴頭菇保健醋[5]、猴頭菇素肉干[6]、猴頭菇香辣醬等，提高了猴頭菇的附加值，且更便于消費(fèi)者獲得營養(yǎng)和美味。對于猴頭菇富含的活性成分，研究者尤其注重多糖，許多功能性和藥理學(xué)研究表明它具有抗腫瘤、抗氧化、調(diào)節(jié)免疫力、護(hù)肝養(yǎng)胃等功效[7,8]，因此，進(jìn)一步研究猴頭菇多糖的高效提取意義重大。熱水法浸提是提取菌類多糖最常用的方法，多數(shù)多糖可以溶出到熱水中，且熱水提取對多糖的破壞較小，這種方法操作工序簡單，儀器設(shè)備要求不高，被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)生產(chǎn)。本試驗以東北猴頭菇為研究對象，以熱水法浸提為提取猴頭菇多糖的主要方法，并研究在提取過程中顆粒大小、提取次數(shù)、料液比、提取時間對猴頭菇多糖提取率及含量的影響。為了進(jìn)一步提高猴頭菇多糖的含量，利用乙醇醇沉的方法對其進(jìn)行純化，并對浸提液濃縮體積、醇沉濃度、醇沉?xí)r間等因素進(jìn)行優(yōu)化，為猴頭菇多糖的開發(fā)應(yīng)用及工業(yè)化生產(chǎn)提供了一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

1.1.1 材料與試劑

猴頭菇：敦化市林之特產(chǎn)有限公司。

無水葡萄糖、無水乙醇、苯酚、濃硫酸、3,5-二硝基水楊酸、酒石酸鉀鈉、無水硫酸鈉：分析純，廣州市叢源儀器有限公司。

1.1.2 主要設(shè)備

ME204E萬分之一電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；Scientz-18N冷凍干燥機(jī) 寧波新芝生物科技有限公司；GL-21M高速冷凍離心機(jī) 長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；XW-80A微型漩渦混合儀 滬西分析儀器廠；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；UV756掃描型紫外分光光度計 上海佑科儀器儀表有限公司；DHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海申賢恒溫設(shè)備廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 猴頭菇多糖熱水浸提工藝流程

猴頭菇→烘干→粉碎→過篩→按一定料液比加水→100 ℃多次提取→過濾后合并提取液→濃縮、凍干→測定評價浸提效果。

1.2.2 猴頭菇多糖熱水浸提工藝優(yōu)化

將猴頭菇在60 ℃烘干后進(jìn)行多糖熱水浸提工藝的優(yōu)化，依次對粉碎目數(shù)(不粉碎、1，3，10，20，40，80目)、提取次數(shù)(1，2，3，4次)、料液比(1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30)、提取時間(每次1，2，3 h)進(jìn)行優(yōu)化，每次優(yōu)化試驗均以上一次試驗優(yōu)化的結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行?？疾旄饔绊懸蛩貙镱^菇粗多糖得率、猴頭菇粗多糖含量、猴頭菇多糖提取率的影響，確定猴頭菇多糖熱水浸提的最佳工藝。

1.2.3 猴頭菇多糖乙醇沉淀工藝流程

多糖浸提液→蒸發(fā)一定比例水分→加乙醇達(dá)到規(guī)定醇沉濃度→室溫下醇沉一定時間→離心分離、沉淀→沉淀復(fù)溶后凍干→測定、評價醇沉效果。

1.2.4 猴頭菇多糖乙醇沉淀工藝優(yōu)化

在確定的最佳熱水浸提工藝下得到多糖浸提液后，進(jìn)行猴頭菇多糖乙醇沉淀工藝的優(yōu)化，依次對提取液濃縮體積(濃縮掉20%、40%、60%、70%、80%水)、乙醇沉淀濃度(40%、50%、60%、70%、80%)、乙醇沉淀時間(2，4，6，12 h)進(jìn)行優(yōu)化，每次優(yōu)化試驗均以上一次試驗優(yōu)化的結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行?？疾旄饔绊懸蛩貙镱^菇粗多糖得率、猴頭菇粗多糖含量、猴頭菇多糖提取率的影響，確定猴頭菇多糖乙醇沉淀的最佳工藝。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 苯酚-硫酸法測定總糖含量

測定樣品總糖含量，以烘干至恒重的葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品，根據(jù)苯酚-硫酸法建立測定總糖含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線[9]，見公式(1)：

y=0.0155x-0.0043，R2=0.9992。

(1)

式中：x為測定溶液的濃度(μg/mL)，y為490 nm處的吸光度；樣品測定時，將樣品稀釋至合適濃度，測定其在490 nm處的吸光值，并計算總糖含量。

1.3.2 DNS法測定還原糖含量

測定樣品還原糖含量，以烘干至恒重的葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品，根據(jù)DNS法建立測定還原糖含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線[10]，見公式(2)：

y=18.966x+0.018，R2=0.999。

(2)

式中：x為測定溶液的濃度(mg/mL)，y為540 nm處的吸光度；樣品測定時，將樣品稀釋至合適濃度，測定其在540 nm處的吸光值，并計算還原糖含量。

1.3.3 評價指標(biāo)

猴頭菇粗多糖含量：分別測定干燥的猴頭菇粗多糖樣品的總糖含量和還原糖含量，即可得到猴頭菇粗多糖含量=樣品總糖含量(%)-樣品還原糖含量(%)。

2 結(jié)果與分析

2.1 猴頭菇多糖熱水浸提工藝優(yōu)化

2.1.1 猴頭菇粉碎顆粒大小對猴頭菇多糖熱水浸提的影響

不同目數(shù)的猴頭菇在料液比1∶15、100 ℃下提取2次，每次提取2 h，得到的猴頭菇粗多糖得率、猴頭菇粗多糖含量及猴頭菇粗多糖提取率見圖1。

圖1 粉碎顆粒大小對猴頭菇多糖熱水浸提的影響Fig.1 The effect of particle size on hot water extraction of polysaccharides from Hericium erinaceus

由圖1可知，隨著猴頭菇粉碎目數(shù)的增加，猴頭菇粗多糖得率、猴頭菇粗多糖含量及猴頭菇粗多糖提取率均不斷提高。不粉碎、1目、3目的猴頭菇樣品的顆粒較大，在此目數(shù)下進(jìn)行提取，粗多糖的含量及提取率較低；進(jìn)一步粉碎至20目，猴頭菇粗多糖的得率達(dá)到44.00%，多糖含量達(dá)到20.38%，粗多糖提取率達(dá)到8.97%，且提取率較不粉碎提高了2.36%，粉碎的目數(shù)變大，相對表面積變大，接觸增加。雖然繼續(xù)粉碎提取率還會提高，但考慮到實際生產(chǎn)中，粉碎目數(shù)越小，生產(chǎn)難度及能耗也會增加，確定猴頭菇粉碎顆粒大小為20目。

2.1.2 提取次數(shù)對猴頭菇多糖熱水浸提的影響

顆粒大小為20目的猴頭菇在料液比1∶15、100 ℃下按不同次數(shù)提取，每次提取2 h，得到的猴頭菇粗多糖得率、猴頭菇粗多糖含量及猴頭菇粗多糖提取率見圖2。

由圖2可知，以提取4次得到的總猴頭菇粗多糖提取率為100%計算，提取1次可獲得83.67%的猴頭菇多糖；提取2次可得到93.89%的猴頭菇多糖；提取3次可得到97.39%以上的猴頭菇多糖。提取3次和提取4次的猴頭菇多糖提取率的增加不明顯，多次提取操作繁雜，包括加水、升溫、提取、離心過濾、再投料等，耗時較長，綜合考慮工時、能耗和成本等因素，確定提取次數(shù)為2次。

2.1.3 提取料液比對猴頭菇多糖熱水浸提的影響

顆粒大小為20目的猴頭菇按不同的料液比加水，在100 ℃提取2次，每次提取2 h，得到的猴頭菇粗多糖得率、猴頭菇粗多糖含量及猴頭菇粗多糖提取率見圖3。

圖3 提取料液比對猴頭菇多糖熱水浸提的影響Fig.3 The effect of solid-liquid ratio on hot water extraction of polysaccharides from Hericium erinaceus

由圖3可知，隨著料液比的增大，猴頭菇粗多糖得率、粗多糖含量及粗多糖提取率呈現(xiàn)先上升后趨于平緩的趨勢，在料液比為1∶20時達(dá)到最高點(diǎn)。在實際操作中，當(dāng)料液比太小時，浸提液粘稠，影響生產(chǎn)中的過濾工序且多糖溶出不徹底；料液比增大雖有利于多糖的溶出，但是料液比太大，會給后續(xù)的濃縮工序增加更多的能耗。綜上，選定料液比為1∶20，此時猴頭菇粗多糖得率為42.83%，粗多糖含量為22.80%，粗多糖提取率為9.77%。

2.1.4 提取時間對猴頭菇多糖熱水浸提的影響

顆粒大小為20目的猴頭菇在料液比1∶20、100 ℃下提取2次，按不同時間提取，得到的猴頭菇粗多糖得率、猴頭菇粗多糖含量及猴頭菇粗多糖提取率見圖4。

圖4 提取時間對猴頭菇多糖熱水浸提的影響Fig.4 The effect of extraction time on hot water extraction of polysaccharides from Hericium erinaceus

由圖4可知，隨著提取時間的延長，猴頭菇粗多糖得率、粗多糖含量及粗多糖提取率不斷提高，因此確定最佳浸提時間為每次3 h共(6 h)，此時猴頭菇粗多糖得率為44.00%，粗多糖含量為23.43%，粗多糖提取率為10.31%。

2.2 猴頭菇多糖乙醇沉淀工藝優(yōu)化

2.2.1 浸提液的濃縮體積對猴頭菇多糖醇沉的影響

將浸提液濃縮不同體積的水分，70%醇沉濃度下醇沉2 h，得到的猴頭菇粗多糖得率、猴頭菇粗多糖含量及猴頭菇粗多糖提取率見圖5。

圖5 浸提液濃縮體積對猴頭菇多糖醇沉的影響Fig.5 The effect of concentrated volume of extract on ethanol precipitation of polysaccharides from Hericium erinaceus

由圖5可知，浸提液的濃縮體積對各測定指標(biāo)的影響不大，但浸提液的濃縮體積對乙醇用量有巨大影響。以1 t猴頭菇多糖浸提液為例，選用濃縮20%水這一工藝，將提取液的乙醇含量調(diào)整到70%，需要添加1.87 t無水乙醇；而選用濃縮80%水這一工藝，將提取液的乙醇含量調(diào)整到相同的酒精度，僅需要添加0.47 t無水乙醇。顯然，蒸發(fā)水的比例越高，越能節(jié)省無水乙醇的用量。濃縮80%水，猴頭菇粗多糖得率為9.30%，粗多糖含量為60.15%，粗多糖提取率為5.59%。

2.2.2 乙醇沉淀濃度對猴頭菇多糖醇沉的影響

將浸提液濃縮掉80%的水分，在不同醇沉濃度下醇沉2 h，得到的猴頭菇粗多糖得率、猴頭菇粗多糖含量及猴頭菇粗多糖提取率見圖6。

圖6 乙醇沉淀濃度對猴頭菇多糖醇沉的影響Fig.6 The effect of ethanol precipitation concentration on ethanol precipitation of polysaccharides from Hericium erinaceus

由圖6可知，隨著醇沉濃度的提高，猴頭菇粗多糖得率和粗多糖提取率不斷提高，粗多糖含量呈先上升后下降的趨勢。較低的醇沉濃度，多糖的沉淀率較低；提高醇沉的濃度有利于多糖的沉淀，但也使沉淀下來的雜質(zhì)變多，多糖含量降低。蔣俊等[11]的研究也得到了相同的規(guī)律，且發(fā)現(xiàn)醇沉濃度較低時，得到的粗多糖中分子量較大的占比較高，醇沉濃度提高時，有較多的小分子量多糖沉淀下來。綜上，本試驗選定乙醇沉淀濃度為80%。

2.2.3 乙醇沉淀時間對猴頭菇多糖醇沉的影響

將浸提液濃縮掉80%的水分，80%醇沉濃度下醇沉不同時間，得到的猴頭菇粗多糖得率、猴頭菇粗多糖含量及猴頭菇粗多糖提取率見圖7。

圖7 乙醇沉淀時間對猴頭菇多糖醇沉的影響Fig.7 The effect of ethanol precipitation time on ethanol precipitation of polysaccharides from Hericium erinaceus

由圖7可知，不同的醇沉?xí)r間對各測定指標(biāo)的影響不大。靜置醇沉不需要額外的能耗，為了方便工廠大生產(chǎn)的操作，因此確定6 h為最優(yōu)醇沉?xí)r間。此條件下，猴頭菇粗多糖得率為11.90%，粗多糖含量為57.65%，粗多糖提取率為6.86%。

3 結(jié)論

優(yōu)化的猴頭菇多糖的熱水浸提工藝為：猴頭菇顆粒大小20目，100 ℃提取2次，提取料液比1∶20，每次提取3 h。此條件下，猴頭菇粗多糖得率為44.00%，粗多糖含量為23.43%，粗多糖提取率為10.31%。

優(yōu)化的猴頭菇多糖的乙醇沉淀工藝為：浸提液濃縮80%的水分，調(diào)整醇沉濃度為80%，室溫下醇沉6 h。此條件下，猴頭菇粗多糖得率為11.90%，粗多糖含量為57.65%，粗多糖提取率為6.86%。

猴頭菇直接熱水浸提，得到的猴頭菇粗多糖含量較低，但粗多糖得率和粗多糖提取率較高；而猴頭菇熱水浸提后進(jìn)行乙醇沉淀，增加了操作工序，多糖在醇沉過程中有部分損失，但得到的猴頭菇粗多糖含量較高。因此在實際生產(chǎn)中，可以根據(jù)不同的應(yīng)用目的選擇合適的提取工藝。