动态超高压微射流预处理对香菇多糖得率的影响

姜 颖，涂宗财*，陈 媛，王 强，李 志，尹月斌

(南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047)

动态超高压微射流预处理对香菇多糖得率的影响

姜 颖，涂宗财*，陈 媛，王 强，李 志，尹月斌

(南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047)

为拓展动态超高压微射流均质技术的应用，采用该技术对香菇子实体进行预处理，在单因素试验的基础上进行正交试验预处理条件优化，通过实验组和对照组的对比分析，研究此预处理方法对香菇多糖得率的影响。结果表明：动态超高压微射流在140MPa、料液比1:60(g/mL)条件下多糖得率达到最高值6.755%。与对照组相比，实验组香菇多糖提取效率改善显著。

动态超高压微射流；香菇多糖；预处理；提取

香菇多糖，是一种从香菇中提取的β-(1→3)-D-葡聚糖，是可激活人体免疫系统的、具有显著抗肿瘤作用的生物活性大分子[1]。最早是由日本学者Chihara等[2]通过乙醇和正十六烷基三甲基氢氧化铵分级沉淀，及醋酸分步溶解，DEAE树脂纯化而得到的。通常其提取方法可分为两大类，一类是溶剂(水、稀碱、聚乙二醇)浸提；另一类是使用超声和超高压辅助提取[3]。

国内动态超高压微射流技术较多运用于生物大分子的改性研究中，其对卵清蛋白、花生球蛋白的结构及功能性质的影响已有研究[4-5]；Liu等[6-7]研究该处理对多酚氧化酶的影响。国外Tunick等[8]研究其对干酪微结构的影响；Lagoueyte等[9]研究微射流均质技术对黄原胶功能性质的影响；Dalgleish等[10]研究经超高压微射流均质后牛奶脂肪颗粒及酪蛋白的变化情况。关于动态超高压微射流对有效成分提取的影响，鲜有报道。涂宗财等[11]研究动态超高压微射流处理对玉米花粉破壁效果和多糖得率的影响。本研究以此技术作为预处理方法，考察其对香菇多糖提取的影响，拟为此技术的应用开辟新的方向。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

干香菇子实体(干燥粉碎后过100目筛备用) 市购；苯酚、无水乙醇、乙醚、丙酮 天津市大茂化学试剂厂；浓硫酸 上海试剂化学有限公司；无水葡萄糖 广东汕头市西陇化工厂。以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

M-110EH型微射流均质机 美国Microfluidics公司；FreeZone 4.5 Litter真空冷冻干燥机 美国Labconco公司；TDL-5-A台式离心机 上海安亭科学仪器厂；T6新世纪紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；小型均质机 上海东华高压均质机厂。

1.3 方法

1.3.1 预处理方法的建立

实验组预处理方法：5g香菇原料分散于设定比例的水中，经30MPa高压均质5min后，在预设压力及次数条件下，过M-110EH型微射流均质机，备用。

对照组预处理方法：5g香菇原料分散于设定比例的水中，经30MPa高压均质5min，备用。

1.3.2 香菇多糖的提取[2,12-13]

样品预处理后，在一定温度下，水浴提取一定时间，离心(4000r/min、10min、20℃)得上清液；Sevag法[14]脱蛋白，流水透析(8000～14000D)2d，蒸馏水透析1d；45℃下旋转蒸发浓缩；4℃无水乙醇沉淀2h，并使乙醇最终体积分数达到75%；离心(4000r/min、10min、20℃)得沉淀；45℃水浴去离子水复溶沉淀；离心(10000r/min、0.5h、20℃)取清液；丙酮逐滴加入，至丙酮与上清液终体积比1:1；离心(4000r/min、10min、20℃)得沉淀；无水乙醇洗涤沉淀两次，乙醚洗一次；冷冻干燥得香菇多糖。

1.3.3 香菇多糖得率的测定

以D-葡萄糖为标准，采用苯酚-硫酸法测定多糖含量[15]。回归方程为：A=0.0076C-0.0105，R2=0.9993。

1.3.4 微射流处理压力对香菇多糖得率的影响

动态超高压微射流处理压力的变化范围60～160MPa，变化梯度为20MPa，其他条件为料液比1:60 (g/mL)、微射流处理次数2次、提取时间2h、提取温度90℃。提取结束后考察预处理压力对香菇多糖得率的影响。

1.3.5 微射流处理次数对香菇多糖得率的影响

处理次数的变化范围1～5次，变化梯度为1次，其他条件处理压力140MPa、料液比1:60(g/mL)、提取时间2h、提取温度90℃。提取结束后考察预处理次数对香菇多糖得率的影响。

1.3.6 实验组与对照组的比较

在不同时间段内，不同料液比以及不同温度下，以香菇多糖得率为响应值，实验组与对照组比较分析，证明实验组预处理方式对提高多糖得率的效果显著。

1.3.7 动态超高压微射流预处理提取香菇多糖条件优化

为评价动态超高压微射流预处理对香菇多糖提取效率的影响，在单因素试验基础上，选取微射流处理压力(A)、料液比(B)、提取温度(C)三因素三水平(表1)，且不考虑各因素之间的交互作用，以香菇多糖得率为响应值，采用正交试验助手软件(Sharetop软件工作室)做数据分析。

表1 动态超高压微射流预处理提取香菇多糖正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.3.8 数据分析

所有实验重复5次，采用SPSS 13.0数据处理软件，各组数据结果以x±s表示，并进行单因素方差分析，LSD两两比较，P＜0.05为差异具有显著性。

2 结果与分析

2.1 动态超高压微射流预处理压力对香菇多糖得率的影响

实验组样品在微射流均质机反应腔中受到强烈剪切、高速撞击、压力瞬时释放、涡旋等综合作用[6-7]，导致样品颗粒在水中更均匀地分散、混合和微粒化；并使样品细胞破碎度增大，溶剂利用细胞的通透性或渗透性，更易进入细胞内部，从而和细胞内的有效成分快速达到溶解平衡，更利于提取的进行[11]。不同预处理压力(60～160MPa)对香菇多糖得率的影响如图1所示。

图1 动态超高压微射流处理压力对香菇多糖得率的影响Fig.1 Effect of microfluidization pressure on extraction rate of lentinan

由图1可知，实验组随着预处理压力的增大，香菇多糖得率呈现递增趋势。处理压力从60MPa逐渐提高到160MPa，多糖得率由(5.65±0.17)%增高到(7.18± 0.15)%。当压力增加到140MPa后，得率增幅较小，逐渐趋于平衡。单因素方差分析显示在60、80、100、120、140MPa下，压力对多糖得率具有显著性影响(P＜0.01)。以上结果说明，均质压力越高，可能细胞破碎程度越高，更利于多糖的溶出，得率有所提高。

2.2 动态超高压微射流处理次数对香菇多糖得率的影响

M-110EH型微射流均质机最高操作压力为172MPa，样液最大流速为450mL/min，在此系统下，考察微射流处理次数对多糖得率的影响。

图2 动态超高压微射流处理次数对香菇多糖得率的影响Fig.2 Effect of microfluidization pretreatment repeat number on extraction rate of lentinan

如图2所示，在1～5次不同处理次数下，经微射流处理2次，多糖得率最大，可达到(7.75±0.20)%；处理一次，样液在反应腔中受力不充分，得率仅为(6.49±0.14)%；当处理次数超过2次后，样液有一定程度的损失，从而造成多糖得率的下降，单因素方差分析表明处理次数对多糖得率具有显著性影响(P＜0.01)。

2.3 实验组与对照组不同提取时间多糖得率的比较

在传统的溶剂提取过程中，时间对提取结果的影响较大，有效成分的溶出是一个平衡的过程，需要一定的时间。两组实验的比较结果如图3所示。

图3 两组实验不同时间段内的比较结果Fig.3 Comparison of extraction rates of lentinan in two groups with different pretreatment time

由图3可见，实验组在1～3h内，多糖得率基本没有变化，仅从1h的(6.76±0.10)%增加到3h时的(7.02± 0.16)%，增幅较小；而对照组多糖得率随时间的延长，有明显提高。1h为(3.27±0.21)%，3h时为(5.56±0.21)%，增加了2.29%；且实验组在1h时的得率就已高出对照组在3h时的得率1.2%。其原因在于，实验组经微射流预处理后，细胞破碎程度大，再加上瞬时高压的作用，溶剂能够在极短的时间渗透到细胞内部，多糖溶解快速达到平衡，后续延长提取时间也不能明显增加多糖得率。不同时间条件下，实验组与对照组比较，有显著差异(P＜0.05)。因此，微射流预处理样液，省时高效，对提高香菇多糖得率效果显著。

2.4 实验组与对照组不同料液比多糖得率的比较

液体的体积，会影响固体微粒从固体主体向液体主体的传质过程。但料液比过大，后续浓缩步骤耗能、耗时过多。两组实验的比较结果如图4所示。

图4 两组实验不同料液比的比较结果Fig.4 Comparison of extraction rates of lentinan in two groups with different material-liquid ratios

图4 所示，实验组多糖得率随着料液比的增大，呈先增大后递减趋势，当料液比为1:60(g/mL)时达到最大得率(7.43±0.18)%。对照组得率先显著增大后逐渐趋于平缓。料液比在1:40～1:50(g/mL)范围内，得率增幅较大，平均得率增大1.3%。原因在于对照组多糖得率依靠液体体积效能明显，在较低液体量时，提取不能充分进行。而实验组，在引入微射流均质预处理的高撞击、剪切、瞬时压力降等作用后，增大了固液界面的湍流程度，同时瞬时压力作用促进了传质的过程，从而在较低液体量时，也能提取相对充分。实验组得率有所降低，是因为液体量过大时，实验组样品颗粒相对更分散，在反应腔内，剧烈作用力下，可能导致多糖降解，得率降低。两组多糖得率差异有显著性(P＜0.05)。

2.5 实验组与对照组不同温度多糖得率的比较

图5 两组实验不同温度下的比较结果Fig.5 Comparison of extraction rates of lentinan in two groups with different temperatures

如图5所示，实验组得率随温度的增高显著提高。对照组增幅不大。两组实验趋势相同。一般来说，温度升高，多糖的溶解度会增大，浸提液黏度会减少，扩散系数会增大[16]，这就促使浸提效率的提高。两组实验在60℃时无显著差异，其他温度下，差异显著(P＜0.05)。

2.6 动态超高压微射流预处理提取香菇多糖条件优化

表2 正交试验设计L9(34)结果与分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments

表3 正交试验方差分析表Table 3 ANOVA analysis of orthogonal experiments

由表2可知，各因素影响主次顺序为微射流均质压力＞料液比＞提取温度，提取条件的最优组合为A2B2C3，即微射流均质压力140MPa、料液比1:60(g/ mL)、提取温度90℃，此条件下多糖得率可达6.755%。表3中的方差分析表示，微射流均质压力和料液比对多糖得率影响显著(P＜0.05)。

3 结 论

经动态超高压微射流预处理后的样品液，由于在反应腔内受到超高压微射流作用时的瞬间剪切、高速撞击、涡旋、瞬间压力降等作用力，固相颗粒粒度减小，细胞壁破裂，传质速度加快，在后续提取过程中，与未经此处理的样品相比较，在相同的提取时间、提取温度及料液比内，香菇多糖的提取效率均有增高；动态超高压微射流预处理的最佳条件为压力140MPa、料液比1:60(g/mL)、提取温度90℃，此条件下多糖得率最高，平均可达到6.755%。该研究可为动态超高压微射流在有效成分提取上的应用提供参考。

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Effect of Dynamic High-pressure Microfluidization Pretreatment on the Yield of Lentinan

JIANG Ying，TU Zong-cai*，CHEN Yuan，WANG Qiang，LI Zhi，YIN Yue-bin
(State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

In order to extend the application of dynamic high-pressure microfluidization technology, this technology was used to the pretreatment of mushroom fruit bodies. The optimal pretreatment conditions were explored by single-factor and orthogonal experiments through evaluating the yield of lentinan. Results indicated that the optimal pretreatment conditions were pretreatment pressure of 140 MPa and material-liquid ratio of 1/60. Under the optimal pretreatment conditions, the yield of polysaccharides was up to 6.755%. Compared with the control group, the extraction rate of polysaccharides was significantly improved.

dynamic high-pressure microfluidization；lentinan；pretreatment；extraction

TS201.1

A

1002-6630(2010)24-0062-04

2010-09-16

国家科技型中小企业技术创新基金项目(10C26213601888)

姜颖(1984—)，女，硕士研究生，研究方向为天然产物提取分离。E-mail：maomao242424@126.com

*通信作者：涂宗财(1965—)，男，教授，博士，研究方向为食品资源开发与利用。E-mail：tuzc_mail@yahoo.com.cn