超声-微波联合提取竹荪多糖工艺研究

黄庆斌

（福建林业职业技术学院，福建南平 353000）

0 引言

竹荪（Dictyophora indusiata） 俗称竹参、竹笙，鬼笔科竹荪属，是名贵的食用菌之一[1]，广泛分布于我国福建、江西、云南等地。现代药理学研究表明，竹荪多糖具有抗炎症、降血压、抗肿瘤等功效，对艾滋病亦有抑制作用，常作为原材料用于保健食品的制作中[2-4]。当前，超声波或微波已被单独应用于多种植物或真菌多糖的快速提取中，竹荪多糖在提取时采用恒温水浴提取法常配合其他辅助手段，然而采用超声-微波联合提取法对竹荪多糖提取的研究报道较少。以往研究表明，提取时间、超声功率、微波功率、料液比等4个因素对竹荪多糖提取得率有影响[5]，以提取时间、超声功率、微波功率、料液比为因素，探讨各因素对竹荪多糖提取工艺的影响，并通过L9（34）正交试验确定超声-微波联合提取竹荪多糖的最佳工艺条件，为竹荪多糖提取进一步研究提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料、试剂和仪器

竹荪购于福建省南平市胜利市场。

无水乙醇、氯仿、正丁醇、氯化钠均为分析纯；D101型大孔吸附树脂，南开大学化工厂提供，透析袋（分子量10 000 Da）购于北京经科宏达生物技术有限公司。

XH-300B型超声波-微波组合反应系统，北京祥鹄科技发展有限公司产品；FZ102型植物粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司产品；RE-52A型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂产品。

1.2 竹荪多糖提取基本工艺流程

竹荪（干）→粉碎→过60目筛→竹荪粉末（料液比为1∶40） →微波（基本参数160 W） →超声（基本参数540 W）→水浴提取（基本参数水浴温度80℃，水浴时间5 min） →以转速4 000 r/min离心6 min取上清液→加等体积乙醇，4℃下过夜→以转速4 500 r/min离心6 min获得粗多糖沉淀→蒸馏水复溶→Sevag试剂除蛋白→以转速4 500 r/min离心6 min得多糖沉淀→蒸馏水定容至100 mL测定其多糖含量→计算竹荪多糖得率[6]。

1.3 单因素试验设计

1.3.1 提取时间单因素试验

保持料液比、水浴温度、超声功率、微波功率等参数不变，选择水浴时间2，3，4，5，6，7，8 min分别进行竹荪多糖提取，考查提取时间对多糖得率的影响。

1.3.2 超声功率单因素试验

提取时间、微波功率、料液比、水浴温度等参数不变，选择超声功率分别为130，260，390，520，650，810，940 W进行竹荪多糖提取，考查超声功率对多糖得率的影响。

1.3.3 微波功率单因素试验

提取时间、超声功率、料液比、水浴温度等参数不变，选择微波功率 50，80，110，140，170，200，230 W进行竹荪多糖提取，考查微波功率对多糖得率的影响。

1.3.4 料液比单因素试验

提取时间、微波功率、微波功率、水浴温度等参数不变，选择料液比1∶10，1∶20，1∶30，1∶40，1∶50，1∶60，1∶70（g∶mL） 分别进行竹荪多糖提取，考查料液比对多糖得率的影响。

1.4 正交试验方案

根据单因素试验情况，选取合适的单因素参数水平进行四因素三水平L（934）设计正交试验。

1.5 多糖含量测定

1.5.1 绘制标准曲线

绘制葡萄糖标准曲线:准确量取2 mg/mL的葡萄糖标准溶液定容于5 mL容量瓶中，将其分别稀释成不同质量浓度0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08 mg/L。用苯酚－硫酸法测定其吸光度，用同等体积的蒸馏水作空白对照，重复3次，取平均值。以吸光度为纵坐标、葡萄糖质量浓度为横坐标，得线性回归方程Y=9.253 61X-0.027 2（R2=0.999 1），表明竹荪多糖在该质量浓度范围内具有良好的线性关系[7]。

1.5.2 多糖含量的测定方法采用苯酚-硫酸法[8]测定多糖含量。

2 结果与分析

2.1 不同提取条件的单因素试验

2.1.1 提取时间对竹荪多糖得率的影响

在超声波功率520 W，超声波频率25 kHz，微波功率150 W，料液比1∶40条件下，研究提取时间从2～8 min（间隔1 min） 对竹荪多糖得率的影响。

提取时间对竹荪多糖得率的影响见图1。

图1 提取时间对竹荪多糖得率的影响

提取时间是天然产物提取中需要考虑的影响因子，适宜的提取时间对得率和提取物的生物活性都可能产生显著影响。由图1可知，在2～5 min内，竹荪粗多糖得率从5.75%增加至12.25%，在U MAE体系中，时间的影响集中体现为微波-超声波的综合作用，随着提取时间延长，在超声波空化作用和微波热效应影响下，物料细胞快速破裂，多糖等有效成分被释放出来，因此多糖得率快速增加，在5 min时得率达到最大值，得率在后期缓慢下降，可能是因为微波作用对多糖造成破坏而使多糖降解。微波的热效应随着提取时间继续延长，可能对多糖的抗氧化活性产生不利影响。因此4～6 min是微波-超声波联合提取竹荪多糖的适宜温度。

2.1.2 超声波功率对竹荪多糖得率的影响

在提取时间5 min，超声波频率25 kHz，微波功率150 W，料液比1∶40条件下，研究超声功率130，260，390，520，650，780，910 W对竹荪多糖得率的影响。

超声功率对竹荪多糖得率的影响见图2。

图2 超声功率对竹荪多糖得率的影响

超声波的机械、温热、理化效应可增加细胞膜通透性、升高体系温度和细胞壁破碎作用等。由图2可知，超声功率从130 W增加至520 W，细胞壁破碎作用显著增强，竹荪多糖得率从7.02%增加至12.48%，当超声波功率继续加大，竹荪多糖得率趋于稳定而不是出现明显下降，这可能与不同提取方法对多糖物理稳定性造成的影响有关。综合考虑能耗问题，宜采用超声功率400～600 W作为竹荪多糖提取的超声波功率。

2.1.3 微波功率对竹荪多糖得率的影响

选用提取时间5 min，超声功率520 W、超声波频率25 kHz，料液比1∶40条件下，研究微波功率50，80，110，140，170，200，230 W对竹荪多糖得率的影响。

微波功率对竹荪多糖得率的影响见图3。

图3 微波功率对竹荪多糖得率的影响

微波辐射的高能作用和强穿透能力可以迅速到达物料细胞内部进行加热，使得细胞膨胀破裂，内容物流出加快；与此同时，多糖组分从物料内部的扩散速率随微波产生的电磁场而加快。由图3可知，在U MAE体系中，随着微波功率的增加竹荪多糖得率也在升高，微波功率从50 W增加至140 W时，竹荪多糖得率从5.02%增加至12.08%，微波功率170 W时，竹荪多糖得率达到最大值为12.15%，继续增大功率，较强的微波作用会破坏竹荪多糖的结构，使竹荪多糖降解，得率反而下降。因此，以微波功率140～160 W作为竹荪提取的最优微波功率范围。2.1.4 料液比对竹荪多糖得率的影响选用提取时间5 min，超声功率520 W，超声波频率25 KHz，微波功率150 W，研究料液比1∶10，1∶20，1∶30，1∶40，1∶50，1∶60，1∶70 对竹荪多糖得率的影响。

料液比对竹荪多糖得率的影响见图4。

图4 料液比对竹荪多糖得率的影响

提取液作为物料的分散介质，适宜的料液比值对物料的分散程度、内容物扩散速率、微波加热效果以及超声波空化效果具有显著影响。由图4可知，当料液比从1∶10增大至1∶40时，竹荪多糖得率从8.02%增加至12.58%，当料液比从1∶40增加至1∶70时，得率反而降至10.47%。一方面，过低的料液比不利于物料分散和水分渗透，导致较低的得率；另一方面，过高的水分含量可延缓微波的热效应、削弱超声波的作用效果。料液比对自由基清除率的影响表现为与时间和微波功率相反的趋势，随着料液比升高，微波加热效果被削弱，对抗氧化活性的破坏作用减小。综合考虑，采用料液比1∶30～1∶50作为竹荪多糖提取的适宜料液比范围。

2.2 正交试验

根据单因素试验结果，以竹荪多糖得率为评价指标，选用适当水平，通过正交试验对竹荪多糖提取工艺进行优化。

正交试验的因素与水平设计见表1，正交试验结果见表2。

表1 正交试验的因素与水平设计

表2 正交试验结果

由表2可知，提取时间（A）、超声功率（B）、微波功率（C） 和料液比（D） 4个因素对竹荪多糖提取得率影响的主次顺序为B＞C＞A＞D，其提取的最佳提取工艺参数为提取时间4 min，超声功率500 W，微波功率150 W，料液比1∶40（g∶mL），即A1B2C2D2，在此提取条件下，竹荪多糖提取得率达到12.37%。

2.3 验证性试验

为验证竹荪多糖提取的最优条件准确性，以微波功率150 W，超声功率520 W，水浴提取时间5 min，料液比1∶40（g∶mL） 进行重复试验（n=3），多糖得率分别为12.44%，12.52%，12.51%，平均得率12.49%，验证性试验数据高于正交试验9组结果，稳定性和重复性良好。

3 结论

选取提取时间、超声功率、微波功率、料液比4个因素通过正交设计试验，以多糖提取得率为指标，得出竹荪多糖的最佳提取工艺为提取时间5 min，超声功率520 W，微波功率150 W，料液比1∶40（g∶mL），在此优化条件下，竹荪多糖得率可达12.49%。