食药用菌多糖提取工艺研究进展

耿晓进 李海清 刘紫征

（1廊坊师范学院生命科学学院，河北廊坊065000；2河北省食药用菌资源高值利用技术创新中心，河北廊坊065000；3河北省高校食药用菌资源开发应用技术研发中心，河北廊坊065000；4廊坊师范学院教育学院，河北廊坊065000）

食药用菌是指具有肉质、胶质、膜质、木质、菌核等可供人类食用或药用的真菌总称[1]，因味道鲜美、营养价值高、生物活性物质多而越来越受到人们关注。食药用菌多糖作为其生物活性物质的一种，主要存在于菌丝体、子实体或发酵液中，是一类由10个以上的单糖以糖苷键连接而成的结构复杂的天然高分子化合物[2]。食药用菌多糖有多种生物活性和生理功能，具有免疫调节、抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗疲劳、抗辐射，预防和控制心血管疾病以及糖尿病等作用[3]，是一种极具开发价值的天然化合物，目前已广泛应用于食品、药品、保健品、化妆品等领域，市场前景广阔。因此食药用菌多糖的提取也备受关注，而提取工艺和提取条件是食药用菌多糖产量和品质的重要保证。

笔者就目前常用的几种食药用菌多糖提取方法的原理、优缺点、适用条件以及取得的主要成果进行总结，并对食药用菌多糖提取条件优化的两种常用方法进行了分析，旨在为食药用菌多糖的工业生产和深加工提供参考。

1 食药用菌多糖提取工艺

食药用菌多糖提取的原料主要有子实体、菌丝体、发酵液、菌核等[4]，最常用的是子实体和菌丝体。

1.1 热水浸提法

纯多糖含多个极性基团（主要是羟基和其他极性取代基），水溶性较好，特别是在热水中溶解度较高[5]。多糖溶液浓度较大时，通过加入极性有机溶剂（如乙醇）将其析出。热水浸提法主要是利用外在热力致使细胞膨胀，改变细胞壁内外渗透压，通过在时间和温度上的累加效应，使多糖从胞内慢慢扩散出来[6]，再通过醇沉获取多糖。王晶等[7]用此方法，通过正交试验确定鳞柄小奥德蘑多糖的最佳提取工艺条件为料液比1∶40，提取时间1h，提取温度90℃，提取次数3次，粗多糖得率约为8.84%，得到的粗多糖具有一定的抗氧化能力。郑婷婷等[8]用热水法提取黄皮疣柄牛肝菌多糖，通过响应曲面法优化后的提取条件为液料比34∶1，提取温度51℃，提取时间3.1h，多糖的提取率为16.67%。

热水浸提法是较为传统的提取方法，提取条件温和，对多糖活性破坏小，且设备简单，操作容易，成本较低，较适合于大规模的工业生产。但该方法提取时间长，醇用量较大，且多糖是热敏性物质，长时间在高温下会影响其生物活性，在技术上并不十分完善[9]，需要进一步改进。

1.2 碱浸提法

碱浸提法是通过碱液的作用，使食药用菌细胞、细胞壁充分吸水膨胀而破裂，从而使多糖游离出来[10]，适合提取酸性或含有糖醛酸的多糖。黄越等[11]比较了热水和碱液提取法提取猴头菇粗多糖的提取效果，结果表明，碱液提取率高于热水，得到的多糖体外抗氧化活性最大，说明碱液提取有利于得到较高生物活性的猴头菇粗多糖提取物。纪欣童等[12]发现桦褐孔菌碱溶多糖得率明显高于水溶多糖，且碱提多糖的总还原力及羟基自由基清除率显著高于水提多糖。顾菲菲等[13]研究发现，碱提灵芝多糖主要是一种→3）Glc（β1→及→6）Glc（β1→连接的葡聚糖，而且碱提多糖组分展现出更好的免疫调节效果。

以上结果表明，碱浸提法能够有效提高多糖得率和生物活性，多糖产量高。且该方法操作简便，耗时短。但碱浸提法获得的多糖纯度不高，对设备的耐腐蚀性要求较高，耗能高[14]，废弃碱液处理对环境有影响，且碱性过强，容易影响多糖的结构从而影响多糖的性质，所以对pH的优化是碱浸提法提取多糖的瓶颈，有待深入研究。

1.3 酶法

酶能够水解细胞壁，促进细胞内有效成分的溶出，通常用到的酶有纤维素酶、蛋白酶、果胶酶等。不同的酶对食药用菌多糖得率影响不同。董丽辉等[15]分别用中性蛋白酶、纤维素酶、木瓜蛋白酶、果胶酶、酸性蛋白酶提取亮菌多糖，在酶用量相同时，中性蛋白酶和纤维素酶对亮菌菌丝多糖的提取效果最显著。

食药用菌主要是半纤维素、蛋白质及果胶等复杂的多糖共同结构[16]，复合酶能够同时破坏多个细胞结构，可使胞内多糖更快、更彻底地释放[17]，所以复合酶法提取率通常比单一酶法高，目前应用较广泛。如用复合酶法提取西藏金耳粗多糖的最佳酶解条件为酶质量浓度6g/L、酶解时间3h、酶解温度为45℃，此时多糖提取率达（11.59±0.10）%，比传统的热水浸提法（8.02%）提高了（43.26±1.25）%[18]。游金坤等[19]用水酶法提取金耳多糖的最佳工艺条件：复合酶添加量为20.50mg/g，液料比347∶1，提取温度为52℃，提取时间52min，在此条件下金耳多糖的得率为（12.69±0.52）%。

以上研究结果表明，酶法提取能够提高食药用菌的多糖得率，大大缩短提取时间。且酶法提取条件温和，对多糖损伤小，适合于提取不能经历热激反应的多糖。但酶法在提取多糖过程中会增加粗多糖中蛋白质的含量，在后续操作中要进行多糖的分离与纯化，去除粗多糖中的蛋白质。且酶易失活，不易保存，价格昂贵，在使用过程中更要严格控制反应条件，并考虑经济效益。

1.4 超声波法

超声波具有由空化气泡破裂产生的冲击波和剪切力，超声波提取技术就是利用超声波的机械破碎、空化作用使细胞壁及整个生物体破裂，加速浸提物从原料向溶剂扩散的一种提取技术[20]。超声波设备较普遍，操作简单，成本低，已广泛应用于食用菌多糖提取。CHEUNG等[21]利用超声波辅助法从药用真菌中提取多糖，结果表明超声波辅助提取可显著提高多糖得率并且不改变多糖分子结构。CHEN等[22]分别采用水提取法、超声提取法、微波提取法和酶解法四种方法提取松茸多糖，以多糖得率和抗氧化活性为指标，结果表明超声波提取法提取的多糖得率和抗氧化活性相对较高。

超声波提取具有耗时短、温度低、提取率高等优点，被认为是一种高效的环境友好型提取技术。但在多糖提取过程中由于超声波空化作用产生的高强度冲击波和微射流破坏了细胞壁的完整性，因此对多糖的结构和功能特性产生了一定影响[23]。而且多糖的扩散通常伴随着它们在超声波辅助提取过程中的降解，因此在应用超声波提取多糖时还要采取一些抑制多糖降解的措施。

1.5 微波法

微波法是通过微波来实现快速高效提取多糖的一种新技术。分子间的相互作用能产生大量的热，这种热量进入到细胞内部之后，细胞内部温度迅速上升，细胞壁承受不了细胞内部的压力，最终被破坏，使内部物质迅速自然地溶出。而物质中的组分类型结构不同，所需的微波能也不同，所以微波法不仅有快速高效提取的作用，还有和其他成分分离的作用。由于微波中的电磁场吸收电磁能，使物质快速地升温，大大缩减提取时间，与热水浸提法相比，时间快几倍甚至十几倍。张海容等[24]通过微波萃取法提取香菇多糖，最佳工艺条件：微波功率40%、液固比为10∶1、加热180s、pH1，与热水浸提相比，提取率升高，还可将时间缩短100倍。

由于微波的加热，直接萃取易引起多糖糖链的裂解，使其糊化[25]，且微波萃取要求溶剂必须有一定的极性，以吸收微波能进行内部加热[26]，所以此方法更适用于极性溶剂的热稳定多糖提取。此外，微波功率和时间对多糖提取率都有较大的影响，在提取前需要对提取条件进行优化。

1.6 亚临界水提取法

亚临界水具有特殊的理化性质，随着水温升高，水的介电常数降低，物质在水中的溶解度及传质系数提高，从而提高了溶质的扩散速度[27]，溶解度增大，有利于多糖溶解，使提取率不断上升。亚临界水提取几乎没有能耗，其作用效果迅速、能量消耗较少；且亚临界水会使蛋白质、淀粉等变性，给后续的分离、纯化带来便利[28]。邓辰辰等[29]通过单因素和正交试验，证明了亚临界水提取灵芝多糖省时节能，效率和得率高。提取灵芝多糖的最佳工艺条件：提取温度150℃，料液比为1∶12，提取时间5min，说明亚临界水提取灵芝多糖是一种实用高效的提取方法。包怡红等[30]用亚临界水提取法提取木耳多糖，实际提取率达24.23%，与之前关于木耳多糖提取的研究相比，节能省时，且大幅度提高了提取率。

由于亚临界水提取是以价廉、无污染的水作为提取剂，绿色环保，应用前景广阔，但仍存在诸多问题。首先，国内亚临界水萃取技术还处于起步阶段，而国外的萃取装置大多采用较短的萃取时间，较小的萃取釜，原料处理能力有限，仅适用于实验室研究，很难应用于工业生产[31]。因此改进萃取设备，使其适用于工业化生产是亟待解决的问题。其次，高温高压下可能会使热敏性物质的性质或大分子物质的结构发生转变，虽然加入萃取改良剂能够降低温度，但改良剂加入过多会降低产物绿色环保的标准[32]，所以寻找更为环保的改良剂是该技术改进的方向之一。为提高提取效率，将亚临界提取技术与其他方法协同使用在国外已有相关报道，但仍有许多技术问题需要突破。

表1比较了几种食药用菌多糖提取方法的优缺点和使用条件。

在实际操作过程中，两种甚至两种以上提取方法的协同使用，发挥各种方法的优势，能有效保存多糖生物活性，同时获得更好的提取效果。近年来酶法结合超声波法提取多糖得到广泛应用，因为超声波促进底物与酶催化部位结合，同时促进产物进入介质，提高酶催化活性。此外，超声波空化作用产生的冲击波能够改变酶分子的构象，使其更易与底物结合，从而提高催化效率[10]。陈小红等[33]比较了单独超声提取与超声辅助植物酶法提取茯苓多糖的效果，结果表明超声辅助酶法能显著提高多糖的浸出率和提取率（P＜0.05），其最大多糖浸出率、提取率分别为5.54%、4.72%，明显地提高了水溶性茯苓多糖的提取效率。秦令祥等[34]采用超声波协同复合酶法提取香菇多糖，可显著提高香菇多糖提取率。微波、超声波提取也是常用的协同方法，微波的热效应和对食药用菌细胞膜、细胞壁的破坏力以及超声波的空化效应，能够增大介质的穿透力及分子运动速度，增加胞内物质的溶出[35]。李三省等[36]将超声和微波提取技术结合起来提取阿魏菇多糖，与传统水浴浸提法相比，超声-微波辅助提取缩短了提取时间，多糖得率由2.23%提高至5.6%，且该方法对阿魏菇多糖的结构基本没有影响。

2 食药用菌多糖提取条件优化

食药用菌多糖提取效率不仅由提取方法决定，提取时间、温度、次数、料液比、颗粒大小等提取因素也对其有很大的影响，因此对多因素进行优化就成了提高提取效率、保证多糖质量的重要方法。目前对提取条件优化的方法主要有正交试验法和响应面法。

2.1 正交试验法

正交试验法是解决多因素、多水平试验问题的一种有效方法，它利用正交表安排试验，对试验方案作最优设计[37]。

操作流程[38]：确定正交试验因素和水平→设计正交试验表→做正交试验、记录试验结果→计算分析试验结果、选取最优方案→验证试验、确定最佳方案。

表1 食药用菌多糖不同提取方法比较

2.2 响应面法

响应面法是一种综合试验设计和数学建模的优化方法，通过对具有代表性的局部各点进行试验，回归拟合全局范围内因素与结果间的函数关系，并且取得各因素最优水平值[39]。响应面法能有效减少试验次数，并可考察影响因素之间的交互作用。响应面试验设计方法有多种，较为常用的有两种[40]，一种是Box-BehnkenDesign（BBD），适用于2～5个因素的优化试验，每个因素取3个水平；另一种是CentralCompositeDesign（CCD），其设计表是在两水平析因设计的立方点基础上加上轴向点和中心点构成的，每个因素取5个水平。

操作流程：确定响应面试验因素和水平→设计响应面试验→构建模型并检验→做出响应曲面和等高线→模型求解及验证→确定最佳方案。

正交试验法和响应面法都能够达到减少试验次数、缩短试验周期的目的，都是能够有效解决多因素多水平试验问题、迅速找到优化方案的科学计算方法。与正交试验法相比，响应面法能够给出直观的响应曲面图，可以考察各因素水平间的交互作用；它不仅建立了预测模型，还对模型适应性、模型和系数显著性以及失拟项进行检验，进一步进行方差分析、模型诊断[40]。龙菊等[41]用正交试验和响应面法分别优化山药多糖提取工艺，结果表明响应面法在稳定性和工作量方面更简易、科学和合理。但在使用响应面法优化之前，应当确立合理的试验影响因素与水平，否则不能得到最佳的优化结果。

3 讨论

食药用菌多糖具有广阔的应用价值和开发空间，目前已成为学术界研究热点。多糖的提取方法虽然很多，但每种都有其优缺点，需要根据提取物的性质，提取成本等选择合适的工艺和设备，从而提高提取率，降低成本。提高食药用菌多糖提取效率的关键在于细胞的破碎，酶降解、超声波、微波处理都可辅助细胞破碎，同时优化试验条件，能够使多糖更易释放溶解[42]。

近年来，超临界流体萃取技术在生物活性物质提取中得到广泛应用。目前最常用的超临界流体溶剂是CO2。CO2的临界温度是常温（31.06℃），且临界密度比较大，临界压力适中；化学性质稳定，不易发生化学反应，能防止萃取物被氧化；且在临界点下与大部分物质不相溶，易分离[43]。超临界CO2流体萃取在食药用菌多糖提取中主要用于对材料进行脱脂预处理，用脱脂后的材料提取多糖可提高多糖得率。如以超临界CO2流体萃取技术脱脂处理后的银耳为原料提取多糖，比未脱脂的原料多糖提取率提高了2.65%[44]。利用超临界CO2流体萃取技术对香菇脱脂，油脂萃取率为2.38%；以脱脂后的香菇进行浸提提取多糖，总粗多糖提取率为6.57%，比传统水浴浸提高3.53%，是传统提取法的2.16倍，且产品的色泽和风味更接近标准品[45]。该方法不但避免了化学试剂脱脂给原料及环境带来污染，而且所得的副产物油脂还可作为功能性油脂进行研究[46]，提高食药用菌的综合利用价值。随着人们对食品药品绿色安全的高要求，超临界流体萃取技术有广泛的应用前景。但该技术装置复杂，设备投资较大，要实现工业化生产等问题还需要深入研究解决。