白鬼笔菌托多糖作为烟草保润剂的性能评价

李永齐 王 芬 廖头根 刘继辉 张 伟* 董彩虹*

（1.中国科学院微生物研究所 真菌学国家重点实验室，北京 100101；2.云南中烟工业有限责任公司，云南 昆明 650231；3.红云红河烟草（集团）有限责任公司，云南 昆明 650231；4.中国科学院大学，北京 100049）

白鬼笔（Phallus impudicus），别名鬼笔菌、竹下菌、竹菌、无裙竹荪，因其出菇温度偏低，也被菇农称为冬荪。白鬼笔具有重要的食药用价值[1]，子实体由菌盖、菌柄、菌托等组成（图1）。其菌柄可食用，也可入药用于治疗风湿症，有活血祛痛的功效，并具有抗癌活性。位处菌柄基部的菌托为苞状，新鲜时呈明显的胶质状，厚且有一定弹性。

近年来，贵州等地实现了白鬼笔的规模化人工栽培，发展迅速。贵州大方县及周边地区2015年栽种冬荪约2 000亩（1亩≈667平方米，下同），产量20吨左右；2016年栽种约6 000亩，产量60吨左右[2]。子实体采收时菌托被栽培户视为废弃物随意丢弃（图2）。如果将其“变废为宝”，附加值将大大提高，且可避免对环境的污染。

食用菌多糖是从子实体、菌丝体和发酵液中分离出的代谢产物，近年来食用菌多糖的吸湿和保湿功能日益受到人们的关注，如茯苓多糖保湿性能优于海藻酸钠和甘油[3]，羧甲基化的银耳多糖显示出与壳聚糖相似的保湿效果[4]，体内试验证明香菇多糖保湿效果优于甘油[5]等。食用菌多糖作为天然物质替代传统的甘油、丙二醇等烟草中常用的化学保润剂[6]，除具有相似的保湿性能外，还可调节载体自身的糖碱比，改善载体燃烧时的吃味及减少烟气入喉的干燥感；另一方面真菌多糖具有天然活性，可降低载体中的有害物质，减少吸烟人群的患病几率[7]。目前已用于烟草保润剂研究的食用菌多糖仅有少数几种，如银耳浸提物[8]、茶树菇多糖[9]和羧甲基化的灵芝多糖[10]等。

图1 白鬼笔子实体

图2 白鬼笔被废弃的干燥菌托

本研究以贵州产白鬼笔的废弃菌托为材料提取多糖，于实验室内评价其保湿和吸湿功效，并与在烟草中有应用潜力的银耳多糖及常见食用菌蛹虫草、花脸香蘑和蝙蝠蛾拟青霉多糖进行对比分析。结果发现，白鬼笔废弃菌托多糖的保湿功能与银耳多糖类似，且在高湿条件下具有比银耳多糖更低的吸湿性能。在此基础上，进一步评价白鬼笔废弃菌托多糖在卷烟中的应用效果，为中式卷烟“增香保润”寻找一种新的天然卷烟添加剂，实现白鬼笔废弃菌托资源的利用。

1 材料与方法

1.1 材料及试剂

白鬼笔菌托来自贵州大方县，蝙蝠蛾拟青霉为神华药业有限公司发酵菌粉，蛹虫草、花脸香蘑子实体为本实验室所栽培，银耳来自市售。

主要试剂透明质酸钠购自上海麦克林生化科技有限公司，甘油购自北京化工厂，碳酸钠和硝酸铵购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 样品处理

白鬼笔菌托粉碎过20目筛，置于鼓风干燥箱（DHG-9053A，上海一恒科学仪器有限公司）干燥至恒重，备用。新鲜蛹虫草、花脸香蘑子实体和银耳利用冷冻干燥机（FD-1A-80，北京博医康实验仪器有限公司）进行真空冷冻干燥，干燥的样品用小型高速粉碎机（KC-08，北京开创同和科技发展有限公司）粉碎，过20目筛，备用。

1.3 粗多糖制备

准确称取菌托或菌粉，按照1∶10的料水比加入相应的蒸馏水，沸水浴2 h，6 000 r/min离心20 min，收集上清液并重复提取3次，合并上清液；50℃旋转蒸发浓缩至原体积的1/3；收集浓缩液，在搅拌的同时加入三倍体积的无水乙醇，4℃沉淀过夜，6 000 r/min离心20 min，获取沉淀并冷冻干燥得到粗多糖。

1.4 保湿性能测定

室温精确称取0.1 g样品，放入直径3 cm的称量瓶中，加入9倍体积的去离子水（0.9 mL），置于盛有硅胶的干燥器内。在常温下放置3、6、12、24和48 h，分别精确称量放置后的样品重量，计算其水分的重量（Hn）和添加水分量（Ho），用甘油和透明质酸钠作阳性对照。每个样品3个重复，按如下公式计算保湿率：

1.5 吸湿性能测定

室温下精确称取0.1 g样品，放入直径3 cm的称量瓶中，将称量瓶放置在干燥器中，干燥器内放有碳酸钠饱和溶液（RH=43%）或硝酸铵饱和溶液（RH=81%）。在常温下放置3、6、12、24和48 h，分别称量样品放置前质量（Wo）和放置后质量（Wn）。用甘油和透明质酸钠作阳性对照，每个样品3次重复，按如下公式计算吸湿率：

1.6 物理保润性能评价

配制质量浓度为20 mg/mL的白鬼笔菌托多糖溶液。分别将该溶液和丙二醇（PG）按照质量比1∶1和1∶3混配，备用。称取云烟（软珍品）空白组烟丝50 g，按照单箱200 g（质量比5%）的添加量分别喷洒混合溶液，50℃烘干后，放置于RH=60%，25℃条件下平衡48 h。密封封存备用。烟丝备4种样品，分别为：空白对照（喷洒溶液为水），阳性对照（喷洒溶液为PG），样品1（喷洒溶液为白鬼笔菌托多糖溶液和丙二醇1∶1的混合溶液），样品2（喷洒溶液为白鬼笔菌托多糖溶液和丙二醇1∶3的混合溶液）。

选取50 mg烟丝为实验样品，用DVS advantage-1型动态水分分析仪（英国SMS公司），设置仪器工作温度25℃，采用等温法控制湿度，每隔1 min测定并记录样品质量。

1.7 数据分析

所有试验数据采用SPSS17.0统计学软件计算平均数、标准差，并进行单因子方差分析，以Duncan's新复极差法分析差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同食药用菌多糖的保湿性能

在保湿性能评价实验的48 h内，不同食药用菌多糖样品、阳性对照甘油和透明质酸钠的保湿率均呈现下降趋势。白鬼笔菌托多糖样品保湿率和阳性对照甘油之间没有显著差别。在检测的时间范围内，白鬼笔菌托多糖保湿率和银耳多糖较为相近，但显著高于供试的蛹虫草和花脸香蘑子实体多糖样品（表1）。

2.2 不同食药用菌多糖在不同相对湿度下的吸湿性能

（1）在RH=43%的环境下，评价不同样品48 h内的吸湿率。从实验结果（表2）可以看出，不同食药用菌多糖样品、阳性对照甘油及透明质酸钠的吸湿率均呈现上升趋势。在实验的时间范围内，甘油吸湿率显著高于供试的其他各个样品；而透明质酸钠的吸湿性和各食用菌多糖样品相当。在各食用菌多糖样品中，白鬼笔菌托多糖的吸湿率高于花脸香蘑和蝙蝠蛾拟青霉多糖，稍低于银耳多糖和蛹虫草多糖，差异不显著。

（2）在RH=81%的环境下，在48 h内，不同食药用菌多糖样品和阳性对照甘油及透明质酸钠的吸湿率均呈上升趋势（表2）。其中，甘油吸湿率最高，显著高于其他样品；在24 h和48 h时，各食药用菌多糖样品的吸湿率显著低于透明质酸钠；白鬼笔菌托多糖吸湿率相对较低，在各时间段内均显著低于银耳多糖。表明白鬼笔菌托多糖在高湿环境下具有更低的吸湿性能。

表1 不同食药用菌多糖样品的保湿性能测定结果

表2 在不同湿度条件下不同食药用菌多糖样品的吸湿性能测定结果

2.3 白鬼笔菌托多糖在烟草中的物理保润性能

从吸附脱附等温线（图3）可看出，白鬼笔菌托多糖溶液和丙二醇1∶1混合的样品1在低湿环境下（RH=30%），吸附时（下线）和脱附时（上线）的滞后值（即差值，Hysteresis为3.18，与阳性对照（PG）的滞后值3.17比较接近（表3）。表明该样品在低湿环境（RH=30%）下表现出的吸附和脱附作用，与阳性对照PG具有较为一致的持水效果。白鬼笔菌托多糖溶液和丙二醇1∶3的样品2，其吸附和脱附时的滞后值仅为2.61。所有样品在高湿环境（RH=80%）下发生吸附和脱附时，相互间无明显差异。

图3 测试样吸附脱附等温线

图4 样品动态水分吸附状态

从样品动态水分吸附曲线（图3）可见，在低湿环境下（RH=30%），阳性对照（PG）、样品2和样品1表现出优于空白对照的保润效果，其中样品2的保润效果和阳性对照（PG）的保润效果较为一致；在高湿环境下（RH=80%），阳性对照（PG）、样品2的防潮效果低于样品1和空白对照，而样品1和空白对照的防潮效果则较为一致。

综合以上结果，样品1（即质量浓度为20 mg/mL的白鬼笔菌托溶液与丙二醇按质量比为1∶1配制的样品）在低湿环境（RH=30%）下表现出较好的保润效果，在高湿环境（RH=80%）下表现出较好的防潮效果。

2.4 白鬼笔废弃菌托多糖成本分析

鉴于白鬼笔废弃菌托多糖在烟草保润剂中具有较好的应用潜力，我们对其成本进行分析。按照“1.3”的方法多次提取后，得到的提取率为25.03±1.91%，明显高于大多数食用菌多糖的提取率，如本研究中蝙蝠蛾拟青霉多糖提取率为17.22±0.46%，花脸香蘑多糖提取率仅为6.3%。

表3 测试样品质量变化

白鬼笔菌托为产区废弃物，可忽略其原料成本，仅考虑物流和提取成本。提取成本包括乙醇及水电成本，估算每千克白鬼笔废弃菌托多糖成本约为50元。因烟草中添加量较少，质量浓度为20 mg/mL的白鬼笔菌托多糖溶液与丙二醇按质量比为1∶1配制样品，烟草质量比5%进行添加，每千克香烟成本仅增加0.025元。

3 结论

本研究利用废弃的白鬼笔菌托制备多糖，在实验室对其保湿吸湿性能进行了评价，并与银耳、蛹虫草、花脸香蘑和蝙蝠蛾拟青霉多糖的保湿效果进行比较。结果表明，白鬼笔菌托多糖在24 h、48 h保湿效果与银耳多糖相近，显著高于蛹虫草、花脸香蘑和蝙蝠蛾拟青霉多糖，与常用保湿剂甘油相近，保湿效果好。

在测定的环境条件下，各食用菌多糖的吸湿率均显著低于甘油。在低湿（RH=43%）环境下，各食用菌多糖的吸湿率和透明质酸钠相近；而在高湿（RH=81%）环境下，各食用菌多糖吸湿率则显著低于透明质酸钠，即比甘油和透明质酸钠具有更好的防潮性能。各食用菌多糖中，白鬼笔多糖吸湿性能相对较低，在高湿条件下，比在卷烟中具有应用潜力的银耳多糖[8]有更低的吸湿性能。

综上分析，白鬼笔菌托多糖具有优异的保湿性能和较好的防潮性能。将白鬼笔菌托多糖加入到烟丝中，研究其在烟草中的应用潜力。结果为，利用质量浓度为20 mg/mL的白鬼笔菌托溶液与丙二醇按照质量比为1∶1配制的样品喷洒烟草，在低湿环境（RH=30%）下表现出较好的保润效果，在高湿环境（RH=80%）下表现出较好的防潮效果，而白鬼笔菌托多糖成本较低，因此其具有在烟草中应用的潜力。

本研究利用白鬼笔的废弃菌托制备烟草用的保润剂，如能够用于烟草加工，将减少资源浪费和环境污染，实现白鬼笔的综合利用。多糖的保湿性能与其组成、结构和分子量相关[11,12]，下一步我们将深入研究白鬼笔废弃菌托多糖的组成、结构和分子量分布，以探明其具有较高保湿性能的机制。