灵芝多糖的脱色工艺研究

付文波 缪程平 靳静思 郭媛媛 喻凯云 秦浩男 刘赟霄

(1. 嘉兴学院 生物与化学工程学院,浙江 嘉兴 314001;2. 嘉兴市化工清洁工艺重点实验室,浙江 嘉兴 314001)

灵芝(GanodermaLucidumKarst)是孔菌科真菌灵芝的子实体,为我国传统的药食兼用的大型真菌, 其孢子、菌丝和子实体均可利用,具有祛病延年、滋补强壮的作用。现代研究表明,灵芝多糖是灵芝属真菌菌丝体的次生代谢产物,存于灵芝属真菌的菌丝体和子实体中,具有清除体内自由基、提高机体免疫力、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、提高记忆力、降血糖等功效,是灵芝扶正固体的主要活性成分[1]。其可以应用于制备具有抗氧化、抗衰老、美白等功效的系列化妆品。

灵芝多糖是水溶性的,其提取方法有多种[2],其中常用的提取方法是用水作溶剂直接浸提提取,但直接提取液中含有蛋白质、色素、低聚糖等杂质,尤其色素使其呈现深红棕色,影响应用,因此需进一步脱色纯化。目前常用的脱色剂有多孔树脂、活性炭、双氧水、壳聚糖等[3-5],这些脱色剂在脱色的同时也会导致多糖的损失。本研究采用一种新型片状活性炭作为脱色剂,可以有效除去偏平面结构的色素分子,而立体结构的多糖不容易损失,从而使得脱色率和多糖保留率都较高。

1 实验部分

1.1 主要试剂

灵芝,青海雪芝隆生物科技有限公司;片状活性炭,上海安谱实验科技股份有限公司;乙醇、无水葡萄糖、硫酸、蒽酮,均为分析纯试剂,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 实验方法

将2 g研磨粉碎后的灵芝粉末加入80 mL去离子水,加热煮沸,搅拌回流2.5 h,冷却过滤,即得深红棕色的灵芝多糖提取液。取灵芝多糖提取液20 mL,加入片状活性炭0.25 g,搅拌加热至40 ℃,脱色30 min后,冷却过滤,滤液测定多糖含量和吸光度值,计算多糖保留率和脱色率。

1.3 分析方法

1.3.1 脱色率

使用紫外可见分光光度法,在400 nm下测定吸光度值。

脱色率(%)=(A1-A2)/A1×100%

式中:A1为脱色前灵芝提取液的吸光度值;A2为脱色后灵芝提取液的吸光度值。

1.3.2 多糖保留率

多糖含量的测定参照《中华人民共和国药典(2020版)》中的硫酸-蒽酮法进行,以无水葡萄糖为标准品,标准曲线为:Y=0.687 9X-0.050 1,R2=0.998 4。Y为吸光度值,X为无水葡萄糖标准溶液浓度,mg·mL-1。

多糖保留率(%)=M1/M2×100%

式中:M1为脱色后多糖总量;M2为脱色前多糖总量。

2 实验结果与讨论

2.1 活性炭用量的影响

本研究使用片状活性炭作为脱色剂,选择不同的活性炭用量(以灵芝多糖提取液的质量百分比计量),在40 ℃下进行搅拌脱色,控制脱色时间30 min,所得结果如表1所示。

表1 活性炭用量的影响Tab. 1 Effect of activated carbon dosage

从表1可知,随着活性炭用量的逐渐增大,灵芝多糖提取液的脱色率也逐渐增大,当活性炭用量达到1.25%后,再继续增加活性炭的用量,脱色并不明显。同时活性炭在脱色的同时,也会吸附多糖,因此多糖保留率随着活性炭的用量的增加而有所减少。本研究所用为片状活性炭,其对立体结构的多糖作用相对较弱,所以多糖损失率较小,即多糖保留率降低的速度较缓,即使活性炭用量达到3%时,多糖保留率还有77.2%。根据表1数据综合考虑,本研究所选择活性炭的最佳用量为1.25%。

2.2 脱色温度的影响

控制脱色反应的片状活性炭用量为灵芝多糖提取液的1.25%,脱色时间30 min,改变不同的脱色温度进行实验,所得结果如表2所示。

表2 脱色温度的影响Tab. 2 Effect of decolorization temperature

从表2可知,随着脱色温度的上升,脱色率逐渐下降,多糖保留率逐渐增加。物理吸附一般是放热的,因此达到吸附平衡后,温度的升高会使吸附量下降。故活性炭对色素的吸附随着温度的上升而下降,导致脱色率也逐渐下降。同时,活性炭对多糖也有一定的吸附作用,温度的上升也同样降低了活性炭对多糖的吸附量,所以多糖保留率反而上升了,但上升的幅度不是很大。这是因为作者选用的是片状活性炭,立体的多糖分子不容易钻入而被吸附,即片状活性炭对多糖的吸附作用较弱,因此,温度对吸附的影响在多糖的吸附上表现得不明显。当然,也不是温度越低越好。温度低了,达到吸附平衡的时间就要延长,这样也不利于吸附。根据表2数据,最佳的脱色温度为40 ℃。

2.3 脱色时间的影响

控制脱色反应的片状活性炭用量为灵芝多糖提取液的1.25%,脱色温度为40 ℃,改变脱色时间进行实验,所得结果如表3所示。

表3 脱色时间的影响Tab. 3 Effect of decolorization time

由表3可知,随着脱色时间的上升,灵芝多糖提取液的脱色率上升,当脱色时间大于30 min后,脱色率基本稳定,同时多糖保留率逐渐下降,但下降的不是很多。这是因为当脱色时间较短时,吸附还未达到平衡,增加时间,吸附的色素量增加,脱色率增加。当脱色时间达到30 min后,脱色率不再增加,说明吸附达到平衡,再增加时间也不能增加吸附量,脱色率保持基本不变。同时片状活性炭对多糖的吸附基本也符合此规律,片状活性炭对多糖的作用远小于对色素的作用力,所以多糖保留率下降较小。最终确定最佳脱色时间为30 min。

2.4 最优条件确定及重现性

通过前面的工艺优化过程,确定最优化工艺条件为采用片状活性炭为脱色剂,片状活性炭的最佳用量为灵芝多糖提取液的1.25%,脱色温度40 ℃,脱色时间30 min。在此最优工艺条件下重复3次实验,所得结果如表4所示。

表4 最优条件实验结果Tab. 4 Results under optimal conditions

从表4可知,最优脱色工艺条件下的平均脱色率为90.3%,多糖保留率为88.4%。从相对标准偏差(RSD)值可以得出,试验的重现性较好。

3 结论

本研究采用一种新型片状活性炭作为脱色剂,可以有效除去偏平面结构的色素分子,而立体结构的多糖不容易损失,从而在对灵芝多糖提取液进行脱色处理时,保持较高的脱色率和多糖保留率。

通过单因素优选法优化了片状活性炭对灵芝多糖提取液的脱色处理工艺,得到最优工艺条件为:采用片状活性炭为脱色剂,片状活性炭的最佳用量为灵芝多糖提取液的1.25%,脱色温度40 ℃,脱色时间30 min。最优脱色工艺条件下的平均脱色率为90.3%,多糖保留率为88.4%。