微波技术提取金针菇多糖的工业研究

微波技术提取金针菇多糖的工业研究
1 引言
多糖是天然大分子物质，它几乎存在于所有生物体中，既是提供能量的主要
物质(如淀粉、糖原等)，又是生物的结构物质(如纤维素、半纤维素等)。

近几十
年来的研究表明，从一些生物体内提取出的多糖物质具有抗肿瘤、抗辐射、抗衰老、增强免疫力等生理功能，具有显著的生物活性[1]，生物多糖的应用越来越受
到人们的关注。

金针菇多糖是由D-葡萄糖、D-甘露糖、L-岩藻糖等组成的[2]。

目前提取主针
菇多糖的方法多为热水法或碱溶法，提取率较低。

采用超声波协同法提取可使多
糖提取率提高，但存在着作用时间长、不利于连续化大生产等缺点。

从已查阅的
文献资料看，虽然对金针菇子实体多糖的研究已经有了很大进展。

但是，这些研
究基本局限在其组成、结构及生物活性的相关研究上，而对其提取工艺的研究则
较少，且研究不够系统和深入，提取技术还有待成熟。

新一代的研究体系主要对金针菇子实体多糖提取方法及其强化工艺进行研究，探讨温度、时间、液料比等因素对提取率的影响，并进行碱法和酶法[3]及微波和
超声波强化提取的工艺优化。

也有对物理法与化学溶剂提取法相结合提取和分离
多糖的工艺进行研究[4—5]。

研究表明，应用新的提取方法对金针菇子实体多糖进
行提取，其多糖的提取率比热水提法明显提高。

应用微波和超声波强化均能提高
多糖的提取率，微波和超声波强化处理后再在热水中提取效果会更好。

最佳的微
波处理时间为3min，超声波处理时间为8min。

此法较传统的提取方法有很多优点，快速、安全、高效，是对资源的合理开发，实现自然资源再生的绿色工艺。

通过高效利用及无(少)废物生产的接口技术，将系统内各组分衔接成良性循环的
整体，加快系统内的物质循环流动和能量的多级传递。

在提高生态系统的自我调
节与自然能力的同时，形成一个产投比高的开放经济系统。

本文就微波提取法在
提取功率、提取时间、料液比和热水浸提时间四个方面对金针菇多糖取得率的影
响进行了研究，运用的方法为正交实验法,确定出提取金针菇多糖的最佳工艺为
微波功率520W，微波处理时间5min，料液比1:25,，60℃热水浸提时间40min。

在此条件下多糖提取率为最高3.57%。

与传统的多糖提取方法相比较，此方法应
用了微波提取技术与热水浸提相结合的新路径，具有提取率高、节能、省时、环
保等多方面优点，在工业化提取植物有效成分方面具有广阔的应用前景。

2 材料与方法
2.1 实验材料：
材料：选取的金针菇实体由福建古田食用菌厂购得，干品粉碎后过0.2㎜筛。

设备：万能粉碎机；鼓风干燥箱；722-紫外分光光度计（上海精科科学仪器厂）；UV—5501紫外可见光度计（天津港东科学发展股份有限公司）；微波提取器；离心机（上海安亭科学仪器厂）；HHS型恒温水浴锅（天津华北实验仪器有
限公司）；AUY200型电子分析天平。

药剂：3，5—二硝基水杨酸；丙三醇；苯酚；葡萄糖；浓硫酸；氢氧化钠。

DNS试剂：称取6.5g3，5—二硝基水杨酸溶于少量水中，移入1000mL容量
瓶中，加325mL 2mol／L氢氧化钠溶液，再加入45g丙三醇，摇匀，定容至
1000mL。

60%苯酚试剂：将苯酚至于45℃温水浴中，待溶解后准确称取60g苯酚溶于
40ml热水中，此试剂可保存一段时间。

6%苯酚试剂：准确吸取上述60%苯酚试剂5ml，定容于50ml容量瓶中，此试
剂现用现配。

2㎎/ml葡萄糖标液：称取0.2g葡萄糖溶于少量蒸馏水，后定溶于100ml容
量瓶中。

0.04㎎/ml葡萄糖标液：准确吸取1ml上述2㎎/ml葡萄糖标液，定溶于50ml容量瓶中。

2.2 实验方法
2.2.1 多糖的测定和计算
先测定总糖含量，然后用同一样品测定还原糖含量。

总糖含量测定采用苯酚—硫酸法[6]，还原糖含测定采用DNS法(3，5—二硝基水杨酸法)[7—8]。

两种方法
均采用葡萄糖为标样制作标准曲线(计算时乘以校正系数0.9)。

多糖含量及多糖
取得率的计算公式为：
多糖含量=(总糖含量—还原糖含量)×90%
多糖取得率=（多糖含量÷原料重量）×100%
2.2.2标准曲线的绘制
2.2.2.1 苯酚—硫酸法葡萄糖标准曲线的制作
分别吸取0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8ml浓度为0.04㎎/ml
标准葡萄糖溶液于试管中，各加入蒸馏水补至2.0ml，加入6%苯酚溶液1ml，再
加浓硫酸5ml，摇匀，室温静置30min后于490nm波长处测定光吸收值，以
2.0ml蒸馏水代替葡萄糖作为空白。

以葡萄糖含量(㎎/ml)为横坐标，吸光值A为
纵坐标作标准曲线。

2.2.2.2 DNS法葡萄糖标准曲线的制作
分别吸取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0ml浓度为2mg/ml的标准葡萄糖溶液于
试管中，各加入蒸馏水补至1.0ml，在上述试管中加入DNS试剂2.0ml，于沸水
浴中加热2分钟进行显色，取出后用流动水迅速冷却，然后各加入蒸馏水9.0ml，摇匀，在540nm波长处测定光吸收值。

以1.0ml蒸馏水代替葡萄糖作为空白，以
葡萄糖含量(mg/ml)为横坐标，OD值为纵坐标作标准曲线。

2.2.3 金针菇多糖微波提取工艺条件的优化设计
2.2.
3.1 单因素实验设计
称取5.0g过筛金针菇粉，以一定的料液比加入蒸馏水，在特定的微波功率
下进行微波提取处理，处理时间为选定的几个数值。

微波后于60℃热水中浸提，
冷却后于3000r/min条件下离心15min，取上清液进行总糖和还原糖含量的测定，计算多糖含量。

若测量中塘含量过高，可进行初步稀释后再进行测量。

利用单因素试验分别考察微波功率、微波处理时间、料液比和热水浸提时间
对金针菇多糖提取率的影响程度。

在微波处理时间5min、料液比1:20、原料粒
度0.2㎜、微波后60℃热水提取30min条件下，记录不同微波功率(30%、50%、70%、80%、90%满功率(650W))对多糖提取率的影响情况;在微波功率60%(390W)、
料液比1:20、原料粒度0.2㎜、微波后60℃热水提取30min条件下，记录不同
处理时间(3、4、5、6、7min)对多糖提取率的影响情况；在微波功率60%(390W)、微波处理时间5min、原料粒度0.2㎜、微波后60℃热水提取30min条件下，记
录不同料液比(1:15、1:20、1:25、1:30、1:35)对多糖提取率的影响情况；在
60%(390W)、微波处理时间5min、原料粒度0.2㎜、料液比1:20的条件下，记录60℃热水不同的浸提时间(10min、20min、30min、40min、50min) 对多糖提取率
的影响情况。

2.2.
3.2 正交试验设计
为了优化提取工艺条件，本试验选取对提取率有较大影响的微波功率、微波
处理时间、料液比和热水浸提时间四个因素进行正交试验，以金针菇多糖提取率
作为评价指标，确定最佳提取工艺条件，参照单因素试验结果设计L9(34)正交试
验因素及水平表[9]见表1。

表1 微波提取正交试验设计
水平
因素
A微波功率
（W）
B处理时间
（min）
C料液
比
D浸提时间
(min)
145541:2020
252051:2530 358561:3040
3 结果与分析
3.1 标准曲线的绘制
3.1.1 苯酚—硫酸法葡萄糖标准曲线
苯酚—硫酸法葡萄糖标准曲线如图1所示，其回归方程为
y=49.75x+0.0037,R2=0.9967。

图1 苯酚—硫酸法葡萄糖标准曲线
3.1.2 DNS法葡萄糖标准曲线
DNS法葡萄糖标准曲线如图2所示，其回归方程为
y=4.0513x+0.0471,R2=0.9992。

图2 DNS法葡萄糖标准曲线
3.2 单因素试验结果分析
3.2.1 微波功率对多糖提取率的影响
微波提取功率对多糖取得率的影响如图3所示。

由图可看出，随着提取功率的增大多糖提取率波动较大，在微波400—600W之间变化较为明显，且提取率也较高，可选择此阶段的实验点进行正交实验。

图3 微波提取功率对多糖取得率的影响
3.2.2 微波处理时间对多糖提取率的影响
微波处理时间对多糖提取率的影响如图4所示。

由图可看出，多糖提取率随着微波时间的增加而增大，而在5min后增加趋势减缓，曲线趋于平稳。

故可选择5min左右的三个实验点进行正交实验。

图4 微波处理时间对多糖提取率的影响
3.2.3 料液比对多糖提取率的影响
料液比对多糖提取率的影响如图5所示。

由图可看出，随着料液比的增加而增大，但因液体太多影响率提取效率，在1：20时为最大后又减小。

故可选择1:20—1:30作为正交实验。

图5 料液比对多糖提取率的影响
3.2.4 热水浸提时间对多糖提取率的影响
热水浸提时间对多糖提取率的影响如图6所示。

由图可看出，热水浸提时间对多糖提取率的影响在30min时为最大，30min后没有显著变化,可选择30min左右的实验点作为正交实验。

图6 60℃热水浸提时间对多糖提取率的影响
3.3 正交实验结果
表2 L9(34)正交实验结果
因素与水平多
实
验号
A 微波功率
B微
波时间
C
料液比
D浸提时
间
糖取
得率%
111119
.33
212221
1.03
313339
.67
421231
1.88
522311
0.57
623121
0.91
731319
.48
832231
1.21
933121
0.03
K 1
30.
03
30.
69
3
0.27
29.38
K 2
33.
36
32.
81
3
4.12
31.97
K 3
30.
72
30.
61
2
9.72
32.76
k 1
10.
01
10.
23
1
0.09
9.79
k 2
11.
12
10.
94
1
1.37
10.66
k 3
10.
24
10.
20
9
.91
10.92
R 1.1
1
0.7
6
1
.46
1.13
由表2正交实验结果中R可以看出，各因素对金针菇多糖提取率的影响程度
强弱顺序为C＞A＞D＞B，即在原料粒径定的情况下，料液比对多糖的提取率影响
最大，其次是热水浸提时间，然后是微波功率，微波处理时间影响最小。

通过极
差分析可得出最优组合为A2B2C2D3。

由此组合可得到提取率为12%，高于表2中最高提取率11.88%。

根据此组合进行重现性实验，得到多糖取得率为3.57%。

因此，最佳的微波提取金针菇多糖的条件为A2B2C2D3 ,即粒径为0.2mm时，微波功率
520W，微波处理时间为5min，料液比1:25，60℃热水浸提时间为40min条件下
多糖得提取率最高。

4 讨论
与单因素试验结果相比，正交试验结果显示出良好的互作效应，具有节能、
省时、操作简便等优点(单因素试验时最优工艺条件为微波功率585W，时间7min，料液比1:30)。

我们可以就其原因进行分析：微波提取过程中分子吸收微波能量
后内能会增加，热运动加剧，分子迅速向两相界面移动，同时由于细胞内瞬间产
生的大量蒸汽的穿透作用而使细胞壁发生破裂，降低细胞内成分的溶出阻力，从
而实现物料组成成分的快速分离[10]。

原料粒度、料液比、微波功率、微波处理时
间及浸提时间是影响萃取提取分离过程的主要因素。

由研究结果可知:当物料加
水量过少时，物料黏度大，会增加待分离组分的扩散阻力，降低提取率。

而如果
料液比过大，则会影响分子间的作用力，且会在一定时间内影响了溶液的温度，
提取率也会降低。

因此，在实验中要选择适当的料液比，本实验最佳料液比为
1:25，此时多糖提取率最高。

微波功率及微波处理时间对多糖提取效果的影响较
复杂，大功率长时间提取，虽然可提高分子的动能及扩散速率，但易造成水分的
强烈蒸发、有效成分变性，最终导致提取率下降。

如微波功率过小，则不足以提
供足够的动能提高分子的运动速率，同时也不足以产生足够的摩擦热使细胞内水
分汽化而实现微波破壁，提高萃取率。

同时，浸提温度也要适宜，浸取温度升高，浸取液粘度会减少，扩散系数的会增大，这就促使浸取速度增快。

但是，为了避
免杂质过多浸出，或者当固体于高温条件下产生化学反应的时候。

浸取温度就不
能太高。

一般来说，浸取温度不能超过沸点温度，如果在沸点以上操作，浸取设
备必须耐压。

这便导致设备费用的提高，所以应该与常压操作时进行比较，权衡
利弊。

综合上述，通过正交试验优化结果表明，在中高等微波功率(520W)及微波
处理时间(5min)、适当的料液比(l:25)及浸提温度(60℃)和浸提时间(40min)条
件下，能获得最佳的提取效果。

5 结论
本研究以原料粒度为0.2mm的金针菇为原料，采用微波技术与热水浸提相结
合提取金针菇多糖，通过L9(34)正交试验，确定出微波技术提取金针菇多糖的最
佳工艺条件:微波功率520W，微波处理时间5min，料液比1:25,，60℃热水浸提
时间40min。

在此条件下多糖提取率为最高3.57%。

与传统的多糖提取方法相比较，微波提取技术提取率高、节能、省时，在工业化提取植物有效成分方面具有
广阔的应用前景。

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