香菇多糖二段式超声波辅助提取技术研究

黄超，王艳萍，张斌

（1.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457；2.天士力控股集团有限公司，天津300402；3.天津市食品研究所有限公司，天津301609）

香菇多糖二段式超声波辅助提取技术研究

黄超1，2，王艳萍1，张斌3，*

（1.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457；2.天士力控股集团有限公司，天津300402；3.天津市食品研究所有限公司，天津301609）

以香菇为研究对象，研究二段式超声波辅助提取工艺，通过正交试验与响应面分析确定最佳工艺条件，即提取温度90℃、提取液pH 5.0，料液比1∶30（g/mL），超声功率400 W，前段超声时间20 min，恒温提取时间130 min，后段超声时间23 min，在此条件下，多糖得率为7.240%。

香菇；多糖；超声波；提取液

香菇（Lentinus edodes），又名冬菇、厚菇、香蕈等，是一种在我国及亚洲地区广泛种植的食用菌，据记载在我国至今已有近2000年的食用历史[1]。随着世界贸易快速发展，香菇因其独特的香气，优良的口感、丰富营养越来越被世界所接受。日本人将香菇称为“植物领域里食品的最高端”，欧洲人甚至将香菇称为“上帝食品”，是集美味与营养一体的健康食物。香菇的主要营养成分包括蛋白质类、多糖类、亚油酸、多酚类、核苷酸类、甾醇类、矿物质类、维生素类等化合物。其中含蛋白质20%、多糖12.5%、多酚类物质0.4%[2-3]。

香菇多糖是香菇中重要的活性物质，也是国内外学者对于香菇功能研究的热点，香菇多糖以β-葡聚糖为基础结构，分子式为（C6H10O5）n，分子量一般为10 000 Da至100万Da不等，主要由甘露糖、木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖组成[4-7]。经分离纯化的香菇多糖是一种白色或棕黄色无味、无臭的粉末物质，不具有还原性，在水中溶解，随温度上升溶解率上升，不溶于有机试剂[8-10]。超声波辅助提取技术的强震荡搅拌作用与空化作用，可加快胞内糖类物质溶出，获得更佳的提取效果。

1 材料与方法

1.1 材料

干香菇：天津市红旗农贸市场。

1.2 试剂

柠檬酸、氢氧化钠、无水葡萄糖、蒽酮、3，5-二硝基水杨酸（分析纯）：天津赢达稀贵化学试剂厂；香菇多糖标品（色谱纯）：国家标准物质中心。

1.3 仪器与设备

食用菌粉碎机组、提取罐、超声波发生器：天津勤德新材料有限公司；XSE150DU分析天平：瑞士梅特勒；全波长紫外分光光度计：天津市泰斯特仪器有限公司；Phs-3C PH计：上海理达仪器厂。

1.4 方法

1.4.1 二段式超声波辅助水提工艺研究

1.4.1.1 前段超声时间对多糖得率的影响

准确称取5 g香菇粉数份，分别按料液比1∶30（g/mL）加入蒸馏水，调节pH值至5.0后，置于超声提取设备中，提取温度90℃，超声功率400 W，前段超声时间分别为 5、10、15、20、25、30 min，取出后置于恒温水浴锅中，90℃条件下恒温提取60 min，然后置于超声提取设备中，与前超声相同条件下提取10 min，取出冷却，测定多糖含量、计算提取率，并以多糖提取得率的高低判定提取效率。

1.4.1.2 恒温时间对多糖得率的影响

准确称取5 g香菇粉数份，分别按料液比1∶30（g/mL）加入蒸馏水，调节pH值至5.0后，置于超声提取设备中，提取温度90℃，超声功率400 W，前段超声时间10 min，取出后置于恒温水浴锅中，90℃条件下分别恒温提取 20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 min，然后置于超声提取设备中，与前超声相同条件下提取10 min，取出冷却，测定多糖含量、计算提取率，并以多糖提取得率的高低判定提取效率。

1.4.1.3 后段超声时间对多糖得率的影响

准确称取5 g香菇粉数份，分别按料液比1∶30（g/mL）加入蒸馏水，调节pH值至5.0后，置于超声提取设备中，提取温度90℃，超声功率400 W，前段超声时间10 min，取出后置于恒温水浴锅中，90℃条件下恒温提取60 min，然后置于超声提取设备中，与前超声相同条件下分别提取 5、10、15、20、25、30 min，取出冷却，测定多糖含量、计算提取率，并以多糖提取得率的高低判定提取效率。

1.4.2 二段式超声辅助香菇多糖提取的响应面试验设计

选取前段超声时间、恒温提取时间、后段超声时间3个变量，进行响应面优化。

1.4.3 回归模型验证和对比试验

按照Design Expert 8.0给出的最优参数进行试验，重复3次。对总超声提取时间和恒温提取时间进行合理组合，并结合最优参数结果设置3组对照试验：①先进行超声提取，再进行恒温提取，提取时间依据最优参数。②先进行恒温提取，再进行超声提取，提取时间依据最优参数。③无超声波辅助，只进行恒温提取，提取时间依据最优参数。

1.4.4 多糖含量检测方法

按照NY/T1676-2008《食用菌中粗多糖含量的测定》所述方法进行多糖含量测定。

多糖提取得率/%=提取液中多糖总质量（g）/样品质量（g）×100

2 结果与分析

2.1 前段超声时间对多糖得率的影响

准确称取5 g香菇粉数份，分别按料液比1∶30（g/mL）加入蒸馏水，调节pH至5.0后，置于超声提取设备中，提取温度90℃，超声功率400 W，前段超声时间分别为 5、10、15、20、25、30 min，取出后置于恒温水浴锅中，90℃条件下恒温提取60 min，然后置于超声提取设备中，与前超声相同条件下提取10 min，取出冷却，测定多糖含量，计算提取率，结果见图1。

图1 不同前段超声时间对多糖得率的影响Fig.1 Effects of different front ultrasonic time on the yield of polysaccharides

由图1可见，不同前段超声时间对多糖得率的影响，在恒温提取和后超声处理相同条件下，随着前段超声时间的延长，多糖得率呈先上升后缓慢下降并逐渐平稳的趋势，当前段超声时间为20 min时，多糖得率最高。因此，初步选择最佳前段超声时间为20 min。

2.2 恒温提取时间对多糖得率的影响

准确称取5 g香菇粉数份，分别按料液比1∶30（g/mL）加入蒸馏水，调节pH至5.0后，置于超声提取设备中，提取温度90℃，超声功率400 W，前段超声时间10 min，取出后置于恒温水浴锅中，90℃条件下分别恒温提取 60、80、100、120、140、160、180、200 min，然后置于超声提取设备中，与前超声相同条件下提取10 min，取出冷却，测定多糖含量，计算提取率，结果见图2。

如图2可见，不同恒温提取时间对多糖得率在40 min之后影响不大，在前超声和后超声处理相同条件下，在0～120 min内，随着恒温提取时间的延长，多糖提取得率逐渐升高，120 min后逐渐趋于平稳，并略有下降。这主要是由于长时间的高温处理，使某些多糖结构遭到破坏。因此，初步确定最佳恒温提取时间为120 min。

图2 不同恒温提取时间对多糖得率的影响Fig.2 Effects of different thermostat extraction time on the yield of polysaccharides

2.3 后段超声时间对多糖得率的影响

准确称取5 g香菇粉数份，分别按料液比1∶30（g/mL）加入蒸馏水，调节pH至5.0后，置于超声提取设备中，提取温度90℃，超声功率400 W，前段超声时间10 min，取出后置于恒温水浴锅中，90℃条件下恒温提取60 min，然后置于超声提取设备中，与前超声相同条件下分别提取 5、10、15、20、25、30 min，取出冷却，测定多糖含量，计算提取率，结果见图3。

图3 不同后段超声时间对多糖得率的影响Fig.3 Effects of different after ultrasonic time on the yield of polysaccharides

由图3可知，在前超声和恒温提取处理相同条件下，随着后段超声时间的延长，多糖得率呈先上升后缓慢下降的趋势，当后段超声时间为20 min时，多糖得率最高。因此，初步选择最佳后段超声时间为20min。

2.4 Box-Behnken响应曲面试验

2.4.1 响应面试验设计与结果

因素水平表见表1，响应面试验设计及结果见表2。

表1 因素水平表Table 1 Factor levels table

表2 响应面试验设计及结果Table 2 Response surface and results

2.4.2 拟合模型的建立

对数据进行回归分析，获得二元多次回归方程：

2.4.3 拟合方程方差分析

对模型的方差分析结果见表3。

表3 回归模型方差分析Table 3 Variance analysis of regression equation

分析结果表明，对香菇多糖得率所建立的二次多项式模型具有高度显著性（P＜0.000 3），方程负相关系数的平方（R2）为 0.964 0，失拟项不显著（P=0.580 0），R2Adj=0.917 7，说明建立的模型能够解释91.77%响应值的变化，能很好的描述间歇式超声辅助香菇多糖提取过程中多糖得率随提取条件的变化规律，可以用此模型对多糖得率进行分析和预测。

由表3可知，间歇式超声辅助提取香菇多糖的工艺参数中，影响多糖得率的因素按主次顺序排列为后段超声时间＞恒温提取时间＞前段超声时间。在所选各因素水平范围内，A、B、C、AB、A2、B2、C2对 Y 的影响显著。由此可见，试验因素对响应值的影响不呈简单的线性关系，交互项和二次项对响应值也有较大的影响作用。

前段超声时间与恒温提取时间的响应面图见图4。

图4 前段超声时间与恒温提取时间的响应面图Fig.4 The response surface plot of front ultrasonic extraction time and thermostat extraction time

图4显示后段超声时间最佳值为22.44 min时，前段超声时间与恒温提取时间对多糖得率的影响。当把恒温提取时间固定在120 min，随前段超声时间的增加，在试验范围内多糖得率先增加后减少，在20 min～25 min附近达到峰值。当把前段超声时间固定在20 min，随恒温提取时间的升高在试验范围内多糖得率持续增加，在120 min～140 min附近达到峰值。

前段超声时间与后段超声时间的响应面图见图5。

图5 前段超声时间与后段超声时间的响应面图Fig.5 The response surface plot of front ultrasonic extraction time and after ultrasonic extraction time

图5显示恒温提取时间最佳值为128.92 min时，前段超声时间与后段超声时间对多糖得率的影响。当把前段超声时间固定在20 min，随前段超声时间的增加，在试验范围内多糖得率先增加后减少，在20 min～25 min附近达到峰值。当把后段超声时间固定在23 min，随恒温提取时间的升高在试验范围内多糖得率先升高后降低，在20 min～25 min附近达到峰值。

恒温提取时间与后段超声时间的响应面图见图6。

图6 恒温提取时间与后段超声时间的响应面图Fig.6 The response surface plot of thermostat extraction time and after ultrasonic extraction time

图6显示前段超声时间最佳值为20.44 min时，恒温提取时间与后段超声时间对多糖得率的影响。当把恒温提取时间固定在120 min，随后声时间的增加，在试验范围内多糖得率先增加后减少，在20 min～25 min附近达到峰值。当把后段超声时间固定在20 min，随恒温提取时间的升高在试验范围内多糖得率持续增加，在120 min～140 min附近达到峰值。

2.4.4 验证与对比试验

通过Design Expert 8.0.6分析得到间歇式超声辅助香菇根多糖最佳提取条件为前段超声时间20.44 min、恒温提取时间128.92 min、后段超声时间22.44 min，在此条件下多糖得率的预测值为7.262%。为检验试验结果的可靠性，根据最优条件进了验证试验，为方便实际操作，选取前段超声时间20 min、恒温提取时间130 min、后段超声时间23 min，在此条件下进行3次平行试验，实际测得多糖得率为7.240%，与模型预测值基本一致，充分说明了该模型能够较好地模拟和预测香菇根多糖的间歇式超声辅助提取条件与多糖得率之间的关系，同时也说明了间歇式超声辅助工艺参数的可行性。

表4为不同超声辅提方式对多糖得率的影响。

由表4可知，在超声时间和恒温提取时间相同条件下，间歇式超声辅提多糖得率比“超声辅提+恒温提取”和“恒温提取+超声辅提”分别提高6.3%和5.6%，

表4 不同提取方式对多糖得率的影响Table 4 Effect of different extraction methods on polysaccharide yield

3 结论

采用二段式超声辅助提取香菇多糖，通过单因素试验和Box-Benhnken的中心组合设计响应面试验，得到影响香菇多糖得率的工艺因素按主次顺序排列为后段超声时间（C）＞恒温提取时间（B）＞前段超声时间（A）。最终确定在工艺条件为提取温度90℃、提取液 pH 5.0，料液比 1 ∶30（g/mL），超声功率 400 W 条件下，最佳提取前段超声时间20 min，恒温提取时间130 min，后段超声时间23 min，在此最佳条件下，多糖得率为7.240%。在超声时间和恒温提取时间相同条件下，比“前超声辅提+恒温提取”方式和“恒温提取+后超声辅提”方式分别提高6.3%和5.6%，比直接恒温水浴提取提高12.76%。

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Lentinan 2-phase Ultrasonic Assisted Extraction Technology Research

HUANG Chao1，2，WANG Yan-ping1，ZHANG Bin3，*
（1.College of Food Engineering&Biotechnology，Tianjin University of Science&Technology，Tianjin 300457，China；2.Tasly Holding Group，Tianjin 300402，China；3.Tianjin Food Research Institute Co.，Ltd.，Tianjin 301609，China）

This research took Lentinus edodes as the research object studied the 2-phase ultrasonic assisted extraction technology，through the orthogonal experiment and response surface analysis to determine the optimum process conditions，the extraction temperature 90℃，pH 5.0，solid-liquid ratio 1∶30（g/mL），ultrasonic power 400 W，the front ultrasonic time 20 min，constant temperature time 130 min，after ultrasonic time 23 min，in this condition，polysaccharide rate was 7.240%.

Lentinus edodes；polysaccharide；ultrasound；extract

2016-12-06

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.14.011

黄超（1984—），男（汉），工程师，本科，研究方向：食品工程。

*通信作者：张斌（1984—），男（汉），工程师，硕士，研究方向：保健、功能食品加工技术。