香菇廢菌棒的多糖熱水提取工藝

（麗水學(xué)院，浙江麗水323000）

香菇以其具有種類繁多、分布廣泛、營(yíng)養(yǎng)成分豐富、藥用保健價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被人們認(rèn)可，隨之帶來的是食用菌的規(guī)模化生產(chǎn)，從而也產(chǎn)生數(shù)額巨大的食用菌廢菌棒。以麗水為例，麗水地區(qū)是香菇栽培的主產(chǎn)區(qū)，據(jù)1997年統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，全區(qū)袋栽香菇達(dá)6億袋，而菌棒制作的成品率一般春季栽培為90%～95%，秋季栽培僅為70%～80%，留下的香菇廢料數(shù)量驚人[1]。如何解決這些廢料，使其變廢為寶，重復(fù)利用，成了人們?cè)撍伎嫉膯栴}。栽培過香菇的菌棒仍含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分[2-3]，其中包括含有豐富的多糖。該多糖與香菇子實(shí)體多糖具有相似的生物活性和功能。因此，從廢菌棒中提取多糖，不僅可以延伸產(chǎn)業(yè)鏈，增加附加值，還可以減少環(huán)境污染，保證食用菌產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

熱水浸提法是最早采用的一種傳統(tǒng)方法，多糖溶于熱水時(shí)，由于組織細(xì)胞膨脹破裂，多糖成分浸出[4]。該方法具有操作簡(jiǎn)單、對(duì)多糖的活性破壞小且實(shí)驗(yàn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。影響多糖提取率的因素主要包括浸提溫度、浸提時(shí)間、液固比、醇沉比、浸提次數(shù)等。

近年來，對(duì)香菇子實(shí)體及菌絲體多糖的提取工藝進(jìn)行了大量研究，但有關(guān)從香菇廢菌棒中提取多糖的研究報(bào)道較少。本文采用單因素試驗(yàn)方法，對(duì)香菇廢菌棒多糖的熱水提取工藝條件進(jìn)行篩選，以期獲得高產(chǎn)的多糖提取工藝，為后續(xù)的二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)優(yōu)化及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 材料、試劑及儀器

1.1.1 材料

939型號(hào)的香菇廢菌棒：在麗水、云和等地的一些種植香菇農(nóng)戶隨機(jī)采集。將香菇廢菌棒于60℃干燥后，用生物粉碎機(jī)粉碎成顆粒后過40目篩備用。

1.1.2 試劑

實(shí)驗(yàn)所用試劑包括重蒸酚、濃硫酸、乙醇等，均為分析純。

1.1.3 儀器

UV-2101C紫外分光光度計(jì)：上海尤尼柯公司；HITACH超高速離心機(jī)：日本日立株式會(huì)社；DGG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海森信實(shí)驗(yàn)儀器公司；數(shù)顯恒溫干燥箱：上海特成機(jī)械設(shè)備有限公司；HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州國(guó)華儀器有限公司；分析天平：寧波英恒電子衡量器有限公司。

1.2 香菇廢菌棒多糖含量的測(cè)定

多糖測(cè)定采用硫酸－苯酚法[5]。

1.2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

準(zhǔn)確量取標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖20 mg于500 mL容量瓶中，加水至刻度， 分別吸取 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 mL，各以蒸餾水補(bǔ)至 2.0 mL，然后加入 5%苯酚1.0 mL及濃硫酸5.0 mL，搖勻冷卻，室溫放置30 min以后于490 nm測(cè)吸光度，以2.0 mL水按同樣顯色操作為空白，以葡萄糖含量為橫坐標(biāo)（x），490 nm波長(zhǎng)下吸光值為縱坐標(biāo)（y），繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程為：y=7.231 1x+0.002 1（R2=0.999 2）。

1.2.2 多糖含量的測(cè)定

根據(jù)測(cè)得的吸光度值，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出多糖含量。

多糖含量（mg/g）=多糖質(zhì)量（mg）/香菇菌棒粉質(zhì)量（g）

1.3 熱水法提取香菇廢菌棒多糖的工藝研究

1.3.1 香菇廢菌棒多糖提取工藝流程

準(zhǔn)確稱取1 g的香菇廢菌棒干品粉末，加入一定比例的蒸餾水，然后在一定的恒溫水浴中提取一定時(shí)間，3 000 r/min離心10 min，將上清倒出，加入一定比例的95%乙醇，混勻，放置于4℃冰箱醇沉24 h。室溫下3 500 r/min，棄上清，用95%乙醇洗滌沉淀3次，加入適量的重蒸水，使沉淀充分溶解，吸取該溶液0.1 mL，測(cè)定多糖含量。

1.3.2 香菇廢菌棒多糖提取的工藝條件研究

將提取溫度、提取時(shí)間、浸提時(shí)的液固比和醇沉的乙醇用量，分別設(shè)置了 5 個(gè)水平：溫度為 60、70、80、90、100℃，提取時(shí)間為 2、4、6、8、10h，液固比為 10∶1、20∶1、30 ∶1、40 ∶1、50 ∶1（mg/g），乙醇用量為雙蒸水浸提上清液的 1、2、3、4、5 倍，做各單因素實(shí)驗(yàn)時(shí)，除自身水平變化外，保持其他因素采用固定水平，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.3.3 香菇廢菌棒多糖提取的最佳提取次數(shù)的確定

在最佳的提取工藝下，分別浸提 1、2、3、4、5次，比較提取次數(shù)對(duì)多糖得率的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 液固比對(duì)多糖提取率的影響

分別按液固比 10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1（mL/g）加入蒸餾水，在浸提溫度90℃、乙醇用量3倍條件下浸提4 h，結(jié)果見圖1。

圖1 液固比對(duì)香菇廢菌棒多糖提取率的影響Fig.1 Effect of liquid-material ratio on the polysaccharide yield from Lentinus edodes waste substrate

當(dāng)液固比為10∶1時(shí)，多糖得率僅為5.37 mg/g，隨著液固比的增加，多糖的得率也逐漸增加，這是由于溶劑越多，提取液黏度越低；多糖越容易從固體粉末中擴(kuò)散出來，當(dāng)液固比升至40∶1時(shí)，多糖得率升至15.02 mg/g，此后繼續(xù)增大液固比，多糖得率的增加緩慢。說明香菇廢菌棒多糖的水溶性很強(qiáng)。加水量過多既沒有必要又會(huì)增大試劑消耗量，還不利于后期的分離濃縮，兼顧得率、試劑消耗及后續(xù)處理，故采用40∶1（mL/g）液固比為宜。

2.2 浸提時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響

按液固比40∶1（mL/g）加入蒸餾水，在90℃下分別提取 2、4、6、8、10 h，結(jié)果如圖 2 所示。

圖2 浸提時(shí)間對(duì)香菇廢菌棒多糖提取率的影響Fig.2 Effect of extraction time on the polysaccharide from Lentinus edodes waste substrate yield

由圖2可以看出，當(dāng)提取時(shí)間為2 h，多糖得率僅為6.60 mg/g，當(dāng)時(shí)間達(dá)到6 h，多糖得率增加至15.51 mg/g，當(dāng)時(shí)間延長(zhǎng)至10 h，多糖得率達(dá)最高值，為16.84 mg/g。因此隨著提取時(shí)間的增加，多糖的提取得率增加比較快，但是當(dāng)時(shí)間達(dá)到6 h后，多糖提取率則增加較為緩慢。這主要是由于隨著提取時(shí)間的增長(zhǎng)，溶劑中的多糖濃度越高，擴(kuò)散速度減慢，基本達(dá)到平衡狀態(tài)。考慮到能耗等因素，選擇最佳提取時(shí)間6 h。

2.3 浸提溫度對(duì)多糖提取效率的影響

按液固比 40∶1（mL/g）加入蒸餾水，分別在 60、70、80、90、100℃下浸提 6 h，結(jié)果見圖 3。

圖3 浸提溫度對(duì)香菇廢菌棒多糖提取率的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on the polysaccharide yield from Lentinus edodes waste substrate

圖3可看出，當(dāng)溫度為60℃時(shí)，多糖得率為6.21 mg/g，當(dāng)溫度升至90℃時(shí)多糖得率增加至14.81 mg/g，當(dāng)溫度為100℃時(shí)，多糖得率達(dá)到最高值15.11 mg/g。因此隨著溫度的升高，多糖的提取得率可大幅升高，因?yàn)殡S著溫度的升高，加快了擴(kuò)散速度，而且溫度越高對(duì)香菇菌棒的破壞作用越大，有利于多糖的浸出。但是，但考慮到耗能和高溫對(duì)多糖結(jié)構(gòu)活性的影響[6-8]，故選擇90℃為最佳的浸提溫度。

2.4 醇沉比例對(duì)多糖提取率的影響

醇沉比例對(duì)多糖提取率的影響見圖4。

圖4 乙醇用量對(duì)香菇廢菌棒多糖提取率的影響Fig.4 Effect of ethanol usage on the polysaccharide yield from Lentinus edodes waste substrate

醇沉比是影響熱水浸提食用菌多糖的主要因素[9]。由圖4可知，隨著乙醇用量的增多，多糖的提取得率逐漸升高，因?yàn)殡S著乙醇用量的增加多糖沉淀量增多，當(dāng)醇沉比例達(dá)到3∶1時(shí)，多糖得率為15.51 mg/g。此后，增加乙醇用量，多糖得率增加緩慢。 所以選擇3∶1為最佳的醇沉比。

2.5 香菇廢菌棒多糖最佳提取次數(shù)的確定

在液固比 40∶1（mL/g），溫度為 91℃，時(shí)間為 6 h，醇沉比例為 3 ∶1 的條件下， 分別浸提 1、2、3、4、5 次，其結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，當(dāng)提取次數(shù)為1次時(shí)，多糖得率為12.78 mg/g，隨著浸提次數(shù)的增多，多糖得率上升，當(dāng)浸提次數(shù)達(dá)到三次，多糖得率升至16.67mg/g，此后，再增加提取次數(shù)，多糖得率基本不再上升，趨于平緩。因而，采用熱水法提取香菇廢菌棒多糖浸提次數(shù)為3次最佳。

圖5 提取次數(shù)對(duì)香菇廢菌棒多糖得率的影響Fig.5 Effect of extraction numbers on polysaccharides yield from from Lentinus edodes waste substrate

3 結(jié)論

采用單因素試驗(yàn)方法探討了液固比、浸提溫度、浸提時(shí)間、醇沉比和浸提次數(shù)對(duì)香菇廢菌棒多糖提取率的影響。按照條件篩選后的香菇廢菌棒多糖的最適熱水提取工藝為：液固比40∶1（mL/g），浸提溫度90℃，時(shí)間6 h，醇沉比3∶1，提取3次。在該條件下，提取的多糖含量為16.67 mg/g。該提取工藝穩(wěn)定、合理、可行。

本試驗(yàn)初步了解了熱水浸提法的5種影響因素對(duì)香菇廢菌棒多糖提取率的作用，為進(jìn)一步進(jìn)行多糖提取工藝條件的優(yōu)化提供了指導(dǎo)。但由于采用的方法為單因素，未考慮到不同影響因素間的交互作用，故最后得到的香菇廢菌棒多糖熱水提取工藝未必是最佳的。今后可在此基礎(chǔ)上采用正交、均勻設(shè)計(jì)、響應(yīng)面分析等試驗(yàn)方法進(jìn)一步優(yōu)化。