動(dòng)態(tài)超高壓微射流法提取黑木耳多糖工藝研究

秦令祥，周婧琦，崔勝文，羅雙群，高愿軍

（1.漯河食品職業(yè)學(xué)院，河南漯河462300；2.漯河中德雙成功能食品研究院有限公司，河南漯河462300；3.河南夕陽(yáng)藍(lán)食品科技有限公司，河南漯河462300）

黑木耳（Auricularia auricular）又稱木耳、木菌，屬真菌門擔(dān)子菌綱木耳科真菌，性平、味甘，是我國(guó)珍貴的食用菌，可入藥。李時(shí)珍《本草綱目》記載黑木耳有“益氣不饑、輕身強(qiáng)志、斷谷治痔”[1]，被稱為“菌中之冠”、“素中之葷”、“中餐中的黑色瑰寶”。黑木耳多糖是黑木耳中的一種重要功能成分，研究表明黑木耳多糖具有提高免疫力[2-3]、抗腫瘤[4]、抗氧化[5]、降血脂[6]、降血糖[7]、抗衰老[8]、抗突變[9]、抗炎[10]、抗菌[11]等功效，具有重要的研究?jī)r(jià)值和市場(chǎng)前景。

目前，黑木耳多糖的提取方法主要有熱水法、酶解提取法[12]、微波輔助提取法和超聲波輔助提取法[13]等，這些方法都或多或少的存在著提取時(shí)間長(zhǎng)、提取率低、能耗大等缺點(diǎn)。其中，熱水浸提法的多糖得率為8.41%，微波輔助法提取黑木耳多糖的得率為14.08%，超聲波輔助提取黑木耳多糖的得率為15.22%[14]。動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)[14]是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新的物理提取技術(shù)，其原理是通過(guò)強(qiáng)烈的剪切力、高速撞擊力及高頻振蕩作用，促使細(xì)胞破碎，有效成分溶出，使其在相對(duì)較低的壓力條件下達(dá)到超高壓的作用效果[15]。此技術(shù)具有時(shí)間短、能耗低、提取率高、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，目前此提取方法在黑木耳多糖提取中還未見(jiàn)報(bào)道。因此，本文采用動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)對(duì)黑木耳多糖進(jìn)行提取，并對(duì)其提取工藝進(jìn)行正交優(yōu)化，以期為黑木耳多糖的提取提供一種新的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑木耳：新瑪特超市；葡萄糖、苯酚、硫酸、無(wú)水乙醇（均為分析純）：成都科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

Microfuidizer 微射流均質(zhì)機(jī)：美國(guó)Microfuidics 公司；GYB40-10S 小型均質(zhì)機(jī)：上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠；UV-2450 島津紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：島津企業(yè)管理（中國(guó)）有限公司；TDL-50B 臺(tái)式低速離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；HH-M4 數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海赫田科學(xué)儀器有限公司；BSA124S 電子分析天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；WN-20 萬(wàn)能粉碎機(jī)：廣州旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司；FRE-52A 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；DZF-6090 真空干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)提取黑木耳多糖

稱取10 g 經(jīng)預(yù)先機(jī)械粉碎的黑木耳粉，加入一定比例的蒸餾水，經(jīng)30 MPa 高壓均質(zhì)5 min 后，在預(yù)設(shè)壓力及次數(shù)條件下，過(guò)微射流均質(zhì)機(jī)，然后進(jìn)行熱水浸提（一定的提取溫度和提取時(shí)間），提取后料液經(jīng)離心（5 000 r/min，10 min），取上清液減壓濃縮，然后加入3 倍體積95%的乙醇溶液，攪拌后放入冰箱中4 ℃靜置 24 h，取出再經(jīng)離心（5 000 r/min，10 min），取沉淀經(jīng)真空干燥得到黑木耳多糖。

1.3.2 黑木耳多糖含量的測(cè)定

采用苯酚-硫酸法測(cè)定黑木耳多糖的含量[16]。

1.3.3 黑木耳多糖得率的計(jì)算

黑木耳多糖得率根據(jù)下列公式計(jì)算。

式中：c 為由標(biāo)準(zhǔn)曲線算得的多糖質(zhì)量濃度，mg/mL；V 為定容體積，mL；N 為稀釋倍數(shù)；m 為黑木耳干粉質(zhì)量，g。

1.3.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)影響多糖得率的料液比、微射流壓力、提取溫度和提取時(shí)間4 個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，每次精確稱取10 g 黑木耳粉樣品5 份，分別按料液比 1 ∶10、1 ∶20、1 ∶30、1 ∶40、1 ∶50（g/mL），微射流壓力 80、100、120、140、160 MPa，提取溫度 50、60、70、80、90 ℃，提取時(shí)間 0.5、1、1.5、2、2.5 h，按 1.3.1的方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)提取黑木耳多糖，在固定其中3 個(gè)因素水平的條件下，對(duì)剩余1 個(gè)因素進(jìn)行5 個(gè)水平的試驗(yàn)，以多糖得率為指標(biāo)進(jìn)行單因素試驗(yàn)，然后測(cè)定并計(jì)算其得率。

1.3.5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取料液比、微射流壓力、提取溫度、提取時(shí)間這4 個(gè)因素，采用L9（34）正交試驗(yàn)對(duì)黑木耳多糖的動(dòng)態(tài)超高壓微射流提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factor levels table of orthogonal experimental design

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)重復(fù)3 次，結(jié)果為3 次平均值。正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用正交設(shè)計(jì)助手II V3.1 專業(yè)版進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑木耳多糖提取單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同微射流壓力對(duì)黑木耳多糖得率的影響

不同微射流壓力對(duì)黑木耳多糖得率的影響如圖1所示。

由圖1 可知，在80 MPa～140 MPa 范圍內(nèi)，隨著微射流壓力的增加多糖得率明顯升高，在140 MPa 以后，繼續(xù)增加壓力，得率趨于平緩。這是因?yàn)槲⑸淞鲏毫υ黾?，促使均質(zhì)時(shí)黑木耳粉的粒度越細(xì)，黑木耳細(xì)胞破碎的程度越高，多糖越易于擴(kuò)散和溶出，促使得率升高；當(dāng)壓力超過(guò)140 MPa 后，黑木耳粉顆粒已被充分破碎，再增加均質(zhì)壓力，多糖溶出不會(huì)明顯增多。故選擇微射流壓力140 MPa 為宜。

圖1 不同微射流壓力對(duì)得率的影響Fig.1 Effect of microfluidization pressure on the extraction rate

2.1.2 不同料液比對(duì)黑木耳多糖得率的影響

不同料液比對(duì)黑木耳多糖得率的影響如圖2所示。

由圖2 可知，當(dāng)料液比小于 1 ∶40（g/mL）時(shí)，多糖得率隨著溶劑量的增加而升高，當(dāng)料液比大于1 ∶40（g/mL）時(shí)，多糖的得率呈略微下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)槿軇┝窟^(guò)少，不利于黑木耳粉顆粒的分散，并且黑木耳溶液濃度過(guò)高易使微射流均質(zhì)機(jī)堵塞，得率降低；溶劑量增加，有利于黑木耳粉顆粒的分散，利于多糖的擴(kuò)散和溶出，得率提高；但料液比達(dá)到1 ∶40（g/mL）后，多糖基本溶出完全，并且料液比過(guò)高使?jié)饪s時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，多糖的結(jié)構(gòu)易遭到破壞，導(dǎo)致得率有所降低。故選擇料液比1 ∶40（g/mL）為宜。

圖2 不同料液比對(duì)得率的影響Fig.2 Effect of solid-liquid ration on the extraction rate

2.1.3 不同提取溫度對(duì)黑木耳多糖得率的影響

不同提取溫度對(duì)黑木耳多糖得率的影響如圖3所示。

圖3 不同提取溫度對(duì)得率的影響Fig.3 Effect of extraction temperatrue on the extraction rate

由圖3 可知，提取溫度低于80 ℃時(shí)，隨著溫度的升高，多糖得率不斷提高，當(dāng)提取溫度高于80 ℃后，再升高溫度，得率也不會(huì)明顯提高而基本保持不變。這是因?yàn)闇囟壬?，多糖的溶解度升高，多糖的擴(kuò)散和溶出增多，得率提高；當(dāng)溫度超過(guò)80 ℃后，多糖溶解度基本不變，導(dǎo)致得率也基本不變。故選擇提取溫度80 ℃為宜。

2.1.4 不同提取時(shí)間對(duì)黑木耳多糖得率的影響

不同提取時(shí)間對(duì)黑木耳多糖得率的影響如圖4所示。

圖4 不同提取時(shí)間對(duì)得率的影響Fig.4 Effect of extraction time on the extraction rate

由圖4 可知，多糖得率隨著提取時(shí)間的增加而不斷提高并趨于平緩，當(dāng)提取時(shí)間超過(guò)2 h 后，多糖提取率變化不明顯并趨于平緩。這是因?yàn)樘崛r(shí)間增加，多糖溶出的量增加，得率提高，當(dāng)提取時(shí)間超過(guò)2 h后，多糖溶出已基本完全，再增加提取時(shí)間，多糖的溶出也不會(huì)明顯增加而趨于平緩。故選擇提取時(shí)間2 h為宜。

2.2 動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)提取黑木耳多糖工藝條件的優(yōu)化研究

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表2 所示。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 The result of orthogonal experimental design

續(xù)表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Continue table 2 The result of orthogonal experimental design

由表2 正交試驗(yàn)分析結(jié)果可知，各因素對(duì)黑木耳多糖得率的影響程度為：D＞A＞B＞C，最優(yōu)組合為D2A2B2C3。

方差分析結(jié)果如表3 所示。

表3 方差分析結(jié)果Table 3 The variance analysis results

由表3 分析可知，在顯著水平P=0.05 時(shí)，提取時(shí)間和料液比對(duì)黑木耳多糖得率的影響較大，達(dá)到了顯著水平，其他因素的影響不顯著，經(jīng)對(duì)R 值的分析，動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)提取黑木耳多糖的最佳工藝條件為：D2A2B2C3，即提取時(shí)間 2 h，料液比 1 ∶40（g/mL），微射流壓力140 MPa，提取溫度90 ℃。對(duì)通過(guò)正交試驗(yàn)得出的最佳工藝條件進(jìn)行最優(yōu)化驗(yàn)證試驗(yàn)，3 次平行試驗(yàn)的黑木耳多糖提取率平均值為22.13%。高于熱水浸提法、微波輔助提取法和超聲波輔助提取法。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)提取黑木耳多糖，并對(duì)其工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳工藝條件為：提取時(shí)間 2 h，料液比 1 ∶40（g/mL），微射流壓力 140 MPa，提取溫度90 ℃。在此工藝條件下，黑木耳多糖的得率為22.13%。本試驗(yàn)為黑木耳多糖的提取提供一種新的提取方法。