基于正交試驗(yàn)法的閃式提取香菇多糖工藝優(yōu)化

秦令祥，周婧琦，崔勝文，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）

香菇（Lentinus edodes）是世界第二大食用菌，也是我國(guó)特產(chǎn)之一[1]，是一種高蛋白、低脂肪，具有很高食用價(jià)值和藥用價(jià)值的營(yíng)養(yǎng)保健食品[2]，在我國(guó)食用歷史悠久，有“菇中之王”，“菌中皇后”的稱號(hào)[3]。香菇多糖（lentinan，LNT）是從香菇的子實(shí)體中分離純化得到的高分子葡聚糖，主要成分為葡萄糖，是一種生物活性物質(zhì)，具有提高免疫力和抗病毒等多種生物活性[4-5]，已廣泛用于臨床治療[6-10]。

香菇多糖的提取方法目前主要有熱水法、酸提法、酶提法、微波輔助法、超聲波輔助法等。近年來(lái)，閃提法[11]作為一種新的提取技術(shù)被應(yīng)用于多糖的提取，其原理是：在室溫和適當(dāng)?shù)娜軇┫拢W式提取器內(nèi)的物料經(jīng)高速剪切力、攪拌力和超速動(dòng)態(tài)分子滲透作用，迅速粉碎至細(xì)微顆粒，并在局部負(fù)壓滲透作用下把功效成分迅速擴(kuò)散到溶劑中，實(shí)現(xiàn)功效成分的高效提取。該方法具有省時(shí)、節(jié)能、高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[12-13]。本文采用閃提法，并用正交試驗(yàn)法優(yōu)化提取香菇多糖，以期為香菇多糖的提取尋找更加快速、高效的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

干香菇：丹尼斯超市；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

JHBE-50S 閃式提取器：北京金鼎科技發(fā)展有限公司；UV-2450 島津紫外可見分光光度計(jì)：日本島津公司；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 香菇多糖的閃式提取

提取工藝流程：干香菇→粗粉碎（機(jī)械粉碎）→閃式提取（以水做溶劑，一定的料液比、提取電壓、提取時(shí)間和提取次數(shù)）→離心（6 000 r/min，10 min）→上清液減壓濃縮→加3 倍體積95%乙醇溶液沉淀→4 ℃靜置24 h→離心（6 000 r/min，10 min）→真空干燥→即得香菇多糖

1.3.2 香菇多糖含量的測(cè)定

采用苯酚-硫酸法[14]測(cè)定香菇多糖的含量。

1.3.3 香菇多糖提取率的計(jì)算

香菇多糖提取率根據(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 為香菇干粉質(zhì)量，g。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

本試驗(yàn)根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，選取提取電壓、料液比、提取時(shí)間和提取次數(shù)作為單因素分析對(duì)象，每次稱取5 份香菇粉進(jìn)行閃式提取，設(shè)定另外3 個(gè)因素不變，對(duì)其中某個(gè)因素進(jìn)行5 個(gè)水平的試驗(yàn)，以香菇多糖提取率為指標(biāo)進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.3.4.1 提取電壓對(duì)香菇多糖提取率的影響

準(zhǔn)確稱取一定量的香菇粉樣品5 份置于閃式提取器內(nèi)，料液比 1 ∶25（g/mL），提取時(shí)間 90 s，提取電壓分別為 120、130、140、150 、160V，提取次數(shù) 2次，按 1.3.1方法閃式提取香菇多糖，然后測(cè)定并計(jì)算其提取率。

1.3.4.2 料液比對(duì)香菇多糖提取率的影響

準(zhǔn)確稱取一定量的香菇粉樣品5 份置于閃式提取器內(nèi)，每份料液比分別為 1 ∶10、1 ∶15、1 ∶20、1 ∶25、1 ∶30（g/mL），提取時(shí)間 90 s，提取電壓 150 V，提取次數(shù)2 次，按1.3.1 方法閃式提取香菇多糖，然后測(cè)定并計(jì)算其提取率。

1.3.4.3 提取時(shí)間對(duì)香菇多糖提取率的影響

準(zhǔn)確稱取一定量的香菇粉樣品5 份置于閃式提取器內(nèi)，料液比 1 ∶25（g/mL），提取電壓 150 V，提取次數(shù)2 次，提取時(shí)間分別為 60、70、80、90、100 s，按 1.3.1 方法閃式提取香菇多糖，然后測(cè)定并計(jì)算其提取率。

1.3.4.4 提取次數(shù)對(duì)香菇多糖提取率的影響

準(zhǔn)確稱取一定量的香菇粉樣品5 份置于閃式提取器內(nèi)，料液比 1 ∶25（g/mL），提取時(shí)間 90 s，提取電壓150 V，提取次數(shù)分別為 1、2、3、4、5 次，按 1.3.1 方法閃式提取香菇多糖，然后測(cè)定并計(jì)算其提取率。

1.3.5 正交試驗(yàn)

在上述單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取料液比、提取電壓、提取時(shí)間和提取次數(shù)這4 個(gè)因素，選取L9（34）設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，優(yōu)化閃式提法的最佳工藝。

1.4 數(shù)據(jù)處理

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 閃式提取香菇多糖的單因素研究

2.1.1 提取電壓對(duì)香菇多糖提取率的影響

提取電壓對(duì)香菇多糖提取率的影響如圖1 所示。

圖1 提取電壓對(duì)提取率的影響Fig.1 Effect of extraction voltage on the extraction rate

由圖1 可知，香菇多糖提取率隨著電壓的增大而增大，并逐漸趨于穩(wěn)定，在電壓為150 V 時(shí)，提取率達(dá)到最大為6.65%。電壓增大，閃提器內(nèi)刀頭的轉(zhuǎn)速增大，物料被剪切、破碎的程度就越大，多糖就越易溶出，提取率就越大。當(dāng)電壓超過(guò)150 V 時(shí)，由于提取器的溫度隨電壓增大而升高，一少部分多糖結(jié)構(gòu)破壞或變化導(dǎo)致提取率降低。因此，本研究最佳的提取電壓為150 V。

2.1.2 料液比對(duì)香菇多糖提取率的影響

料液比對(duì)香菇多糖提取率的影響如圖2 所示。

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

由圖2 可知，香菇多糖的提取率隨著料液比的減小先增大后變小，在料液比為1 ∶25（g/mL）時(shí)，提取率達(dá)到最高為6.79%；再減小料液比，提取率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。原因可能是，在一定范圍內(nèi)，料液比的減小，物料與溶劑的接觸面積增大，多糖的擴(kuò)散和溶出速率增加，使提取率提高；但料液比過(guò)小，物料的濃度降低，液體的傳質(zhì)動(dòng)力降低，限制了多糖的擴(kuò)散和溶出，提取率就降低。因此，本研究最佳的料液比為1 ∶25（g/mL）。

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)香菇多糖提取率的影響

提取時(shí)間對(duì)香菇多糖提取率的影響如圖3 所示。

圖3 提取時(shí)間對(duì)提取率的影響Fig.3 Effect of extraction time on the extraction rate

由圖3 可知，香菇多糖的提取率隨著提取時(shí)間的增加而增大，并逐漸趨于平衡。隨著時(shí)間的增加，物料受到剪切、破碎的程度越大，多糖的溶出就越多，提取率就增大。當(dāng)提取時(shí)間為90 s 時(shí)，提取率達(dá)到最大為6.82%，再進(jìn)一步增加時(shí)間，多糖的溶出也不會(huì)增多而趨于平衡。因此，本研究最佳的提取時(shí)間為90 s。

2.1.4 提取次數(shù)對(duì)香菇多糖提取率的影響

提取次數(shù)對(duì)香菇多糖提取率的影響如圖4 所示。

圖4 提取次數(shù)對(duì)提取率的影響Fig.4 Effect of extraction times on the extraction rate

由圖4 可知，第1 次提取后，多糖的提取并不完全，提取率僅為5.48%，第2 次提取后，第1 次未提取完全的多糖會(huì)進(jìn)一步被提取出來(lái)，多糖的提取率達(dá)到6.71%，當(dāng)提取次數(shù)超過(guò)3 次后，多糖基本溶出完全，提取率就會(huì)趨于穩(wěn)定，不再提高，因此，本研究最佳的提取次數(shù)為2 次。

2.2 閃式法提取香菇多糖最佳工藝條件的確定

2.2.1 正交試驗(yàn)水平設(shè)計(jì)

以上述單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ)，選取料液比、提取電壓、提取時(shí)間、提取次數(shù)為試驗(yàn)因素，選取L（934）進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，探討閃式提取法提取香菇多糖工藝的最佳工藝參數(shù)。試驗(yàn)水平設(shè)計(jì)見表1。

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

2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。方差分析結(jié)果見表3。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The result of orthogonal experimental design

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

由上述試驗(yàn)結(jié)果分析可知，各因素對(duì)香菇多糖提取率的影響大小順序?yàn)椋篋＞A＞C＞B，由表3 的方差分析結(jié)果可知，在顯著水平P=0.05 時(shí)，提取次數(shù)對(duì)香菇多糖的提取率影響較大，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，閃式提取香菇多糖的最佳工藝條件組合為：D3A2C2B2，即提取次數(shù)3 次、料液比 1 ∶25（g/mL）、提取時(shí)間 90 s、提取電壓 150 V。

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

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)的香菇多糖提取率平均值為6.83%，顯著高于其他條件下的香菇多糖提取率。

3 結(jié)論

本文采用閃提法提取香菇多糖，可顯著提高多糖提取率，該方法具有省時(shí)、節(jié)能、高效、環(huán)保等特點(diǎn)。通過(guò)在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)正交試驗(yàn)，得到閃提法提取香菇多糖的最佳工藝條件為：提取次數(shù)3 次、料液比1 ∶25（g/mL）、提取時(shí)間 90 s、提取電壓 150 V。在此工藝條件下，香菇多糖的提取率為6.83%。目前，香菇多糖的市場(chǎng)前景非常廣闊，提高香菇多糖提取率的研究很有意義。因此，本研究得到的工藝可為香菇多糖的生產(chǎn)和加工提供一種新的途徑和參考。