動態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.漯河食品職業學院，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.河南夕陽藍食品科技有限公司，河南漯河462300）

黑木耳（Auricularia auricular）又稱木耳、木菌，屬真菌門擔子菌綱木耳科真菌，性平、味甘，是我國珍貴的食用菌，可入藥。李時珍《本草綱目》記載黑木耳有“益氣不饑、輕身強志、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，具有重要的研究價值和市場前景。

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間長、提取率低、能耗大等缺點。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]。動態超高壓微射流技術[14]是近年來發展起來的一種新的物理提取技術，其原理是通過強烈的剪切力、高速撞擊力及高頻振蕩作用，促使細胞破碎，有效成分溶出，使其在相對較低的壓力條件下達到超高壓的作用效果[15]。此技術具有時間短、能耗低、提取率高、安全環保等優點，目前此提取方法在黑木耳多糖提取中還未見報道。因此，本文采用動態超高壓微射流技術對黑木耳多糖進行提取，并對其提取工藝進行正交優化，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、無水乙醇（均為分析純）：成都科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設備

Microfuidizer 微射流均質機：美國Microfuidics 公司；GYB40-10S 小型均質機：上海東華高壓均質機廠；UV-2450 島津紫外可見分光光度計：島津企業管理（中國）有限公司；TDL-50B 臺式低速離心機：上海安亭科學儀器廠；HH-M4 數顯恒溫水浴鍋：上海赫田科學儀器有限公司；BSA124S 電子分析天平：賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；WN-20 萬能粉碎機：廣州旭朗機械設備有限公司；FRE-52A 旋轉蒸發儀：上海亞榮生化儀器廠；DZF-6090 真空干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 動態超高壓微射流技術提取黑木耳多糖

稱取10 g 經預先機械粉碎的黑木耳粉，加入一定比例的蒸餾水，經30 MPa 高壓均質5 min 后，在預設壓力及次數條件下，過微射流均質機，然后進行熱水浸提（一定的提取溫度和提取時間），提取后料液經離心（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，取出再經離心（5 000 r/min，10 min），取沉淀經真空干燥得到黑木耳多糖。

1.3.2 黑木耳多糖含量的測定

采用苯酚-硫酸法測定黑木耳多糖的含量[16]。

1.3.3 黑木耳多糖得率的計算

黑木耳多糖得率根據下列公式計算。

式中：c 為由標準曲線算得的多糖質量濃度，mg/mL；V 為定容體積，mL；N 為稀釋倍數；m 為黑木耳干粉質量，g。

1.3.4 單因素試驗設計

本試驗根據預試驗結果，對影響多糖得率的料液比、微射流壓力、提取溫度和提取時間4 個因素進行單因素試驗，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 ℃，提取時間 0.5、1、1.5、2、2.5 h，按 1.3.1的方法進行動態超高壓微射流技術提取黑木耳多糖，在固定其中3 個因素水平的條件下，對剩余1 個因素進行5 個水平的試驗，以多糖得率為指標進行單因素試驗，然后測定并計算其得率。

1.3.5 正交試驗設計

在單因素試驗的基礎上，選取料液比、微射流壓力、提取溫度、提取時間這4 個因素，采用L9（34）正交試驗對黑木耳多糖的動態超高壓微射流提取工藝進行優化。試驗水平設計見表1。

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

1.4 數據處理方法

試驗重復3 次，結果為3 次平均值。正交試驗數據采用正交設計助手II V3.1 專業版進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 黑木耳多糖提取單因素試驗

2.1.1 不同微射流壓力對黑木耳多糖得率的影響

不同微射流壓力對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，隨著微射流壓力的增加多糖得率明顯升高，在140 MPa 以后，繼續增加壓力，得率趨于平緩。這是因為微射流壓力增加，促使均質時黑木耳粉的粒度越細，黑木耳細胞破碎的程度越高，多糖越易于擴散和溶出，促使得率升高；當壓力超過140 MPa 后，黑木耳粉顆粒已被充分破碎，再增加均質壓力，多糖溶出不會明顯增多。故選擇微射流壓力140 MPa 為宜。

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

2.1.2 不同料液比對黑木耳多糖得率的影響

不同料液比對黑木耳多糖得率的影響如圖2所示。

由圖2 可知，當料液比小于 1 ∶40（g/mL）時，多糖得率隨著溶劑量的增加而升高，當料液比大于1 ∶40（g/mL）時，多糖的得率呈略微下降的趨勢。這是因為溶劑量過少，不利于黑木耳粉顆粒的分散，并且黑木耳溶液濃度過高易使微射流均質機堵塞，得率降低；溶劑量增加，有利于黑木耳粉顆粒的分散，利于多糖的擴散和溶出，得率提高；但料液比達到1 ∶40（g/mL）后，多糖基本溶出完全，并且料液比過高使濃縮時間過長，多糖的結構易遭到破壞，導致得率有所降低。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 不同提取溫度對黑木耳多糖得率的影響

不同提取溫度對黑木耳多糖得率的影響如圖3所示。

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

由圖3 可知，提取溫度低于80 ℃時，隨著溫度的升高，多糖得率不斷提高，當提取溫度高于80 ℃后，再升高溫度，得率也不會明顯提高而基本保持不變。這是因為溫度升高，多糖的溶解度升高，多糖的擴散和溶出增多，得率提高；當溫度超過80 ℃后，多糖溶解度基本不變，導致得率也基本不變。故選擇提取溫度80 ℃為宜。

2.1.4 不同提取時間對黑木耳多糖得率的影響

不同提取時間對黑木耳多糖得率的影響如圖4所示。

圖4 不同提取時間對得率的影響Fig.4 Effect of extraction time on the extraction rate

由圖4 可知，多糖得率隨著提取時間的增加而不斷提高并趨于平緩，當提取時間超過2 h 后，多糖提取率變化不明顯并趨于平緩。這是因為提取時間增加，多糖溶出的量增加，得率提高，當提取時間超過2 h后，多糖溶出已基本完全，再增加提取時間，多糖的溶出也不會明顯增加而趨于平緩。故選擇提取時間2 h為宜。

2.2 動態超高壓微射流技術提取黑木耳多糖工藝條件的優化研究

正交試驗設計及結果如表2 所示。

表2 正交試驗設計及結果Table 2 The result of orthogonal experimental design

續表2 正交試驗設計及結果Continue table 2 The result of orthogonal experimental design

由表2 正交試驗分析結果可知，各因素對黑木耳多糖得率的影響程度為：D＞A＞B＞C，最優組合為D2A2B2C3。

方差分析結果如表3 所示。

表3 方差分析結果Table 3 The variance analysis results

由表3 分析可知，在顯著水平P=0.05 時，提取時間和料液比對黑木耳多糖得率的影響較大，達到了顯著水平，其他因素的影響不顯著，經對R 值的分析，動態超高壓微射流技術提取黑木耳多糖的最佳工藝條件為：D2A2B2C3，即提取時間 2 h，料液比 1 ∶40（g/mL），微射流壓力140 MPa，提取溫度90 ℃。對通過正交試驗得出的最佳工藝條件進行最優化驗證試驗，3 次平行試驗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 結論

本試驗采用動態超高壓微射流技術提取黑木耳多糖，并對其工藝進行優化，得到最佳工藝條件為：提取時間 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%。本試驗為黑木耳多糖的提取提供一種新的提取方法。