基于正交試驗法的閃式提取香菇多糖工藝優化

秦令祥，周婧琦，崔勝文，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）

香菇（Lentinus edodes）是世界第二大食用菌，也是我國特產之一[1]，是一種高蛋白、低脂肪，具有很高食用價值和藥用價值的營養保健食品[2]，在我國食用歷史悠久，有“菇中之王”，“菌中皇后”的稱號[3]。香菇多糖（lentinan，LNT）是從香菇的子實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，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，閃提法[11]作為一種新的提取技術被應用于多糖的提取，其原理是：在室溫和適當的溶劑下，閃式提取器內的物料經高速剪切力、攪拌力和超速動態分子滲透作用，迅速粉碎至細微顆粒，并在局部負壓滲透作用下把功效成分迅速擴散到溶劑中，實現功效成分的高效提取。該方法具有省時、節能、高效、環保等優點[12-13]。本文采用閃提法，并用正交試驗法優化提取香菇多糖，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、無水乙醇（均為分析純）：成都科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設備

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

提取工藝流程：干香菇→粗粉碎（機械粉碎）→閃式提取（以水做溶劑，一定的料液比、提取電壓、提取時間和提取次數）→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 香菇多糖含量的測定

采用苯酚-硫酸法[14]測定香菇多糖的含量。

1.3.3 香菇多糖提取率的計算

香菇多糖提取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 為香菇干粉質量，g。

1.3.4 單因素試驗

本試驗根據預試驗結果，選取提取電壓、料液比、提取時間和提取次數作為單因素分析對象，每次稱取5 份香菇粉進行閃式提取，設定另外3 個因素不變，對其中某個因素進行5 個水平的試驗，以香菇多糖提取率為指標進行單因素試驗。

1.3.4.1 提取電壓對香菇多糖提取率的影響

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

1.3.4.2 料液比對香菇多糖提取率的影響

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

1.3.4.3 提取時間對香菇多糖提取率的影響

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

1.3.4.4 提取次數對香菇多糖提取率的影響

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

1.3.5 正交試驗

在上述單因素試驗的基礎上，選取料液比、提取電壓、提取時間和提取次數這4 個因素，選取L9（34）設計正交試驗，優化閃式提法的最佳工藝。

1.4 數據處理

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 閃式提取香菇多糖的單因素研究

2.1.1 提取電壓對香菇多糖提取率的影響

提取電壓對香菇多糖提取率的影響如圖1 所示。

圖1 提取電壓對提取率的影響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，并逐漸趨于穩定，在電壓為150 V 時，提取率達到最大為6.65%。電壓增大，閃提器內刀頭的轉速增大，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。當電壓超過150 V 時，由于提取器的溫度隨電壓增大而升高，一少部分多糖結構破壞或變化導致提取率降低。因此，本研究最佳的提取電壓為150 V。

2.1.2 料液比對香菇多糖提取率的影響

料液比對香菇多糖提取率的影響如圖2 所示。

圖2 料液比對提取率的影響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，提取率達到最高為6.79%；再減小料液比，提取率呈現下降的趨勢。原因可能是，在一定范圍內，料液比的減小，物料與溶劑的接觸面積增大，多糖的擴散和溶出速率增加，使提取率提高；但料液比過小，物料的濃度降低，液體的傳質動力降低，限制了多糖的擴散和溶出，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 提取時間對香菇多糖提取率的影響

提取時間對香菇多糖提取率的影響如圖3 所示。

圖3 提取時間對提取率的影響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間的增加而增大，并逐漸趨于平衡。隨著時間的增加，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。當提取時間為90 s 時，提取率達到最大為6.82%，再進一步增加時間，多糖的溶出也不會增多而趨于平衡。因此，本研究最佳的提取時間為90 s。

2.1.4 提取次數對香菇多糖提取率的影響

提取次數對香菇多糖提取率的影響如圖4 所示。

圖4 提取次數對提取率的影響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進一步被提取出來，多糖的提取率達到6.71%，當提取次數超過3 次后，多糖基本溶出完全，提取率就會趨于穩定，不再提高，因此，本研究最佳的提取次數為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 正交試驗水平設計

以上述單因素試驗為基礎，選取料液比、提取電壓、提取時間、提取次數為試驗因素，選取L（934）進行正交設計，探討閃式提取法提取香菇多糖工藝的最佳工藝參數。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

2.2.2 正交試驗結果

正交試驗結果見表2。方差分析結果見表3。

表2 正交試驗結果Table 2 The result of orthogonal experimental design

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

由上述試驗結果分析可知，各因素對香菇多糖提取率的影響大小順序為：D＞A＞C＞B，由表3 的方差分析結果可知，在顯著水平P=0.05 時，提取次數對香菇多糖的提取率影響較大，達到了顯著水平，其他因素的影響不顯著，經對R 值的分析，閃式提取香菇多糖的最佳工藝條件組合為：D3A2C2B2，即提取次數3 次、料液比 1 ∶25（g/mL）、提取時間 90 s、提取電壓 150 V。

2.2.3 驗證試驗

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、節能、高效、環保等特點。通過在單因素試驗基礎上，經正交試驗，得到閃提法提取香菇多糖的最佳工藝條件為：提取次數3 次、料液比1 ∶25（g/mL）、提取時間 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和加工提供一種新的途徑和參考。