香菇多糖純化前后結構和生物活性的比較

王嘉銘，雷于國，胡國元*，但冬梅

（1. 武漢工程大學 綠色化工過程教育部重點實驗室/環境生態與生物工程學院，湖北 武漢 430205；2. 湖北裕國菇業股份有限公司，湖北 隨州 441300）

香菇（Lentinula edodes）又名香菌、香蕈、花菇，是一種重要的食用菌[1]，具有良好的食用和藥用功能。 香菇多糖作為香菇中一種重要的活性組分，在食品，醫藥等方面有廣泛的應用。 研究發現，香菇多糖具有抗氧化[2]，抗病毒[3]以及抗腫瘤[4]等功效，并且因為它豐富的來源和極低的毒副作用，其逐漸成為當前的研究熱點。 研究發現香菇具有降脂[5]和降血糖[6]的作用，香菇多糖對潰瘍性結腸炎小鼠也有一定改善作用[7]。

目前關于香菇提取物分離純化，結構特性和活性的報道已經很多，如：單聯剛[8]通過無機陶瓷膜超濾法使回收率達到了95.4%；唐慶九等[9]通過對香菇提取物分析，首次分離到了腺嘌呤；陳萬超等[10]對香菇特征指紋圖譜進行了構建；汲晨鋒等[11]研究表明香菇多糖結構與抗腫瘤間的關系，其結構主要體現為同多糖和雜多糖兩種形式；魏元[12]研究表明香菇多糖主要是阿拉伯糖和鼠李糖組成的吡喃型多糖；張超等[6]通過對香菇等食用菌提取物的研究發現了他們胰島素代謝的影響；CHEN Y 等[2]通過研究發現香菇多糖具有抗氧化活性；胡國元等[20]研究發現香菇多糖對金黃色葡萄球菌具有較好的抑制作用。 但是系統性對純化前后香菇多糖結構和生物活性進行比較的報道還較少，前期研究結果顯示從香菇未成熟期子實體提取的粗多糖醇沉組分的抗氧化等生物活性優于其他生育期。

作者通過對香菇未成熟期子實體粗多糖組分進行分離純化，然后通過紫外光譜，紅外光譜，剛果紅絡合物分析，電子顯微鏡掃描，粘均相對分子質量測定，抗氧化活性以及抑菌活性的測定，比較了純化前后的香菇多糖在結構和生物活性上的差異，為活性香菇多糖的制備和利用提供一定的依據。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

香菇未成熟期子實體（菌幕形成，菌蓋直徑約為1.5～2.0 cm）：湖北隨州裕國菇業有限公司提供。供試樣品60℃烘干后，粉碎過60 目篩（0.25 mm）備用。

考馬斯亮藍、纖維素DEAE-52，源葉生物、核黃素、甲硫氨酸、氮藍四唑、1，1-二苯基-2-硝基苯肼（DPPH）、阿拉丁公司產品；牛肉浸膏：北京雙旋微生物培養基制品廠產品；蛋白胨：安琪酵母股份有限公司產品；瓊脂：北京生東科技有限公司產品；金黃色葡萄球菌：作者所在實驗室保藏。

1.2 儀器與設備

Genesys 10s 紫外可見分光光度計：美國Thermo Scientific 公司產品；JSM-5510LV 型掃描電鏡；Nicolet 380 紅外光譜儀：美國賽默飛公司產品；AL 104 電子分析天平：梅特勒-托利多上海有限公司產品；FW-100 高速萬能粉碎機：北京市永光明醫療儀器廠產品；SHD-DIII 循環水式多用真空泵：鞏義市予華儀器有限責任公司產品；GZX-9030 MBE數顯鼓風干燥箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠產品；DK-S28 電熱恒溫水浴鍋：上海精宏實驗設備有限公司產品；LDZX-50KBS 立式壓力蒸汽滅菌鍋；上海申安醫療器械廠產品。

1.3 實驗條件

1.3.1 粗多糖的制備 稱取香菇樣品10 g，按照料液質量體積比1 g：20 mL 加入蒸餾水，100℃提取2 h，抽濾，得到浸提液后按照濃縮比1:4 進行旋轉蒸發濃縮，加入無水乙醇至終體積分數20%，4℃靜置12 h，離心收集沉淀，烘干后得香菇粗多糖樣品（命名為L0），避光保存備用。

1.3.2 粗多糖的脫色和脫蛋白 稱取5 g 香菇粗多糖樣品，溶于250 mL 蒸餾水后，充分溶解過濾備用。 根據蛋白質與氯仿溶液混合會變性沉降的特點，配置氯仿-正丁醇混合溶液，氯仿和正丁醇體積比為4∶1，向樣液中加入配置好的氯仿-正丁醇混合液（樣液的1/3），在25℃搖床中以 150 r/min 振搖30 min 后，放入離心機中在4 000 r/min 條件下離心15 min，用移液槍吸出水層，再加入氯仿-正丁醇混合液重復2 次。

取脫蛋白的多糖溶液，加入質量分數1%活性炭，調節 pH 至 3.5，置于 20 ℃搖床中以 190 r/min振搖100 min 后過濾。

1.3.3 粗多糖柱層析 將Cellulose DEAE-52 填料在0.5 mol/L 的NaOH 溶液中浸泡12 h，用蒸餾水充分洗滌至中性后抽濾； 然后轉入0.5 mol/L 的HCl溶液中浸泡12 h，用蒸餾水洗滌至中性后抽濾；最后再用0.5 mol/L 的NaOH 溶液浸泡12 h，洗滌至中性。 濕法裝柱，用蒸餾水平衡24 h 后備用。

將脫蛋白質和脫色后的多糖溶液加入到處理過的Cellulose DEAE-52 纖維素柱中，依次用蒸餾水、0.2 mol/L、0.4 mol/L 的 NaCl 溶液進行梯 度洗脫，控制流速在 15 滴/min。 每只試管收集 10 mL，采用苯酚-硫酸法在490 nm 處檢測OD 值，以吸光度為縱坐標，管數為橫坐標制作洗脫曲線[13]，合并含多糖的各管樣品，透析脫鹽，冷凍干燥，收集純化后多糖樣品 得到3 個多糖組分，依次命名L1，L2，L3。

1.3.4 紫外光譜掃描分析 分別將各多糖樣品溶于蒸餾水中，在200～400 nm 范圍內進行紫外掃描，根據260 nm 和280 nm 等處是否有吸收峰，判斷樣品中是否含有核酸和蛋白質。

1.3.5 紅外光譜掃描分析 取適量的各多糖樣品，和溴化鉀充分碾磨混合后壓片，用紅外色譜儀在紅外光4 000～450 cm-1區間下掃描。

1.3.6 粘均相對分子質量的測定 準確稱取0.5 g各組分多糖樣品，溶解于2 mol/L 的NaCl 溶液中，用3# 砂芯漏斗抽濾，棄去初濾液，精密量取續濾液10 mL 自管沿管壁加入烏氏粘度計。 烏氏粘度計垂直固定于水浴槽中10 min 以上，使管內溫度和水浴溫度平衡，然后按照文獻[15]對各組分特性粘度進行測定，其中 a 值由張翼伸（1983）確定為 1[14]，再由標準葡聚糖樣品測得K 值，最后根據[η]=KMa計算各組分粘均相對分子質量[15]。

1.3.7 電子顯微鏡掃描 取少量的各多糖樣品粉末，減壓條件下噴鍍一層金原子，用掃描電子顯微鏡在15 kV 的加速電壓下放大1 000 倍成像。

1.3.8 剛果紅分析 分別取40 mg 多糖樣品溶于20 mL 蒸餾水，加入 2 mL 剛果紅溶液，分別加入NaOH 溶液至濃度為（0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5 mol/L），在 200～800 nm 進行紫外掃描，測定最大吸收峰，觀察最大吸收峰的變化，以NaOH 濃度為橫坐標，最大吸收峰為縱坐標制作曲線[16]。

1.3.9 抗氧化活性測定

1） 對 DPPH 自由基的清除測定 參照 LIU Yong 方法進行修改[17]，取各多糖樣品溶于蒸餾水中，配成 0.5 mg/L 的溶液。 取 5mL 的 6.4×10-4mol/L DHHP，定容于50 mL 容量瓶中搖勻待測。 利用DPPH 溶液的特征紫紅色吸收峰，按照A0：2.0mL DPPH+2.0 mL 溶劑；A1：2.0 mL DPPH 溶液+2.0 mL樣品溶液；Aj：2.0 mL 樣品溶液+2.0 mL 溶劑； 在波長517 nm 處用分光光度計測定各個溶液吸光度，吸收峰的下降表示對有機自由基的清除能力。 清除率計算公式為：清除率（%）=（1-（AI-AJ）/A）×100%。

2） 對羥自由基的清除測定 參照ZHU Liancai方法進行修改[18]取各多糖樣品溶于蒸餾水中，配成0.5 mg/L 的溶液。 采用鄰二氮菲-Fe2+氧化法，吸取4.0 mL pH 7.4 磷酸鈉緩沖液，加入1.5 mL 5.0 mmol/L 鄰二氮菲，充分混勻。 然后再加入 1 mL 7.5 mmol/L FeSO4溶液，立即混勻。 加入1.0 mL 各組分多糖溶液，再加入1.5 mL 蒸餾水補充體積，最后加入1.0 mL 1%H2O2溶液，混勻，于 37℃水浴中反應 60 min，在536 nm 測定吸光度。 按照公式進行計算：清除率（%）=（A加藥-A損傷）/（A未損-A損傷）。 式中：A加藥為加入樣品實驗組測得的吸光度，A損傷為加入H2O2而不加入抗氧劑所測得吸光度，A未損為不加H2O2和抗氧化劑所測得吸光度。

3） 對超氧陰離子的清除測定 取各多糖樣品溶于蒸餾水中，配成0.5 mg/L 的溶液。 采用光照核黃素-氮藍四唑（NBT）法[19]，取 1 mL pH 7.8 磷酸緩沖液，加入 0.5 mL 3.3×10-5mol/L 核黃素、0.5 mL 0.02 mol/L甲硫氨酸、5.1×10-4mol/L NBT 和 1 mL 樣品溶液。光照20 min 后與560 nm 測定樣品吸光度。 以溶劑代替樣品測定空白吸光度A0。 按照公式進行計算：清除率（%）=（1-（A/A0））×100%。 式中 A0為溶劑替代樣品測定的空白吸光度；A 為樣品吸光度。

1.3.10 抑菌活性的測定

1）多糖溶液的配置 將各多糖樣品溶于蒸餾水中，配制成10 mg/mL 的多糖溶液，通過孔徑為0.45 μm的濾器過濾后放置于4℃冰箱保存，備用。

2） 菌懸液的制備 將金黃色葡萄球菌接種到牛肉膏蛋白胨培養基制成的平板上，置于37℃培養24 h 進行活化，然后挑取一塊菌苔，用無菌生理鹽水進行稀釋，制成含菌量為106～108CFU/mL 的菌懸液，置于4℃冰箱中保存，備用。

3） 最小抑制濃度的測定 在裝有固體培養基的平板上加入50 μm 菌懸液，并用涂布棒涂布均勻，將濾紙片放入經兩倍稀釋法稀釋后的不同濃度的多糖溶液中浸泡20 min，用蒸餾水做對照。 用滅菌后的鑷子將直徑6 mm 濾紙片夾出放置于含菌平板上，重復3 次，37 ℃倒置培養24 h，然后用十字交叉法，測量抑菌圈直徑大小，計算平均值，以有抑菌圈的最低濃度為最小抑制濃度 (minimum inhibitory concentration)[20-21]。

2 結果與分析

2.1 粗多糖的純化

香菇粗多糖樣品（L0）為黑褐色，呈塊狀，經過脫蛋白、脫色和纖維素柱層析純化后，為淡黃色，表明粗多糖中部分雜質已經被脫除。 洗脫曲線如圖1所示，L0 經水洗脫（1～30 管）后，得到多糖組分 L1（4～14 管）；經 0.2 mol/L NaCl 線性梯度洗脫（31～60管） 后得到多糖組分 L2 （31～44 管）； 經 0.4 mol/L NaCl 線性梯度洗脫（61～90 管）后得到多糖組分L3（61～69 管）。 其中 L1 為淡黃色塊狀，L2 和 L3 均為淡黃色粉末。 根據峰面積和含量大小成正比的關系，可知L1 組分最多，為多糖主要成分。

2.2 紫外光譜掃描分析

對純化前后各組分多糖在200～400 nm 進行紫外掃描，結果如圖2 所示，純化后組分在260 nm 和280 nm 波長范圍內僅有一個微弱的吸收峰，而未純化樣品在260 nm 和280 nm 波長范圍內有較強的吸收峰，說明經過純化后，多糖樣品中基本不含核酸和蛋白質雜質。

圖1 香菇粗多糖經DEAE-纖維素-52 柱層析梯度洗脫曲線Fig 1 Elution curve of crude polysaccharide by DEAE-cellulose-52 chromatography.

圖2 不同香菇多糖組分紫外光圖譜Fig 2 UV spectra of different polysaccharides fractions

2.3 紅外光譜掃描分析

當一束紅外光透過物質，和紅外光震動頻率一樣的基團會吸收能量躍遷。 如圖3 所示，3 420.14 cm-1（L0）、3 387.06 cm-1（L1）、3 450.59 cm-1（L2）、3 445.11 cm-1（L3）吸收峰由于糖鏈上的伸縮振動引起[22]。 2 932.26 cm-1（L0）、2 936.14 cm-1（L1）吸收峰由于 C-H 的伸縮振動引起。 1 700～1 750 cm-1內4個組分多糖均沒有很強的吸收峰，表明4 個多糖組分中均不含糖醛成分[23]。 1 641.08 cm-1（L0）、1 647.57 cm-1（L1）、1 634.97 cm-1（L2）、1 635.56 cm-1（L3）出現C=O特征吸收峰[24]。 1 406.68 cm-1（L0）、1 410.79 cm-1（L1）、1 414.74 cm-1（L3）由于 C-H 彎曲引起，為多糖類化合物的特征吸收峰，進一步的驗證了樣品為多糖類物質。 同時，L1 多糖組分在1 078.96 cm-1和1 052.24 cm-1存在較強的吸收峰，是糖苷鍵C-O-C 的非對稱振動峰，并且在1 100～1 000 cm-1只存在兩個吸收峰，表明L1 多糖組分中存在呋喃糖環；4 個多糖組分在890 cm-1附近均有較強的吸收峰，表明存在β-糖苷鍵；純化前多糖組分L0 與L1 表現出相似的結構，但是吸收峰強度較L1 弱，進一步驗證L1 為多糖中的主要成分。 而L2 和L3 多糖組分在1 075.24 cm-1和1 078.98 cm-1處的吸收峰歸于吡喃糖環上C-O 的伸縮振動。 與L1 多糖組分相比，L2 和L3 雖然與 L1吸收峰較為相似，但是在指紋區卻沒有出現密集的高強度吸收峰，根據紅外光譜分析所能獲得的信息較少。

圖3 不同香菇多糖組分紅外光圖譜Fig 3 FI-IR spectra of different polysaccharides fractions

2.4 粘均相對分子質量的測定

純化前后香菇多糖樣品粘均相對分子質量如圖4 所示，純化前粗多糖粘均相對分子質量為2.19×105，純化后的多糖組分粘均相對分子質量分別為 8.34×104、4.40×104、3.66×104，純化后相對分子質量明顯低于純化前，進一步說明經過脫蛋白，脫色和纖維素柱層析后，許多大分子雜質被去除。 同時，洗脫時鹽濃度對相對分子質量也有一定的影響，即鹽濃度越高，洗脫所得組分相對分子質量越小。

圖4 不同香菇多糖組分粘均相對分子質量Fig 4 Viscosity-average molecular weight of different polysaccharides fractions

2.5 電子顯微鏡掃描

4 個不同多糖組分掃描電鏡如圖5.所示，L0 呈現纖維狀，可能由于不同的分子或者分子基團聚集成不同形態的聚集體所造成；L1 呈現不規則的塊狀，中間有一定的縫隙，有突出的褶皺結構，說明多糖分子間有一定的排斥力，吸引力較弱；L2 和L3 形態較為相似，都表現為碎屑狀堆積，分子間存在孔洞間隙，使得多糖并未完全集合。 通過電鏡掃描圖片，進一步證實了分離出的組分中所含物質和多糖種類都有一定的差異，其中L1 與L2，L3 組分差異較大。

圖5 不同香菇多糖組分電鏡照片Fig5 Electronmicroscopyimagesofdifferentpolysaccharide fractions

2.6 剛果紅分析

剛果紅與具有三螺旋結構的多糖能夠形成絡合物，在一定NaOH 濃度內，最大吸收波長與為結合的剛果紅相比會發生紅移（向波長增大的方向移動）。4 個不同多糖組分與剛果紅絡合物最大吸收波長與 NaOH 濃度關系如圖 6 所示。 L0 和 L1 在NaOH 濃度小于0.3 mol/L 時，最大吸收峰與對照組相比發生紅移，說明L0 和L1 中存在三螺旋結構，與剛果紅絡合后在NaOH 作用下發生一定的紅移，當NaOH 濃度大于0.3 mol/L 時，最大吸收波長開始表現出下降趨勢，表明三螺旋結構解體，變成沒有規則的自由卷曲狀態；而L2 和L3 最大吸收波長隨著NaOH 濃度增加一直下降，與對照組趨勢相似，沒有發生紅移，表明L2 和L3 中不含有三螺旋結構。

2.7 對DPPH 自由基清除能力

圖6 剛果紅絡合物隨NaOH 濃度改變其最大吸收波長的變化Fig 6 Maximum absorption of Congo red complex in solution with various concentrations of NaOH

純化前后不同多糖組分對DPPH 自由基清除效果如圖7 所示，在DPPH 自由基清除實驗中，4 個組分與標準抗氧化劑VC 相比，對DPPH 自由基均有一定的清除作用，并且隨著濃度升高，對DPPH清除作用逐漸增大，4 個多糖組分均在8 mg/mL 時，清除率達到最大，分別為 L0 （66.06±1.16）%、L1（64.22±1.10）%、L2（56.53±0.91）%、L3（33.61±0.55）%；VC 活性明顯高于各個組分，在2 mg/mL 時就達到92.50%。 同時純化前后多糖組分對DPPH 清除能力有一定的差異，L0 對DPPH 清除能力最強，可能是因為未純化的L0 中含有蛋白質以及其他的活性物質，使其在和多糖的共同作用下對DPPH 有更好的清除作用。 而純化后的3 個組份中，L1 清除效果明顯高于L2 和L3。

圖7 香菇多糖對DPPH 自由基的清除能力Fig 7 DPPH free radical scavenging capacities of different polysaccharides fractions

2.8 對羥自由基的清除能力

純化前后不同組分對羥自由基清除能力如圖8所示，在羥自由基清除實驗中，雖然四個多糖組分與標準抗氧化劑（VC）相比，VC 在 2 mol/L 時對羥自由基清除率已經達到（97.11±0.483）%，但是 4 個多糖組分對羥自由基扔有一定的清除能力，并且隨著樣液濃度提高，清除作用逐漸升高，均在8 mg/mL時達到最大，分別為 L0（29.31±1.03）%、L1（25.55±0.48）%、L2（21.41±0.50）%、L3（18.50±0.44）%。 未純化多糖組分L0 對羥自由基清除能力高于純化后的樣品，純化后的樣品L1 清除能力與L0 接近，明顯高于L2 和L3 組分，而L2 和L3 對羥自由基的清除活性較為相似。

圖8 香菇多糖對羥自由基的清除能力Fig 8 Hydroxyl radical scavenging capacities of different polysaccharides fractions

2.9 對超氧離子清除能力

純化前后不同組分對超氧陰離子清除能力如圖9 所示，在超氧陰離子清除實驗中，VC 對超氧陰離子的清除作用明顯高于4 個多糖組分，在2 mg/L時即達到（97.47±0.54）%，而 4 個多糖組分對超氧陰離子清除能力較為接近，其中L0 清除能力最強，在8 mg/mL 時最大，可以達到（19.90±0.46）%，L1 清除能力高于L2 和L3 組分，而當質量濃度大于7 mg/mL時，L3 的清除能力超過L2。

圖9 香菇多糖對超氧離子的清除能力Fig 9 Superoxide anion radical scavenging capacities of

2.10 抑菌活性的測定

2.10.1 不同多糖組分的抑菌活性 不同多糖組分對金黃色葡萄球菌的抑制作用如表1 所示，L2 和L3 多糖組分對金黃色葡萄球菌均無抑制作用；L0和L1 多糖組分對金黃色葡萄球菌均有一定的抑制作用，其中L1 對金黃色葡萄球菌的抑制作用比L0好，說明純化后的多糖具有更好的抑菌作用，可能由于L1 經純化后其中活性多糖成分含量更高，使其對金黃色葡萄球菌有更好的抑菌作用。

表1 香菇不同多糖組分的抑菌活性Table 1 Antimicrobial activities of different polysaccharides fractions

2.10.2 香菇不同多糖組分的最小抑制濃度 以金黃色葡萄球菌為供試菌株，研究不同組分多糖的最小抑菌濃度（MIC），結果如表 2.所示，L0 和 L1 對金黃色葡萄球菌的最小抑制質量濃度分別為5 mg/mL和2.5 mg/mL，純化后的多糖組分L1 對金黃色葡萄球菌的最小抑制濃度明顯低于未純化組分L0。

表2 香菇不同多糖組分的最小抑菌濃度Table 2 The MIC of different polysaccharides fractions

3 結 語

作者前期對不同生長發育期香菇子實體不同醇沉組分粗多糖結構和生物活性進行了研究，發現香菇未成熟期子實體粗多糖體積分數20%醇沉組分具有最優的生物活性，由于粗多糖中含有的也會對活性有一定的影響，為了進一步探究香菇粗多糖中的色素和蛋白質等物質對其生物活性的影響，作者通過對香菇未成熟期子實體粗多糖體積分數20%醇沉組分進行純化，比較純化前后香菇多糖的結構及其生物活性差異。

供試樣品的結構分析結構顯示：紫外光譜掃描圖譜表明L1、L2 和L3 不含有核酸和蛋白質，而L0出現較強的核酸和蛋白質吸收峰；根據紅外光譜掃描和SEM 分析，發現純化前后香菇多糖均含有顯著的多糖特征吸收峰，并且都能觀察到其中起活性作用的主要部位β-糖苷鍵，L0 可能由于不同的分子或者分子基團聚集成不同形態的聚集體而呈現纖維狀，但是L1 呈現出有褶皺的塊狀，L2 和L3 呈現碎屑狀堆積，進一步證明了純化后多糖中物質或者種類發生了變化； 剛果紅結果表明，L1 中仍保留了L0 中存在的三螺旋結構，而L2 和L3 中三螺旋結構已經消失；粘均相對分子質量的測定結果，發現純化后的香菇多糖粘均相對分子質量明顯降低，并且隨著洗脫濃度的增大，相對分子質量越來越小。

供試樣品的生物活性測定結果顯示：盡管各多糖組分與陽性對照VC 相比，其抗氧化活性都較低，但是由于多糖是一種大分子化合物，在相同濃度下低于VC 屬于正常情況，因此這4 個多糖組分均具有一定的抗氧化活性，但其中L0 表現出更好的抗氧化活性，說明可能是其中蛋白質或者其他的活性物質與多糖的共同作用，使其具有更好的抗氧化能力，抗氧化活性和結構之間的聯系還需要進一步的研究。 香菇多糖組分對金黃色葡萄球菌的抑菌試驗結果表明L0 和L1 對金黃色葡萄球菌具有明顯的抑制作用，而L2 和L3 對金黃色葡萄球菌均無抑制作用，可能是因為L0 和L1 中含有更多的活性成分β-葡聚糖，同時三螺旋結構的存在也可能增加其對金黃色葡萄球菌的抑制作用。

致謝：感謝湖北裕國菇業股份有限公司提供支持。