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      黑牛肝菌多糖超聲提取工藝優(yōu)化及抗氧化研究

      2021-05-11 16:42景年華史俊友田照秀成琴
      安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年8期
      關(guān)鍵詞:抗氧化活性工藝優(yōu)化多糖

      景年華 史俊友 田照秀 成琴

      摘要:以云南大理黑牛肝菌為材料,使用超聲輔助萃取及水提醇沉法提取多糖,采用單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)對(duì)黑牛肝菌多糖提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)黑牛肝菌多糖進(jìn)行了提取;對(duì)所得多糖進(jìn)行DPPH自由基、ABTS自由基清除能力及鐵氰化鉀還原能力試驗(yàn),對(duì)其抗氧化活性進(jìn)行比較研究。結(jié)果表明,黑牛肝菌多糖最佳提取工藝為料液比1∶25(g∶mL)、醇沉濃度80%、超聲時(shí)間70min、超聲功率90%,在此條件下多糖含量為79.41mg/g。醇沉濃度為80%時(shí),多糖提取物抗氧化活性最強(qiáng),多糖對(duì)DPPH、ABTS自由基清除率及總還原力吸光度分別為97.92%、99.80%和0.789;醇沉濃度為50%時(shí),所得多糖對(duì)DPPH、ABTS自由基清除率及總還原力吸光度分別為85.79%、88.23%和0.713,抗氧化活性最低;表明黑牛肝菌多糖對(duì)自由基有較好的清除效果及還原作用。

      關(guān)鍵詞:黑牛肝菌;多糖;超聲波輔助萃取;工藝優(yōu)化;抗氧化活性

      中圖分類號(hào)R284.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

      文章編號(hào)0517-6611(2021)08-0170-05

      doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.08.045

      開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID):

      StudyonOptimizationofUltrasonicExtractionProcessandAntioxidantofPolysaccharidesfromBoletusaereus

      JINGNian-hua,SHIJun-you,TIANZhao-xiuetal(QujingNormalUniversity,Qujing,Yunnan655011)

      AbstractWithDaliBoletusaereusasthematerial,thepolysaccharidewasextractedbyultrasonic-assistedextractionandwaterextractionandalcoholprecipitation.SinglefactortestandorthogonaltestwereusedtooptimizetheextractionprocessofBoletusaereuspolysaccharides,andthepolysaccharidesofBoletusaereuswereextracted.Additionally,acomparativestudyonscavengingabilitiesofDPPH,ABTSandreducingpowerofpotassiumferricyanidefortheobtainedpolysaccharideswascarriedout.TheresultsshowedthatthebestextractiontechnologyofpolysaccharidesfromBoletusaereuswasthesolid-liquidratio1∶25(g∶mL),ethanolconcentrationof80%,ultrasonictimeof70minandultrasonicpowerof90%.ContentofpolysaccharideobtainedfromBoletusaereuswas79.41mg/gunderthebestextractionconditions.Antioxidantactivityofpolysaccharideprecipitatedby80%ethanolwasthestrongest,scavengingratesofDPPH,ABTSandabsorbanceoftotalreducingpowerwere97.92%,99.80%and0.789respectively.Antioxidantactivityofpolysaccharideprecipitatedby50%ethanolwasthelowest,scavengingratesofDPPH,ABTSandabsorbanceoftotalreducingpowerwere85.79%,88.23%and0.713,respectively.TheseresultsshowedthatpolysaccharidesfromBoletusaereushadgoodscavengingabilityandreducingpower.

      KeywordsBoletusaereus;Polysaccharides;Ultrasonicassistedextraction;Processoptimization;Antioxidantactivity

      牛肝菌是菌物界中比較大型的擔(dān)子菌重要代表[1],屬擔(dān)子菌亞門擔(dān)子菌綱牛肝菌目牛肝菌科牛肝菌屬,下有11~20屬。中國牛肝菌科有400多種,其中有毒不可食用的牛肝菌約30多種,大多數(shù)無毒無苦辣無刺激味的種類均可食用[2]。牛肝菌是一種山區(qū)特有的野生菌類,主要生長(zhǎng)于混交林中[3],一般單生或群生,云南省是牛肝菌的主要分布地區(qū),目前已知牛肝菌244種,其中可食用牛肝菌144種[4],醫(yī)學(xué)上認(rèn)為牛肝菌食藥同源,食藥兼有,是一種能同時(shí)藥用和食用的野生菌資源,含有豐富的營養(yǎng)價(jià)值,因此具有較好的開發(fā)和利用價(jià)值[5]。黑牛肝菌又名銅色牛肝菌,是一種低脂肪、低熱量、高蛋白的食藥兩用野生真菌,相關(guān)報(bào)道較少[6]。

      多糖是天然大分子物質(zhì),在動(dòng)物細(xì)胞膜、微生物細(xì)胞壁及高等植物中均有分布[7]。大量研究數(shù)據(jù)表明,多糖在生物體中具有抗氧化、抗衰老、抗疲勞、抗腫瘤、致突變以及免疫調(diào)節(jié)等功能[8]。真菌多糖具有多種藥理活性,對(duì)人體有顯著的保健功效。自由基具有強(qiáng)氧化活性,長(zhǎng)期存在于機(jī)體中會(huì)對(duì)免疫能力有所損壞,而多糖在自由基清除中扮演著較為重要的角色,對(duì)自由基有良好的清除效果。牛肝菌多糖作為牛肝菌多種藥理活性的主要物質(zhì)基礎(chǔ),主要含有木糖、甘露糖、半乳糖和葡萄糖等,對(duì)自由基清除效果明顯,具有很強(qiáng)的抗氧化活性?,F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明,牛肝菌多糖具有多種生物活性及功能,如調(diào)節(jié)免疫活性、降血脂、抗突變、抗感染、抗炎、抗菌、抗腫瘤、抗氧化等[9-10]。因此,研究牛肝菌多糖無論在食品領(lǐng)域還是醫(yī)藥領(lǐng)域均具有一定的現(xiàn)實(shí)意義,目前對(duì)于牛肝菌多糖的提取多集中于傳統(tǒng)熱水法[5,11-13],但該法存在能耗大、耗時(shí)長(zhǎng)、提取率低等缺點(diǎn)?;诖耍撛囼?yàn)以云南大理黑牛肝菌為主要原料,使用超聲波輔助萃取和水提醇沉法提取多糖,采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)黑牛肝菌多糖提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)黑牛肝菌多糖進(jìn)行提取;同時(shí)對(duì)所得多糖進(jìn)行DPPH自由基、ABTS自由基清除能力及鐵氰化鉀還原能力試驗(yàn),對(duì)其抗氧化活性進(jìn)行比較研究。

      1材料與方法

      1.1材料與試劑黑牛肝菌產(chǎn)自云南大理州,試驗(yàn)備用。DPPH(分析純,上海如吉生物科技發(fā)展有限公司)、ABTS(分析純,合肥博美生物科技有限責(zé)任公司)及其他試劑均為分析純。

      1.2儀器與設(shè)備小型高速粉碎機(jī)(WK-600A),青州市精誠醫(yī)藥裝備制造有限公司;紫外-可見分光光度計(jì)(TU1810PC),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(RE-52AA),上海亞榮生化儀器廠;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9101-3),金壇市杰瑞爾電器有限公司;循環(huán)水式真空泵(SHZ-(Ⅲ)),上海標(biāo)和儀器有限公司;超聲波清洗器(SK3200LHC),上??茖?dǎo)超聲儀器有限公司;電子分析天平(CP214),上海奧豪斯儀器有限公司;數(shù)顯恒溫水浴鍋(XMTD-204),上海雙捷實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;臺(tái)式低速離心機(jī)(80-2),上海醫(yī)療器械(集團(tuán))有限公司;優(yōu)普系列超純水儀(UPH-IV-20T),成都超純科技有限公司。

      1.3試驗(yàn)方法

      1.3.1超聲輔助提取黑牛肝菌多糖。黑牛肝菌子實(shí)體烘干粉碎,精確稱取5.0000g已粉碎牛肝菌,加入一定量蒸餾水,超聲波輔助提取一定時(shí)間,提取結(jié)束后,4000r/min離心15min,取上清液抽濾,得樣品提取液。

      1.3.2黑牛肝菌多糖含量測(cè)定。

      1.3.2.1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。精密移取0.1mg/mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40、1.60mL于具塞比色管里,移取適量蒸餾水補(bǔ)足體積至2mL,搖勻,繼續(xù)加入1mL6%苯酚溶液后,向具塞比色管中迅速加入5mL濃硫酸,充分振蕩搖勻后,室溫下放置顯色20min,以零號(hào)管作為空白對(duì)照,于490nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度。以葡萄糖含量(mg)為橫坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

      1.3.2.2多糖含量測(cè)定。黑牛肝菌多糖含量測(cè)定采用苯酚-硫酸法[14-15],試驗(yàn)步驟與“1.3.2.1”葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制一致,測(cè)定樣品吸光度,將此數(shù)值帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算黑牛肝菌多糖含量(mg/g)。

      1.3.3單因素試驗(yàn)。準(zhǔn)確稱取牛肝菌粉末5.0000g,以水為提取溶液進(jìn)行單因素試驗(yàn)。選取料液比、超聲提取時(shí)間、超聲功率及醇沉濃度4個(gè)影響牛肝菌多糖提取的因素,以牛肝菌多糖含量為指標(biāo),進(jìn)行單因素試驗(yàn)。料液比為1∶5、1∶15、1∶25、1∶35、1∶45(g∶mL);超聲時(shí)間為30、40、50、60、70min;超聲功率為60%、70%、80%、90%、100%;醇(乙醇)沉濃度為50%、60%、70%、80%、90%。

      1.3.4正交試驗(yàn)。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果選擇合適的料液比(A)、超聲時(shí)間(B)、超聲功率(C)和醇沉濃度(D)為參考因素,以多糖含量為考察指標(biāo),采用L9(43)正交表(表1),進(jìn)行正交試驗(yàn),對(duì)超聲提取牛肝菌多糖工藝進(jìn)行優(yōu)化,以確定最佳提取工藝條件。

      1.3.5黑牛肝菌多糖抗氧化活性試驗(yàn)。

      1.3.5.1黑牛肝菌多糖提取。依據(jù)正交試驗(yàn)所得最佳提取工藝條件提取黑牛肝菌多糖,烘干至恒重。

      1.3.5.2DPPH自由基清除能力測(cè)定。參照許效群等[16-17]試驗(yàn)方法,并稍作修改。準(zhǔn)確移取2.00mL不同濃度多糖溶液于具塞比色管中,向比色管中依次加入2.00mL0.06mg/LDPPH溶液,置于暗處反應(yīng)30min,于517nm處測(cè)定其吸光度,平行測(cè)定3次,計(jì)算清除率。

      1.3.5.3ABTS自由基清除能力測(cè)定。取7mmol/LABTS溶液5.00mL,加入88μL140mmol/L過硫酸鉀,室溫下置于暗處反應(yīng)12~16h。用甲醇稀釋該溶液,于734nm處測(cè)定其吸光度,約為0.7,得ABTS自由基溶液。參照李帆等[18-19]試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)步驟稍作修改,準(zhǔn)確移取0.50mL不同濃度多糖溶液于具塞比色管中,向比色管中依次加入4.50mLABTS自由基溶液,于37℃水浴10min后,于734nm處測(cè)定其吸光度,平行測(cè)定3次,計(jì)算其清除率。

      1.3.5.4還原力測(cè)定。參照吳海濤等[20]的鐵氰化鉀還原法并稍作修改,準(zhǔn)確吸取1.00mL不同濃度多糖溶液于具塞比色管中,依次加入0.1mol/L磷酸緩沖液(pH=7.4)及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%鐵氰化鉀溶液各2.00mL,充分混勻,于50℃水浴20min后,向比色管中加入2.00mL10%三氯乙酸溶液,振蕩混合后,靜置15min。取上清液2.00mL,依次加入2.00mL水和1.00mL0.1%三氯化鐵溶液,混勻,靜置10min后反應(yīng)溶液由黃色變?yōu)樗{(lán)色,于700nm處測(cè)定吸光度,空白對(duì)照以蒸餾水代替樣品,平行測(cè)定3次。

      2結(jié)果與分析

      2.1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制以吸光度為縱坐標(biāo)、葡萄糖含量(mg)為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1),得出線性回歸方程為y=8.007x-0.006(R2=0.9990),試驗(yàn)結(jié)果表明葡萄糖含量為0.02~0.14mg時(shí),標(biāo)準(zhǔn)曲線呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

      2.2單因素試驗(yàn)

      2.2.1料液比對(duì)黑牛肝菌多糖提取的影響。從圖2可以看出,料液比為1∶5~1∶25時(shí),隨著提取溶劑體積的增加,多糖含量逐漸升高,這是因?yàn)檎麴s水用量增加,使得多糖充分溶解,提取含量升高,而料液比為1∶25~1∶45時(shí),隨著提取溶劑的增加,多糖含量稍微下降,這可能是因?yàn)殡S著蒸餾水的增加,黑牛肝菌中其他的親水性物質(zhì)也大量溶解,使得多糖溶解量降低[21]。由此可知,黑牛肝菌多糖提取時(shí),試驗(yàn)最佳料液比為1∶25,此時(shí)黑牛肝菌多糖提取效果較好。

      2.2.2超聲時(shí)間對(duì)黑牛肝菌多糖提取的影響。從圖3可以看出,超聲時(shí)間為30~60min時(shí),隨著超聲時(shí)間逐漸延長(zhǎng),多糖含量逐漸升高,這是因?yàn)槌晻r(shí)間越長(zhǎng),黑牛肝菌細(xì)胞破碎越為徹底,多糖溶出量增加,提取含量升高;而超聲時(shí)間為70min時(shí),隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng),多糖含量稍微下降,這可能是因?yàn)闀r(shí)間過長(zhǎng),細(xì)胞進(jìn)一步破碎導(dǎo)致雜質(zhì)的溶出相應(yīng)增多,使得多糖的溶出量降低,另外超聲有較強(qiáng)的機(jī)械振動(dòng)剪切作用,長(zhǎng)時(shí)間會(huì)使大分子多糖斷裂,降低黑牛肝菌多糖的提取率[21]。由此可知,黑牛肝菌多糖提取時(shí),試驗(yàn)最佳超聲時(shí)間為60min,此時(shí)黑牛肝菌多糖提取效果較好。

      2.2.3超聲功率對(duì)黑牛肝菌多糖提取的影響。從圖4可以看出,超聲功率為60%~100%時(shí),隨著超聲功率的增大,多糖含量逐漸升高,這可能是因?yàn)槌晻r(shí)間固定,超聲波的破碎作用主要取決于超聲功率,超聲功率越大,對(duì)細(xì)胞的破碎作用越強(qiáng),多糖溶出量增加,提取含量升高。而超聲功率為80%~100%時(shí),隨著超聲功率逐漸增大,多糖含量增幅不大,這可能是因?yàn)槌暪β蔬^大時(shí),提取液的流動(dòng)加速,減少了黑牛肝菌在超聲場(chǎng)中的停留時(shí)間而導(dǎo)致細(xì)胞破碎減弱,從而導(dǎo)致多糖含量增幅不大。因此,黑牛肝菌多糖提取時(shí),試驗(yàn)最佳超聲功率為80%,此時(shí)黑牛肝菌多糖提取效果較好。

      2.2.4醇沉濃度對(duì)黑牛肝菌多糖提取的影響。從圖5可以看出,醇沉濃度為50%~90%時(shí),隨著醇沉濃度的增大,多糖含量逐漸升高,這是因?yàn)?0%、90%乙醇的極性更接近于多糖的極性,增加了牛肝菌多糖的溶解從而提高多糖提取量;而醇沉濃度為90%時(shí),相比較醇沉濃度為80%時(shí),多糖含量無顯著上升趨勢(shì),這可能是因?yàn)殡S著醇沉濃度的增加,含水量相對(duì)減少所導(dǎo)致的結(jié)果。因此,黑牛肝菌多糖提取時(shí),試驗(yàn)最佳醇沉濃度為80%,此時(shí)黑牛肝菌多糖提取效果較好。

      2.3正交試驗(yàn)根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果選擇合適的料液比(A)、超聲時(shí)間(B)、超聲功率(C)、醇沉濃度(D)為參考因素,以多糖含量為考察指標(biāo),采用L9(43)進(jìn)行正交試驗(yàn),對(duì)超聲提取牛肝菌多糖工藝進(jìn)行優(yōu)化,其試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知,各因素對(duì)黑牛肝菌多糖提取含量的影響程度從大到小依次為A、D、C、B,即料液比的影響程度最大,其次是醇沉濃度和超聲功率,超聲時(shí)間的影響程度最小;以黑牛肝菌多糖含量為考察指標(biāo)的最佳提取條件為A1B3C3D2,即料液比1∶25、超聲時(shí)間70min、超聲功率90%、醇沉濃度80%;在此條件下,提取黑牛肝菌多糖以進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn),所得多糖含量為79.41mg/g(n=3),此數(shù)值均大于正交試驗(yàn)各試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)果表明該提取工藝穩(wěn)定可行。

      2.4黑牛肝菌多糖抗氧化活性研究

      2.4.1不同醇沉濃度黑牛肝菌多糖對(duì)DPPH自由基清除能力比較。從圖6可以看出,多糖濃度為0.5~3.5g/L時(shí),不同醇沉濃度所得多糖溶液對(duì)DPPH自由基清除效果隨濃度增大,清除率明顯上升。當(dāng)多糖濃度為3.5~5.5g/L時(shí),多糖溶液對(duì)DPPH自由基清除效果逐漸趨于平緩,此時(shí)醇沉濃度為80%時(shí),所得多糖對(duì)DPPH自由基清除效果最好,清除率可達(dá)97.92%;醇沉濃度為50%時(shí),DPPH自由基清除效果較弱,清除率為85.79%。多糖濃度為0.5~2.0g/L時(shí),醇沉濃度為90%時(shí),多糖對(duì)DPPH自由基清除效果較其他醇沉濃度多糖效果明顯。不同醇沉濃度所得多糖對(duì)DPPH自由基清除效果隨濃度的增加而增強(qiáng),后續(xù)趨于平緩。醇沉濃度為50%時(shí),所得多糖清除率為21.24%~85.79%;醇沉濃度為60%時(shí),所得多糖清除率為27.71%~96.49%;醇沉濃度為70%時(shí),所得多糖清除率為27.48%~96.77%;醇沉濃度為80%時(shí),所得多糖清除率為34.99%~97.92%;醇沉濃度為90%時(shí),所得多糖清除率為38.56%~90.64%。當(dāng)多糖質(zhì)量濃度均為5.5g/L時(shí),醇沉濃度為60%、70%和80%時(shí),黑牛肝菌多糖對(duì)DPPH自由基清除效果接近,清除率分別是96.47%、96.77%、97.92%。試驗(yàn)結(jié)果顯示黑牛肝菌多糖對(duì)DPPH自由基有較強(qiáng)的清除能力。

      2.4.2不同醇沉濃度黑牛肝菌多糖對(duì)ABTS自由基清除能力比較。從圖7可以看出,多糖濃度為0.5~4.0g/L時(shí),不同醇沉濃度所得多糖溶液對(duì)ABTS自由基的清除效果明顯上升;多糖濃度為4.0~5.5g/L時(shí),多糖溶液對(duì)ABTS自由基清除效果逐漸趨于平緩。醇沉濃度為50%時(shí),黑牛肝菌多糖溶液清除率為29.87%~88.23%;醇沉濃度為60%時(shí),多糖溶液清除率為29.42%~96.99%;醇沉濃度為70%時(shí),多糖溶液清除率為31.77%~95.54%;醇沉濃度為80%時(shí),多糖溶液清除率為37.91%~99.80%;醇沉濃度為90%時(shí),多糖溶液清除率為35.80%~98.34%。不同醇沉溶度所得黑牛肝菌多糖溶液對(duì)ABTS自由基清除效果為80%>90%>60%>70%>50%。試驗(yàn)結(jié)果顯示牛肝菌多糖對(duì)ABTS自由基有較強(qiáng)的清除能力。

      2.4.3不同醇沉濃度黑牛肝菌多糖還原力比較。從圖8可以看出,多糖濃度為2~10g/L時(shí),不同醇沉濃度所得多糖溶液對(duì)鐵氰化鉀的還原能力明顯增強(qiáng),多糖濃度為10~12g/L時(shí),不同醇沉濃度所得多糖溶液對(duì)鐵氰化鉀的還原能力趨于平緩。多糖濃度為12g/L時(shí),80%醇沉濃度所得多糖對(duì)鐵氰化鉀的還原能力最強(qiáng),吸光度為0.789,醇沉濃度50%所得多糖對(duì)鐵氰化鉀的還原能力較弱,吸光度為0.713。不同醇沉濃度所得多糖溶液對(duì)鐵氰化鉀的還原能力均隨質(zhì)量濃度的增大而增強(qiáng),然后趨于平緩。由圖8可知不同醇沉濃度所得多糖對(duì)鐵氰化鉀的還原能力不同,80%醇沉濃度所得多糖最強(qiáng),其次為60%醇沉濃度所得多糖。試驗(yàn)結(jié)果顯示牛肝菌多糖對(duì)鐵氰化鉀具有較強(qiáng)的還原能力。

      3結(jié)論

      該試驗(yàn)以黑牛肝菌為原料,采用超聲波輔助提取,通過單因素及正交試驗(yàn)得黑牛肝菌多糖提取工藝條件,其最佳提取工藝條件為料液比1∶25、超聲時(shí)間70min、超聲功率90%、醇沉濃度為80%,在該提取工藝條件下,對(duì)黑牛肝菌多糖進(jìn)行提取,得多糖含量為79.41mg/g。以料液比1∶25、超聲時(shí)間70min、超聲功率90%對(duì)黑牛肝菌多糖進(jìn)行提取,選用不同醇沉濃度對(duì)糖提取液進(jìn)行沉淀,對(duì)所得多糖的抗氧化活性進(jìn)行了比較研究。根據(jù)結(jié)果綜合來看,當(dāng)醇沉濃度為80%時(shí),多糖提取物抗氧化活性最強(qiáng),多糖對(duì)DPPH、ABTS自由基清除率及總還原力吸光度分別可達(dá)97.92%、99.80%和0.789;醇沉濃度為50%時(shí),所得多糖對(duì)DPPH、ABTS自由基清除率及總還原力吸光度分別為85.79%、88.23%和0.713,抗氧化活性最低。結(jié)果表明黑牛肝菌多糖對(duì)自由基有較好的清除能力及還原作用。

      參考文獻(xiàn)

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