食用菌多糖研究热点及发展趋势.pdf

食用菌多糖研究热点及发展趋势 * 刘浪浪, 刘? 伦, 刘军海 (陕西理工学院化学与环境科学学院, 陕西 汉中 723001) ? ? 摘? 要: 天然绿色产品现已成为 21世纪人类研究和开发的热点之一。食用菌多糖作为一类保健食品和药品 的新资源, 具有多方面生物活性功能, 且品种丰富、 来源广泛, 也是食用菌深加工的高附加值产品, 具有十分广阔的 开发前景。简要介绍了食用菌多糖的种类和应用, 综述了食用菌多糖提取、 分离纯化的研究进展, 并探讨了其目前 的研究热点及发展趋势。 ? ? 关键词: 食用菌多糖; 保健食品; 药品 ? ? 中图分类号: S646? ? 文献标识码: A? ? 文章编号: 1009- 4725( 2009) 07- 0037- 04 Research focus and development trend on polysaccharide from edible fungi L iu Langlang , liu lun , L iu Junhai (College of Che m istry i healthy food ; drug ? 食用菌是一种具有种类繁多、 生物量大、 易培养 和营养丰富的微生物, 在自然界分布很广, 一般包含 在香菇、 草菇、 蘑菇、 木耳、 银耳、 牛肝菌等中。食用 菌含有丰富的多糖物质, 人们在对其产量和性质等 注重的同时, 对其成分的生物活性也非常关注, 食用 菌中的多糖大多以葡聚糖为主, 如具有 ?- 1, 2-葡 萄糖苷键结合的直链和 ?- 1 , 3- 葡萄糖苷键结合 的支链构成, 具有特殊的空间结构, 是食用菌的多种 主要功能成分 1, 其良好的生理活性, 对人类免疫 系统有重要的作用。 ? 药理研究结果表明食用菌多糖不仅具有抗炎、 抗凝血、 抗病毒、 降血糖脂、 延缓衰老等功能, 而且还 对多种致癌、 促癌物有抑制作用 2, 是一种具有特 殊功能的天然绿色类产品。随着现代科学技术的发 展和研究手段的提高, 人们对食用菌及其品质的研 究越来 越深 入。我们简 要介 绍了 食用菌 多糖 的应用领域, 综述了食用菌多糖提取工艺的研究进展, * 基金项目: 陕西理工学院大学生科研课题。 探讨了其目前的研究热点和今后的发展趋势。 1? 食用菌多糖的种类及生物活性 ? ? 食用菌多糖种类繁多, 一般可将其分为 4类: 杂 多糖、 甘露聚糖、 葡聚糖、 糖蛋白和多糖肽。目前已 经开发利用的食用菌多糖品种主要有灵芝多糖、 虫 草多糖、 酵母多糖、 裂褶菌多糖、 银耳多糖及香菇多 糖等等。 1 . 1? 食用菌多糖在医学中的作用 ? ? 随着人类生活节奏的加快和现代化工业生产对 环境的破坏, 人类免疫力逐渐降低, 发病率也逐渐上 升。食用菌多糖的医疗作用外深受欢迎, 因为除了 食用菌多糖具有可以控制细胞分化、 调节细胞生长 和防衰老等作用外, 其毒副作用不是很大, 即使摄入 量过高, 也不会对人体造成危害, 所以食用菌多糖在 医药治疗方面的开发应用越来越多的受到青睐。 ? 食用菌多糖作为抗肿瘤、 抗突变、 抗艾滋病 ( H I V)、 降血压新药, 主要应用于对人体多种致癌物 37 第 32卷 第 7期 2009年 7月 ? ? ? ? ? 化工科技市场 CHEM ICAL TECHNOLOGY MARKET? ? ? ? 的抑制。研究认为多糖的抗肿瘤作用表现在对肿瘤 发生的预防作用和对已产生的肿瘤细胞的杀伤作 用。其作用机理主要是通过直接杀伤肿瘤细胞或激 活免疫细胞的产生, 促进其生成多种细胞因子, 增强 机体免疫功能等途径抑制或杀死肿瘤细胞, 可激活 补体系统的主要途径, 增加中性白细胞对肿瘤细胞 的浸润, 促使宿主细胞尽快恢复因肿瘤及感染而引 起的体内平衡失调状态。 ? 例如香菇多糖在我国已被广泛地用于治疗胃肠 道肿瘤等疾病, 此外, 还有从黑木耳、 云芝、 灵芝、 金 针菇等食用菌中提取的多糖, 也研发出抗肿瘤新药。 食用菌多糖作为一类免疫增强剂, 抗肿瘤作用主要 是由于其具有免疫增强功能。食用菌多糖在降血糖 方面可通过促进胰岛素的分泌, 改善胰岛素抵抗, 加 速体内葡萄糖代谢及外周组织对葡萄糖的利用, 减 少对葡萄糖的吸收等途径降血糖。 1 . 2? 食用菌多糖在保健食品中的应用 ? 多糖是一切生物有机体不可缺少的成分, 同维 持生命力的多种生物机能成分联系在一起, 主要作 用于机体的免疫系统, 具有提高人体免疫功能的活 性。食用菌多糖具有良好的排毒养颜、 润肺益气、 健 脾和胃、 补肾利尿、 强精护扶、 健脑、 增寿等保健功 效。据研究发现食用菌多糖还具有降低胆固醇、 防 止血管硬化、 促进儿童生长发育的作用, 具有很大的 开发价值, 在保健品、 功能性食品等方面都可以得到 广泛应用, 也可将多糖加入茶、 咖啡、 啤酒中制成保 健饮料或作为食品添加剂加入面包、 糕点中, 不仅对 人体健康有好处, 还可起到改变食品风味等作用。 如灵芝多糖与刀豆素 A、 松茸、 羊胎素、 蜂胶、 初乳素 复合成功能性食品, 已取得很好的效果和经济效益。 2? 食用菌多糖的提取与分离鉴定 2 . 1? 食用菌多糖的提取 ? 食用菌多糖分胞外多糖和胞内多糖。对于提取 深层发酵液中的食用菌多糖, 常规提取一般是首先 将菌丝从发酵液中分离出来, 打浆处理, 然后用热水 提取法或其他方法从菌丝中提取胞内多糖。从滤液 中提取胞外多糖, 一般是先把滤液过滤, 再浓缩, 最 后用有机溶剂沉淀而得到。从多糖水溶液中提取多 糖, 首先可用透析或超滤等方法去掉小分子物质 (单糖、 寡糖、 氨基酸、 短肽、 无机盐等 ), 然后设法去 掉水分 1, 其具体提取步骤如下: ? 食用菌菌体 粉碎 热水浸提 过滤 浓缩 沉淀 离心分离 多糖粗品 干燥 粗多糖成品。 ? ? 目前提取食用菌多糖的方法一般有水提醇沉 法、 超滤浓缩提取法和较为先进的超声波提取法等。 2 . 1 . 1? 水提醇沉法 ? ? 根据多糖类物质易溶于热水而不溶于高浓度酒 精的原理, 食用菌多糖的提取通常采用水提醇沉法, 其提取步骤是: 食用菌原料 烘干 粉碎 过筛 水浴浸提 真空抽滤 浓缩 除蛋白 醇沉多糖 脱色 干燥 多糖, 烘干时间和筛的孔径由具体食 用菌的物化性质和实验测定。影响水提醇沉法的因 素很多, 有料水质量比、 提取时间、 提取温度、 乙醇醇 析质量分数、 提取次数等因素。如史琦云等 3通过 单因子实验和正交实验相结合的方法得出了杏鲍菇 在原料水质量比为 1!20 , 提取时间 3 . 5 h , 乙醇质量 分数为 75 % 时对多糖的提取效果最佳, 并通过进一 步优化提取工艺条件, 确定影响菌多糖得率的主次 因素分别为乙醇质量分数、 浸提比和提取时间。 ? ? 黄建城等 4 采用正交试验法对灵芝超微粉水 提液的中多糖含量进行了测定, 最佳提取条件为提 取温度为 100 , 提取时间为 2 h , 提取次数为 4次, 加水量为 10倍。确定的最佳工艺所得的灵芝多糖 含量较高, 但不一定能得到纯的多糖, 其中含有较高 的灵芝干浸膏, 如果要得到单一多糖, 还需要更加精 细的方法, 如采用色谱、 电泳、 超滤等技术进行分离 纯化, 这可为实际生产提供了理论参考。 ? ? 水提醇沉法是目前较为常见的食用菌多糖提取 方法, 较适合工业化大规模生产, 但该工艺的缺点是 耗时长, 提取过程的醇使用量大, 且多糖是热敏性物 质, 长时间在高温下会影响其生物活性, 所以在技术 上并不十分完善, 相信研究者在生产研究当中一定 会将水提醇沉法工艺条件得到进一步优化。 2 . 1 . 2? 超滤浓缩提取法 ? ? 超滤提取具有无相变、 分离效率高、 无需添加化 学试剂、 无污染、 无需加热、 耗能低、 、 条件温和、 流程 短等优点, 在生物工程及中药制剂的生产中得到了 广泛的应用, 可代替传统的过滤、 萃取等分离技术。 用于食用菌多糖提取, 其作用机理是在超滤过程中, 溶剂和低分子溶质透过膜的同时, 大分子多糖的扩 散系数、 传质系数小, 被截留在膜表面处积累, 然后 再进一步分离纯化。采用超滤工艺进脱除截留液蛋 白质后, 可直接干燥获得粗多糖。其提取工艺流程 为: 食用菌原料 烘干 粉碎 热水浸提 离心 超滤 醇析 真空干燥 粗多糖产品。 ? ? 如张珏等 5采用发酵灵芝菌丝体多糖, 得出超 滤浓缩法提取灵芝菌丝体水提胞内多糖的条件: 超 38化工科技市场? ? ? ? ? ? ? 第 32卷第 7期 滤膜截留相对分子质量 10 000 , 压差 0. 2MPa , 料液 质量浓度 15 . 79 g/L。并与减压浓缩醇沉法进行比 较, 超滤浓缩法提取的多糖杂质少, 多糖含量高, 可 提高提取多糖的纯度和品质, 又可减少大量醇沉溶 剂的消耗, 大大降低生产成本。 ? 此外, 超滤法在食用菌多糖提取中具有较高的 多糖得率, 且对多糖的功能特性不会产生大的影响, 如梅秀明等 6 报道采用了内压式中空纤维膜超滤 装置对乳酸乳球菌乳亚种发酵液中胞外多糖进行超 滤 浓 缩 分 离。经 研 究 结 果 表 明 在 操 作 压 力 0 . 08MPa , 操作温度 25 的条件下, 用膜超滤经离 心除菌的发酵液, 发酵液的体积浓缩了 5倍多, 而胞 外多 糖 的 质 量 浓 度 从949. 54 mg/L 上 升 到 4 790 mg/L。 可以看出将超滤法应用于食用菌多糖 的提取分离中, 无疑具有一定的技术优势和发展潜 力。 ? 杨祖金等 7 采用卷式超滤膜对灵芝多糖进行 分离提纯研究, 得出超滤提取灵芝多糖的最佳工艺 条件为: 膜截留相对分子质量 60 000 、 超滤温度 45 50 、 超滤压力 0 . 6MPa 、 时间 45 m in , 制得灵 芝多糖的纯度为 73. 5 %, 回收率为 69 . 4 %。可以预 见, 超滤膜技术用于提取灵芝多糖效果较好, 其产业 化前景十分看好。 ? 超滤用于食用菌多糖提取具有明显的优势, 超 滤提取工艺不会破坏多糖的结构成分及特性, 且减 少了温度对多糖的影响。相信在研究工作者的努力 下, 超滤提取技术必将逐步应用于工业生产中, 推动 食用菌深加工工业的发展。 2 . 1 . 3? 超声波提取法 ? 超声波提取技术是指以超声波辐射产生的骚动 效应、 空化效应和热效应, 引起机械搅拌、 加速扩散 溶解的一种利用外场介入的强化溶剂提取方法。 # 空化现象可产生瞬间几千帕压力, 使提取介质中 的微小气泡压缩、 爆裂, 破碎提取原料和细胞壁, 加 速目标提取物的溶出, #机械振动和 #热效应进一 步强化了溶出成分的扩散, 整个过程在瞬间完成, 从 而提高了破碎速度, 缩短了破碎时间, 极大地提高提 取效率, 可大大缩短提取成本, 提高产品质量, 是当 前浸出提取中最具前途的提取技术。用于食用菌超 声提取步骤是: 食用菌原料 烘干 粉碎 超声浸 提 薄膜蒸发 高速离心 真空冷冻干燥 食用菌 多糖。 ? 张磊以 95 % 乙醇为溶剂进行了香菇多糖的超 声提取, 并采用正交试验确定了香菇提取多糖的最 佳工艺条件为: 超声时间在 20 m in最佳, 最佳提取 温度在 60 , 最佳料液质量比为 1!10 , 获得很高的 提取率。 ? ? 超声提取几乎能对食用菌中多糖的提取率达到 最大限度, 高玉荣等采用正交试验优化了超声波提 取多糖的工艺条件, 当超声时间在 60 120 m in时, 多糖质量分数已趋于平衡不再增加。因此, 超声波 辅助提取的适宜时间为 60 m in , 并得出最佳工艺条 件为: 超声功率 1 300W、 超声提取时间 60 m in 、 料 液温度 70 、 料液质量比 1!9 , 在此工艺条件下, 测 得提取液中多糖质量分数为 0 . 9 %。 ? ? 王珲等探讨超声波辅助技术在香菇柄多糖提取 中的应用, 确定从香菇柄中提取多糖的最佳工艺。 采用正交试验方法, 考察超声波处理时间、 超声频 率、 超声温度及料液比等因素对香菇柄中多糖类成 分提取的影响, 同时与传统提取法进行比较, 优势明 显。 ? ? 相对于传统的提取方法, 超声提取可显著提高 食用菌多糖产率。但超声提取技术目前主要在实验 当中进行, 应用于工业生产中尚存在一定的技术难 度。相信在研究者的共同努力下, 超声提取将会在 食用菌提取多糖的工业生产中能规模化的使用, 并 会取得很好的经济效益。 2 . 1 . 4? 其他方法 ? ? 食用菌其他的提取方法有酶提法、 碱浸提取法、 酸提取法、 盐析法等, 这些提取方法相比其他方法起 步较晚, 相关的研究见于报道的并不是很多。 ? ? 酶提法的原理是利用酶 (常使用纤维素酶、 果 胶酶和蛋白酶等 )除去食用菌细胞壁和膜上的纤维 素、 果胶及蛋白质等成分, 使得细胞壁内多糖溶出, 从而提高多糖提取率, 但是由于溶出物多, 也给后续 的产物分离带来困难。 ? ? 对于酸性多糖质量分数较多的食用菌, 使用碱 浸提取法有利于酸性多糖的浸出, 其原理是利用碱 对细胞具有破坏作用, 使细胞壁降解而使得多糖成 分的浸出。如陈玮等 11研究了碱法提取食用菌多 糖的最佳工艺为: 氢氧化钠浓度 0 . 7 mol/L, 料液质 量比 1!60 , 温度 100 , 提取时间 5 h , 质量分数为 80 % 的乙醇。酸提取法与碱提取法原理大同小异, 即利用酸对食用菌实体的细胞的破坏作用, 使细胞 壁因水解而变得酥松而有利于糖分的浸出。然而由 于碱对多糖具有降解作用, 这使得胞内多糖的性质 受到影响, 同时酸对多糖具有水解作用, 用酸处理菌 体后, 酸会破坏多糖的糖苷键而形成较多的单糖, 多 392009年 7月 ? ? ? ? ? ? 刘浪浪等: 食用菌多糖研究热点及发展趋势 糖的含量受到限制。 ? 酸碱提取过程中 p H 等工艺条件的优化, 酶法 提取中酶的选择等问题, 是开发食用菌多糖提取分 离的瓶颈。对于这方面的研究工作还不够深入, 有 待于作更一步深入的研究。 2 . 2? 食用菌多糖的分离鉴定 2 . 2 . 1? 多糖的分离 ? 生物活性与多糖分子的结构的关系十分重要, 所以, 对提取出来的多糖进一步分离纯化, 是十分有 必要的。由于提取的粗多糖有多种多糖, 因此需要 对多糖混合物进行多级分离, 分离多糖的一般常用 的方法有: 分级沉淀、 超滤膜分离、 超离心法、 分子筛 分级、 高压电泳法等 9。超离心法利用多糖分子质 量的不同而进行分离纯化。分级沉淀利用多糖对乙 醇的难溶解性, 采用乙醇分级沉淀, 对低纯度的食用 菌多糖进行纯化。超滤技术是一种新发展起来的现 代分离技术, 采用超滤技术从食用菌浓缩纯化、 澄清 多糖, 还可有效地去除多糖中的金属离子和低分子 质量 (相对分子质量 1 000)物质如单糖、 含氮物 质、 无机盐等。采用合适的超滤膜能够有效地分离 提纯食用菌多糖, 进一步提高多糖得率。此外, 郝 强 10报道的 Sakai Takeshi等发明了一种新的阴离 子交换树脂, 它能够应用于酸性多糖降解酶的纯化, 降低纯化费用, 操作也更简单易行。 2 . 2 . 2? 多糖的鉴定 ? 多糖的纯度不能用通常化合物的纯度标准来衡 量, 因为即使是多糖纯品其微观也是不均一的, 多糖 的纯度只代表相似链长的平均分布。一般纯度鉴定 方法有: 紫外光谱、 红外光谱等。如紫外光谱法在 260 280 nm 处用于检测食用菌多糖中是否含有蛋 白质、 核酸和多肽类。但此方法要求所测样品具有 一定挥发性, 且其工作量大, 实验繁琐, 因而在食用 菌多糖中应用的比较少。另外还有高效液相色谱法 及比旋度法等 11, 一般需结合两种及其以上的方法 进行鉴定。 3? 结束语 ? 食用菌在我国具有很大的产量, 目前, 中国研发 的食用菌多糖医疗保健产品已经上市, 受到国内外 广泛关注。食用菌是一种资源量大而且易于培养的 资源, 中国菌源非常丰富。随着人们对食用菌多糖 活性成分功能性和营养性的深入研究, 以及提取工 艺的不断完善, 食用菌多糖将在医药、 保健品、 食品、 饮料及其他领域得到越来越广泛的应用, 并可望成 为治疗肿瘤的替代品。传统的提取方法和工艺流程 的缺陷严重制约了食用菌多糖产品的产量和品质, 造成食用菌多糖等深加工产品在国际上缺乏竞争 力。因此, 寻找一种有效的提取分离技术是迫切需 要解决的问题, 也是目前食用菌多糖的研究热点。 超滤法、 超声提取法等新型的提取技术具有提取率 高, 多糖品质好等优点, 对这些技术进行更深入的研 究, 并使其应用于规模化生产将是今后的发展趋势。 ? ? 目前提取多糖的方法很多, 每种都有其优缺点。 要根据提取物性质、 提取成本、 工艺设备等选择高效 率、 低能耗的提取工艺, 并对提取工艺优化以适应规 模化的工业生产需求, 这也是近年来食用菌多糖的 研究热点之一; 也对促进我国食用菌产业进一步向 产业化、 现代化方向发展, 和提高工业经济效益等方 面有着重大的意义。相信随着现代分离技术和生化 技术的发展, 食用菌多糖的提取会进入新的时代, 在 抗肿瘤和提高人体免疫功能等医药方面发挥更大的 作用。 参考文