金针菇多糖的提取纯化及生物活性研究进展_申鑫玉.pdf

235 专题论述食品工业 2023 年第44卷第 2 期金针菇多糖的提取纯化及生物活性研究进展申鑫玉，黄悦同，阿依江特列吾汗，郑艳，岳喜庆*沈阳农业大学食品学院（沈阳 110866）摘要金针菇(Flammulina velutipes)是一种常见的食用菌,在我国资源较为丰富,其在食品和药品等领域都有很大的应用价值。金针菇多糖(Flammulina velutipes polysaccharide,FVP)作为金针菇的主要活性成分之一,具有抗氧化、抗肿瘤、免疫调节、改善学习记忆、抗炎及保肝等生物活性作用,被应用于膳食补充剂和功能性食品中。基于近年来国内外对金针菇多糖的研究现状,总结并对比金针菇多糖的提取和分离纯化方法,归纳金针菇多糖的结构及生物活性的研究进展,并对金针菇多糖可能的研究方向进行展望,旨在为深入研究金针菇多糖的构效关系及进一步开发与应用提供理论依据。关键词金针菇多糖;提取;分离纯化;结构;生物活性Research Progress on Extraction,Purification Methods and Bioactivities of Flammulina velutipes PolysaccharidesSHEN Xinyu,HUANG Yuetong,AYIJIANG Teliewuhan,ZHENG Yan,YUE Xiqing*College of Food Science,Shenyang Agricultural University(Shenyang 110866)Abstract Flammulina velutipes is a common edible fungus,which is a relatively abundant resource in China.It has a great application value in food and medicine fields.As one of the most important biologically active substances in Flammulina velutipes barriers,Flammulina velutipes polysaccharide(FVP)has been proved that it has antioxidant,antitumor,immunomodulatory,learning and memory improvement,anti-inflammatory and other bioactive effects.The FVP has been used in dietary supplements and functional foods.Stand on recent domestic and international studies,summarize and compare the extraction and purification methods of FVP.Furthermore,the current research stream in this field is summarized,and the direction for the future research in the FVP field is proposed.The theoretical basis for the future research on the structure-activity relationships in FVP is put forward,to provide the implications for the further development and application of the structure-activity relationships in FVP.Keywords Flammulina velutipes polysaccharide;extraction;separation and purification;structure;biological activity*通信作者；基金项目：辽宁省“兴辽英才计划”科技创新领军人才项目（XLYC1902083）金针菇（Flammulina velutipes）又名朴菇、智力菇、金菇等，是中国和日本最受欢迎的食用菌之一1。从历史上看，自公元800年以来，中国一直在种植供食用和药用。如今，金针菇作为膳食补充剂也被广泛应用于一些西方国家。金针菇是一种低热量的食物，不仅味道鲜美且具有很高的营养价值和药用价值，富含多种营养成分，如蛋白质、膳食纤维、维生素、矿物质元素及各种功能因子，这些物质均为人体所必需，长期食用对人体健康有益。近年来，金针菇中生物活性物质越来越受科研工作者所关注，已成为研究的热点，在功能性食品等方面具有良好的应用前景。在金针菇的子实体中已分离出许多具有生物活性的化合物，如多糖、类黄酮、蛋白质、酚类和倍半萜等。主要生物活性成分之一多糖，被证明具有免疫调节作用、抗氧化、抗肿瘤、抗疲劳、改善学习记忆能力、保肝等生物活性作用2-4。对近年来国内外金针菇多糖（Flammulina velutipes polysaccharide，FVP）的研究进行整理、归纳和总结，综述金针菇多糖的提取纯化技术、结构解析、生物活性及其作用机理，以期为深入研究多糖的构效关系及更好地发展工业化生产提供一定理论依据。1金针菇多糖的提取金针菇多糖的提取率受提取温度、提取时间、料液比、提取次数和初始pH等因素的影响，并且不同的提取方法对多糖得率，以及单糖组成、分子量和结构特征等均有一定影响。传统提取方法存在操作时间长等缺点，为提高提取效率，超声波辅助提取法等一系列方法得到发展。国内外应用的提取方法及优缺点如表1所示。1.1传统提取法热水提取法是最常见的传统提取方法之一，温度在60100，高于或低于最佳温度范围会使提取效率降低。热水提取法得到的多糖主要以-（13），（14），（16）糖苷键为主链的葡聚糖构成。刘晓敏等5通过单因素试验和响应面分析得到金针菇食品工业 2023 年第44卷第 2 期 236 专题论述子实体多糖的最佳提取条件：提取温度96、料液比140、提取时间2.26 h，在此条件下粗多糖得率为3.82%。传统的水提取法所需的高温可能会破坏金针菇中多糖的化学结构，进而影响生物活性。因此，多采用热水提取法与其他方法相结合。表1金针菇多糖的提取方法提取方法优点缺点参考文献热水提取法操作简单,条件温和,对设备要求低操作周期较长,可能破坏活性多糖结构15酸碱提取法比热水提取法的提取率更高易造成多糖糖苷键断裂或构象改变16超声辅助提取法高效、环保,成本低,重复性好,操作简单超声过程中温度难以控制,不利于工业化生产6-7酶辅助提取法操作简单,提取温度低,多糖特性良好成本相对较高,酶的活性受温度、浓度、pH等因素影响17微波辅助提取法提取时间短,提取率高多糖的化学结构会遭到破坏,设备成本较高18-19亚临界水萃取法提取时间短,经济、对环境友好可能引起多糖结构和构象的变化,受高温高压特性的限制20双水相萃取法环境友好,条件温和,易于工业化生产与多糖亲水性较低12,21高压脉冲电场提取法处理时间短,处理过程中不产生热量设备成本较高13超临界CO2萃取法无有机溶剂残留,提取温度低,环境友好设备投资费用较大,重复性低14酸碱提取法一般在热水提取法后进行，酸碱提取液可使多糖迅速沉淀，将样品干燥、粉碎，并用115（w/V）的沸水提取2 h，在4 下与等体积的0.8 mol/L三氯乙酸混合3 h，将上清液与95%乙醇混合，最终获得多糖。尽管传统提取方法易于实施，但需要较长的提取时间、大量的溶剂和高温，阻碍其广泛的商业应用。1.2超声辅助提取法超声波在金针菇多糖提取过程中对多糖结构产生空化效应及搅拌作用，空化会导致局部的压力和温度升高，致使细胞破裂，从而促进溶质分子的扩散性、溶解性和运输能力，但多糖的构象不会改变6。作用产生的瞬时高压或剪切力可破坏金针菇多糖链的三螺旋结构并降解为分子质量多糖，有效增加多糖的提取率。Zhao等7研究发现超声功率680 W、提取时间19.8 min、料液比128时，粗多糖得率为16.20%，提取率远高于传统提取方法。超声辅助提取可能会降解一部分可溶性多糖，但对多糖生物活性的影响并不显著。1.3酶辅助提取法酶可以有效催化金针菇细胞壁基质的水解和降解，从而释放出胞内生物活性物质。常用的酶有纤维素酶、胰蛋白酶、果胶酶和木瓜蛋白酶。陈贵堂等8研究发现，添加木瓜蛋白酶可以显著提高金针菇根部多糖得率，木瓜蛋白酶添加量1.5%、料液比120、酶解pH 5.5、酶解温度52、酶解时间82 min时多糖提取率为5.90%。此外，多酶水解具有协同作用，有利于打破分子间的物理化学联系，释放出更多的多糖，提高多糖提取率。1.4微波辅助提取法微波加热可对极性分子取向进行转变，使分子发生振动和旋转，细胞中的水分蒸发，从而增加分子间碰撞的频率及温度急剧上升导致内压增加9。巨大的压力使细胞破裂，进而使多糖分子释放。张斌等10以金针菇废渣为原料，利用微波辅助提取法从中提取多糖，确定料液比126、微波功率640 W、微波时间115 s为最佳提取条件，此条件下多糖得率为7.53%。该方法得到的多糖提取时间较短且提取率高，这可能是由于微波辐射会破坏细胞壁，使得内容物更好地与溶剂接触。1.5亚临界水萃取法亚临界水萃取法也称热压水提取法，是一种在高压下使水在超过沸点的情况下依旧保持液态的新技术。根据使用温度，该方法可以选择性地提取不同种类的化合物，极性较大的化合物在较低的温度下提取，极性较小的化合物在较高的温度下提取。程斌11研究表明，亚临界水萃取FVP的最佳提取条件为萃取压力7 MPa、料液比120、提取温度150、提取时间12 min，在此条件下多糖得率为5.21%。该方法的高温和高压可以提高代谢物的溶解度，但同时会引起多糖结构和构象的变化，导致其应用受到高温高压特性的限制。1.6其他提取方法近年来，对多相提取系统的关注度日益增加，双水相萃取法可以同时提取2种或多种组分多糖，逐渐被应用于小分子的分离纯化12。高压脉冲电场提取法是通过变压器将220 V直流电变为上千伏交流电，经过整流变回为高压直流电，该过程可使细胞壁瞬间破裂，导致细胞内容物流出13。超临界CO2萃取法是利用温度和压力使超临界CO2与待分离物质接触，使其有选择性地把极性、分子量和沸点不同的成分萃取出来14。关于提取金针菇多糖的研究中大多数集中在如何提高提取率上，而多糖的理化性质和化学结构很大程度取决于提取多糖的方式。对于比较提取方法与化学结构和理化性质之间的关系尚且缺乏研究。2分离纯化金针菇粗多糖通常含有各种杂质，包括蛋白质、色素及小分子物质等，这些杂质会影响多糖的结构和活性。除蛋白的主要方法有Sevage法、三氯乙酸法、237 专题论述食品工业 2023 年第44卷第 2 期蛋白酶水解法和三氟三氯乙烷法。Sevage法是最广泛且经典的除蛋白方法，此方法操作简单、成本低，但需重复多次。三氯乙酸法是将三氯乙酸与蛋白质结合形成不溶性盐从而使蛋白质变性。蛋白酶水解法对多糖的破坏小，但成本较高。三氟三氯乙烷法的去除率较高，但因其具有挥发性，不宜大量使用。在提取多糖的过程中可能会混入一些酚类物质，导致多糖溶液颜色加深，因此需要除去色素。常用的脱色素方法主要有活性炭吸附法、大孔树脂吸附法和过氧化氢（H2O2）法。活性炭吸附法主要是利用对色素具有吸附作用。该方法操作简单且成本较低，但多糖损失率较大。大孔树脂吸附法是根据其多孔结构对多糖进行脱色。该方法虽脱色率高但成本高，使用率较低。H2O2法是利用H2O2将色素氧化，进而除去色素。H2O2法操作简单、脱色率高且成本低，是除色素中使用率较高的方法。除去蛋白和色素后，多糖中还会混有一些小分子物质，因此要对多糖溶液进行透析。常