提取方法對真菌多糖得率及結(jié)構(gòu)特征影響研究進(jìn)展

早在三千多年前,我國就有栽培菌菇并作為食用菌的記載。食用菌類一般為高等真菌的子實(shí)體,在我國已發(fā)現(xiàn)的品種至少有350 種,常見的食用菌類型有蘑菇、草菇、香菇、靈芝、金針菇、黑木耳、松口蘑等。其中部分可作藥用,如具有補(bǔ)中、固腎、益脾、補(bǔ)肺、止血作用的靈芝,滋陰、補(bǔ)腎、潤肺、強(qiáng)精、補(bǔ)血提神的銀耳,對消化道腫瘤有較好療效、可治療神經(jīng)衰弱、消化不良等慢性疾病的猴頭菇,止血外敷藥的馬勃等。國際上多糖被稱為“生物反應(yīng)調(diào)節(jié)物”(biological reaction modulator,BRM),作為食用菌一種重要的生理活性物質(zhì),食用菌多糖具有可提高人體免疫力、治療腫瘤、哮喘和糖尿病等疾病等藥用功效,可作為機(jī)體免疫的增強(qiáng)和激活劑,在臨床治療中已有廣泛運(yùn)用[1]。目前學(xué)者對食用菌多糖進(jìn)行的熱點(diǎn)研究集中于真菌多糖的提取效率和得率的提高,多糖結(jié)構(gòu)、分子質(zhì)量和生物活性等。提取工藝作為食用菌多糖研究的首要前處理環(huán)節(jié),除了獲得高得率的多糖外,往往對獲得多糖結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生重要的影響。因此本文對目前研究較常使用的食用菌多糖提取方式、得率和對應(yīng)多糖結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行概括和綜述,為將來多糖構(gòu)效關(guān)系的研究提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。

1 食用菌多糖現(xiàn)代提取工藝

常用真菌多糖提取方法有熱水提取法、酶提取法、超聲輔助提取法、堿提取法等,多糖的提取率及結(jié)構(gòu)的差異受提取溫度、料液比、提取功率、提取次數(shù)等因素的影響。食用真菌多糖的提取方法和步驟與其他植物多糖相似,其工藝流程大致為：食用菌子實(shí)體→粉碎→加水浸提→過濾→蒸發(fā)濃縮→除蛋白→沉淀→離心→干燥→食用菌多糖。為了提高效率和提取率,科研工作者往往也使用一些其他方法進(jìn)行輔助水浸提法,如：超聲-微波協(xié)同法、超聲波酶法、微波協(xié)同酶法。

1.1 超聲-微波協(xié)同法

超聲-微波協(xié)同提取法可克服單一超聲波或微波提取處理的缺陷,如單一超聲波法提取平均回收率較低,單一微波提取法易受溶劑特性影響、樣品量大時(shí)溫度分布不均等。超聲-微波協(xié)同提取法與傳統(tǒng)的微波和超聲波提取相比更安全,并且具有檢測樣品量大、受溶劑影響小等優(yōu)點(diǎn)。2種方法協(xié)同使用,可利用微波產(chǎn)生的能量和超聲波對細(xì)胞的破壞能力加速有效成分的溶出,來減少萃取時(shí)間以及降低能耗。超聲-微波協(xié)同法提取靈芝多糖比熱水法減少了3/4的提取時(shí)間、效率可提高26.27%,提取率是熱水提取的2倍,應(yīng)用于水溶性膳食纖維的提取時(shí),與傳統(tǒng)酶法提取相比得率可提高46.88%[2]。

1.2 超聲波酶法

超聲波酶法是利用超聲波將提取原料的細(xì)胞壁震碎破壞,擴(kuò)大可溶性物質(zhì)透過細(xì)胞多孔透析膜的通量,并協(xié)助酶更好地降解細(xì)胞內(nèi)物質(zhì),如蛋白酶可破壞肽鍵,水解蛋白質(zhì)；纖維素酶可以降解細(xì)胞中的纖維素,進(jìn)而提取出更多的多糖并提高多糖提取率。超聲波酶法提取粗提取物中的多糖含量比超聲法提取多糖高20%以上,如超聲波酶法提取靈芝多糖,粗提取物中的多糖含量達(dá)到57.62%,是超聲波法提取多糖的1.8倍[3]。

1.3 微波協(xié)同酶法

微波輻射是高頻電磁波穿透萃取介質(zhì)到達(dá)物料細(xì)胞后,細(xì)胞吸收微波能后溫度上升而產(chǎn)生內(nèi)外壓力的過程,壓力使植物細(xì)胞膨脹破碎進(jìn)而釋放功能性成分。微波結(jié)合酶法是利用微波具有的加熱高效性和酶對植物細(xì)胞組織間質(zhì)中的胞間結(jié)構(gòu)的破壞,使細(xì)胞破碎率進(jìn)一步升高,同時(shí)水分子在微波場下高速轉(zhuǎn)動形成激發(fā)態(tài),并釋放出能量傳遞給其他物質(zhì)分子,促進(jìn)了溶劑分子熱運(yùn)動加快,縮短萃取時(shí)間、降低萃取溫度,溶出更多的多糖。因微波結(jié)合酶法具有高效性、操作簡便、得率高、產(chǎn)物易于純化等特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物的提取,如微波協(xié)同酶法相比單一酶法提取的金針菇多糖得率可由17.26%提高至21.76%[4]。

1.4 超高壓提取法

超高壓提取全稱為超高冷等靜壓提取,是指采用50～1 000 MPa的流體靜壓力處理目標(biāo)物質(zhì)。在超高壓提取的升壓過程中,溶劑通過滲透作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,在此過程中細(xì)胞的結(jié)構(gòu)在超高壓下受到不同程度的破壞。在保壓時(shí),細(xì)胞內(nèi)容物與進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部的溶劑接觸并溶于溶劑中；而在泄壓后細(xì)胞外部的壓力減小至零,由于反向高滲透壓差作用導(dǎo)致有效成分溶出,達(dá)到提取的目的,是一種非熱力學(xué)提取法。CHEN等[5]運(yùn)用超高壓技術(shù)提取蟲草多糖,多糖得率在300～400 MPa時(shí)迅速增加,在時(shí)間不變的情況下,多糖提取率隨溫度和壓力的升高而增加。超高壓過程中,細(xì)胞膜內(nèi)外的壓差很大,更多的溶劑進(jìn)入細(xì)胞,細(xì)胞壁在較高壓力下容易破壞和溶解,誘導(dǎo)更多化合物滲透至細(xì)胞膜中。高壓破壞了蛋白質(zhì)和糖之間的鍵,使膳食纖維溶于提取液中,從而增加了葡聚糖含量。另一方面,高靜水壓結(jié)合熱水法提取可保護(hù)β-糖苷鍵不被破壞,較大程度地保留了多糖的生物活性。

不同提取方法會影響多糖的結(jié)構(gòu),如熱水提取的靈芝子實(shí)體多糖主要以β-(1→3)、(1→4)、(1→6)糖苷鍵為主鏈的葡聚糖構(gòu)成,而堿提法獲得的多糖則以β-(1→3)糖苷鍵連接,具有前者結(jié)構(gòu)的多糖具有較高抗氧化活性,而后者則有較強(qiáng)抗腫瘤活性和免疫調(diào)節(jié)作用[6]。此外提取方式對多糖中醛酸含量有重要影響,熱水和超聲提取靈芝多糖的醛酸含量分別約為9.89%和14.41%,后者具有較高的抗氧化活性[7]。目前的研究大多對一種食用真菌的不同提取方法進(jìn)行對比,缺少系統(tǒng)性的概括,本文將不同提取方法和不同品種食用真菌間的多糖得率和結(jié)構(gòu)進(jìn)行歸納總結(jié),便于篩選各食用真菌多糖的較優(yōu)提取方法和結(jié)構(gòu)特征,為食用真菌多糖深加工提供指導(dǎo)。

2 不同提取方法對多糖得率和結(jié)構(gòu)的影響

2.1 靈芝多糖

靈芝多糖主要由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、巖藻糖、木糖和阿拉伯糖組成,其具有分子質(zhì)量和分支程度較高的三級結(jié)構(gòu)以及不同的組分,包括β-葡聚糖、雜β-葡聚糖、雜聚糖或α-甘露聚糖、β-葡聚糖組成的復(fù)合物。同型葡聚糖是由α-或β-連接的葡萄糖單元組成的主鏈為直鏈或支鏈聚合物,如(1→3)、(1→6)-β-葡聚糖和α-(1→3)-葡聚糖,可以以非支鏈β-(1→3)-連接主鏈或具有β-(1→6)分支的β-(1→3)連接主鏈；雜葡聚糖側(cè)鏈包含葡糖醛酸、木糖、半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖或核糖作為主要成分或以不同形式組合。其他聚糖通常在主鏈中含有除葡萄糖以外的單元,根據(jù)主鏈的單糖組成可分為半乳聚糖、巖藻聚糖、木聚糖和甘露聚糖。雜聚糖側(cè)鏈包含阿拉伯糖、甘露糖、巖藻糖、半乳糖、木糖、葡萄糖和葡萄糖醛酸,它們以不同組合的形式存在。熱水提取的靈芝子實(shí)體多糖結(jié)構(gòu)為以β-糖苷鍵連接的雜聚糖,其中菌絲體多糖則是以α-D-(1→6)葡萄糖、α-D-葡萄糖、α-D-甘露糖為主鏈的雜多糖,單糖組成為葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖。子實(shí)體則由葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、甘露糖、木糖、果糖構(gòu)成。不同的提取方法對靈芝子實(shí)體的多糖組成也有差異,超聲提取下的靈芝子實(shí)體多糖并未發(fā)現(xiàn)木糖和果糖,但存在巖藻糖。如表1所示,靈芝多糖的超聲法提取得率比熱水法更低,可能由于該多糖受提取溫度影響大于超聲波功率[8],同時(shí)超聲提取時(shí)靈芝多糖更易被破壞降解,導(dǎo)致分子質(zhì)量降低[7]。

表1 不同提取方法對靈芝多糖得率以及結(jié)構(gòu)的影響

Table 1 Effects of different extraction methods on the yield and structure of Ganoderma lucidum polysaccharides

微波功率和提取時(shí)間對靈芝多糖得率影響較大,一般微波功率越大,提取時(shí)間越短產(chǎn)率越高,但熱穩(wěn)定性化合物可能受高功率微波的影響發(fā)生分解而降低了萃取效率。酶法提取靈芝多糖效果相對較好,不同種類的酶復(fù)配及用量、酶解條件等對得率有很大影響。木瓜蛋白酶、破壁酶、纖維素酶和果膠酶都對靈芝粗多糖的提取效果較好,這可能是由于這些酶促進(jìn)了細(xì)胞壁中果膠、纖維素等物質(zhì)的溶解,并導(dǎo)致多糖的溶出[9-10]。

2.2 蟲草多糖

蟲草是一種稀有食品,目前已分離出4種天然蟲草多糖,第1種天然蟲草多糖為葡聚糖,主鏈重復(fù)的骨架大多數(shù)是以α-(1→4)鍵連接的葡萄糖,分支點(diǎn)主要位于C6位,此外還含有(1→3)糖苷鍵連接的半乳糖和(1→2)鍵連接的甘露糖殘基,以及少量(1→6)和(1→4,6)連接的甘露糖殘基,端基為葡萄糖；第2種多糖主要為α-(1→2)-連接的甘露糖,分支點(diǎn)位于甘露糖殘基,支鏈部分由(1→3),(1→5),(1→4),(1→6)-半乳糖殘基組成,非還原端為半乳糖和甘露糖；第3、4種都通過堿法提取的,第3種為甘露聚糖,主鏈部分是以α-(1→6)-甘露糖殘基線性連接,在O-2和O-4位有分支,其中O-2與α-(1→2)-甘露糖殘基或半乳呋喃糖鏈相連,O-4與半乳呋喃糖鏈相連,分支的半乳糖鏈由β-(1→5)-半乳糖和β-(1→6)-半乳糖交替連接或以β-(1→6)-半乳糖殘基連接至甘露糖殘基的O-2和O-4位,端基為半乳糖；第4種是一種β-(1→3)-葡聚糖,在葡萄糖的C-6位置分支,端基為葡萄糖。在天然蟲草子實(shí)體中提取得到的3種多糖主鏈均為α-1,4-葡萄糖,單糖組成以葡萄糖為主,并含有少量半乳糖和甘露糖。而菌絲體多糖的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,主要以1,4-葡萄糖和1,4-半乳糖為主鏈,由葡萄糖、半乳糖和甘露糖組成,以及少量的阿拉伯糖和半乳糖酸。

使用熱水法提取蟲草多糖過程中若熱水溫度>70 ℃、時(shí)間>40 min會造成多糖水解并降低得率。與熱水提取法相比,微波與超聲法的多糖得率較高,但應(yīng)注意控制浸提時(shí)間和超聲功率[14]。超聲法利用空化作用使細(xì)胞破裂,但超聲波空穴作用會產(chǎn)生較強(qiáng)的剪切力,而當(dāng)超聲功率>105 W、超聲時(shí)間>40 min時(shí)會嚴(yán)重破壞蟲草多糖的結(jié)構(gòu),并使其他雜質(zhì)溶出而導(dǎo)致多糖得率下降[15]；而微波輻射能直接穿透真菌細(xì)胞介質(zhì),由于極性物質(zhì)在微波輻射過程中的強(qiáng)吸收作用,使多糖分子偶極矩發(fā)生變化并產(chǎn)生分子振動,從而加熱物料使得細(xì)胞內(nèi)部的水分氣化,產(chǎn)生的壓力能使真菌細(xì)胞壁破損,從而釋放真菌細(xì)胞中的多糖[16]。使用酶提取法提取蟲草多糖是利用酶使組織細(xì)胞壁以及壁上的纖維素等物質(zhì)酶解提高得率,酸性蛋白酶效果優(yōu)于堿性蛋白酶,這可能由于在酸性條件下對蟲草細(xì)胞破壞更大所導(dǎo)致[17]。

冷熱水、微波、超聲、酶解提取蟲草(菌絲體)多糖后對多糖的糖苷鍵和糖環(huán)的類別沒有顯著影響,其中微波和熱水提取法的多糖得率較高,但提取率為酶解和微波法較高,冷熱水的提取率較低；如表2所示,5種提取方法提取的蟲草多糖分子質(zhì)量分布于4.2～2 940 kDa,分子質(zhì)量分布主要集中于極高分子質(zhì)量的多糖中(2 414～2 940 kDa),分子質(zhì)量大小為：微波>熱水>超聲>酶解>冷水,輔助提取后半乳糖和甘露糖的占比也隨之升高,酶法提取最高；黏度大小為：酶解>微波>熱水>超聲>冷水,以上結(jié)果表明通過加熱、微波等輔助手段的提取方式可能更容易破壞蟲草組織細(xì)胞結(jié)構(gòu),促進(jìn)高分子質(zhì)量多糖的溶出,進(jìn)而影響多糖組分分布；其中微波、熱水和酶解處理可能會使蟲草多糖的多螺旋結(jié)構(gòu)向單螺旋或片狀轉(zhuǎn)變,而超聲使其向介于螺旋形和片狀之間的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,總體而言對多糖結(jié)構(gòu)影響較小[18]。

表2 不同提取方法對蟲草多糖得率以及結(jié)構(gòu)的影響

Table2 Effects of different extraction methods on yield and structure of Cordyceps sinensis polysaccharides

續(xù)表2

2.3 銀耳多糖

多糖的主要結(jié)構(gòu)由單糖殘基的位置和序列、糖苷鍵的位置和手性決定,這些因素導(dǎo)致多糖結(jié)構(gòu)具有多樣性。銀耳多糖的主要結(jié)構(gòu)以α-D-甘露糖為主鏈,其中甘露糖C-2連接有β-D-木糖、β-D-葡萄糖醛酸和β-D-木二糖,該鏈具有左旋三螺旋對稱結(jié)構(gòu),此外連接有6個(gè)甘露糖殘基組成的支鏈；還有研究發(fā)現(xiàn)其多糖鏈?zhǔn)怯?1→3)連接的葡聚糖和(1→2)或(1→4)為主要糖苷鍵連接的甘露糖。銀耳子實(shí)體和菌絲體多糖在單糖組成上存在細(xì)微差別,銀耳子實(shí)體是以甘露糖為主鏈且有多個(gè)分支的酸性雜多糖,主要由甘露糖、葡萄糖醛酸、木糖和巖藻糖組成；菌絲體多糖則是由α-(1→3)-D-甘露糖為主鏈,C2位上連有β-D-葡萄糖醛酸和β-(1→2)-D-木糖殘基,單糖組成為甘露糖、葡萄糖醛酸、木糖、半乳糖的吡喃型多糖。

超聲提取的銀耳多糖不含還原糖、淀粉型多糖和蛋白質(zhì),部分組分含有糖醛酸[20]；多糖的得率受提取次數(shù)影響較大,超聲處理時(shí)間過長很容易使銀耳多糖結(jié)構(gòu)破壞,提取次數(shù)超過2次之后得率即開始下降[21],這可能是由于超聲的空化作用導(dǎo)致多糖分子質(zhì)量降低。與熱水浸提法相比,超聲提取后銀耳多糖的單糖組成缺少巖藻糖且葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)變?yōu)橹行云咸烟?可能是由于超聲空化導(dǎo)致多糖糖苷鍵斷裂,進(jìn)而產(chǎn)生小分子質(zhì)量多糖所致[22]。

高溫高壓法提取多糖時(shí),100 ℃的高溫有利于多糖的浸出,在2 h后趨于平緩,如表3所示,高溫高壓輔助提取銀耳多糖的效果優(yōu)于超聲波處理效果[21]。堿和酶法也可用于銀耳多糖的提取,多糖得率與堿濃度呈正相關(guān)性,堿處理有助于多糖的溶出,加入少量硼氫化鉀可防止堿對多糖結(jié)構(gòu)的降解；多糖得率：復(fù)合酶法>堿提法>水提法,且復(fù)合酶提取得率高于單一酶法提取[23]；雖然酶法提取較為溫和,但提取過程由于需要考慮調(diào)整pH,可能會出現(xiàn)多糖提取液黏度增大、難過濾、蛋白質(zhì)雜質(zhì)較多等問題[24],但銀耳多糖提取液在pH 4.5～10.5具有良好的酸堿穩(wěn)定性。

表3 不同提取方法對銀耳多糖得率以及結(jié)構(gòu)的影響

Table3 Effects of different extraction methods on the yield and structure of Tremella fuciformis polysaccharides

濕法打漿是部分真菌多糖提取方法的前處理步驟,但目前只在銀耳提取中應(yīng)用較多,暫無發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于其他真菌多糖的提取。當(dāng)銀耳吸水膨脹后,組織結(jié)構(gòu)和質(zhì)地變得松軟,打漿機(jī)更易將組織細(xì)胞打碎從而溶出更多的多糖,濕法打漿能較好地保護(hù)銀耳多糖結(jié)構(gòu)。但由于銀耳吸水后的細(xì)胞組織膨大,加上其膠質(zhì)和糖類的溶解作用,導(dǎo)致打漿后的銀耳提取液變黏稠而過濾困難。為提高過濾的效率,可采用提高料液比或離心后再用200目濾網(wǎng)過濾的方式進(jìn)行處理,可減少溶液過濾而堵住濾孔。陳麗娟等[25]發(fā)現(xiàn)濕法打漿的得率是傳統(tǒng)熱水浸提法的2.2 倍,時(shí)間僅為其1/60,主要影響因素大小為：料液比>打漿時(shí)間>加水的溫度,濾渣中多糖含量僅為(1.13±0.21)%,效能顯著提升,2種方法提取的銀耳多糖分子質(zhì)量十分相近。

2.4 杏鮑菇多糖

杏鮑菇多糖為一種吡喃型多聚糖,ZHENG等[29]從中分離了2種多糖,其中一種由(1→4)-D-葡萄糖、(1→3,4)-D-葡萄糖、(1→6)-D-半乳糖、(1→3)-D-甘露糖和端基葡萄糖組成,另一種由(1→4)-D-葡萄糖、(1→3,4)-D葡萄糖、(1→6)-D-半乳糖、(1→3,6)-D-甘露糖、(1→3)-D-甘露糖、(1→3)-D-葡萄糖和端基葡萄糖組成。杏鮑菇子實(shí)體和菌絲中多糖組成成分相同,但是摩爾比例卻有顯著差異,菌絲中葡萄糖摩爾比較高[29]。

熱水提取的杏鮑菇多糖沒有蛋白質(zhì)和核酸,微波和熱水法提取杏鮑菇多糖得率相差不大,但微波提取時(shí)微波可穿透杏鮑菇細(xì)胞直接作用于內(nèi)部,加快杏鮑菇多糖從原料內(nèi)部向外部的界面擴(kuò)散和擴(kuò)散速度,增大多糖溶解度和介質(zhì)驅(qū)動力,提取速度提高數(shù)倍[30]。

石翛然[31]利用超聲法提取杏鮑菇多糖,發(fā)現(xiàn)超聲功率在200 W和溫度>60 ℃后得率變化不顯著,可能是由于多糖分子運(yùn)動速率減小和分解作用造成。

在溫和的提取條件下為了避免多糖被分解,可以使用酶來輔助提取多糖,凡軍民等[32]通過各單因素顯著性分析對纖維素酶提取杏鮑菇多糖的最佳工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,試驗(yàn)表明隨著加水量的增大,多糖提取率也迅速增加,料液比在1∶30(g∶mL,下同)時(shí)基本達(dá)到最大。取1∶30為最優(yōu)料液比加酶,當(dāng)酶添加量為0.35%時(shí)多糖提取率達(dá)到最高,之后加酶量增加提取率保持不變,這可能是因?yàn)楫?dāng)酶添加量低于最佳酶量時(shí),杏鮑菇酶解不完全導(dǎo)致多糖溶出較少,當(dāng)酶添加量超過最佳時(shí),酶與底物接觸面積過剩反而降低了反應(yīng)速率。由此可得出料液比1∶30、酶添加量0.35%、酶解溫度50 ℃、酶解時(shí)間2 h、酶提一次為最優(yōu)提取條件,在該條件下多糖提取率可達(dá)到18.57%,各提取方法如表4所示。

表4 不同提取方法對杏鮑菇多糖得率以及結(jié)構(gòu)的影響

Table4 Effect of different extraction methods on yield and structure of Pleurotus eryngii polysaccharides

多糖的分子質(zhì)量和分子結(jié)構(gòu)是影響多糖功能性的主要因素,蝸牛酶是從蝸牛的嗦囊和消化道中制備的,含有纖維素酶、果膠酶、淀粉酶、蛋白酶等共20多種的復(fù)合酶,JIAO等[33]發(fā)現(xiàn)使用蝸牛酶法提取的杏鮑菇多糖為非均一性多糖,平均分子質(zhì)量為29.3 kDa；與熱水提取的多糖分子質(zhì)量相比有較大提升。REN等[34]從杏鮑菇子實(shí)體中得到的2種組分的多糖,分子質(zhì)量分別為25.4 kDa和463 kDa,且較高分子質(zhì)量多糖抑制癌細(xì)胞生長效果較好,多糖結(jié)構(gòu)差異較大的原因可能是由于不同栽培品種、培養(yǎng)條件和提取程序的差異所致。

2.5 金針菇多糖

金針菇子實(shí)體多糖是由D-半乳糖、D-甘露糖、L-巖藻糖和D-葡萄糖組成的均一雜多糖,多糖主鏈由(1→2,4)-α-D-吡喃半乳糖、(1→6)-α-D-吡喃葡萄糖和(1→3)-β-D-吡喃葡萄糖構(gòu)成,其中(1→4)-α-D-吡喃半乳糖上連接著(1→3)-α-D-吡喃甘露糖分支,以及連接在(1→3)-β-D-葡萄糖上的(1→6)-α-L-吡喃果糖分支。金針菇菌絲體中已分離提純出2種多糖,單糖組成和連接方式均不同,一種由葡萄糖、半乳糖、甘露糖組成,并以α-D-(1→4)糖苷鍵連接主鏈,且?guī)в笑?D-(1→6)分支;另一種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,多糖由葡萄糖、半乳糖、甘露糖、巖藻糖組成,此外在葡萄糖端基碳具有α、β兩種構(gòu)型。

熱水、超聲、微波和酶法提取后的金針菇多糖含有一定的蛋白質(zhì),但不含淀粉、還原糖、糖醛酸或多酚；多糖得率和蛋白含量基本呈正相關(guān)關(guān)系(微波>超聲波>熱水>酶解)[35]。超聲提取法提取金針菇多糖后,空化氣泡在粉末組織接觸點(diǎn)產(chǎn)生很強(qiáng)的擠壓力,使表面更易滲透破裂,并促進(jìn)擴(kuò)散過程,所產(chǎn)生的多糖得率、蛋白質(zhì)和糖醛酸含量較高,作用產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓或剪切力可破壞金針菇多糖鏈的三螺旋結(jié)構(gòu)并降解為分子質(zhì)量多糖[36]。

微波輔助酶法提取,利用微波深入滲透細(xì)胞,快速升高提取溫度；黃瓊等[4]使用微波輔助纖維素酶、果膠酶及2種復(fù)合酶混合物提取金針菇多糖,發(fā)現(xiàn)果膠酶效果更好,原因可能是果膠酶能破壞金針菇組織間質(zhì)中的胞間連結(jié)構(gòu)促進(jìn)多糖釋放。游麗君等[37]使用纖維素酶、果膠酶、內(nèi)切木聚糖酶、木瓜蛋白酶、胰酶分別作用于金針菇多糖,發(fā)現(xiàn)其中果膠酶和纖維素酶(特別是果膠酶)相比另外3種酶具有較好地特異性保護(hù)多糖主要組分片段,與原多糖具有相似的單糖組成,也說明果膠酶很可能是單一作用于細(xì)胞壁而非多糖的機(jī)制提高多糖得率。不同提取方法的金針菇多糖得率以及結(jié)構(gòu)變化如表5所示。

表5 不同提取方法對金針菇多糖得率以及結(jié)構(gòu)的影響

Table5 Effects of different extraction methods on the yield and structure of Flammulina velutipes polysaccharides

濕法超微粉碎技術(shù)首先使用膠體磨對金針菇進(jìn)行膠磨,隨后85 ℃熱水提取90 min,其多糖得率較熱水提取工藝提高75 %,但在此基礎(chǔ)上再輔助超聲波或微波工藝則得率提高并不顯著；磨齒間隙越小越有利于細(xì)胞壁破壁,但植物細(xì)胞粒子太小會導(dǎo)致顆粒表面積吸附一部分金針菇多糖,磨齒間隙設(shè)置為42 μm時(shí)提取效果較優(yōu)[38]。

2.6 香菇多糖

具有三股螺旋構(gòu)象的香菇多糖重復(fù)單元不同于同樣具有三螺旋構(gòu)象真菌-裂褶菌(Schizophyllum commune Fr)所產(chǎn)的胞外多糖。ZHANG等[40]發(fā)現(xiàn)香菇多糖是一種以β-(1→3)-D-葡聚糖為多糖,且每5個(gè)線性(1→3)-β-吡喃葡萄糖苷鍵中具有2個(gè)(1→6)-β-吡喃葡萄糖糖的分支；而裂褶菌多糖也是以β-(1→3)-D-葡聚糖為主鏈,但每3個(gè)β-(1→3)-D-吡喃葡萄糖苷具有一個(gè)β-(1→6)-D-吡喃葡萄糖苷的分支。香菇子實(shí)體和菌絲體所提取多糖的單糖組成成分差別不大,主要有葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖。不同的品種存在細(xì)微差別,部分香菇子實(shí)體分離得到的多糖中沒有發(fā)現(xiàn)鼠李糖成分。

酸堿溶液相比熱水提取可顯著提高香菇多糖的得率,其中HCl濃度在0～0.4 mol/L,NaOH在0～0.8 mol/L時(shí)濃度與提取率呈正相關(guān),這可能由于酸堿可溶解大量單糖和其他物質(zhì)所致[41]。與超聲復(fù)合酶法相比,單純超聲提取的多糖得率較低,這可能由于在酶作用下其首先破壞細(xì)胞壁和組織,導(dǎo)致固液相的接觸表面積更大,進(jìn)而使溶劑更好地接觸細(xì)胞內(nèi)活性成分。ZHAO等[42]在采用單一超聲提取香菇多糖的過程中發(fā)現(xiàn),超聲功率對香菇多糖得率的影響最大,其次為提取時(shí)間和溫度。超聲復(fù)合酶法提取香菇多糖時(shí)先使用超聲處理將細(xì)胞震碎,隨后酶作用位點(diǎn)隨之暴露,有利于加速酶和底物的反應(yīng)；同時(shí)利用超聲的空穴化作用將細(xì)胞進(jìn)一步震碎也能提高多糖得率,但超聲功率過大,其產(chǎn)生的熱效應(yīng)可能會影響酶的活性和得率；提取溫度對得率影響不顯著,在室溫(25 ℃)下就可以進(jìn)行提取,得到的香菇多糖可保持良好的DPPH清除活性[43]。

LI等[44]利用高壓蒸煮法提取香菇多糖,與熱水法相比,高壓處理可以通過破壞氫鍵和疏水力來提高得率,但不會降解包括共價(jià)鍵在內(nèi)的主鏈,增強(qiáng)溶劑向原料的傳質(zhì),并改善可溶性成分,此處理得到的多糖分子質(zhì)量也較低,這可能由于分子團(tuán)聚體在高壓環(huán)境下溶解所致,但對多糖組成成分并無明顯差異。

動態(tài)高壓微射流技術(shù)是一種新興的動態(tài)高壓剪切技術(shù),與高靜水技術(shù)壓不同,其可產(chǎn)生高速沖擊、高頻振動、瞬時(shí)壓降、強(qiáng)剪切、空化和高達(dá)200 MPa的超高壓的合力；在提取香菇多糖時(shí)主要通過3個(gè)因素影響得率：(1)可能通過結(jié)合剪切、沖擊力和高頻振動來提高傳質(zhì)速率和細(xì)胞破碎程度；(2)細(xì)胞內(nèi)外的壓力差增大導(dǎo)致溶劑通量增大并加快效率；(3)空化引起的植物細(xì)胞解體。如表6所示,與熱水提取法相比,此法提取后的多糖得率提高,但分子質(zhì)量由965.361 kDa降低為913.329 kDa,這可能是由于高壓機(jī)械力和空化作用導(dǎo)致的多糖降解,多糖表面變得更加松散[45]。

表6 不同提取方法對香菇多糖得率以及結(jié)構(gòu)的影響

Table 6 Effects of different extraction methods on yield and structure of Lentinus edodes polysaccharides

2.7 猴頭菇多糖

不同提取方法對猴頭菇多糖得率以及結(jié)構(gòu)的影響如表7所示。WANG等[47]報(bào)道了猴頭菇子實(shí)體中得到的多糖大多數(shù)是由2種或多種單糖組成的雜多糖,當(dāng)前的研究表明,雜多糖中廣泛存在(1→6)連接的α-D-吡喃半乳糖基骨架,并且分支通常由O-2位置的α-L-呋喃葡糖組成。并且還發(fā)現(xiàn)具有(1→6)-連接的β-D-吡喃葡萄糖基殘基作為主鏈并且具有(1→3)-連接的β-D-吡喃葡萄糖基支鏈的結(jié)構(gòu),其主要由巖藻糖、葡萄糖和半乳糖組成,某些品種含有少量的甘露糖。菌絲體的單糖組成成分和子實(shí)體有明顯差異,主要由阿拉伯糖、木糖、葡萄糖和半乳糖組成,其中半乳糖的含量比子實(shí)體高。猴頭菇的高分子質(zhì)量多糖具有較強(qiáng)的抗氧化活性和生物活性,此外甘露糖、阿拉伯糖和半乳糖的單糖組成也與其生物活性有關(guān)。

單一酶法指提取時(shí)僅用一種酶輔助提取食用菌多糖,而復(fù)合酶法為多種酶聯(lián)合使用提取。張素斌等[48]分別采用2種酶法分別提取猴頭菇多糖,單一木瓜蛋白酶加酶量為0.5%,溫度50 ℃,提取時(shí)間90 min,pH 4,多糖提取率為9.77%；復(fù)合酶的加酶量為纖維素酶、木瓜蛋白酶、果膠酶各0.5%,其他相同條件下提取率提高至10.89%。ZHU等[49]使用復(fù)合酶法提取猴頭菇多糖時(shí)發(fā)現(xiàn),與熱水法相比得率可提高67.72%,產(chǎn)生的多糖為陽性(熱水提取為陰性),但不改變基團(tuán)結(jié)構(gòu)；可能由于適宜的pH值對酶空間結(jié)構(gòu)、構(gòu)象和活性有影響,由分支和相互纏結(jié)的構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)楦L的多糖鏈并增加了分子柔韌性,這種變化是由葡萄糖的船-椅式構(gòu)象轉(zhuǎn)變所引起,此外酶的種類如細(xì)胞壁降解酶會削弱或破壞細(xì)胞壁(即纖維素),使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)更易于提?。幌啾葻崴岱◤?fù)合酶提取后產(chǎn)物中有較高比例的葡萄糖,而甘露糖和木糖的比例減少；對酶輔助提取得率的影響因素相對大小為：pH>溫度>時(shí)間>酶濃度。超聲復(fù)合酶法為在復(fù)合酶法的基礎(chǔ)上輔助增加超聲條件,超聲的聲空化作用有利于單一復(fù)合酶法的提取,提取率由10.89%提高至15.59%[48]。

多糖可溶于水、酸、堿,而不溶于乙醇、甲醇等有機(jī)溶劑,通過不同溶劑提取對多糖結(jié)構(gòu)也具有影響。YAN等[50]對不同溶劑提取猴頭菇多糖的效果進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)在相同的提取時(shí)間和溫度下堿提法優(yōu)于酸提法,特別是在95 ℃時(shí)可溶性長鏈多糖降解為短鏈的酸水解作用較強(qiáng),短鏈游離糖可能不會被乙醇所沉淀；堿提過程中的堿可破壞細(xì)胞壁中纖維素與半纖維素之間的氫鍵,使不溶性多糖轉(zhuǎn)化為可溶性,以上2種情況都導(dǎo)致酸提法的得率較低,并且不同的萃取溶劑對多糖組成成分的影響不大,差別可能是由于原料來源和提取方法。不同溶劑提取的猴頭菇多糖都有2個(gè)主要的組分,如表7所示,熱水提取法的2種多糖組分分子質(zhì)量分別為597.6和314.7 kDa,鹽提法為449.4和442.7 kDa,酸提法為263.6和229.8 kDa,堿提法為320.8和256.8 kDa；酸堿提取的多糖具有更高的蛋白質(zhì)含量,此外分子質(zhì)量和黏度明顯低于熱水和鹽提取法,表明在此過程中多糖鏈可能受到一定程度的破壞和降解,一部分高分子質(zhì)量組分轉(zhuǎn)化為低分子質(zhì)量組分,從而增加了猴頭菇多糖中低分子質(zhì)量組分的含量；不同溶劑提取對猴頭菇多糖的有機(jī)基團(tuán)并無顯著影響[50]。

表7 不同提取方法對猴頭菇多糖得率以及結(jié)構(gòu)的影響

Table7 Effects of different extraction methods on the yield and structure of Hericium erinaceus polysaccharide

3 結(jié)論

真菌多糖作為真菌細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)性成分存在,由2種主要類型的多糖組成：一種是由幾丁質(zhì)(或纖維素)組成的剛性原纖維結(jié)構(gòu),另一種是由α-葡聚糖、β-葡聚糖和糖蛋白組成的基質(zhì)樣結(jié)構(gòu)。不同提取方法提取的真菌多糖,由于提取工藝的差異對多糖得率、分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)等因素具有不同影響。與熱水和酶法相比,超聲和微波提取具有更高的效率、產(chǎn)量和更短的提取時(shí)間。超聲波提取法主要利用聲空化產(chǎn)生的氣穴氣泡的高強(qiáng)度沖擊作用力產(chǎn)生強(qiáng)烈的壓力、剪切力和溫度梯度作用于細(xì)胞,使真菌細(xì)胞壁和糖鏈斷裂,對大多數(shù)真菌多糖而言,超聲處理可較好地提高效率,但在得率上具有差異,如銀耳多糖較高,但對靈芝多糖作用不大,可能由于靈芝多糖受溫度影響較大。微波輔助提取技術(shù)可穿透萃取介質(zhì),直接作用于物質(zhì)內(nèi)部,使材料內(nèi)部累積了相當(dāng)大的壓力,這種高壓極大地破壞真菌細(xì)胞并改善組織的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu),增大了多糖溶解度并加速目標(biāo)物質(zhì)的擴(kuò)散,微波功率對得率的影響比提取溫度和時(shí)間等因素更大,此方法對金針菇多糖提取較為有效。酶法提取主要為酶對真菌細(xì)胞壁組織的酶解和多糖溶出作用,加速目標(biāo)化合物從組織向周圍環(huán)境的遷移并增加接觸面積,是最溫和且多糖保留較好的一種方式,有趣的是蛋白酶對真菌多糖也具有一定的效果,如木瓜和酸性蛋白酶分別對靈芝和蟲草多糖的提取效果較好,對杏鮑菇而言則是纖維素酶較好等；當(dāng)酶復(fù)配使用時(shí)要注意各種酶的加酶量,過多也可能會導(dǎo)致多糖分解,此外特別需要注意溫度、時(shí)間和最適pH值,才能發(fā)揮最大提取效能。酸堿可降解多糖中的鏈和鍵,增加多糖溶解率等,但采用酸法提取時(shí)溫度不宜過高,酸性多糖或糖醛酸含量高的多糖可采用堿提取法,適量濃度的堿能破除細(xì)胞壁聚合物分子間的結(jié)構(gòu),但過高濃度會造成多糖水解。酸堿法提取香菇多糖的得率最高,提取效果取決于酸堿濃度,香菇多糖堿濃度為0.8 mol/L、酸為0.4 mol/L,猴頭菇最適堿濃度為1.25 mol/L；采用這些提取方法效率比傳統(tǒng)熱水提取的得率更高,所得多糖的生物活性和自由基清除能力等也會相對提高,但是相對分子質(zhì)量有所降低。

食用菌多糖在臨床治療疾病具有重要作用,這需要多糖具有較高的活性,因此如何獲得具有更高活性的多糖還需要進(jìn)一步的研究。目前用于藥用的真菌多糖大部分為單一多糖,各多糖間的協(xié)同作用也是今后研究的方向之一。