天然产物香菇的提取

1、武汉大学化学学院应用化学 武汉大学天然产物化学及提取200622030134l1. 香菇概述l2. 香菇主要成份l3. 香菇的营养价值及药用价值l4. 香菇多糖的提取工艺l5. 多糖含量的测定方法l我国是世界上最早食用香菇的国家，距今已有4000多年的悠久历史。从春秋时期，就有关于香菇的记载，从汉朝开始就有了人工栽培，延至宋、元、明、清时代，文献中更是常见香菇的踪迹。据说远自秦始皇时代便将它当作长寿的妙药；明朝的名医吴瑞，也曾在他所住的医书中提到香菇具有养气、防饥、治风、及破血的效果。现在东方民族则仍视其为高级的天然健康食品，价格昂贵。在美国被誉为“上帝食品”，我国则誉为“山珍”。香菇所含的营

2、养物质对人体健康是非常有益的。 l拉丁文：Lentinus edodes (Berk.) Pegler.别 名：香菌、香蕈、平庄菇（广东）、椎茸（日本）、花菇 （特种）。英文名：Shiitake; Forest mushroom; Black forest mushroom; Dried mushroom.l香菇隶属于担子菌纲、伞菌目、口蘑科、香菇属。具有独特的香味，优良的质地，高营养价值和药用价值。素有（山珍）之称，被视为“菇中之王”。香菇可预防血管硬化，可降低人的血压。香菇含有独特香味，肉质嫩滑，可与鸡、鸭、火腿炖汤，清炒。由于它味道鲜美，香气沁人，营养丰富，是一种有益于人类健康的食品，素

3、有“山珍之王”、“植物皇后”之美誉。l香菇也是我国一种著名的药用菌，历代的医药学家对香菇的药性及功用均有著述。l本草纲目认为香菇“甘、平、无毒”；l医林纂要认为香菇“甘、寒”，“可托痘毒”；l日用本草认为香菇“益气、不饥、治风破血”；l本经逢原认为香菇“大益胃气”；l现代实用中药认为香菇“为补偿维生素D的要剂，预防佝偻病，并治贫血”。l总之，香菇具有： 抗病毒、抗肿瘤、快速增强人体免疫功能和刺激干扰素形成的作用；另可增加人体对钙的利用；纠正人体酶缺乏症。 l香菇是一种木腐菌，主要腐生在属于壳斗科、桦木科和金缕梅科的阔叶林倒木上，其分布受环境条件和自身生长条件限制。l香菇原先野生于我国北方的阔叶

4、林地，连邻近的韩国与日本，也在饮食文化的熏陶下，渐起食用香菇的风潮。随着科学研究的不断深入，香菇人工栽培技术得到成功普及，不但产量增多，栽培方法也很简易，进而使得香菇更加名噪一时。在我国主要分布于云南、贵州、四川、湖北、江西、福建、广西、广东、安徽、陕西等地，分布十分广泛。情形l香菇是目前世界上第二大宗人工栽培的食用菌。世界上生产香菇最多的国家是日本， 1981年全世界鲜香菇的年产量约19.2万吨(鲜：干=7:1)；其中日本干香菇14,735吨，占世界干香菇产量90%(共l6385吨，其中中国700吨，南朝鲜950吨)；鲜菇78,000吨，几乎占全世界量的100%。l据一九八三年的统计，该年日

5、本生产鲜菇七万余公吨，干菇万余公吨。台湾干菇生产仅两千余公吨，不足供应市场需要，需从国外大量进口。日本鲜菇消费较干菇多，我国则相反。随着科枝交流和亚洲移民的增多。目前欧洲和美国香菇的需求量激增。对香菇的引种也十分兴趣。l市面上的香菇有“新鲜香菇”和“干香菇”两种，新鲜香菇多为本地生产的人工栽培品种。香菇应以菇伞肥厚，伞缘曲收，内侧为乳白色，皱褶明显，菇柄短而粗，菇苞未开且菇肉厚实者较为美味。有些菇面呈裂开状，购买时应认清其裂痕是否为天然生成，若是人为切割则为膺品。 l保存香菇l新鲜香菇可用透气膜包装后，置于冰箱冷藏，可保鲜一星期左右，或直接冷冻保存。干香菇则应放在密封罐中保存，并最好每个月取出

6、，放置阳光下曝晒一次，可保存半年以上；亦可直接冷藏、冷冻保存，以避免腐败或生虫。 l香菇的鲜味成分，是一群水溶性物质，其主要成分是5-GMP，5-AMP，5-CMP和5-UMP等核酸构成成分，均含0.1左右。l香菇中含有抗肿瘤成分香菇多糖，含有降血脂成分香菇太生、香菇腺嘌呤及其衍生物，还含有干扰素的诱发剂双链核糖核酸，是不可多得的保健食品之一。l香菇多糖以1，3葡聚糖为主，还含有少量的木糖和甘露糖，具有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫功能和刺激干扰素形成等功能，从而抑制癌细胞的生长；l香菇含有六大酶类的40多种酶，可以纠正人体酶缺乏症；香菇中有丰富的维生素D原，对预防小儿佝偻病和老人骨质疏松症有效。l

7、香菇多糖为白色粉末状固体，对光和热稳定。在水中最大溶解度为3毫克/毫升，能溶解于0.5摩尔/升氢氧化钠，溶解度可达50一100毫克/毫升，不溶于甲醇、乙醇、丙酮等有机溶剂。香菇多糖具有吸湿性，在相对湿度为92.5%的室温环境(25)中放置15天，吸水量可达40%。l香菇多糖是极性大分子化合物，其特定的结构与免疫活性有密切关系。因此，香菇多糖的提取大多采用不同温度的水和稀碱溶液，并尽量避免在过于酸性的条件下操作。因为强酸性能引起多糖普键的断裂。l香菇多糖为一种-D13葡萄糖残基为主链，侧链为(16)葡萄糖残基的葡聚糖。重复结构单位一般含有7个葡萄糖残基，其中2个残基在侧链上，化学结构如附图所示。

8、l传统香菇多糖的提取方法有水提醇沉法、稀碱浸提法、稀酸浸提法和酶法等，随着对香菇研究的不断深入，又出现超滤法、微波辅助浸提法以及超声波法等。水提醇沉法为最经典的提取香菇多糖的方法，以工艺简单、易于推广等优点为人们所接受。l香菇经烘干后粉碎，过40目筛，以水提浸，过滤，浓缩浸提液，接着用 sevag 试剂去除游离蛋白，再用乙醇处理，沉淀物经洗涤干燥后，得到香菇多糖粗品，并测定其纯度。对水浸提的温度、时间、加水量进行中一因素摸索以确定各因素的水平，用正交实验优选出最佳浸提工艺条件。l刘树兴等将香菇(子实体)经水浸提液浸提，再经减压浓缩，Sevag法去除游离蛋白、乙醇沉淀得到香菇多糖蛋白粗品。通过正

9、交实验分别得到制备浸提液的最优工艺条件：温度85，时间5h，加水量150m1；除蛋白的最优工艺条件：样液:氯仿-正丁醇(体积比)=3，氯仿:正丁醇(体积比)=5；而乙醇体积分数为70%时可沉淀出较多的糖蛋白。经过纯度鉴定可得到纯度为86. 3%的糖蛋白粗品。l超声提取技术的应用原理是利用超声波的空化作用加速植物有效成分的溶出，另外超声波的次级效应，如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学效应等也能加速欲提取成分的扩散释放并充分与溶剂混合，有利于提取。其优点是可以大幅度地提高有效成分的提取率，简化提取操作步骤，节省溶剂。该技术已用于构祀多糖、芍药苷(Paeoniflorin)的提取。l超声处理的方式采

10、用：不同超声功率提取相同时间；相同超声功率提取不同时间；一定的超声功率和时间，作用于不同的浸提时刻。在实验中发现不同时刻(提取开始、中间和末期三个时段)超声处理的效果有所不同，提取开始时刻处理效果最差，中间和最后时刻处理效果较好，l两种超声处理结果如表1.2所示。l由表1,2可知，随着超声时间和功率的增加，提取率逐渐增大，但提取时间13 min及功率80 W之后，提取率增加很少。考虑到经济性和超声处理时间过长、功率过高会使多糖降解，降低多糖活性，实验最后将超声处理时间确定为13 min，功率为80 W较为适宜。l超声作用使提取液的粘度下降将近15%，表面张力也相应降低10%12%，并且它们是随

11、着超声处理强度的增加和时间的延长而逐渐降低；温度和电导率都略有上升，将近3%10%。 这是因为水在溶液主体中是以缔合态(H2O)n形式存在，而多糖分子、蛋白质等溶出物是包含在缔合分子间，其相对运动受到限制。在超声作用下，激化了水分子，导致水分子缔合链的断裂，减低了缔合度，减小了缔合分子量，从而降低了提取液的粘度和表面张力。l图1表明超声作用使提取的料液比从常规提取的1：20以上降低到1：15左右。因为香菇多糖提取过程是多糖类物质不断地从香菇固相粉末，通过固液界面转移到提取剂的液相主体中的复杂传质过程，引人超声后，空化效应、机械效应以及超声处理所引起体系温度的上升，都增大了固液界面的湍动程度，同

12、时空化效应产生的微射流会促进提取剂向固体表面扩散以及固体微粒从固体主体向液相主体的传质，从而提高了液相体积的效能，降低了提取的料液比。l超声作用缩短了提取总时间，使提取终点从常规的3h以上提前到2 2. 2 h之间。这是由于超声空化效应和机械效应，不仅强化了固体微粒向液体的传质，而且促进了提取剂向固液界面的扩散。另外超声空化效应和机械效应“粉碎”了固体微粒和缔合水分子，使其变成更微小的质团，提高了溶出过程的速率，从而缩短了提取时间。l利用超声波辅助热水，从香菇中浸提香菇多糖，不仅能缩短提取时间，减小料液比，提高提取率，降低生产成本;而且能降低提取液枯度和表面张力，对降低此后的超滤分离的阻力和减

13、少浓差极化的影响，都有经济上的积极意义。l1、浸提过程l 用95热水浸提(热水用量:香菇原料量=20:1，体积比)4h，提取3次得粗多糖溶液。l2、超滤实验l 浸提液通过离心、过滤等分离过程。己初步除去其中微尘、粗纤维、胶质等大分子物质.再经超滤装置进行超滤.可得到滤液(透过液)和截留液。滤液为不含蛋白质的低聚多糖(即小分子多糖).而截留液为含香菇大分子多糖和大分子蛋白的浓缩液。将超滤透过液减压浓缩可得到香菇小分子多糖的粗品，而将截留液用BECM法除去蛋白，再用85%乙醇溶液进行醇析，可得大分子香菇多糖粗品。醇析中乙醇浓度对醇析结果有重要影响。用80%、体积是浸提液3倍的乙醇进行醇析效果最佳。

14、l浓度l mg/ml的料液在0.15MPa压力差和25 条件下分别用两种膜进行超滤，其通量变化见图2，截留情况见表2，不同截留分子量的膜，它们的超滤通量也不同，并随截留分子量的增加而增加。但采用60 000的膜可获得满意的截留效果，这可能是香菇胞内多糖的分子量在610万。l同样条件下，料液温度高时的通量大于低温时的通量，因为在一定范围内，温度升高使粘度下降，扩散系数和传质系数增大，且溶解度增大，即溶质与水亲合力也加大，相应会减少浓差极化，故通量在高温时较大;温度提高导致了截留率的降低，这可能是因为温度升高导致了膜截留性能和溶液理化性质的改变，这需要进一步研究。因此，对于温度的选择应综合考虑膜性

15、能、预期截留率等多种因素。l水溶性多糖在pH中性条件下超滤通量最大，这可能与香菇多糖的提取方法和在不同pH值溶解度不同有关;而在非中性条件下通量变化可能还因为在此pH值范围内，溶液残留的蛋白质浓度加剧了凝胶的形成。l与其它提取工艺相比,该工艺具有工艺路线简单、提取时间短及醇析所用的乙醇试剂用量少等特点，且可回收其他提取工艺都丢弃的低聚糖(小分子多糖)。同时，经超滤后的透过液，根据超滤膜的截留分子量不必增加除蛋白与醇析这两道工序使工艺流程变短。l1、复合酶解法：将菇柄粉浸胀加热升温至90 ,搅拌保温1h后，降至46 ,调pH值至4. 5，加人1%复合酶制剂，酶促反应80min，中和，补水至1:6

16、0，升温至90灭酶并保温浸提80min，降至室温，离心去沉淀，上清液浓缩，乙醇沉淀。l2、粗多糖的纯化方法：取多糖提取液加鞣酸溶液与蛋白质产生沉淀，至无沉淀为止，加活性碳脱色，过D101吸附树脂，透析，乙醇沉淀，60烘干，得白色纯多糖。l酶解温度l pH 4. 5，不同酶解温度下，作用80min ，酶解后中和，加20倍dH20， 9 0 浸提80min ，结果如图1。当酶解温度在44-46 时酶活力较高，其中以46 时酶活力最高，菇柄多糖提取率最大。l酶解pH值l 46 ，不同pH值，酶解80min ，酶解后中和，加20倍dH20 ，90 浸提80min，结果如图2。 当酶解pH值在4. 55

17、. 0时酶活力较大，其中以pH 4. 5为最佳，此时菇柄多糖的提取率最大。l酶解时间l 在46 ，pH4.5时，不同酶解时间作用后中和加20倍dH2O ，90 浸提80min，结果如图3。菇柄多糖的提取率并不随酶促反应时间的延长而著增加，只有在作用80min时及时提高温度进人热水浸提阶段，才有利于菇柄多糖的溶出。l微波加热固体物质具有加热速度快、均匀性好、节能高效、易于控制等多种特点，己经广泛用于有机合成反应、催化化学反应速度等。近十年来，微波辅助浸提已广泛应用于样品中有机污染物、大然化合物及生物活性成分的提取。特别是生物活性成分的提取已涉及到几大类大然化合物(大然脂肪、生物碱、皂甙、甾类、鞣

18、质、菇类及挥发油)，引起广大化学家的极大兴趣。l微波炉 (SHAMP，家用)。所有试剂为分析纯。l由于实验中采用的微波炉为家用型号，其功率和频率都是固定的，所以在实验中主要是通过改变加热的时间，使浸提液通过微波作用提高浸提温度，从而影响浸提液中总糖的含量。l图1表示加入150ml的超纯水后，在不同微波加热时间情况下，浸提液体积和总糖含量随时间的变化曲线。l总之，微波辅助浸提以高回收率、高选择性、快速加热、易于控温及设备尺寸减小，无污染能源的利用、减少废物及产品的污染等一系列优点，越来越引起人们的重视。利用该方法提取香菇多糖，操作方法简单，而且利用补充浸提液体积与碱液相结合的方法可以提高多糖的得率，成为香菇多糖生产的一个实际可行的新颖方法。l但是这个方法还需进步完善，例如对微波炉进行改造，使微波的频率、功率和加热时间可以控制，同时可以完成浸提液的回流循环，提高浸提液的利用率。另外对工艺的连