桦褐孔菌菌丝体多糖提取工艺优化及其降血糖能力测定.pdf
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1、食品研究与开发圆园23 年 10 月第 44 卷第 19 期DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2023.19.016基金项目:黑龙江省院所基本应用技术研究专项(ZNJZ2020SW01);黑龙江省科学院中试熟化项目(ZSSH202005)作者简介:陈盛宇(1995),男(壮),硕士,研究方向:农业微生物。*通信作者:韩增华(1968),女(汉),研究员,研究方向:食用菌分类、鉴定、栽培。桦褐孔菌菌丝体多糖提取工艺优化及其降血糖能力测定陈盛宇,张淑梅,王玉霞,田缘,马俊秀,胡基华,潘钰,韩增华*(黑龙江省科学院 微生物研究所,黑龙江 哈尔滨 150010)摘要:以桦褐孔
2、菌(Inonotus obliquus)菌丝体为试验材料,多糖提取率为评价指标,采用 Box-Behnken 响应面法从提取时间、液料比和提取温度 3 个因素优化桦褐孔菌菌丝体多糖的提取工艺,并研究粗多糖对 琢-葡萄糖苷酶和 琢-淀粉酶活性的影响。结果表明,桦褐孔菌菌丝体多糖的最佳提取条件为提取温度 97 益、液料比 51 颐 1(mL/g)、提取时间 1.9 h、提取 3 次,在此条件下多糖提取率为(8.02依0.45)%。体外酶抑制试验表明,桦褐孔菌菌丝体多糖浓度为10 mg/mL 时,对 琢-葡萄糖苷酶和 琢-淀粉酶的抑制率分别为(77.64依1.78)%和(39.20依1.17)%,二
3、者的半抑制浓度(half maximal inhibitory concentration,IC50)分别为 3.07 mg/mL 和 17.20 mg/mL,对 琢-淀粉酶和 琢-葡萄糖苷酶的抑制作用明显,表明其具有较好的降血糖能力。关键词:桦褐孔菌;菌丝体;多糖;提取工艺;琢-葡萄糖苷酶;琢-淀粉酶;降血糖Optimization of Extraction Process and Determination of Blood Glucose-Lowering Ability ofPolysaccharides from Inonotus obliquus MyceliaCHEN Shen
4、gyu,ZHANG Shumei,WANG Yuxia,TIAN Yuan,MA Junxiu,HU Jihua,PAN Yu,HAN Zenghua*(Institute of Microbiology,Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150010,Heilongjiang,China)粤遭泽贼则葬糟贼:PolysaccharideswereextractedfromthemyceliaofInonotus obliquus.Withtheyieldofpolysaccharidesas the indicator,Box-Behnken de
5、sign-response surface methodology(RSM)was employed to optimize theextraction conditions including extraction time,liquid-to-solid ratio,and extraction temperature.Furthermore,the effects of the crude polysaccharides on 琢-glucosidase and 琢-amylase activities were studied.The resultsshowed that the yi
6、eld of polysaccharides from the mycelia of I.obliquus reached(8.02依0.45)%when theextraction was carried out at 97 益 and a liquid-to-solid ratio of 51 颐 1(mL/g)for 1.9 h and three times ofextraction.The in vitro enzyme inhibition tests showed that 10 mg/mL crude polysaccharides exerted the inhibition
7、rates of(77.64依1.78)%and(39.20依1.17)%,withthe half maximalinhibitory concentrations(IC50)of 3.07 mg/mLand 17.20 mg/mL on 琢-glucosidase and 琢-amylase,respectively.The extracted crude polysaccharides hadobviousinhibitoryeffectson琢-amylaseand琢-glucosidase,demonstratingthepotentialofloweringbloodglucose
8、.运藻赠 憎燥则凿泽:Inonotus obliquus;mycelia;polysaccharides;extraction process;琢-glucosidase;琢-amylase;blood glucose-lowering引文格式:陈盛宇,张淑梅,王玉霞,等.桦褐孔菌菌丝体多糖提取工艺优化及其降血糖能力测定J.食品研究与开发,2023,44(19):110-117.CHEN Shengyu,ZHANG Shumei,WANG Yuxia,et al.Optimization of Extraction Process and Determination of BloodGluco
9、se-Lowering Ability of Polysaccharides from Inonotus obliquus MyceliaJ.Food Research and Development,2023,44(19):110-117.应用技术110食品研究与开发圆园23 年 10 月第 44 卷第 19 期桦褐孔菌(Inonotus obliquus)又称桦树茸、桦树菇等,主要分布于北半球的寒带地区,是一种的食药用菌。桦褐孔菌富含多糖和三萜类等活性成分,大量研究表明,桦褐孔菌多糖具有抗氧化1、降血糖2、抗炎3、抗疲劳4和抗癌5等功效。但是野生桦褐孔菌资源日益稀少,难以满足现阶段的研究和
10、开发。有文献表明,桦褐孔菌发酵菌丝体多糖的含量和生物活性可媲美野生桦褐孔菌6-7。桦褐孔菌多糖的提取方式有溶液浸提法8、微波辅助提取法9、超声波辅助提取法10、高压脉冲辅助提取法11、闪式提取法12和酶提取法13等,微波辅助提取法、超声波辅助提取法、高压脉冲辅助提取法、闪式提取法和酶提取法等方法存在设备要求高、成本高、难以规模化提取等问题14,酸提取和碱提取会对多糖结构造成不可逆的影响,热水浸提法具有操作简单且安全、成本低、无污染、条件温和等优势,可进行大规模提取,适用于产业化生产。目前,对于桦褐孔菌的研究主要集中在野生资源活性成分的提取和作用功效以及液体发酵培养基优化等方面15-18,而对提
11、取工艺和活性研究的相关报道较少。域型糖尿病主要症状为高血糖,是小肠黏膜细胞的 琢-葡萄糖苷酶和 琢-淀粉酶催化碳水化合物水解为易吸收的单糖所引起的19,市面上的降糖药物主要通过竞争性抑制 琢-葡萄糖苷酶或琢-淀粉酶的活性达到降血糖的目的,但长期服用可引起不良副作用,如胃肠道不适、乳酸酸中毒、腿部或脚踝肿胀等毒副作用20-21。本研究采用热水浸提法提取桦褐孔菌菌丝体多糖,对其提取工艺进行优化,并对体外降血糖活性进行评价,旨在为桦褐孔菌菌丝体多糖的深入研究和综合开发提供参考。1材料与方法1.1材料与试剂桦褐孔菌发酵菌丝体(干品):黑龙江省科学院微生物研究所药物中心。4-硝基苯基-茁-D-吡喃葡糖糖
12、苷(4-nitrophenyl茁-D-glucopyranoside,PNPG)(纯度为 99%)、琢-淀粉酶(14 U/mg)、阿卡波糖:上海源叶生物科技有限公司;琢-葡萄糖苷酶(逸10 U/mg):美国 Sigma 公司;重蒸酚、3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)、可溶性淀粉:北京索莱宝科技有限公司;浓硫酸:天津市科密欧化学试剂有限公司;以上试剂均为分析纯。1.2主要仪器设备高速冷冻离心机(3K15):德国 Sigma 公司;恒温水浴锅(PURA):优莱博技术有限公司;酶标仪(INFI-NITE 200 PRO):瑞士帝肯公司;冷冻干燥机(F
13、DU-200):东京理化器械株式会社;电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9245):苏州江东精密仪器有限公司;旋转蒸发器(RE-52):上海亚荣生化仪器厂。1.3试验方法1.3.1多糖提取桦褐孔菌发酵菌丝体干燥后粉碎,过 120 目标准筛,精确称取适量样品,按一定液料比加入蒸馏水,置于水浴锅中加热提取,然后 10 000 r/min 离心 10 min,沉淀加入蒸馏水重复提取,合并后浓缩提取液,加入4倍体积的 95%乙醇,4 益静置 12 h,10 000 r/min 离心10 min,收集沉淀,无水乙醇清洗 3 次,冷冻干燥即得桦褐孔菌菌丝体粗多糖。1.3.2多糖提取率测定总多糖采用苯酚-硫酸法2
14、2测定,绘制葡萄糖标准曲线,曲线方程为 y=10.448x+0.069 2,相关系数 R2=0.994 8。还原糖测定采用 DNS 法23,标准曲线为 y=0.729 6x+0.031 9,相关系数 R2=0.997 7。精确称取干燥和过筛后菌丝体粉末 1.000 g,采用 1.3.1 的方法提取多糖,粗多糖样品用 50 mL 容量瓶定容,分别测定总多糖和还原糖含量,以公式(1)计算多糖提取率(W,%)。W=(C1-C2)伊V伊NM伊100(1)式中:C1为回归方程计算出的稀释后总多糖浓度,mg/mL;C2为回归方程计算出的稀释后还原糖浓度,mg/mL;N 为稀释倍数;V 为粗多糖样品复溶后体
15、积,mL;W 为桦褐孔菌菌丝体多糖提取率,%;M 为称量原料的质量,g。1.3.3单因素试验1.3.3.1提取次数对多糖提取率的影响称取 1.000 g 菌丝体粉末,固定试验条件为 80 益、液料比 40 颐 1(mL/g),提取时间 2 h,考察提取次数(1、2、3、4)对多糖提取率的影响,每个处理 3 次重复。1.3.3.2提取温度对多糖提取率的影响称取 1.000g 菌丝体粉末,固定液料比 40 颐1(mL/g)加入蒸馏水,提取时间 2 h,提取 3 次,考察不同提取温度(60、70、80、90、100 益)对多糖提取率的影响,每个处理 3 次重复。1.3.3.3液料比对多糖提取率的影响
16、称取 1.000 g 菌丝体粉末,按上述试验确定的最佳提取温度,固定提取时间 2 h,提取 3 次,考察不同液料比20 颐 1、30 颐 1、40 颐 1、50 颐 1、60 颐 1(mL/g)对多糖提取率的影响,每个处理重复 3 次。1.3.3.4提取时间对多糖提取率的影响称取 1.000 g 菌丝体粉末,按上述试验确定的最佳提取温度和液料比,考察不同提取时间(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h)对多糖提取率的影响,每个处理重复 3 次。应用技术111食品研究与开发圆园23 年 10 月第 44 卷第 19 期1.3.4响应面优化在单因素的基础上,提取温度、液料比和提取时间作为考察的
17、因素,利用 Design-Expert V12.0.1 软件进行三因素三水平 Box-Behnken 试验设计,优化桦褐孔菌菌丝体多糖的提取工艺。试验因素与水平见表 1。1.3.5酶活性试验1.3.5.1多糖对 琢-葡萄糖苷酶抑制活性的影响参照 Ren 等24的方法,略作修改。多糖、阿卡波糖、琢-葡萄糖苷酶和 PNPG 溶液均用 0.1 mol/L,pH6.8的磷酸缓冲盐溶液(phosphate buffered saline,PBS)配制,优化条件下提取的多糖浓度为 1、2、4、6、8、10 mg/mL,以阿卡波糖作为阳性对照。取 40 滋L 的样品,加入到 96 孔板中,然后加入 40 滋
18、L 1 U/mL 的 琢-葡萄糖苷酶液混匀,于 37 益水浴 15 min,再加入 20 滋L的 7.5 mmol/L PNPG 溶液 37 益水浴 30 min,最后加入100 滋L 0.2 mol/L Na2CO3溶液结束反应,于 405 nm 波长测 OD 值(A0),每组 3 个平行。样品对照组中,以 40 滋L的 PBS 代替样品组酶液测其 OD 值(A1);在空白组中,以 40 滋L 的 PBS 代替样品溶液测其 OD 值(A2),按照公式(2)计算 琢-葡萄糖苷酶抑制率(Y1,%)。Y1=(1-A0-A1A2)伊100(2)1.3.5.2多糖对 琢-淀粉酶抑制活性的影响参照汤陈鹏
19、等25、王鑫等26的方法,略作修改。多糖、阿卡波糖、琢-淀粉酶和淀粉溶液均用 0.1 mol/L,pH6.8 的 PBS 配制,优化条件下提取的多糖浓度为 1、2、4、6、8、10 mg/mL,以阿卡波糖作为阳性对照。向各试管中分别加入 300 滋L 不同质量浓度的多糖和阿卡波糖溶液及 300 滋L 1 U/mL 的 琢-淀粉酶溶液,混合均匀,于 37 益下水浴 15 min,再分别加入 300 滋L 质量分数1%的淀粉溶液水浴 15 min,最后加入 500 滋L DNS 试剂显色,并立即沸水浴 10 min 终止反应;加入 10 mL蒸馏水稀释并混匀,于 540 nm 波长处测定其吸光度A
20、0。以等体积 PBS 代替 琢-淀粉酶溶液,测定其吸光度A1;以等体积 PBS 代替样品溶液,测定其吸光度 A2,按公式(3)计算 琢-淀粉酶抑制率(Y2,%)。Y2=(1-A0-A1A2)伊100(3)1.4数据分析试验重复 3 次,数据采用平均值依标准差表示,通过 SPSS 17 进行统计分析,用 Origin 22 进行绘图,De原sign-Expert V12.0.1 进行响应面设计,Graphpad prism8.0.1 进行半抑制浓度(half maximal inhibitory concen原tration,IC50)的计算。2结果与分析2.1单因素试验分析各单因素对多糖提取率
21、的影响见图 1图 4。由图 1 可知,提取次数达到第 3 次时,多糖提取率为(6.70依0.43)%,多糖提取率增长趋于平缓,考虑到耗表 1响应面试验因素与水平Table 1Factors and levels of response surface tests水平A 提取温度/益B 液料比/(mL/g)C 提取时间/h-18040颐11.509050颐12.0110060颐12.5109876543210124提取次数31098765432106070100提取温度/益908010987654321020颐130颐160颐1液料比/(mL/g)50颐140颐1图 1提取次数对多糖提取率的影响
22、Fig.1Effect of extraction times on the yield of polysaccharides图 2提取温度对多糖提取率的影响Fig.2Effect of extraction temperature on the yield ofpolysaccharides图 3液料比对多糖提取率的影响Fig.3Effect of liquid-to-solid ratio on the yield ofpolysaccharides应用技术112食品研究与开发圆园23 年 10 月第 44 卷第 19 期图 4提取时间对多糖提取率的影响Fig.4Effect of ext
23、raction time on the yield of polysaccharides1098765432101.01.53.0提取时间/h2.52.0时和耗能问题,后续试验提取次数固定为 3 次。由图 2 可知,提取温度在 6090 益时,多糖提取率与提取温度呈正相关关系。提取温度为 90 益时,多糖提取率达到最大值,为(7.43依0.03)%,继续升高提取温度后多糖提取率略有下降,原因是高温对多糖分子结构具有降解作用,导致多糖含量减少,或高温溶解了其他水溶性物质,提高溶液的黏稠度从而阻碍多糖的溶出27。由图 3 可知,液料比为 20 颐 150 颐 1(mL/g)时,多糖提取率与溶剂的加
24、入量呈正相关关系,在 50 颐 1(mL/g)时达到峰值,多糖提取率为(7.93依0.26)%。当提取溶剂较少时,多糖无法充分溶解,造成提取率较低。当溶剂增多时,加快了多糖的扩散速度,多糖不断从细胞溶出。达到峰值后再增加溶剂,导致浓缩时间延长,增加了多糖降解几率28。由图 4 可知,在 1.02.0 h 内,多糖提取率随着提取时间延长而升高,在 2.0 h 时达到峰值,为(7.99依0.40)%。当提取时间超过 2.0 h 时,多糖提取率逐渐降低,说明提取 2.0 h 多糖溶出已达到峰值,再延长提取时间会导致溶剂蒸发,降低多糖的溶解度29,或提取时间过长而破坏多糖的结构,引起多糖降解30。2.
25、2响应面优化试验结果响应面试验设计及结果表 2,回归模型方差分析见表 3。根据 Design-Expert V12.0.1 软件设计响应面优化试验,进行响应面二次回归拟合分析,得到回归方程:多糖提取率=8.08+0.50A+0.076B-0.24C+0.042AB-0.13AC+0.23BC-0.53A2-0.33B2-0.99C2。由表 3 可知,模型 P0.05,即不显著;线性相关系数R2越0.994 4,表明该模型与实际试验情况拟合度较好;调整决定系数 R2越0.987 3 与预测决定系数 R2=0.932 1的差值不大于 0.2,信噪比为 32.579,表明回归模型合理,具有较高的可信
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