农产品加工
Farm Products Processing

利用超声波辅助提取安络小皮伞多糖，探讨了超声功率、提取温度、颗粒粒径、料液比等4个因素对安络小皮伞多糖提取效率的影响，采用Powerlaw、Parabolicdiffusion、Hyperbola和Weibull等4种动力学模型对4个因素下安络小皮伞多糖得率进行了模拟，比较分析了4个因素下安络小皮伞多糖各拟合动力学模型的决定系数（R2）、偏差因子（BF）和均根误差（RMSE），得出了超声功率、提取温度、料液比3个因素改变的情况下，Powerlaw模型能够较为准确地拟合安络小皮伞多糖提取过程中的动力学变化；在颗粒粒径改变的情况下，Hyperbola模型能够较为准确地拟合安络小皮伞多糖提取过程中的动力学变化。

关键词

超声波提取；动力学模型；安络小皮伞；多糖

正文

安络小皮伞（Marasmiellus androsaceus），别名鬼毛针，系担子菌纲、伞菌目、白蘑科小皮伞属真菌，通常为淡褐色[1]。安络小皮伞，这一珍稀菌种，主要栖息于我国及欧洲的部分地区[2]，其内含丰富的生物活性成分，如多糖、氨基酸、腺苷、甘露醇及胆固醇醋酸酯等，展现出多样的生物功能。其中的三十碳酸、2,3,5,6 -四氯- 1,4 -二甲氧基苯、倍半萜内酯和麦角甾醇等成分，具有显著的镇痛效果[3]，其在医药领域有很大的发展潜力。安络小皮伞多糖，作为其核心活性成分之一，更是集提高免疫力、抗肿瘤、抗衰老等多重功效于一身[4]，备受科研人员的青睐。

传统多糖提取方法，如热水浸提、稀酸或稀碱浸提，不仅耗时较长，还易导致多糖结构的破坏[5-6]，影响最终品质。鉴于此，超声波技术以其独特的空化、热效应及机械效应[7]，成为多糖提取领域的新宠。超声波能够高效打破细胞壁，促进溶剂深入细胞内部，使有效成分的释放与溶解也得到促进，进而大幅提升提取效率及产量[8]。同时，超声波提取还具有时间短、操作简便、环境友好等优点[9]，已在食品、医药等领域得到广泛应用。

利用超声波辅助技术提取安洛小皮伞中的多糖成分，并对多个影响提取效率的变量——超声波功率、提取温度、颗粒粒径及料液比等进行单因素试验。此外，还探究了在不同提取条件下的提取动力学模型。研究结果为安络小皮伞多糖在农业、工业、食品和医药等领域的提取、开发和应用提供了科学基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料

安络小皮伞干菌丝，湖北欣恺生物科技有限公司提供。

1.1.2 主要试剂

葡萄糖、浓硫酸、苯酚、乙醇等，均为分析纯。

1.1.3 设备与仪器

PL303型电子分析天平、S101-3型电热鼓风干燥箱、微型高速万能试样粉碎机、恒温水浴锅、722S型分光光度计超声波发生器、旋转蒸发器、离心机、恒温摇床机、回流及蒸馏装置等。

1.2 试验方法

1.2.1 材料前处理

将安洛小皮伞干菌丝放置于微型高速万能试样粉碎机中通电粉碎，粉碎30~50 s后进行过筛分级。选用100目和140目的筛子，将粉碎后的安洛小皮伞菌粉放入上层筛动，分开收集3层不同直径的菌粉留以备用。

1.2.2 安络小皮伞多糖的超声波提取方法

将0.5 g的安络小皮伞菌丝体干粉末精确称量后放入一个100 mL的烧杯中，向烧杯中加入80 mL预先加热的蒸馏水。将超声波探头置于烧杯内，确保其位于液面2 cm以下，并根据试验设定调整超声波参数进行辅助提取。提取完成后，以转速 4 000 r/min离心10 min，收集上清液。将沉淀物在相同条件下再次提取，然后将2次提取得到的上清液合并。将合并后的上清液在60 ℃下浓缩至5 mL。使用体积分数80%的乙醇进行沉淀处理，再次以转速4 000 r/min离心10 min。收集离心后的沉淀物，并通过热风干燥得到安洛小皮伞的粗多糖。

1.2.3 葡萄糖标准曲线的绘制

精确称取葡萄糖100 mg，用水溶解并定容至100 mL，得到溶液以备后续使用。从备用溶液中取10 mL，加水稀释至100 mL定容，制备成葡萄糖标准溶液。准备6支试管，分别取200，400，600， 800，1 000 μL的标准溶液，加水定容至2 mL。向每支试管中加入5%的苯酚试剂1.0 mL，并立即加入浓硫酸5.0 mL，迅速混匀后将试管置于沸水中加热15 min后迅速冷却。同时，取2 mL的蒸馏水，按照相同的方法加入试剂作为空白对照。通过分光光度计于波长490 nm处测定各试管的吸光度，以OD490值为纵坐标，葡萄糖质量浓度（mg/mL）为横坐标，绘制标准曲线。通过回归分析，得到方程Y= 5.857 1X+ 0.008 5（R2=0.998）。此标准曲线可用于测定安洛小皮伞多糖的含量。

1.2.4 多糖的测定

将苯酚-硫酸显色法用于多糖提取量的测定[10]。计算安络小皮伞中多糖提取率的公式为：

式中：t——超声波处理时间，min；

B——提取条件下的特征常数；

n——多糖的扩散指数；

Ce——多糖在水中达到平衡时的测量得率，%；

k——二级提取过程的速率常数；

a——多糖提取的速率常数；

b——提取曲线的形状因子，当b=1时提取曲线是直线，当b<1时提取曲线是凹面，b>1时提取曲线是凸面；

A0——冲洗系数，即菌丝粉浸入水后迅速得到的多糖得率，%；

A1——多糖的扩散速率常数。

1.2.6 模型准确性分析

模型准确性通过决定系数（R2）、偏差因子（BF）和根平均方差（RMSE）评价。BF和RMSE值的计算公式如下：

式中：n——试验值的个数；

DM——试验测定的D值；

DP——模型拟合得到的D值。

2 结果与分析

2.1 安络小皮伞多糖的提取试验

2.1.1 超声功率对安络小皮伞多糖提取量的影响

超声功率对安络小皮伞多糖提取量的影响见图1。

图 1 超声功率对安络小皮伞多糖提取量的影响.png

由图1可知，随着超声功率的逐渐增强，安络小皮伞多糖提取量也呈现出上升的趋势。这是因为，随着超声功率的增大，其对细胞壁的破碎作用也相应地增强，这种作用有利于安络小皮伞多糖的溶出。值得注意的是，当超声功率达到800 W时，安络小皮伞多糖提取量有了明显的增加，这意味着在这一功率点，超声波对细胞壁的破碎效果最为显著。关于超声处理时间方面，设定功率为800 W的条件下，处理时间介于5~15 min的安络小皮伞多糖提取量显著提升，超过15 min的处理时间会导致产率增长变缓。安络小皮伞多糖提取量基本趋于平缓。主要原因是超声处理15 min后安络小皮伞多糖已经大量溶出，存留在细胞壁里的已经很少。在考虑提取效率、能耗和成本等多个因素后，确定以800 W的超声功率处理20 min为最优条件。

2.1.2 提取温度对安络小皮伞多糖提取量的影响

提取温度对安络小皮伞多糖提取量的影响见图2。

图 2 提取温度对安络小皮伞多糖提取量的影响.png

由图2可知，提取温度越高，安络小皮伞多糖提取量越高，随着提取温度升高，安络小皮伞多糖提取量属于递增的趋势。这是因为细胞壁在热处理下逐渐变得松散，这使得其更容易受到超声波空化效应的破坏。同时，在高温环境中，多糖分子向溶剂中的扩散速率也得到了加快。60 ℃时安络小皮伞多糖提取量比40 ℃有很大提高，而与80 ℃相近，说明提取温度过高反而会影响安络小皮伞多糖的溢出。从处理时间角度来看，5~20 min时安络小皮伞多糖提取量增加较为明显，当处理时间达到20~25 min时安络小皮伞多糖提取量增加趋于缓慢。因此，提取温度60 ℃，超声波处理20 min较为合适。

2.1.3 料液比对安络小皮伞多糖提取量的影响

料液比对安络小皮伞多糖提取量的影响见图3。

图 3 料液比对安络小皮伞多糖提取量的影响.png

由图3可知，随着处理时间的延长，安络小皮伞多糖提取量也在逐步提高。此外多糖提取量随着料液比的增加也呈现出增加的趋势。具体来看，在处理时间为5 min的条件下，多糖提取量随着料液比从1∶80提升至1∶120而显著增加；然而，当料液比进一步从1∶120增加到1∶160时，多糖提取量的增长幅度开始减缓。同样，在处理时间为20 min的情况下，也观察到了类似的多糖提取量变化趋势。这种趋势可能是由于料液比的增大导致溶液黏度逐渐降低，使得多糖分子更容易向水中扩散。因此，选择料液比1∶120，超声处理20 min较为合适。

2.1.4 颗粒粒径对安络小皮伞多糖提取量的影响

颗粒粒径对安络小皮伞多糖提取量的影响见图4。

图 4 颗粒粒径对安络小皮伞多糖提取量的影响.png

由图4可知，多糖提取量随着颗粒粒径的增大而逐渐降低。在60 ℃条件下，在料液比设定为1∶120，超声功率为800 W，且处理时间为5 min的条件下，当颗粒粒径从106 mm增加到212 mm时，安络小皮伞多糖提取量减少趋势明显，当超声处理25 min时，这种下降趋势也越发明显。原因可能是颗粒粒径的增加导致溶液黏度逐步增大，进而使得多糖分子更难向水中渗透。因此，选择颗粒粒径106 mm，处理25 min较为合适。

2.2 动力学模型研究

为了研究不同因素条件下安络小皮伞多糖提取的动力学变化，分别选取Powerlaw、Parabolicdiffusion、Hyperbola和Weibull模型对试验数据分别进行拟合。

2.2.1 不同超声功率下安络小皮伞多糖提取的动力学模型

不同超声功率下安络小皮伞多糖提取的动力学参数评价见表1。

表 1 不同超声功率下安络小皮伞多糖提取的动力学参数评价.png

由表1可知，在超声功率因素改变的情况下，Powerlaw模型中R2值均接近1，且BF值基本等于1，RMSE值分别为0.001 3，0.001 3，0.008 3，0.000 3， 0.002 1，0.001 4，已达到所有数据里最小，所以在超声功率改变的情况下，Powerlaw模型能够较为准确地拟合安络小皮伞多糖提取过程中的动力学变化。

2.2.2 不同提取温度下安络小皮伞多糖提取的动力学模型

不同提取温度下安络小皮伞多糖提取动力学参数评价见表2。

表 2 不同提取温度下安络小皮伞多糖提取动力学参数评价.png

由表2可知，在提取温度因素改变的情况下，Powerlaw模型中R2值均接近1，BF值基本等于1，RMSE值分别为0.003 3，0.003 8，0.001 4，0.001 0， 0.000 9，0.000 4，已达到所有数据里最小，所以在提取温度改变的情况下，Powerlaw模型能够较为准确地拟合安络小皮伞多糖提取过程中的动力学变化。

2.2.3 不同料液比下安络小皮伞多糖提取的动力学模型

不同料液比下安络小皮伞多糖提取动力学参数评价见表3。

由表3可知，在料液比因素改变的情况下，Po- werlaw模型中R2值均接近1，且BF值基本等于1，RMSE值为0.003 3，0.003 8，0.001 4，0.001 0， 0.000 9，0.000 4，已达到所有数据里最小，所以在料液比改变的情况下，Powerlaw模型能够较为准确地拟合安络小皮伞多糖提取过程中的动力学变化。

2.2.4 不同颗粒粒径下安络小皮伞多糖提取的动力学模型

不同颗粒粒径下安络小皮伞多糖提取动力学参数评价见表4。

由表4可知，在颗粒大小因素改变的情况下，Hyperbola模型中R2值为0.987 3，0.963 2，0.951 0， 0.993 5，0.984 5，0.973 6；BF值为1.000 9，1.000 3， 1.000 6，1.001 5，1.001 1，1.002 1；RMSE值为0.006 3， 0.006 8，0.009 3，0.002 3，0.002 1，0.003 0，其中的决定系数达到最大。因此，在颗粒粒径改变的情况下，Hyperbola模型能够较为准确地拟合安络小皮伞多糖提取过程中的动力学变化。

3 结论

综合试验结果数据，超声功率、提取温度和料液比3个因素改变的情况下，Powerlaw模型能够较为准确地拟合安络小皮伞多糖提取过程中的动力学变化；颗粒粒径改变的情况下，Hyperbola模型够较为准确地拟合安络小皮伞水溶物和多糖提取过程中的动力学变化。

参考文献：

[1]CHEUNG Y C，SIU K C，LIU Y S，et al. Kinetic models for ultrasound-assisted extraction of water-soluble components and polysaccharides from medicinal fungi[J]. Food Bioprocess Technol，2013（6）：2659-2665.

[2]MILI' P S，RAJKOVI' K M，STAMENKOVI' O S，et al. Kinetic modeling and optimization of maceration and ultrasound-extraction of resinoid from the aerial parts of white lady's bedstraw（Galium mollugo L.）[J]. Ultrason. Son- ochem，2013（20）：525-534.