全 文 ：西北林学院学报 2006, 21( 3): 101～ 104
Journal of No r thw est Fo r estry Univ e rsity
微生物在杜仲叶胶提取中的作用研究
⒇
张　檀 1 ,　郑瑞杰 1 ,　李晓明 2 ,　杨　祥3 ,　李　茜 1
( 1. 西北农林科技大学 林学院 ,陕西杨陵 712100; 2.西北农林科技大学 ,资环学院 ,陕西 杨陵 712100;
3. 西北农林科技大学 生命科学学院 ,陕西 杨陵 712100 )
摘　要: 研究不同真菌微生物在提胶过程中对杜仲叶纤维素的分解效果 ,从而筛选出适合于杜仲叶
发酵分解的菌类。结果表明 ,黑曲霉 BN易于分解杜仲叶 ,且经其发酵处理后胶得率可提高 13. 3% 。
利用酸碱处理法测定的粗纤维素含量可作为衡量微生物对杜仲叶分解能力的指标。
关键词: 杜仲胶 ;发酵 ;纤维素分解菌 ;木质素分解菌 ;粗纤维素
中图分类号: S789. 2　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1001-7461( 2006) 03-0101-04
A Study on the Function of Microo rganism in Ex tracting Gut ta-percha
ZHANG Tan
1 ,　 ZHENG Rui-jie1 ,　 LI Xiao-ming2 ,　 YANG Xiang3 ,　 LI Qian1
( 1.College of Forest ry , Northwest A & F Universi ty , Yangl ing , Shaanx i 712100, Ch ina;
2. College of Resources and Environment , Northwest A & F Universi ty , Yangl ing , Shaanx i 712100, China;
3. Col lege of Li fe S ciences , Northwest A & F Univer si ty , Yangl in g , Shaan xi 712100, Ch ina )
Abstract: The effect of dif ferent fungi on the decomposi tion o f cel lulo se in the leaves of Eucommla ulmoides
were studied to select sui table ones fo r the ex t raction o f gutta-percha. The results show ed a spergi llus nig er
BN was the optimal fungus, and the productive rate o f gut ta-perch increased 13. 3% . Acid-base t rea tment
w as used to measure the change o f coarse cellulo se, estima ting decomposing deg ree of E. ulmoides leav es.
Key words: g ut ta-perch; fermentation; celluloly tic fungi; lignin fungi; coarse cellulose
　　杜仲 ( Eucommia ulmodes )是中国特有的名贵
经济树种 ,也是世界上适应范围最广的重要胶源植
物 [1～ 5 ]。 杜仲胶是产于杜仲树的一种天然高分子材
料 ,它独有的“橡 - 塑二重性”使其应用领域十分广
阔 [5～ 8 ] ,但因杜仲叶含胶量低、提胶工艺复杂、生产
成本高、产胶率低、环境污染严重等特点 ,严重限制
了杜仲胶及高技术产品的开发利用。
杜仲叶胶细胞的分布与微管系统密切相
关 [9～ 11 ]。微管束组织主要是由纤维素、半纤维素、木
质素及果胶等成分组成。除了酸、碱能水解微管束使
胶体从组织中萃取出来外 ,从理论上讲 ,纤维素酶和
木质素酶应该能起到相同的作用。有关利用纤维素
和木质素分解菌进行发酵 ,提高叶片的分解效果方
面的研究至今未见报道。本试验以杜仲叶为材料 ,用
纤维素与木质素分解菌等对其进行接种试验 ,目的
是研究不同菌种对杜仲叶分解效果及经不同菌种发
酵分解后对提胶的影响 ,探讨微生物在杜仲叶胶提
取中的作用及纤维素对杜仲叶分解能力的指标 ,比
较筛选适合于分解杜仲叶片的菌类 ,以便为进一步
的研究和提高目前杜仲叶胶生产中所采用的自然发
酵的效果提供实验依据。
1　材料与方法
1. 1　材料
1. 1. 1　供试材料　 试验所用杜仲叶于 2004年 10
月采自西北农林科技大学校园内。
1. 1. 2　菌种　纤维素分解菌为康氏木霉 ( Tricho-
derma koningii )、绿色木霉 ( T . viride) ,菌种由陕西
省微生物研究所提供 ;黑曲霉 ( Aspergillus niger )、
绿色木霉 1( T . viride 1)菌种由西北农林科技大学
微生物实验室提供 ;黑曲霉 BN( A. niger BN )由中
国农业大学提供。木质素分解菌为葡萄白腐 (Conio-
⒇ 收稿日期: 2005-11-18　修回日期: 2005-12-22
基金项目:杨凌示范区农业专项 ( 2003-16)。
作者简介: 张檀 ( 1957-) ,女 河南延津人 ,副教授 ,主要从事野生植物资源保护与利用的教学和研究。
thyrium diptodict ta )、平菇 (Pleurotus ostreatus ) ,菌
种由西北农林科技大学微生物实验室提供。
1. 2　方法
1. 2. 1　菌种活化　将斜面保藏的菌种移接到改良
PDA斜面培养基上进行活化 ,于 30℃下培养 3 d,
活化 2次 ,备用。
1. 2. 2　菌悬液制备　将活化 2次的各菌种接入到
装有 400 m L无菌水的三角瓶中 ,每瓶接 1支试管
菌种。 平菇菌不制菌悬液 ,直接接种于材料。
1. 2. 3　材料处理　将杜仲叶揉搓至 0. 2～ 0. 6 cm2
片状 ,并有絮状胶团出现 ,少量叶肉组织呈粉末状。
称取材料 20 g装于 500 m l三角瓶中 ,加适量水使
其湿润。平菇菌处理材料需按比例另加蔗糖 ( 1% )、
麸皮 ( 25% )、 CaCO3 ( 1% )、 KH2 PO4 ( 1. 5% )、 Mg SO4
· 7H2O( 0. 5% ) ,混匀加盖棉塞后于 121℃下灭菌 2
h,备用。
1. 2. 4　接种发酵　所制备菌悬液加入处理过的材
料中 ,加入量以材料全部蘸有菌悬液为宜 ,不宜过
多。无菌水处理作对照 ( CKt )。平菇菌直接接种于材
料 ,接种量为每试管菌种 3瓶 ,加无菌水和等量的平
菇营养配方成分作对照 ( CKp )。各处理重复 3次 ,置
于 30℃下培养 25 d,每天观察并记录发酵情况。
1. 2. 5　指标测定　发酵处理过的材料挤出发酵液 ,
过滤澄清后定容到 100 mL,备用。 另称取原材料
( CK0 t )和按比例添加了平菇发酵配方的原材料
( CK0p )。并一起置于 60℃烘箱干燥 10 h后称重。
采用酸碱处理法测定粗纤维素量 [ 12]。采用 SHS
铜试剂法测定发酵液中总糖含量 [ 13]。
1. 2. 6　杜仲胶提取　将经 60℃烘箱干燥 10 h的每
瓶材料平均分成 2份 ,碾成丝棉状 ,过筛去掉粉末状
的叶肉组织。 放入 100 m L三角瓶中 ,加入 5%
NaOH溶液于 85、 75、 65℃下分别加热 2、 3、 12 h,冲
洗干净 ,再加入 85% H3 PO4于 65、 50℃下分别加热
12、 24 h,冲洗干净 ,最后加入 1∶ 1体积混合的 85%
H3 PO4和 95%乙醇于 40℃下加热 3 h,冲洗干净 ,滤
纸包好置于 25℃烘箱干燥 10 h,得浅黄色粗胶提取
物 [14 ]。
2　结果与分析
2. 1　接种不同菌种杜仲叶的发酵情况
不同菌种接种在杜仲叶上 ,于 30℃发酵培养 25
d。研究 (表 1) ,接种 3 d后 ,除康氏木霉长势一般外 ,
其余均长势良好 ; 7 d后 ,材料均开始发酵 ,体积均
比对照有所减少 ,其中 2种木质素分解菌处理的材
料颜色发生变化 ; 17 d后 ,从直观上比较 ,除康氏木
霉菌种已开始衰弱外 ,其余菌种长势良好 ,且经它们
处理过的材料体积明显变小、材料紧凑 ; 25 d后 ,所
有菌种长势均减弱 ,仅黑曲霉 BN处理的材料摇晃
时仍产生大量孢子 ,另外 ,葡萄白腐菌与平菇菌处理
过的材料颜色发生明显变化。 这可能是由于纤维素
分解菌和木质素分解菌发酵机理有所不同。
表 1　不同菌种对杜仲叶发酵情况
Table 1　 Ferm entation s tate of Eucomm ia ulmoides l eav es b y dif ferent fungi
时间 /d 菌种黑曲霉 黑曲霉 ( BN) 康氏木霉 绿色木霉 绿色木霉 1 葡萄白腐菌 平菇菌
3
黑色菌丝布满表面 ,长势良好
灰白色菌丝布满表面 ,长势良好
表面出现绿色菌丝 ,长势一般
浅绿色菌丝布满表面 ,长势良好
浅绿色菌丝布满表面 ,长势良好
白色菌丝布满表面 ,长势良好 出现白色团状菌丝 ,长势良好
7
大量黑色菌丝分布于表面 ,材料呈团状
黑灰色菌丝分布于表面 ,材料呈球型团状
材料底部边缘着生绿色菌丝 ,长势较好
绿色菌丝布满表 面 , 长势 良好 ,材料呈团状
浅绿色菌丝布满表面 ,长势良好
少量白色菌丝残留材料表面 ,长势良好 ,出现大量黑色子实体 ,材料变灰白色
白色菌丝包裹所有材料 ,长势良好 ,材料颜色变为黄白色
17
黑色菌丝分布于表面 ,长势良好 ,材料呈大球状
黑灰色菌丝包裹材料 ,长势良好 ,摇匀时产生大量黑色孢子 ,材料呈球型团状
绿色菌丝布满表面 ,长势变弱
绿色菌丝布满表 面 , 长势 良好 ,材料呈团状
灰绿色菌丝布满表面 ,长势良好
材料表面少量白色菌丝残留 ,大量黑色子实体存在 ,长势衰弱 ,材料变灰白色
材料表面布满白色絮状菌丝 ,长势良好 ,材料颜色变为淡黄色
25
材料表面布满黑色菌丝 ,长势较弱
黑灰色菌丝包裹材料 ,长势较弱 ,摇匀时产生黑色孢子 ,材料软化
材料表面存在淡绿色菌丝 ,长势衰弱
材料表面布满浅绿色菌丝 ,长势衰弱
材料表面布满灰绿色菌丝 ,长势衰弱
材料发酵成烂泥状 ,颜色发褐
材料表面布满白色絮状菌丝 ,长势较弱 ,分泌金黄色液体 ,材料颜色变为淡黄色
102 西北林学院学报 21卷　
2. 2　不同菌种发酵对杜仲叶干重的影响
为了研究真菌微生物对杜仲叶片的分解作用 ,
本试验设置了原材料对照 ( CK0t )和原材料水浸对照
( CKt )。根据预备试验结果可知 ,单纯的杜仲叶不能
满足平菇菌自身正常生长的要求 ,故在其该菌发酵
处理中和对照 ( CKp )中加入了等量的营养配方成
分 ,以消除添加成分对分解效果的干扰。
从表 2可看出 ,经发酵处理后 ,干重均比原材料
处理 ( CK0t )减少了 20%以上。其中 ,平菇菌发酵处
理后杜仲叶干重 ( CK0 P )减少率明显高于其他 ,其原
因可能是平菇菌在发酵过程中消耗了大量发酵配方
成分 ,接种平菇菌与不接种平菇菌 CKp相比 ,干重
减少极显著 ( t= 13. 210> t 0. 01( 5) ) ,也能说明这种情
况。 经接种黑曲霉、黑曲霉 BN、康氏木霉、绿色木
霉、绿色木霉 1、葡萄白腐菌发酵处理的杜仲叶干重
与水浸原材料 ( CKt )的叶干重相比 ,干重减少不明
显 ,甚至出现负值的现象 (表 2) ,原因可能是各真菌
在分解杜仲叶的同时 ,自身不同程度地又吸收利用
了分解产物和水浸泡出的原材料营养成分而生长发
育 ,并将分解产物和水浸出的营养成分以菌丝、孢子
等形式保存下来 (表 1)。经发酵处理的杜仲叶干重
极显著低于原材料 ( CK0t )的杜仲叶干重 ( t= 19. 235
> t 0. 01( 22) ) ,经平菇菌、 CKp发酵处理的杜仲叶干重
极显著低于 CK0p的干重 ( t= 5. 167> t 0. 01( 7) )。
表 2　不同处理后杜仲叶干重①
Table 2　 Dry w eigh t of Eucommia ulmoid es leaves under dif f erent t reatm en ts
指标 黑曲霉 黑曲霉 BN 康氏木霉 绿色木霉
绿色木
霉 1
葡萄白
腐菌 CKt CK0t 平菇菌 CKp CK0p
不同处理后
的干重 / g 13. 068 13. 476 12. 807 12. 651 13. 392 13. 309 13. 452 17. 998 14. 898 18. 700 23. 398
与 CK0t比较的减少率 /% 27. 625 26. 975 28. 842 29. 709 25. 592 26. 053 25. 258 - - 20. 079 -
与 CK0p比较的
减少率 /% - - - - - - - - 36. 328 - -
与 CKt比较的减少率 /% 2. 855 - 0. 178 4. 795 5. 955 0. 446 1. 063 - - - - -
与 CKp比较的减少率 /% - - - - - - - - 20. 332 - -
　　①表中数据为 3次重复的平均值。
2. 3　不同菌种发酵对杜仲叶粗纤维素量的影响
从表 3可知 ,除 CKt、 CKp与康氏木霉处理后粗
纤维分解率低以外 ,其余菌种发酵处理后粗纤维素
含量明显减少 ,黑曲霉 BN减少率为 65. 460% 。可
见 ,经合适菌种发酵处理可以大量降解杜仲叶内粗
纤维素量 ,进而破坏其微管束结构 ,便于杜仲胶提
取。供试菌种对粗纤维素分解能力高低依次为黑曲
霉 BN、平菇菌、葡萄白腐菌、绿色木霉、黑曲霉、绿
色木霉 1、康氏木霉 ,其中前 4种菌种对杜仲叶粗纤
维素分解率均达到 50%以上。
2. 4　不同菌种发酵后发酵液的含糖量
由表 4可以看出 ,平菇菌与 CKp发酵液中糖含
量较高 ,原因是发酵配方中添加有蔗糖。其余菌种处
理后发酵液含糖量除黑曲霉 BN比 CKt高以外 ,其
他均低于 CKt ,可见黑曲霉、康氏木霉、绿色木霉、绿
色木霉 1、葡萄白腐菌几种菌种在发酵过程中维持
自身生长发育消耗掉的糖量大于其分解粗纤维素而
产生的糖量。含糖量多少次序依次为黑曲霉 BN、康
氏木霉、葡萄白腐菌、绿色木霉、黑曲霉、绿色木霉
1,这与其对纤维素分解能力高低次序不尽相同。 说
明由于各自自身发育特性的干扰 ,发酵液中的含糖
量不能准确地反映各真菌的分解能力。
2. 5　不同菌种发酵后对杜仲胶得率的影响
表 3　不同处理后杜仲叶粗纤维素分解情况
Table 3　 Decompose state of coarse cellulose of Eucommia ulmoides l eav es under di ff eren t t reatmen ts
指标 黑曲霉 黑曲霉
BN
康氏木霉 绿色木霉
绿色木
霉 1
葡萄白
腐菌 CKt CK0t 平菇菌 CKp CK0p
粗纤维量① /g 2. 378 1. 355 3. 630 1. 187 2. 398 1. 676 3. 844 3. 932 1. 746 3. 977 4. 292
与 CK0t比较的减少率 /% 39. 387 65. 460 7. 487 53. 686 38. 899 57. 287 2. 039 - - 7. 339 -
与 CK0p比较的减少率 /% - - - - - - - - 59. 319 - -
与 CKt比较的减少率 /% 38. 132 64. 745 5. 572 52. 727 37. 627 56. 403 - - - - -
与 CKp比较的减少率 /% - - - - - - - - 56. 098 - -
　　①粗纤维量指 20g杜仲叶经不同处理后所测得粗纤维素质量。
103第 3期 张　檀等　微生物在杜仲叶胶提取中的作用研究
　　从表 5可见 ,平菇菌处理后胶含量极低 ,仅为
0. 03% ,可能是由于平菇菌在发酵过程中能分解杜仲
胶所致 ,此结论有待进一步研究。 CKp处理后胶得率
虽为 1. 57% ,但实际纯胶得率并不高。由于发酵培养
配方中所添加麸皮在提胶过程中不易除掉 ,导致所提
胶体内包裹有大量麸皮 ,采用铬酸氧化法 [ 15]测定可
知 ,胶纯度仅为 50% ,其他处理后所得胶含量均在
1%左右 ,且胶纯度为 84%～ 86% ,此结论与马柏林
等 [ 16]所研究结果一致。与未经发酵处理杜仲叶胶得率
0. 98%相比 ,除康氏木霉 ( 0. 94% )和平菇菌外 ,其余
均等于或高于对照 ,黑曲霉 BN发酵处理后胶得率可
提高 13. 3% 。因此经适宜的菌种发酵处理后 ,不但不
会分解杜仲叶胶 ,反而能提高其得胶率。
表 4　不同处理后发酵液含糖量
Tab le 4　 Sugar con tent of fermented liquor under dif f erent t reatm en ts
指标 黑曲霉 黑曲霉 BN 康氏木霉 绿色木霉 绿色木霉 1 葡萄白腐菌 平菇菌 CKt CKp
发酵液总
含糖量 /g 0. 495 0. 888 0. 660 0. 537 0. 425 0. 563 0. 975 0. 758 1. 095
表 5　不同处理后杜仲胶得率
Table 5　 Productiv e rate of gut ta-percha under dif f erent t reatm en ts
指标 黑曲霉 黑曲霉
BN
康氏木霉 绿色木霉 绿色木霉 1
葡萄白
腐菌 平菇菌 CKt CKp
得胶量 / g 0. 103 0. 111 0. 094 0. 102 0. 098 0. 101 0. 003 0. 098 0. 157
得胶率 /% 1. 03 1. 11 0. 94 1. 02 0. 98 1. 01 0. 03 0. 98 1. 57
3　结论与讨论
参试的 7种真菌对杜仲叶均有不同程度的分解
能力 ,高低依次为黑曲霉 BN、平菇菌、葡萄白腐菌、
绿色木霉、黑曲霉、绿色木霉 1、康氏木霉。对其结果
的进一步分析比较得出 ,纤维素分解菌—黑曲霉
BN对杜仲叶的分解作用最强 ,经其发酵分解可使
杜仲叶干重降低 26. 975% ,使叶中粗纤维素含量减
少 65. 460% ,杜仲胶得率提高 13. 3% ,是杜仲叶胶
提取发酵的适宜菌种 ;平菇菌和康氏木霉对叶纤维
素分解能力差 ,且降低胶得率 ,故不适宜作提胶发酵
的菌类。
在各参试真菌处理的杜仲叶胶得率中 ,平菇菌
处理后胶得率极低 ,分析原因可能是由于平菇菌在
发酵过程中能一定程度分解杜仲胶 ,或因胶丝附着
于添加物上发酵后冲洗时易被冲掉所致 ,此结论有
待进一步研究。经黑曲霉 BN发酵处理过的杜仲叶
片 ,提胶时经碾碎过筛所剩丝棉状物质明显减少 ,提
胶工艺中酸碱使用量明显减少 ,说明在杜仲叶胶提
取过程中 ,不同菌类对胶丝提取的效率影响不同。通
过加入适宜的纤维素、木质素分解菌来提高发酵效
率 ,减少酸减用量的方法是可行的。此结论为优化杜
仲胶提取工艺提供了实验依据。有关黑曲霉 BN的
最佳发酵条件还需进一步研究。
酸减处理法测定的发酵后叶片粗纤维素含量可
以作为衡量真菌分解叶片纤维素能力和效果的指
标。发酵后叶干重减少率和发酵液中的含糖量虽然
简单易测 ,但因受微生物自身特性的影响 ,不能准确
地反映真菌对叶片纤维素分解的能力 ,故不适宜作
为衡量指标。
参考文献:
[1 ]　张康健 .中国杜仲研究 [M ] .西安:陕西科学技术出版社 , 1992,
1-6.
[ 2 ]　张康健 ,王蓝 ,马柏林 ,等 .中国杜仲次生代谢物 [M ] .北京:科
学出版社 , 2002. 3-19.
[3 ]　杜红岩 .杜仲优质高产栽培 [M ] .北京:中国林业出版社 , 1996.
3-217.
[ 4 ]　李芳东 ,杜红岩 .杜仲 [M ].北京:中国中医药出版社 , 2001.
182-280.
[5 ]　杜红岩 ,谢碧霞 ,邵松梅 .杜仲胶的研究进展与发展前景 [ J ].中
南林学院学报 , 2003, 23( 4): 95-99.
[6 ]　严瑞芳 .杜仲胶研究进展及发展前景 [ J ].化学进展 , 1995, 7
( 1): 65-71.
[7 ]　严瑞芳 ,胡汉杰 .杜仲胶的研究与开发 [ J ].中国科学基金 , 1994
( 1): 51-55.
[8 ]　张 乔 .杜仲橡胶的开发与利用 [ J] .橡胶工业 , 1996, 43 ( 11):
690-693.
[9 ]　周莉英 ,黎斌 ,苏印泉 .杜仲含胶细胞形态特征的研究 [ J ].西北
植物学报 , 2001, 21( 3): 566-569.
[ 10 ]　崔跃华 ,汪矛 ,孙克莲 .杜仲含胶细胞的形态学研究 [ J ].植物
学通报 , 1999, 16( 4): 439-443.
[ 11 ]　田兰馨 ,卢敏 ,胡正海 .杜仲含胶细胞发生和发育的研究 [ J ].
植物学报 , 1990, 32( 1): 1-6.
[12 ]　邓毓芳 .经济林产品利用及分析 [M ].北京:中国林业出版社 ,
1986. 251-253.
[13 ]　北京大学生物系生物化学教研室 .生物化学实验指导 [ M ].北
京:人民教育出版社出版 , 1979. 31-36.
[14 ]　马柏林 ,王蓝 ,张康健 ,等 .杜仲胶实验室提取方法的研究 [ J ].
西北林学院学报 , 1994, 9( 4): 67-69.
[15 ]　橡胶工业手册编写小组 .橡胶工业手册 .第六分册 .上册 [ M ].
北京:化学工业出版社 , 1979. 33-35.
[ 16 ]　马柏林 ,梁淑芳 ,张康健 ,等 .杜仲无性系叶中含胶量及水溶
物含量的比较 [ J ].西北林学院学报 , 1996, 11( 2): 50-53.
104 西北林学院学报 21卷