免费文献传递   相关文献

Optimization of Extraction for Exopolysaccharides from Grifola Frondosa

灰树花胞外多糖提取工艺优化


通过对乙醇浓度、醇沉时间、醇沉温度3个单因素试验对灰树花胞外多糖提取过程中的变化规律进行研究,并且通过正交试验法,以灰树花EPS提取量为考察指标,对灰树花胞外多糖提取工艺条件进行优化。结果表明:灰树花胞外多糖的最佳提取条件为乙醇浓度95%、醇沉时间10h、醇沉温度4℃。在此条件下灰树花胞外多糖的提取量为321.94mg·L-1,较未优化的灰树花胞外多糖提取条件提高了57.79%。


全 文 :核 农 学 报  2013,27(11):1704 ~ 1708
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期:2012⁃11⁃29  接受日期:2013⁃08⁃05
基金项目:国家自然科学基金(31060272)
作者简介:汤庆莉,女,副教授,主要从事食品生物技术研究。 E⁃mail: qltang2002@ aliyun. com
通讯作者:吴天祥,男,教授,主要从事发酵工程教学与科研工作。 E⁃mail:wutianxiang0808@ aliyun. com
文章编号:1000⁃8551(2013)11⁃1704⁃05
灰树花胞外多糖提取工艺优化
汤庆莉1   张  洪2   张  勇2   王  娜2   付红伟3   吴天祥2
( 1 贵州大学化学与化工学院,贵州 贵阳  550025;2贵州大学生命科学学院,贵州 贵阳  550025;
3 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院,浙江 杭州  310027)
摘  要:通过对乙醇浓度、醇沉时间、醇沉温度 3 个单因素试验对灰树花胞外多糖提取过程中的变化规律
进行研究,并且通过正交试验法,以灰树花 EPS提取量为考察指标,对灰树花胞外多糖提取工艺条件进
行优化。 结果表明:灰树花胞外多糖的最佳提取条件为乙醇浓度 95% 、醇沉时间 10h、醇沉温度 4℃。
在此条件下灰树花胞外多糖的提取量为 321􀆰 94mg·L - 1,较未优化的灰树花胞外多糖提取条件提高了
57􀆰 79% 。
关键词:灰树花;胞外多糖(EPS);提取条件;正交试验
    灰树花(Grifola frondosa)隶属于担子菌亚门、层菌
纲、非褶菌目、多孔菌科,树花属是一种药食同源、价值
较高的珍贵真菌。 灰树花营养成分丰富,是一种高蛋
白质、高维生素 E 和富含多种矿物质元素的营养食
品[1 - 2]。 其中灰树花多糖具有重要的生物活性,如抗
肿瘤[3]、调节机体免疫力[4 - 5]、抗 HIV[6]、抗氧化和清
除自由基[7]等。 Nanba H[8]研究表明:灰树花在所有
真菌生物活性物质中抗肿瘤活性最强,且绝大多数真
菌多糖制剂口服无效,而灰树花多糖则例外。 采用生
物技术方法利用液体发酵培养灰树花菌丝体,并利用
发酵液提取灰树花多糖是目前最经济、最环保的方法。
但发酵培养后发酵液成分复杂,灰树花多糖的分离提
取存在很大困难[9]。 目前,对灰树花多糖的提取普遍
使用醇沉法,其中乙醇浓度、醇沉时间和醇沉温度等因
素对灰树花多糖的提取量存在影响。 为此,本研究以
灰树花胞外多糖提取量为考察指标对上述 3 个因素进
行单因素试验,并通过正交试验,得到灰树花胞外多糖
的最优提取工艺。
1  材料与方法
1􀆰 1  菌株
灰树花菌株(菌种编号:51616),购于中国农业微
生物菌种保藏管理中心。
1􀆰 2  实验仪器与药品
紫外可见分光光度计(UV - 7502PC 型,上海欣茂
仪器有限公司);电子天平[CP114 型,奥豪斯仪器(上
海)有限公司)];恒温振荡器(TS - 2102C 型,上海天
呈仪器有限公司);立式灭菌锅(BXM - 30R 型,上海
博讯实业有限公司医疗设备厂);C6H12O6 (天津市大
茂化学试剂厂);蛋白胨(上海盛思生化科技有限公
司);酵母膏(上海盛思生化科技有限公司);KH2PO4
(天津市福晨化学试剂厂);MgSO4·7H2O(天津市瑞金
特化学品有限公司);无水乙醇(成都金山化学试剂有
限公司);其他试剂均为市售分析纯。
1􀆰 3  试验方法
1􀆰 3􀆰 1   培养基   斜面培养基: 马铃薯 (去皮 )
200g·L - 1,葡萄糖 20g·L - 1,蛋白胨 2g·L - 1,KH2PO4
2g·L - 1,MgSO4·7H2O 1g·L - 1,琼脂 20g·L - 1;pH 值自
然。
液体种子培养基:葡萄糖 30g·L - 1,蛋白胨
2g·L - 1,酵母膏 6g·L - 1,KH2PO4 0􀆰 5g·L - 1,MgSO4·
7H2O 0􀆰 5g·L - 1;pH值自然。
发酵培养基: 葡萄糖 50g·L - 1,蛋白胨 5g·L - 1,酵
母膏 6g·L - 1,KH2PO42g·L - 1,MgSO4·7H2O 2g·L - 1;pH
值自然。
4071
  11 期 灰树花胞外多糖提取工艺优化
1􀆰 3􀆰 2  培养方法  斜面种子培养:于母种试管中切取
黄豆粒大小的菌丝块接于 PDA斜面中部,置于 25℃恒
温培养箱中,培养至菌丝长满整个斜面。
液体种子培养:将培养好的斜面菌种用接种扒切
取蚕豆大小颗粒,接种于液体种子培养基中,一支
PDA 斜面接种一瓶。 250mL 三角锥形瓶装液量
100mL、25℃、150r·min - 1、摇床培养 7 d,三角锥形瓶中
应长出大量细小、均匀的菌丝球且菌液清亮。
发酵培养基:按 10%的接种量接种。 用移液管量取
液体种子 10mL,接种于发酵培养基中。 250mL三角锥形
瓶装液量为 100mL、25℃、150r·min -1、摇床培养 7d。
1􀆰 4  试验方法
1􀆰 4􀆰 1  灰树花胞外多糖提取工艺流程  灰树花恒温
振荡发酵培养(培养温度 25℃、转速 150r·min - 1、培养
时间 7d) →灰树花发酵培养液→离心沉淀除菌体
(4000r·min - 1,10min)→灰树花发酵液→醇沉→灰树
花粗多糖。
1􀆰 4􀆰 2  乙醇浓度的影响  经离心处理后的灰树花菌
体发酵上清液,在醇沉温度 4℃,醇沉时间为 12 h的条
件下,分别设定 70% 、75% 、80% 、85% 、90% 、95%和
98%的乙醇浓度,进行试验,沉淀离心,沉淀用 95%乙
醇清洗 2 次,再离心(4000r·min - 1,10min),沉淀置于
60℃烘箱中去除残余乙醇,加入一定量的水重溶,采用
苯酚 -硫酸法测定其多糖提取量。
1􀆰 4􀆰 3  醇沉时间的影响  经离心处理后的灰树花菌
体发酵上清液,在乙醇浓度 95% ,醇沉温度 4℃的条件
下,分别设定 2、4、6、8、10、12 和 14 h 的醇沉时间,进
行试验,沉淀离心,沉淀用 95%乙醇清洗 2 次,再离心
(4000r·min - 1,10min),沉淀置于 60℃烘箱中去除残
余乙醇,加入一定量的水重溶,采用苯酚 -硫酸法测定
其多糖提取量。
1􀆰 4􀆰 4  醇沉温度的影响  经离心处理后的灰树花菌
体发酵上清液,在乙醇浓度 95% ,醇沉时间 10 h 的条
件下,分别设定 2、4、8、18 和 30℃的醇沉时间,进行试
验,沉淀离心,沉淀用 95% 乙醇清洗 2 次,再离心
(4000r·min - 1,10min),沉淀置于 60℃烘箱中去除残
余乙醇,加入一定量的水重溶,采用苯酚 -硫酸法测定
其多糖提取量。
1􀆰 4􀆰 5  灰树花胞外多糖提取工艺的正交试验  采用
正交试验设计方案,根据单因素试验结果进行 L9(3) 3
正交试验方法分析[10]。
1􀆰 5  分析方法
1􀆰 5􀆰 1  多糖含量测定的标准曲线[11]   多糖标准曲线
制作(0􀆰 04mg·mL - 1):准确称取在 80℃条件下烘干至
恒重的葡萄糖 20 mg置于 500mL 容量瓶中,加水至刻
度,分别吸取 0􀆰 4、 0􀆰 6、 0􀆰 8、 1􀆰 0、 1􀆰 2、 1􀆰 4、 1􀆰 6 和
1􀆰 8mL,各以水补至 2􀆰 0mL,然后加入 6%苯酚 1􀆰 0mL
及浓硫酸 5􀆰 0mL,静止 10min,摇匀,室温放置 20min
后于 490 nm测光密度,以 2􀆰 0mL 水按同样显色操作
作为空白,以横坐标为多糖含量,纵坐标为光密度值,
得标准曲线,见图 1。 由图 1 可知,多糖测定标准曲线
的回归方程为 y = 0􀆰 0065x - 0􀆰 0054,R2 = 0􀆰 9975,在所
选取浓度的范围内,二者相关系数较高,呈现出良好的
线性关系。
图 1  葡萄糖标准曲线
Fig. 1  Standard Curve of Polysaccharide
1􀆰 5􀆰 2  胞外多糖的测定  发酵液经离心所得的上清
液合并,减压浓缩到发酵液体积的 2 / 5 ~ 3 / 5,加入无
水乙醇到乙醇含量为 95% ,静置于 4℃冰箱中 10 h,离
心,沉淀用 95%乙醇清洗 2 次,再离心(4000r·min - 1,
10min),沉淀置于 60℃烘箱中去除残余乙醇,加入一
定量的水重溶,采用苯酚 -硫酸法测定多糖提取量。
2  结果与分析
2􀆰 1  灰树花胞外多糖提取单因素试验
2􀆰 1􀆰 1  乙醇浓度对灰树花胞外多糖提取量的影响 
由图 2 可知,灰树花胞外多糖提取量随乙醇浓度的增
大而增加,当乙醇浓度为 95% 时达到最大 (308􀆰 51
mg·L - 1),随乙醇浓度的继续增大灰树花胞外多糖的
提取量不再增加反而有所下降。 结果表明,95%乙醇
浓度为灰树花胞外多糖提取的最佳乙醇浓度。
2􀆰 1􀆰 2  醇沉时间对灰树花胞外多糖提取量的影响 
由图 3 可知,在 2 ~ 10 h,灰树花胞外多糖提取量随醇
沉时间的增加而缓慢增加,当醇沉时间为 10 h 时达到
最大(326􀆰 42mg·L - 1)。 随醇沉时间的继续增加灰树
5071
核  农  学  报 27 卷
图 2  乙醇浓度对灰树花胞外多糖提取量的影响
Fig. 2  Effect of different ethanol volume percentages on
the change of EPS content during the extraction for
exopolysaccharides from Grifola frondosa
图 3  醇沉时间对灰树花胞外多糖提取量的影响
Fig. 3  Effect of different extraction time on the
change of EPS content during the extraction for
exopolysaccharides from Grifola frondosa
花胞外多糖的提取量呈现下降的趋势。 试验数据显
示,醇沉 10 h为灰树花胞外多糖提取的最佳时间。
表 1  正交试验因素水平表
Table 1  Factors and levels in orthogonal design
水平
Level
因素 Factors
A 乙醇浓度
A Ethanol Concentration / %
B 醇沉时间
B Extraction Time / h
C 醇沉温度
C Extraction temperatures / ℃
1 90 8 2
2 95 10 4
3 98 12 8
2􀆰 1􀆰 3  醇沉温度对灰树花胞外多糖提取量的影响 
由图 4 可知,灰树花胞外多糖提取量在 2℃到 4℃逐渐
上升并达到最大(332􀆰 39mg·L - 1),之后随着醇沉温度
的升高灰树花多糖的提取量呈现下降的趋势。 研究表
明,4℃为灰树花胞外多糖提取的最佳温度。
图 4  醇沉温度对灰树花胞外多糖提取量的影响
Fig. 4  Effect of different extraction temperatures
on the change of EPS content during the extraction
for exopolysaccharides from Grifola frondosa
2􀆰 2  正交试验优化灰树花胞外多糖提取条件
对影响灰树花胞外多糖提取量的因素乙醇浓度、
醇沉时间、醇沉温度进行正交试验分析,确定灰树花胞
外多糖提取工艺的最优条件。 本试验采用的是 L9
(3) 3 正交试验,本试验取各因素的最大值作为中间水
平,各因素选取水平,正交试验因素水平设计见表 1。
试验结果及分析见表 2 和表 3。
    由正交试验结果可以看出各因素对灰树花胞外多
糖提取量的影响:乙醇浓度 >醇沉温度 >醇沉时间,其
中乙醇浓度对多糖提取量的影响较为显著。 由图 5 可
知,三个因素的最佳组合为 A2B2C2,即乙醇浓度为
95% ,醇沉时间为 10 h,醇沉温度为 4℃。 按照所得出
的最佳组合进行实验,计算其平均值,最后得到灰树花
6071
  11 期 灰树花胞外多糖提取工艺优化
表 2  正交试验结果及分析
Table 2  Results of the orthogonal test
试验号
Sequence
因素 Factors
A B C
胞外多糖含量
The contens of polysaccharide / (mg·L - 1)
1 1 1 1 263􀆰 73
2 1 2 2 278􀆰 66
3 1 3 3 284􀆰 63
4 2 1 2 314􀆰 48
5 2 2 3 298􀆰 06
6 2 3 1 293􀆰 58
7 3 1 3 280􀆰 15
8 3 2 1 292􀆰 09
9 3 3 2 284􀆰 63
k1 827􀆰 02 858􀆰 36 849􀆰 40
k2 906􀆰 12 868􀆰 81 877􀆰 77
k3 856􀆰 87 862􀆰 84 862􀆰 84
􀭰k1 275􀆰 673 286􀆰 120 283􀆰 133
􀭰k2 302􀆰 040 289􀆰 603 292􀆰 590
􀭰k3 285􀆰 623 287􀆰 613 287􀆰 613
R 26􀆰 367 3􀆰 483 9􀆰 457
表 3  正交试验方差分析结果
Table 3  Analysis of variance of the results
方差来源
Variance analysis reseauce
平方和
Sum of squares
自由度
df
F比
F Ration
F临界值
F Critical Value
显著性
Significance
乙醇浓度
Ethanol Concentration / %
1063􀆰 711 2 0􀆰 356 19􀆰 000 ∗∗∗
醇沉时间
Extraction Time / h
18􀆰 324 2 0􀆰 006 19􀆰 000 ∗
醇沉温度
Extraction temperatures / ℃
134􀆰 266 2 0􀆰 045 19􀆰 000 ∗∗
误差
Error margin
1216􀆰 30 6
胞外多糖的提取量为 321􀆰 94mg·L - 1,较前期的提取条
件(乙醇浓度 80% ,醇沉时间 12 h,醇沉温度 4℃)所
提取出的多糖含量 204􀆰 03mg·L - 1,提高了 57􀆰 79% ,从
而保证了灰树花发酵液的有效利用。
3  讨论
(1)通过单因素试验对灰树花胞外多糖提取的条
件进行优化,通过对多糖提取量在不同乙醇浓度、醇沉
时间和醇沉温度下的变化情况进行分析,依次确定了
灰树花胞外多糖提取条件中的最佳乙醇浓度、最佳醇
沉时间和最佳醇沉温度。
(2)对三组因素进行 L9(3) 3 正交试验分析,以灰
树花胞外多糖提取量为考察指标,确定灰树花胞外多
糖提取的最佳条件为乙醇浓度 95% 、醇沉时间 10h、醇
沉温度 4℃。 在此提取条件下,灰树花发酵液中胞外
多糖的提取量可达 321􀆰 94mg·L - 1,较前期的提取条
件提高了 57􀆰 79% ,从而提高了灰树花发酵液的利用
率。
7071
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2013,27(11):1704 ~ 1708
图 5  各因素水平与灰树花胞外多糖提取量关系图
Fig. 5  Effect of various factors on EPS content
during the extraction for exopolysaccharides
from Grifola frondosa
参考文献:
[ 1 ]  刘振祥, 张胜. 食用菌栽培技术[M]. 北京: 化学工业出版社,
2007
[ 2 ]  潘崇环, 孙萍, 龚翔. 珍稀食用菌[M]. 北京: 中国农业出版
社, 2004
[ 3 ]  Suzuki I, Hashimoto K, Oikawa S,Sato K, Osawa M. Anti⁃tumor
and immunomodualting activities of a beta⁃glucan obtained from
liquid⁃cultured Grifola frondosa[ J] . Chem Pharm Bull,1989,37:
410 - 413
[ 4 ]  Gary D, Hong L, Andrew Seidman, Monica Fornier, Gabriella D’
Andrea, Kathleen Wesa, Simon Yeung, Susanna Cunningham⁃
Rundles, Andrew J. Vickers, Barrie Cassileth. A phase I / II trial of
a polysaccharide extract from Grifola frondosa (Maitake mushroom)
in breast cancer patients: immunological effects [ J] . Journal of
Cancer Research and Clinical Oncology, 2009, 135:1215 - 1221
[ 5 ]  Noriko K, Tadahiro K, Hiroaki N. Stimulation of the natural
immune system in normal mice by polysaccharide from maitake
mushroom[J] . Mycoscience, 2003, 44:257 - 261
[ 6 ]  Hiroaki N, Noriko K, Douglas S, Denise T. Effects of Maitake
( Grifola frondosa ) glucan in HIV⁃infected patients [ J ] .
Mycoscience,2000, 41:293 - 295
[ 7 ]  En - Shyh Lin. Production of exopolysaccharides by submerged
mycelial culture of Grifola frondosa TFRI1073 and their antioxidant
and antiproliferative activities [ J] . World Journal of Microbiology
and Biotechnology,2011, 27:555 - 561
[ 8 ]  Nanba H. Maitake mushroom immumotherapy to prevent from cancer
growth and Metastasls[J] . Explore,1995 6(1):74 - 78
[ 9 ]  孙金旭,朱会霞,高小宽, 李书珍, 陈尧, 林高强, 周成铭. 响应
面法提取灰树花多糖研究[J] . 食品与机械,2010, 26(5): 131
- 133
[10]  丁宏伟. 超声波结合微波辅助提取米糠多糖的研究[J] . 核农学
报, 2013, 27(3):329 - 333
[11]  张惟杰. 糖复合物生化研究技术[M]. 杭州: 浙江大学出版社,
1999
Optimization of Extraction for Exopolysaccharides from Grifola Frondosa
TANG Qing⁃li1   ZHANG Hong1   ZHANG Yong2   WANG Na2   Fu Hong⁃wei3   WU Tian⁃xiang2∗
( 1 School of Chemistry and Chemical Engineering, Guizhou University, Guiyang, Guizhou  550025;
2 School of life science, Guizhou University, Guiyang, Guizhou  550025; 3. College of Biomedical
Engineering and Instrument Science, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang  310027)
Abstract:In this work, the effects of ethanol volume percentage, extraction time and extraction temperature on the
change of EPS content during the extraction of exopolysaccharides from Grifola frondosa were explored through single⁃
factor and orthogonal array experiments on the basis of EPS content. The optimal extraction conditions for EPS were
optimized to be extracted at 4℃ following extraction for 10 h in ethanol with a volume percentage adjusted to 95% , in
which the extraction content of EPS from Grifola frondosa reached to 321􀆰 94mg·L - 1, and the extraction rate increased
by 57􀆰 79% comprised with the unoptimized group.
Key words:Grifola frondosa; Exopolysaccharides (EPS); Extraction conditions; Orthogonal array design
8071