全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
　核 农 学 报　2010, 24 (1) : 0067～0072
Journal of N uclear Agricu ltura l Sciences
文章编号 : 100028551 (2010) 0120067206
辐照对发酵玉米芯中裂褶菌多糖提取
及流变学性质的影响
钟　昕　周素梅　王　强　刘红芝
(农业部农产品加工与质量控制重点开放实验室 /中国农业科学院农产品加工研究所 ,北京　100193)
摘 　要 :对裂褶菌发酵玉米芯进行γ射线辐照处理 ,研究不同处理条件下辐照对裂褶菌多糖提取率及流
变学性质的影响。结果显示 :在 5～20kGy辐照剂量范围内 ,同一剂量下 ,多糖提取率随辐照原料水分
含量的增加而上升 , 60%水分含量、10kGy处理下多糖提取率达到最高值 7195%。辐照处理对所提取裂
褶菌多糖溶液粘度有不同程度的降低 , 1510%水分含量、20kGy处理下 ,多糖的零剪切粘度η0 降至最低
值 10179 Pa·s;辐照处理对裂褶菌多糖的粘弹性亦有显著影响 , G′、G″以及二者之交点 Gx 值的变化趋势
与η0 值的基本一致。本研究得到如下结论 :γ射线辐照处理对发酵玉米芯中裂褶菌多糖可起到降解、
增溶的作用。
关键词 :裂褶菌多糖 ;辐照 ;提取 ;流变学性质
EFFECT O F IRRAD IATIO N O N EXTRACT IO N AND RHEOLO G ICAL PRO PERT IES
O F SCH IZO PHYLLAN FROM FERM ENTED CO RN CO B
ZHONG Xin　ZHOU Su2mei　WANG Q iang　L IU Hong2zhi
( Key Laboratory of A gricu ltural Product Processing and Q uality Control, M in istry of Agriculture / Institu te of
Agro2Food Science and Technology, Chinese Academ y of Agricu ltural Sciences, B eijing　100193)
Abstract:γ2rays was used to irradiate the corn cob fermented with Sch izophyllum comm une, the effect of irradiation
under different conditions on extraction rates and rheological p roperties of schizophyllan were studied. The results showed
that, in the irradiation dose range of 5 ～20kGy, the extraction rate of schizophyllan increased with the increas of
material’s moisture content under a fixed irradiation dose, the highest yield of schizophyllan was 7195% at the moisture
content of 60% and 10kGy irradiation. η0 values of schizophyllan solution were decreased with the increase of irradiation
dose. A t the conditions of 1510% moisture and 20kGy irradiation, the zero2shear viscosityη0 reachs a m inimum value of
10179 Pa·s. Irradiation treatment also significantly effected the viscoelasticity of schizophyllan solution, the data of G′,
G″and their intersection point2Gx showed sim ilar tendency as that ofη0 1 In conclusion, γ2rays irradiation could degrade
and solubilize schizophyllan in fermented corn cob.
Key words: schizophyllan; γ2ray irradiation; extraction; rheological p roperty
收稿日期 : 2009205226　接受日期 : 2009208226
基金项目 :农业部农产品加工与质量控制重点开放实验室开放基金
作者简介 :钟昕 (19832) ,女 ,北京人 ,在读硕士 ,研究方向为粮油加工和功能食品。E2mail: zhxcau@ yahoo. com. cn
通讯作者 :周素梅 (19712) ,女 ,河南商丘人 ,博士 ,副研究员 ,研究方向为功能活性物质的研究。E2mail: zhousumei@yahoo. com. cn　　裂褶菌多糖 ( Schizophyllan, SPG)是存在于裂褶菌(S ch izophyllum comm une Fr. )子实体、菌丝体或发酵液 中的一种水溶性多糖 ,它是以 β2( 1, 3 ) 2葡聚糖为主链、具有β2(1, 6) 2葡萄糖分支的典型药用真菌多糖 ,
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核　农　学　报 24卷
其相对平均分子量范围在 ( 6～12) ×106 Da[ 1 ]。已有
研究报道显示 ,裂褶菌多糖具有抗肿瘤、增强免疫、抑
菌消炎、抗辐射等多种生理活性 [ 2 ] ,目前日本已将其
开发成医药制剂 ( SonifilanÒ ) ,用于妇科肿瘤和乙肝
等疾病的治疗 [ 3 ]。此外 ,裂褶菌多糖在日用化妆品中
也发挥抗辐射、保湿 [ 4 ]、美白等作用 [ 5, 6 ]。然而 ,天然
来源的裂褶菌多糖由于分子量过高 ,溶液黏度大、溶解
性差 ,应用受到一定限制。日本产品中曾采用超声处
理来降解裂褶菌多糖 ,以提高其分解和溶解性 [ 3 ] ,但
其他相关研究报道较少。
多糖降解的方法主要有化学、物理以及酶法等。
多糖的化学降解通常利用酸、碱或氧化剂等化学物质
在特定条件下对多糖链的破坏而发挥作用。化学法虽
然简单、成本较低 ,但因常伴有副反应且不够安全、环
保 ,越来越不被人们看好。酶法降解条件相对温和、环
保 ,但成本较高 ,且不一定能够找到合适的酶源 ,应用
也受到一定限制 [ 7 ]。物理方法是利用物理能量 ,如超
声波 [ 8, 9 ]、辐照、微波等来打断多糖的长链结构 ,主要
特点是安全、环保 ,符合现代工业发展趋势。其中 γ
射线辐照是食品、医药等行业常见的杀菌、灭酶手段 ;
高剂量的辐照还可能导致高聚物的降解。已有研究利
用电离辐射来促进淀粉 [ 10～14 ]、纤维素 [ 15, 16 ] 和果
胶 [ 17～19 ]等多糖类物质的降解 ,有关裂褶菌多糖的辐照
降解研究目前尚未见报道。本文将由此入手 ,考察原
料预处理和辐照剂量对固体发酵物料中裂褶菌多糖的
影响 ,主要通过对多糖提取率及其溶液流变学特性的
变化来预测辐照的作用 ,为未来裂褶菌多糖辐照改性
的应用提供实验依据。
1　材料与方法
111　材料与设备
裂褶菌 ( Sch izophy llum comm une Fr. )购自中国农
业科学院农业资源与农业区划研究所 ,菌种编号
NJ018;斜面与液体种子培养基均为 PDA培养基 ;固体
培养基为玉米芯粉 (40目 ) ;其余试剂均为分析纯。
MCR301动态流变仪 (奥地利安东帕公司 ) , UV2
1201紫外可见分光光度计 (北京瑞利分析仪器公司 ) ,
101A22B型电热鼓风干燥箱 (上海实验仪器有限公
司 ) , THZ282A水浴恒温振荡器 , LDZX250FA立式压力
蒸汽灭菌器 (上海申安医疗器械厂 ) , HZW 2F160振荡
培养箱 (哈尔滨市东联电子技术开发有限公司 ) , XHF2
D高速分散器 (宁波新芝生物科技股份有限公司 ) ,
LXJ2IIB低速大容量多管离心机 (上海安亭科学仪器
厂 ) , DL2C I实验医用型洁净工作台 (北京东联哈尔仪
器制造有限公司 )。
112　试验方法
11211　裂褶菌的培养 　将裂褶菌保藏菌种接种到试
管斜面培养基上活化 (27℃培养 7d) ,将活化好的斜面
菌种接入液体种子培养基中 , 27℃、160 r/m in下培养
48h,得到液体菌种 ;将液体菌种接种到固体培养基
(玉米芯粉 ,水分含量 70% )中 ,接种量为 5m l/100g
(V /W ) , 27℃下培养 7 ～8d 菌丝体充满整个培养
基 [ 20 ]时 ,结束发酵过程。
11212　发酵玉米芯粉制备与预处理 　将发酵好的固
体物料低温 (50℃～60℃)干燥至水分含量达到 5%以
下 ,粉碎过 60目筛 ;将发酵玉米芯粉分成若干份 ,分别
添加去离子水 , 调节水分含量至 718%、1510%、
3010%、4510%和 6010% ,待用。
11213　发酵玉米芯的γ射线辐照处理 　辐照在中国
农业科学院农产品加工研究所辐照中心进行 ,辐照源
为 60 Co,源强度为 200kCi,剂量率 100Gy/m in,辐照剂
量设置 0、5、10和 20kGy 4个水平。
11214　裂褶菌多糖的提取 　将经不同辐照处理的样
品用热水浸提 [料液比 1∶15 (V /W ) , 90℃, 1h,振荡速
率 160 r/m in ] ,经 4200 r/m in、20m in离心分离后收集上
清液 ,上清液添加 2倍体积 95%乙醇沉淀 ,同上条件
过夜后离心分离 ,收集沉淀。将乙醇沉淀物加适量水
复溶 ,以苯酚 2硫酸法测定溶液中总多糖含量 ;以葡萄
糖溶液 ( 100μg/m l)为基准做标准曲线。裂褶菌多糖
提取率计算公式如下 :
多糖提取率 ( % ) = C ×V ×019 /m ×100%
其中 , C表示由标准曲线计算所得的溶液中葡萄
糖浓度 (mg/m l) ; V表示待测溶液体积 (m l) ; 019为换
算因子 ; m为提取原料质量 (mg,干基 )。
11215　裂褶菌多糖溶液流变学性质的测定
1121511　粘度特性 　在动态流变仪上选用粘度 (η)
～剪切速率 (τ)测量模式。测定条件为 :裂褶菌多糖
溶液浓度 710mg/m l,Φ50mm、1℃夹角椎板 ,工作温度
25℃,剪切速率范围 0101 1 / s～10 1 / s。零剪切粘度
(η0 )值及其曲线由仪器自带分析软件计算获得 ,所得
曲线的横、纵坐标分别为τ与η的对数坐标。
1121512　粘弹特性 　在动态流变仪上选用动态模量
( G′、G″) ～角频率 (ω)测量模式。测定条件为 :多糖
浓度 315mg/m l,Φ50mm、1℃夹角椎板 , 工作温度
25℃,角频率范围 100 1 / s～011 1 / s。所得曲线的横、
纵坐标分别为ω与 G′、G″的对数坐标 , Gx为 G′与 G″
的交点。
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　1期 辐照对发酵玉米芯中裂褶菌多糖提取及流变学性质的影响
2　结果与讨论
211　辐照对裂褶菌多糖提取率的影响
由表 1可见 ,经水分调节的发酵玉米芯粉在不同剂
量辐照作用下 ,其裂褶菌多糖提取率的变化有显著差异。
表 1　不同辐照处理下发酵玉米芯中裂褶菌多糖的提取率
Tabel 1　Extraction rate of schizophyllan from fermented
corn cob under different irradiation treatments ( % )
水分含量
moisture
content ( % )
剂量 dose ( kGy)
5 10 20
718 2108 ±0104a 2151 ±0105a 2118 ±0102a
1510 2104 ±0102a 2131 ±0108a 2132 ±0102a
3010 2133 ±0102a 2158 ±0103a 2142 ±0101a
4510 4187 ±0139b 6115 ±0105b 5128 ±0125b
6010 6179 ±0123c 7195 ±0112c 6122 ±0108c
注 :未经辐照处理样品中裂褶菌多糖的提取率为 2156 ±0106% ;显著性
分析α = 0105。
Note: The extraction rate of schizophyllan from fermented corn cob without
irradiation is 2156 ±0106% ; analysis of significantα = 0105.
在相对较低的原料水分含量 ( 718%、1510%及
3010% )下 ,辐照与未经辐照样品的裂褶菌多糖提取
率 (2156 ±0106% )差别并不显著。当辐照样品的水
分含量提高至 4510%和 6010% ,多糖提取率要比未经
辐照的有明显提高 ,且在同一剂量辐照下 ,提取率与原
料水分含量的增加呈正相关 ;但是在同一水分含量下 ,
剂量对多糖提取率的影响呈现出先升后降的趋势 ,
6010%原料水分含量、10kGy剂量辐照下的多糖提取
率达到最大值 7195% ,其次是 6010%水分、5kGy处
理 ,其多糖提取率为 6179%。
本研究测定的是乙醇 ( 60%浓度 )沉淀复溶后的
总糖含量 ,在乙醇沉淀过程中 ,留在上清液中的小分子
糖被除去 ,因此 ,所得结果可视为提取物中的多糖总
量。由以上结果可以看到 :体系中充足的游离水分是
保证辐照效果的重要条件 ,当物料水分含量大于
4510% ,辐照对于发酵玉米芯中裂褶菌多糖可起到显
著的增溶效果。从辐照剂量对多糖提取率的影响看 ,
过高或过低的剂量均不易实现良好的增溶作用。推测
可能是由于辐照强度较低时 ,多糖的降解程度低 ,尚不
足降解到增溶的程度 ;而辐照强度较高时 ,多糖可能过
度降解成小分子糖 ,不能被乙醇充分沉淀而流失 ,同样
造成多糖提取率的下降。因此 ,适宜的工艺条件是保
证辐照下多糖提取率的重要基础。
212　辐照对多糖提取液粘度特性的影响
本试验重点考察了辐照对发酵玉米芯中裂褶菌多
糖提取液零剪切粘度 (η0 )的影响。这是基于特定浓
度条件下 ,当剪切速率控制在很低范围内时 ,高聚物的
粘度 (此时即η0 )与剪切应力无关 ,而只与其自身结构
有关这一理论基础 [ 21 ]。η0 与高聚物的平均相对分子
质量 (Mw )之间存在如下公式关系 :
η0 = K (Mw )α
　　其中 ,η0 :零剪切粘度 ( Pa·s) ; K:分子量与 (最大 )
松弛时间的关系方程中的比例因子 ; Mw:重均分子量
( g /mol) ;α:松弛时间指数。本研究希望通过η0 值的
变化来间接推测辐照对发酵玉米芯中裂褶菌多糖的结
构或分子量上可能造成的影响。
如图 1所示 ,在较低剪切速率下 ,裂褶菌多糖提取
液的粘度随剪切速率的变化而基本保持恒定 ,这时的
粘度值即测试样品的零剪切粘度值 (η0 )。本试验所
得各样品的零剪切粘度值如表 2所示。
图 1　不同剂量下发酵玉米芯 (水分含量 718% )
多糖提取溶液的粘度变化曲线
Fig. 1　Changes of viscosities of schizophyllan solution extracted
from fermented corn cob (718% moisture content)
with shear rate under different irradiation dose
表 2　不同辐照处理下发酵玉米芯提取裂褶菌
多糖溶液的零剪切粘度值 (η0 )
Tabel 2　Zero2shear viscosity (η0 ) of schizophyllan
solution extracted from fermented corn cob
under different irradiation treatments( Pa·s)
水分含量
moisture
content( % )
剂量 dose ( kGy)
5 10 20
718 37130 45156 25186
1510 13172 19168 10179
3010 23152 20111 16193
4510 26162 12146 15117
6010 31123 14119 22177
注 :样品中裂褶菌多糖浓度为 710mg/m l;未经辐照处理样品所提取裂褶
菌多糖溶液的η0 值为 76173Pa·s。
Note: The concentration of tested schizophyllan solution is 710mg/m l; η0 of
schizophyllan solution extracted from fermented corn cob without irradiation is
76173Pa·s.
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由以上结果显示 ,经辐照处理原料所提取的裂褶
菌多糖溶液 ,其η0 值均比为未经辐照原料的 (76173Pa
·s)显著下降。为了更直观地显现各测试样η0 的变化
规律 ,将η0 随辐照剂量与水分含量的变化情况绘制成
图 2和图 3。
由图 2可看出 ,辐照剂量对发酵玉米芯中裂褶菌
多糖零剪切粘度 (或聚合度 )的影响随着原料中水分
含量的变化呈较复杂的变化趋势。当水分含量较低时
(718%和 1510% ) ,多糖溶液的η0 值呈现先升后降的
趋势 ;而当水分含量较高时 ( 4510%和 6010% ) ,多糖
溶液的η0 表现出先降后升的趋势 , 3010%的水分含量
下 ,η0 则一直下降。根据前述η0 与平均分子量 Mw成
正相关的理论 ,结合前述辐照对物料中多糖提取率的
影响 ,可以推断在较低水分含量 (≤1510% )与较低辐
照剂量下 (≤10kGy) ,发酵玉米芯中多糖主要发生了
由不溶到可溶的增溶反应 ,且提取液中溶出多糖的聚
合度较高 ;随着辐照剂量加大 ,多糖的降解较增溶效果
更为突出。而在较高水分含量下 (≥4510% ) ,辐照对
原料中裂褶菌多糖的降解和增溶作用则更为显著 ;在
图 2　发酵玉米芯提取裂褶菌多糖溶液的零剪切粘度
(η0 )随辐照剂量的变化
Fig. 2　Changes of zero2shear viscosity (η0 )
of schizophyllan solution extracted
from fermented corn cob with irradiation dose
20kGy下的η0 上升可能与低粘度小分子糖的流失有
关。另由图 3 观察到 , 在发酵玉米芯水分含量由
718%上升到 1510% ,多糖的 η0 值骤然下降 ,之后随
水分含量的上升 ,在不同剂量辐照下 ,η0 值出现了不
同程度的波动上升。表明原料水分含量在从 718%增
加到 6010%的过程中 ,发酵玉米芯中的裂褶菌多糖经
历了从原可溶多糖降解到新溶出多糖增粘的过程。
在 1510%水分含量、20kGy剂量辐照条件下 ,发酵
玉米芯中多糖的η0 值最低 ,为 10179 Pa·s,降低到未
辐照样品的 1 /7以下 ,其次是 4510%水分、10kGy条件
图 3　发酵玉米芯提取裂褶菌多糖溶液的零剪切
粘度 (η0 )随水分含量的变化
Fig. 3　Changes of zero2shear viscosity (η0 )
of schizophyllan solution extracted from
fermented corn cob at different moisture contents
下的η0 值 ,为 12146Pa·s。总体评价 ,要保证一定的辐
照降解效果 ,适宜的原料水分调节是必要的。
213　辐照对多糖提取液粘弹特性的影响
高聚物的溶液除了具有液体性质 (粘性 )外 ,在一
定条件下还会表现出某些固体的特性 (弹性 ) ,此即高
聚物流变学性质中重要的粘弹特性。在动态流变仪
上 ,通过频率扫描试验中粘弹性指标 (储能模量 G′、损
耗模量 G″)的变化 ,尤其是 G′和 G″的交点 - Gx 的水平
和垂直位置可大致判断聚合物的分子量大小及其分布
程度。一般认为 , Gx 偏左代表平均分子量较大 ,偏右
代表平分子量较小 ; Gx 偏上代表分子量分布较窄 ,偏
下则代表分子量分布较宽 [ 22 ]。
图 4是发酵玉米芯提取裂褶菌多糖溶液的典型频
率扫描粘弹特性曲线 ,由该图可得到 G′和 G″变化曲线
的交点 Gx ,各待测样品的 G′和 G″交点坐标 (ω, G)整
理后列入表 3。
由表 3知 ,未经辐照样品所提裂褶菌多糖溶液的
Gx 点横坐标为 01122 1 / s,明显比其他的偏左 ,说明未
经辐照的裂褶菌多糖平均相对分子量 Mw比经过辐照
处理的大。水分含量 718%、辐照剂量 10kGy的样品
在试验范围内未出现交点 ,但 G′曲线始终在 G″的上
方 ,通过外推法可知其交点应在图左侧位置 ,这其中可
能存在试验误差 (与未经辐照样相比 ) ,但至少说明该
多糖的 Mw很大 ;而在水分含量 4510%、10kGy处理
下 ,溶液的 G′值始终小于 G″,外推交点处于图的右侧
位置 ,说明该受试样品的 Mw很低。
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　1期 辐照对发酵玉米芯中裂褶菌多糖提取及流变学性质的影响
表 3　不同辐照处理发酵玉米芯提取裂
褶菌多糖溶液的 Gx 点坐标数值
Tabel 3　Coordinates of cross points ( Gx ) of
schizophyllan solution extracted from fermented
corn with different irradiation treatments
样品处理
samp le treatment
水分
moisture
content( % )
辐照剂量
irradiation
dose ( kGy)
角频率ω
angular frequency
(1 / s)
模量 G
modulus
( Pa)
718 5 01225 015403
10 无交点 ( G′> G″)
20 01856 016794
1510 5 41475 018821
10 11116 016789
20 31274 017967
3010 5 01547 018308
10 11253 016737
20 41224 019315
4510 5 51769 21072
10 无交点 ( G′< G″)
20 1311 21049
6010 5 11753 01883
10 31436 019422
20 31954 11656
对照 control 01122 014083
图 4　发酵玉米芯 (6010%水分含量、20kGy)
提取裂褶菌多糖溶液 (315mg/m l)
的频率扫描粘弹特性曲线
Fig. 4　Changes of viscoelasticities of
schizophyllan solution extracted from fermented
corn (6010% moisture content and 20kGy
irradiation) with frequency sweep ing
将本结果与粘度分析结果进行比较 ,发现在较低
水分含量 (718%和 1510% )下 ,辐照剂量由 5kGy增至
20kGy, Gx 点的横坐标ω值经历了先降后升的变化 ,反
映出多糖的 Mw由大变小的趋势 ,与零剪切粘度的变
化趋势完全一致 ;其他水分含量下的ω值变化也与零
剪切粘度的变化趋势基本一致。另从 Gx 点的纵坐标
( G值 )的变化趋势看 ,多糖分子量分布与ω值间存在
一定的正相关性 ( r = 01824) ,ω值越大 ,分子量越小 ,
G值越大 ,即分子量分布越窄。总体评价为 4510%水
分含量、10kGy处理条件下多糖的降解程度最大。
3　结论
辐照对发酵玉米芯中裂褶菌多糖提取率的影响随
着物料水分的增加而增大 ,物料水分含量较低时 ,多糖
的提取率与未经辐照样品的差别不显著 ,水分含量较
高 (4510%、6010% )时 ,提取率显著增加。在 6010%
水分含量、10kGy辐照剂量处理下 ,发酵玉米芯中裂褶
菌多糖的提取率达到最大值 7195%。
辐照处理对发酵玉米芯中裂褶菌多糖溶液的零剪
切粘度 (η0 )有显著影响。辐照样品的多糖溶液η0 值
远低于未经辐照样品的η0 76173Pa·s。不同水分含量
下 ,η0 值随辐照剂量的变化表现出不同的升降趋势。
在 1510%水分含量、20kGy剂量辐照条件下多糖的η0
值达到最低 10179Pa·s。
辐照处理对发酵玉米芯中裂褶菌多糖的粘弹性特
征指标 G′、G″及 2者交点 Gx 亦有显著影响。由可反
映高聚物分子量变化的 Gx 坐标位置获知 , 4510%水分
含量、10kGy剂量辐照处理条件下发酵玉米芯中裂褶
菌多糖的降解程度最大。辐照对于多糖粘弹性的影响
与其对η0 的影响趋势基本保持一致 ,说明这 2种方法
在间接评价高聚物结构变化上具有一定的可替代性。
本试验条件下的γ射线辐照处理对发酵玉米芯
中裂褶菌多糖确可起到降解、增溶作用 ,而这种作用效
果主要受到原料水分含量、辐照剂量等工艺条件的影
响。
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