蛹虫草β-葡聚糖提取工艺优化及抗氧化活性

林烨欣1,2,陈晖2,3*,王雅茹4,余蕾3,张怡评2,3,洪专1,2,3*

(1.福州大学 先进制造学院,福建 泉州 362200;2.自然资源部第三海洋研究所海洋生物资源开发利用工程技术创新中心,福建 厦门 361005;3.厦门海洋职业技术学院,福建 厦门 361022;4.福建农林大学 食品科学学院,福建 福州 350001)

摘 要:以β-葡聚糖得率得率为主要评价指标,通过单因素和响应面试验优化蛹虫草β-葡聚糖超声辅助水提工艺,采用红外扫描分析提取物的化学键及官能团信息,测定其中各组分含量及其体外抗氧化活性。结果表明,蛹虫草β-葡聚糖最优提取工艺为超声时间1 h、料液比1∶31(g/mL)、水浴温度90 ℃。最优条件下提取得率为(1.94±0.28)%,与预测值1.95% 一致。经过纯化试验得出α-葡聚糖去除最优条件为α-淀粉酶添加量2%、孵育时间60 min、温度50 ℃,经过纯化处理后β-葡聚糖纯度由19.82% 提高至33.93%;红外扫描结果表明,蛹虫草β-葡聚糖具有典型的多糖结构,并含有硫酸根基团。蛹虫草β-葡聚糖对DPPH 自由基、ABTS+自由基和羟基自由基的清除能力与浓度呈正相关(2.00~10.00 mg/mL),IC50 值分别为1.17、2.17、4.35 mg/mL,清除率在浓度为8.34、9.88、9.97 mg/mL 时,可达100%。综上,优化后的蛹虫草β-葡聚糖超声辅助水提工艺稳定可行,提取获得的β-葡聚糖具有较好的抗氧化活性。

关键词:蛹虫草β-葡聚糖;超声辅助水提法;红外分析;抗氧化;β-葡聚糖检测方法

蛹虫草(Cordyceps militaris)又称北冬虫夏草,与冬虫夏草同属异种,是虫草属的模式种。蛹虫草中含有多糖、核苷、虫草素、甾醇和色素等多种生物活性物质,其中多糖是含量最丰富、最重要的成分之一[1]。近年来,蛹虫草多糖因具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、降血脂、抗糖尿病、抗动脉粥样硬化、免疫调节等多种作用而备受关注。β-葡聚糖是一类具有抗氧化、降血糖以及益生等作用的活性多糖,也是菌菇多糖的重要组成。近年来,对于菌菇中β-葡聚糖的研究逐渐增多,如陈忠秋[2]通过研究猴头菇β-葡聚糖对淀粉消化作用的影响确定其有预防糖尿病的作用;姚丽云[3]通过研究表明香菇β-葡聚糖可作为抗癌症辅助药。而关于蛹虫草β-葡聚糖的提取及生物活性的研究内容鲜有报道。本研究通过单因素试验及响应面试验探究蛹虫草β-葡聚糖的提取工艺,采用红外扫描分析提取物的化学键及官能团信息,测定其中各组分含量,对其DPPH 自由基、ABTS+自由基、羟基自由基清除率进行比较,为其在功能食品或药品方面的进一步开发和利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

蛹虫草:福建菌妍生物科技有限公司;α-淀粉酶(50 U/mg):上海麦克林生化科技有限公司;葡萄糖氧化酶试剂盒(glucose oxidase-peroxidase,GOPOD):北京盒子生工科技有限公司;乙醇、可溶性淀粉标准品、三氯甲烷、没食子酸、正丁醇、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐[2,2'-azinobis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate),ABTS]、VC(均为分析纯):四川西陇化工股份有限公司;蛋白质印记(bicinchoninic acid,BCA)检测试剂盒:上海嘉楚生物工程有限公司。

DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器:巩义市予华仪器有限责任公司;Hei-VAP Value G3 旋转蒸发仪:德国Heidolph 公司;UH5300 紫外-可见分光光度计:日本岛津公司;AKTA pure 150 蛋白纯化系统(GE):思拓凡(中国)有限公司;MULTISKAN Sky 全波长酶标仪:赛默飞世尔科技(中国)有限公司;DZF6050中型真空干燥箱:上海一恒科学仪器有限公司;SCIENTZ-30FG/A 冷冻干燥机:宁波新芝冻干设备股份有限公司;VERTEX70 傅里叶红外光谱仪:美国Bruker公司。

1.2 试验方法

1.2.1 蛹虫草β-葡聚糖的提取工艺

蛹虫草样品→破壁机粉碎→过50 目筛→根据料液比加入蒸馏水→超声提取(500 W)→水提→离心取上清液(10 000 r/min,5 min)→加入α-淀粉酶孵育→旋蒸浓缩→4 ℃醇沉过夜(体积分数80%乙醇溶液)→离心收集沉淀(10 000 r/min,5 min)→无水乙醇洗涤2 次→恒温干燥箱50 ℃→蛹虫草β-葡聚糖粗品→Sevag 脱蛋白处理→透析去除小分子杂质(3 500 Da、12 h)→体积分数80% 乙醇溶液4 ℃沉淀过夜除杂→冷冻干燥→蛹虫草β-葡聚糖。

1.2.2 β-葡聚糖含量测定

参考Mccleary 等[4]的差异计算法,进行修改。

1)总葡聚糖含量测定:称取10 mg 样品→加入200 μL 12 mol/L 的硫酸(冰水浴120 min)→加入1.2 mL蒸馏水(沸水浴120 min)→加入600 μL 10 mol/L 的氢氧化钾→以醋酸钠缓冲溶液(pH5、200 mmol/L)定容至10 mL→离心吸取100 μL 上清液(10 000 r/min,5 min)→加入3 mL GOPOD 试剂(40 ℃,20 min)→于510 nm 测定吸光度。

2)α-葡聚糖含量及提取率的测定:称取100 mg 样品→加入2 mL 2 mol/L 氢氧化钾(冰水浴20 min)→加入8 mL 醋酸钠缓冲溶液(pH4、200 mmol/L)→加入1 mL α-淀粉酶(1 mg/mL)于50 ℃孵育60 min→离心取上清液(10 000 r/min,5 min)→加入3 mL GOPOD 试剂于40 ℃孵育20 min→于510 nm 测定吸光度。

以无水葡萄糖作为标准品,吸光度A 为横坐标,浓度C 为纵坐标,求得葡萄糖标准曲线的回归线方程为C=0.572 6A+0.04,R²=0.993 3,按公式(1)计算提取物中总葡聚糖及α-葡聚糖含量(P,%)。

式中:C 为葡萄糖质量浓度,mg/mL;V 为提取液总体积,mL;M 为样品的质量,mg。

β-葡聚糖含量(T,mg/mL)按公式(2)计算。

式中:P1 为总葡聚糖质量浓度,mg/mL;P2 为α-葡聚糖质量浓度,mg/mL。

β-葡聚糖提取率(J,%)按公式(3)计算。

式中:M1 为提取物质量,mg;C 为提取物β-葡聚糖含量,%;M2 为样品质量,mg。

1.2.3 β-葡聚糖提取单因素试验

按照1.2.1 中的方法,在料液比1∶30(g/mL)、超声时间60 min,水浴温度90 ℃的条件下,考察0、1、2、3、4 h 水浴提取时间对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响;在最优水浴提取时间、水浴温度90 ℃、料液比1∶30(g/mL)条件下,考察0、0.5、1.0、1.5、2.0 h 超声时间对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响;在最优超声时间和水浴提取时间,料液比1∶30(g/mL)的条件下,分别考察60、70、80、90、100 ℃水浴温度对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响;在最优水浴温度、水浴提取时间及超声时间的条件下,考察料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50(g/mL)对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响[5]

1.2.4 β-葡聚糖提取响应面试验

以蛹虫草β-葡聚糖提取率作为响应值,根据1.2.3中的试验结果,设计三因素三水平的Box-Behnken 的中心组合试验,对蛹虫草β-葡聚糖提取工艺进行优化,响应面因素水平设计见表1。

表1 响应面因素水平
Table 1 Factors and levels of response surface

水平-1因素0 1 A 超声时间/h 0 1.0 2.0 B 料液比/(g/mL)1∶20 1∶30 1∶40 C 水浴温度/℃80 90 100

1.2.5 β-葡聚糖的纯化

1.2.5.1 α-葡聚糖及蛋白质去除工艺

将制备所得蛹虫草β-葡聚糖粗品配制为10 mg/mL样品溶液,设定酶解条件为α-淀粉酶添加量2%、孵育时间60 min、温度50 ℃,获得酶解液。三氯甲烷与正丁醇按照体积比4∶1 配制Sevag 试剂,按体积比4∶1将样品酶解液与Sevag 试剂混合并剧烈振摇20 min,随后于高速离心机(10 000 r/min,5 min)离心,吸取中间蛋白层。重复以上操作至离心后无中间蛋白层。

1.2.5.2 透析去除小分子杂质

将1.2.5.1 处理后的样品溶液,置于3 500 Da 的透析袋中,于活水中透析24 h,而后加入乙醇至乙醇体积分数为80%,于4 ℃醇沉过夜,以去除样品中的小分子杂质及残留的Sevag 试剂。高速离心(10 000 r/min 5 min)取沉淀,用无水乙醇洗涤2 次,置于冷冻干燥机中冻干得到蛹虫草β-葡聚糖[6]

1.2.6 蛹虫草β-葡聚糖特征组分测定

1.2.6.1 特征组分含量测定

对蛹虫草中几个特征组分进行测定,并对比蛹虫草β-葡聚糖纯化前后各个组分含量,确定样品中的组成成分及占比。

1)总糖含量测定:采用苯酚-硫酸法测定[7]。以葡萄糖标准品绘制标准曲线。将蛹虫草β-葡聚糖配制成0.1 mg/mL 溶液,采用苯酚-硫酸法测定蛹虫草β-葡聚糖中总糖含量。

2)蛋白质含量测定:以牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA)为标准品,于562 nm 波长下进行梯度浓度测定并绘制标准曲线。将蛹虫草β-葡聚糖配制成0.1 mg/mL 溶液,采用BCA 检测试剂盒检测蛹虫草β-葡聚糖中蛋白含量[8]

3)糖醛酸含量测定:采用硫酸-咔唑法测定[9],在530 nm 波长下对糖醛酸标准品进行梯度浓度测定,并绘制标准曲线。将蛹虫草β-葡聚糖配制成1 mg/mL溶液,测定蛹虫草β-葡聚糖中的糖醛酸含量。

4)硫酸基含量测定:采用氯化钡-明胶比浊法[10],在360 nm 波长下对硫酸基标准品进行梯度浓度测定,并绘制标准曲线。将蛹虫草β-葡聚糖配制成0.1 mg/mL溶液,测定蛹虫草β-葡聚糖中的硫酸基含量。

1.2.6.2 结构分析

取经过纯化操作后的干燥蛹虫草β-葡聚糖2 mg,加入200 mg 经过干燥的KBr 晶体,研磨混合后压片,进行红外吸收光谱分析[11]

1.2.7 蛹虫草β-葡聚糖体外抗氧化能力测定

配制10 mg/mL 的蛹虫草β-葡聚糖溶液,用高纯水稀释至不同浓度,分别测定样品在不同浓度下对DPPH 自由基、ABTS+自由基以及羟基自由基的清除能力,按公式(4)进行计算自由基清除率(Z,%)[12-15],并以Graph Pad Prism9 软件计算其IC50

式中:A1 为样品组的吸光度;A2 为以缓冲液取代反应试剂的吸光度;A0 为以去离子水取代样品的吸光度。

1.2.7.1 DPPH 自由基清除率

以无水乙醇将蛹虫草β-葡聚糖样品配制为2、4、6、8、10 mg/mL 的溶液,取2 mL 于试管中,加入2 mL DPPH 无水乙醇溶液(200 μmol/L)。混匀后在室温下避光反应30 min,于517 nm 处测定吸光度[16]

1.2.7.2 ABTS+自由基清除率

7 mmol/L ABTS 溶液与4.9 mmol/L 过硫酸钾溶液以1∶1(体积比)充分混匀,室温避光放置12~16 h,获得ABTS+储备液。使用前用超纯水稀释,使得稀释液在734 nm 处的吸光度为0.70±0.02,现用现配。取不同浓度蛹虫草β-葡聚糖样品溶液200 μL 加入4 mL ABTS稀释液中,反应6 min,于724 nm 处测定吸光度[17]

1.2.7.3 羟基自由基清除率

取1 mL 不同浓度蛹虫草β-葡聚糖样品、2 mL 1.5 mmol/L 亚硫酸铁、0.6 mL 20 mmol/L 水杨酸、1.4 mL 3% 过氧化氢,避光反应30 min 后测定510 nm 处吸光度[18]

1.3 数据处理

采用软件Design-Expert 13 设计响应面优化试验,采用软件Origin 2022 进行数据分析和作图。所有试验均重复3 次,试验结果表示为平均值±标准差。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验分析

选取蛹虫草β-葡聚糖提取过程中主要的几个影响因素,设置不同的条件,进行单因素试验,为后续响应面分析最佳提取条件提供试验依据。

2.1.1 水浴提取时间对β-葡聚糖提取率的影响

不同水浴提取时间对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响如图1 所示。

图1 不同水浴提取时间对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响
Fig.1 Effect of different water bath extraction time on the extraction rate of β-glucan from C.militaris

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

由图1 可知,在0~4 h 内,β-葡聚糖提取率随水浴提取时间的延长呈先上升后下降的趋势。随着时间延长,能溶出更多β-葡聚糖,在2 h 时β-葡聚糖提取率达到最大,为(1.94±0.02)%;而水浴提取时间继续延长,提取率反而下降,可能是因为水浴提取时间2 h时,β-葡聚糖已经基本溶出,继续提取会导致β-葡聚糖部分降解,所以提取率后期呈现下降趋势[19]。因此,确定2 h 为最佳水浴提取时间。

2.1.2 超声时间对β-葡聚糖提取率的影响

不同超声时间对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响如图2 所示。

图2 不同超声时间对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响
Fig.2 Effect of different ultrasound time on the extraction rate of β-glucan from C.militaris

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

由图2 可知,在超声时间为0~2.0 h 时,蛹虫草β-葡聚糖提取率随超声时间延长呈先上升后下降的趋势。随着时间延长,超声波的空化效应、热效应和破碎作用逐渐增强,加速蛹虫草细胞壁破裂和水溶性物质溶出。在超声时间1.0 h 时β-葡聚糖提取率达到最大,为(1.94±0.01)%;而超声时间过长,可能会破坏β-葡聚糖结构,导致β-葡聚糖降解,所以β-葡聚糖提取率后期呈现下降趋势[20]。因此,选择超声提取时间0、1.0、2.0 h 进行后续试验。

2.1.3 水浴温度对β-葡聚糖提取率的影响

不同水浴温度对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响如图3 所示。

图3 不同水浴温度对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响
Fig.3 Effect of different water bath temperatures on the extraction rate of β-glucan from C.militaris

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

由图3 可知,在水浴温度60~100 ℃时,蛹虫草β-葡聚糖提取率随水浴温度升高呈先上升后下降的趋势。随着水浴温度升高,样品中水溶性物质溶出速度加快,提取率随之提高,当温度为90 ℃时,β-葡聚糖提取率达到最大,为(1.95±0.02)%。进一步提高水浴温度后,可能导致β-葡聚糖糖苷键水解,使得提取率下降[21]。因此,选择水浴温度80、90、100 ℃进行后续试验。

2.1.4 料液比对β-葡聚糖提取率的影响

不同料液比对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响如图4 所示。

图4 不同料液比对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响
Fig.4 Effect of different material-liquid ratios on the extraction rate of β-glucan from C.militaris

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

由图4 可知,在料液比为1∶10~1∶50(g/mL)时,蛹虫草β-葡聚糖提取率随提取溶剂添加量增加呈先上升后下降的趋势。随着提取溶剂添加量增加,溶剂与溶质接触面积增大,分子扩散速度大,提取率随之提高,当料液比为1∶30(g/mL)时,提取率达到最大,为(1.95±0.01)%。进一步增加提取溶剂后,溶剂吸收了部分超声能量,使超声破壁效果下降,提取率降低[22]。因此,选择料液比1∶20、1∶30、1∶40(g/mL)进行后续试验。

2.2 响应面优化试验结果与分析

2.2.1 响应面模型建立及方差分析

根据单因素试验结果,并结合Box-Behnken 的试验设计原理,以超声时间(A)、料液比(B)、水浴温度(C)为自变量,提取率(Y)为响应值,采用Design-Expert 13 软件设计Box-Behnken 三因素三水平的试验对蛹虫草β-葡聚糖的提取工艺进行优化。蛹虫草β-葡聚糖提取工艺的响应面优化试验结果见表2。

表2 拟合方程模型的方差分析
Table 2 Analysis of variance on fitted equation models

来源模型自由度A B C AB显著性******AC BC平方和0.735 1 0.044 3 0.029 4 0.000 1 0.000 2 0.001 6 0.000 2 9 1 1 1 1 1 1均方0.151 1 0.082 0 0.054 5 0.000 1 0.000 4 0.003 0 0.000 4 F 值80.15 43.51 28.89 0.059 7 0.212 2 1.60 0.212 2 P 值<0.000 1 0.000 3 0.001 0 0.814 0 0.659 0 0.245 7 0.659 0

续表2 拟合方程模型的方差分析
Continue table 2 Analysis of variance on fitted equation models

注:*表示影响显著(P<0.05),**表示影响极显著(P<0.01)。

来源自由度A2 B2 C2 1 1 1 7 3 4 16平方和0.265 8 0.254 3 0.075 1 0.007 1 0.002 6 0.004 4 0.742 3均方0.491 8 0.470 4 0.139 1 0.001 9 0.001 6 0.002 1 F 值260.88 249.56 73.79 P 值<0.000 1<0.000 1<0.000 1显著性******残差失拟项误差总和0.781 2 0.563 0

通过Design-Expext 13 软件对结果进行二元回归拟合分析,得到回归方程:Y=1.95+0.074 4A+0.060 7B+0.002 8C+0.007 4AB-0.020 2AC+0.007 4BC-0.251 3A²-0.245 8B²-0.133 6C²。

由表2 可知,试验模型的F 值为80.15,P 值小于0.000 1,模型R2=0.990 4,说明该模型极显著,具有很好的拟合度。失拟项F 值为0.781 2,P 值为0.563 0,表明失拟项不显著,非试验性因素对试验结果影响较小。校正R2Adj=0.978 0 和预测R2Pred=0.933 7 均大于0.9,且差异小于0.2,变异系数为1.94%,表明该模型误差小,可靠性高,该模型的回归方程成立。

F 值代表提取因素对提取率的影响程度,F 值越高说明该提取因素对提取率的影响程度越显著,而FA=43.51,FB=28.89,FC=0.059 7,由此可知超声时间及料液比对蛹虫草β-葡聚糖提取率的影响达到极显著影响水平,水浴温度则不显著,影响程度ABC,3 种影响因素的二次项都对结果存在极显著影响,影响程度为A2B2C2

2.2.2 提取因素的交互作用分析

提取因素的交互作用分析结果见图5。

图5 各两因素交互作用对β-葡聚糖提取率影响的响应面与等高线图
Fig.5 Response surface and contour plot of the interaction of each two factors on the extraction rate of β-glucan

c 料液比与水浴温度交互作用

由图5 可知,提取过程中各因素交互作用的3D曲面图过度平缓,表明两因素间的相互影响不显著,与表2 中的方差分析结果相同,各因素间交互作用对β-葡聚糖提取率的影响程度为ACAB=BC

2.2.3 最佳工艺的验证

应用响应面优化各因素可得蛹虫草β-葡聚糖提取最优工艺参数:超声时间1.28 h、料液比1∶31.26(g/mL)、水浴温度89.93 ℃,预测提取率为1.95%。为便于实际操作将其修正为超声时间1 h、料液比1∶31(g/mL)、水浴温度90 ℃。在该条件下进行验证,实际提取率为(1.94±0.20)%,该值与预测值基本相符,表明该最优工艺参数可行。

2.3 蛹虫草β-葡聚糖的纯化及结构分析

对纯化前后主要成分的含量进行了测定,结果见表3。

表3 蛹虫草β-葡聚糖处理前后各组分的含量
Table 3 Content of each component before and after treatment of C.militaris β-glucan %

组别处理前处理后β-葡聚糖19.75 33.93总糖44.13 53.35蛋白质41.02 28.33糖醛酸18.49 30.12硫酸基2.32 4.11

由表3 可知,纯化后蛹虫草β-葡聚糖中蛋白质含量由41.02% 减少至28.33%,β-葡聚糖含量由19.82%提升至33.93%,表明Sevag 法纯化对于蛋白质的去除有一定效果,但无法彻底去除,同时考虑到Sevag 试剂在食品行业中应用的局限性,后续对于蛹虫草β-葡聚糖功能和结构的深入研究需要进一步优化其蛋白质的脱除工艺。糖类成分分析结果显示,在透析去除了小分子的游离糖及寡糖后,样品中除了β-葡聚糖外,基本为糖醛酸,其中部分糖醛酸作为β-葡聚糖的组成[23]。采用离子交换等方法,去除大分子糖醛酸,进一步明确蛹虫草β-葡聚糖的结构和功能,将是后续工作的重点。

利用红外光谱扫描对蛹虫草β-葡聚糖中的化学键及官能团进行分析,结果如图6 所示。

图6 蛹虫草β-葡聚糖的红外光谱图
Fig.6 Infrared spectrum of C.militaris β-glucan

由图6 可知,3 440.62 cm-1 的吸收峰为蛹虫草β-葡聚糖的羟基振动峰;2 926.74 cm-1 和2 858.40 cm-1为甲基或亚甲基C—H 的伸缩振动峰;1 635.81 cm-1 为羰基C O 的伸缩振动峰;1 395.91 cm-1 为C—H 的变角振动峰,通过以上特征峰可以判断样品为一种多糖物质。1 244.67 cm-1 为硫酸根中S O 的特征峰,说明样品中存在硫酸根基团;1 200~1 000 cm-1 处吸收峰表示C—O 伸缩的吡喃环振动[24]。综上,蛹虫草β-葡聚糖具有典型的多糖结构,并含有硫酸根基团。

2.4 蛹虫草β-葡聚糖体外抗氧化活性

选择ABTS+自由基、DPPH 自由基和羟基自由基的清除能力作为蛹虫草β-葡聚糖抗氧化活性的评价指标[25],试验结果如图7 所示。

图7 不同浓度蛹虫草β-葡聚糖和VC 的抗氧化活性
Fig.7 Antioxidant activity of C.militaris β-glucan and VC at different concentrations

A.DPPH 自由基清除率;B.ABTS+自由基清除率;C.羟基自由基清除率。

由图7 可知,蛹虫草β-葡聚糖对3 种自由基均展现出不同程度的清除能力。在2~10 mg/mL 的浓度范围内,蛹虫草β-葡聚糖对DPPH 自由基的清除率为55.71%~100%,IC50 为1.17 mg/mL;对羟基自由基的清除率为30.00%~98.63%,IC50 为4.35 mg/mL;对ABTS+自由基的清除率为43.82%~100%,IC50 为2.17 mg/mL。蛹虫草β-葡聚糖浓度为2~10 mg/mL 时,对3 种自由基都有明显的清除活性,通过线性拟合计算得出DPPH 自由基、ABTS+自由基、羟基自由基分别于蛹虫草β-葡聚糖质量浓度为8.34、9.88、9.97 mg/mL 时达到与VC 相同的100% 清除效率,最大自由基清除能力优于蓝莓果渣多糖、虎奶菇多糖及废啤酒酵母β-葡聚糖等[26]

3 结论

本研究在单因素试验的基础上,采用响应面法优化蛹虫草β-葡聚糖的提取工艺,方差分析结果表明,影响蛹虫草β-葡聚糖提取得率因素的主次顺序为超声时间>料液比>水浴温度。通过响应面法得到的最优提取工艺为超声时间1 h、料液比1∶31(g/mL)、水浴温度90 ℃。该工艺得到蛹虫草β-葡聚糖提取率为(1.94±0.20)%,纯度(19.75±2.60)%。经过纯化后蛹虫草β-葡聚糖中蛋白质含量由41.02% 减少至28.33%,β-葡聚糖含量由19.82%提升至33.93%。通过红外光谱扫描分析,表明提取得到的蛹虫草β-葡聚糖具有典型的多糖结构,并含有硫酸根基团。提取所得蛹虫草β-葡聚糖具有较好的体外抗氧化活性,对DPPH 自由基、ABTS+自由基、羟基自由基清除效率与其浓度正相关,IC50值分别为1.17、2.17、4.35 mg/mL,并分别在8.34、9.88、9.97 mg/mL 时达到最大清除效率。本研究建立了蛹虫草β-葡聚糖最佳提取工艺,获得了具有良好的体外抗氧化活性的蛹虫草β-葡聚糖,为蛹虫草资源的后续研究和深度开发提供参考。

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Optimization of β-Glucan Extraction Process and Antioxidant Activity of Cordyceps militaris

LIN Yexin1,CHEN Hui2,3*,WANG Yaru4,YU Lei3,ZHANG Yiping2,3,HONG Zhuan1,2,3*
(1.College of Advanced Manufacturing,Fuzhou University,Quanzhou 362200,Fujian,China;2.The Engineering Innovation Center for the Development and Utilization of Marine Bioresources,The Ministry of Natural Resources,Xiamen 361005,Fujian,China;3.Xiamen Ocean Vocational College,Xiamen 361022,Fujian,China;4.College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350001,Fujian,China)

Abstract:The ultrasound-assisted extraction process of β-glucan from Cordyceps militaris was optimized by single factor experiment and response surface methodology with β-glucan extraction yield as the main evaluation index.The chemical bonds and functional groups of the extracts were analyzed by infrared scanning,and the content of each component and its antioxidant activity in vitro were determined.The results showed that the optimal extraction process of β-glucan from C.militaris was ultrasonication time of 1 h,material-liquid ratio of 1∶31(g/mL),and temperature of 90°C.The extraction rate under the optimal conditions was(1.94±0.28)%,which was consistent with the predicted value of 1.95%.The purification test revealed that the optimal conditions for α-glucan removal were α-amylase addition of 2%,incubation time of 60 min,and temperature of 50 ℃.The purity of β-glucan increased from 19.82% to 33.93% after the purification treatment.The result of infrared scanning showed that C.militaris β-glucan had a typical polysaccharide structure with sulfate moieties.The scavenging abilities of C.militaris β-glucan on DPPH radicals,ABTS+ radicals,and hydroxyl radicals were positively correlated with the concentration(2.00-10.00 mg/mL),with IC50 values of 1.17,2.17 mg/mL and 4.35 mg/mL respectively.The scavenging rate was 100% at the concentration of 8.34,9.88 and 9.97 mg/mL.In conclusion,the optimized ultrasound-assisted extraction process of β-glucan from C.militaris was stable and feasible,and the antioxidant activity of the β-glucan extracted was good.

Key words:Cordyceps militaris β-glucan;ultrasound-assisted extraction;infrared analysis;antioxidant;βglucan detection

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.15.017

基金项目:厦门市科技计划项目(3502Z20221036、3502ZCQXT2021010)

作者简介:林烨欣(1999—),男(汉),硕士研究生,研究方向:生物资源开发利用。

*通信作者:陈晖(1980—),男,高级工程师,博士,研究方向:海洋生物资源开发;洪专(1970—),男,教授级高级工程师,博士,研究方向:海洋生物资源开发。

引文格式:

林烨欣,陈晖,王雅茹,等.蛹虫草β-葡聚糖提取工艺优化及抗氧化活性[J].食品研究与开发,2024,45(15):124-131,163.

LIN Yexin,CHEN Hui,WANG Yaru,et al.Optimization of β-Glucan Extraction Process and Antioxidant Activity of Cordyceps militaris[J].Food Research and Development,2024,45(15):124-131,163.

加工编辑:孟琬星

收稿日期:2023-06-08