白新鹏博士工作室

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真菌多糖|真菌子实体|菌丝体|发酵液|分离

真菌多糖是从真菌子实体、菌丝体、发酵液中分离出的、可以控制细胞分裂分化,调节细胞生长衰老的一类活性多糖。真菌多糖主要有香菇多糖、灵芝多糖、云芝多糖、银耳多糖、冬虫夏草多糖、茯苓多糖、金针菇多糖、黑木耳多糖等。对真菌多糖的研究主要始于250年代,在60年代以后成为免疫促进剂而引起人们兴趣。研究表明:香菇多糖、银耳、灵芝多糖、茯苓多糖等食药性真菌多糖具有抗肿瘤、免疫调节、抗突变、抗病毒、降血脂、降血糖等方面功能。一、 物理性质与功效的关系 多糖的溶解度、分子量、粘度、旋光度等性状影响其生理功能。(一)溶解度与功效的关系多糖溶于水是其发挥生物学活性的首要条件,如从茯苓中提取的多糖组分中,不溶于水的组分不具有生物学活性,水溶性组分则具有突出的抗肿瘤活性。降低分子质量是提高多糖水溶性,从而增加其活性的重要手段,一种真菌多糖,不溶于水,在大鼠体内仅有微弱的抑瘤活性,5mg/kg剂量时抑瘤率为57%,降低分子质量后,完全溶于水,1mg/kg剂量可使抑瘤率达到100%。向多糖引入分支可在一定程度上削弱分子间氢键的相互作用,从而增加其水溶性,如具有α-葡聚糖结构的灵芝多糖,不溶于水,羧甲基化后溶解性提高,在体外也表现出一定的抗肿瘤活性,经红外色谱分析,经羧甲基化后,α-葡聚糖在3400cm-1处的羟基伸缩振动峰变窄,且向高波长方向振动,说明分子间的氢键在引入羧甲基分支后被破坏。有些含有疏水分支的多糖不溶于水,经过氧化还原成羟基多糖后才溶于水,从而产生生物学活性。由此可见,降低分子质量、引入支链或对支链进行适当修饰,均可提高多糖溶解度,从而增强其活性。(二)分子量与功效的关系研究结果表明,真菌多糖的抗肿瘤活性与分子量大小有关,分子量大于16kD时才有抗肿瘤活性。如分子量为16kD的虫草多糖有促进小鼠巨噬细胞吞噬作用的活性,而分子量为12kD的虫草多糖就失去此活性。大分子多糖免疫活性较强,但水溶性较差,分子量介于10~50 kD的高分子组分的真菌多糖属于大分子多糖,呈现较强的免疫活性。高分子量的β-(1→4) -D-葡聚糖具有独特的分子结构,其高度有序结构(三股螺旋)对于免疫调节活性至关重要,只有分子量大于90kD的分子才能形成三股螺旋,三股螺旋结构靠β-葡萄糖苷键的分支来稳定。Janusz等发现多糖分子大小与其免疫话性之间存在明显的对应关系。分子量越大其结构功能单位越多,抗癌活性越强。(三)粘度与功效的关系多糖的粘度主要是由于多糖分子间的氢键相互作用产生,还受多糖分子质量大小的影响,它不仅在一定程度上与其溶解度呈正相关,还是临床上药效发挥的关键控制因素之一,如果粘度过高,则不利于多糖药物的扩散与吸收。通过引入支链破坏氢键和对主链进行降解的方法可降低多糖粘度,提高其活性。如向纤维素引入羧甲基后,分子间的氢键发生断裂,产物粘度从0.15Pa•s降至0.05Pa•s。二、生理功能(一)真菌多糖的免疫调节功能免疫调节作用是大多数活性多糖的共同作用,也是它们发挥其他生理和/或药理作用(抗肿瘤)的基础。真菌多糖可通过多条途径、多个层面对免疫系统发挥调节作用。大量免疫实验证明,真菌多糖不仅能激活T、B淋巴细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞(NK)等免疫细胞,还能活化补体,促进细胞因子的生成,对免疫系统发挥多方面的调节作用。(二)抗肿瘤的功能 据文献报道,高等真菌已有50个属178种的提取物都具有抑制S-180肉瘤及艾氏腹水瘤等细胞生长的生物学效应,明显促进肝脏蛋白质及核酸的合成及骨髓造血功能,促进体细胞免疫和体液免疫功能。(三)真菌多糖的抗突变作用 在细胞分裂时,由于遗传因素或非遗传因素的作用,会产生转基因突变。突变是癌变的前提,但并非所有突变都会导致癌变,只有那些导致癌细胞产生恶性行为的突变才会引起癌变,但可以肯定,抑制突变的发生有利于癌症的预防。多种真菌多糖表现出较强的抗突变作用。(四)降血压、降血脂、降血糖的功能冬虫夏草多糖对心律失常、房性早博有疗效;灵芝多糖对心血管系统具调节作用,可强心、降血压、降低胆固酵、降血糖等。试验结果表明,蜜环茵多糖(AMP)能使正常小鼠的糖耐量增强,能抑制四氧嘧啶糖尿病小鼠血糖升高;研究也发现,蘑菇、香菇、金针菇、木耳、银耳和滑菇等13种食用茵的子实体具有降低胆固醇的作用,其中尤以金针菇为最强。腹腔给予虫草多糖,对正常小鼠、四氧嘧啶小鼠均有显著的降血糖作用,且呈现一定的量效关系。云芝多糖、灵芝多糖、猴头菇多糖等也具降血糖或降血脂等活性。真菌多糖可降低血脂,预防动脉粥样硬化斑的形成。(五)真菌多糖的抗病毒作用研究证明,多糖对多种病毒,如艾滋病毒(HIV-1)、单纯泡疹病毒(HSVl,HSV-2)、巨细胞病毒(CMV)、流感病毒、囊状胃炎病毒(VSV)、劳斯肉瘤病毒(RSV)和反转录病毒等有抑制作用。香菇多糖对水泡性口炎病毒感染引起的小鼠脑炎有治疗作用,对阿拉伯耳氏病毒和十二型腺病毒有较强的抑制作用。(六)真菌多糖的抗氧化作用已发现许多真菌多糖具有清除自由基、提高抗氧化酶活性和抑制脂质过氧化的活性,起到保护生物膜和延缓衰老的作用。(七)真菌多糖的其它功能 除具有上述生理功能外,真菌多糖还具有抗辐射、抗溃疡和抗衰老等功能。具有抗辐射作用的真菌多糖有灵芝多糖和猴头多糖。具有抗溃疡作用的真多糖有猴头多糖和香菇多糖。具有抗衰老作用的真菌多糖有香菇多糖、虫草多糖、灵芝多糖、云芝多糖和猴头菌多糖等。 三、加工真菌多糖的加工方法有两种,一种是从栽培真菌子实体提取,另一种是发酵法短时间生产大量的真菌菌丝体。多糖从真菌子实体中提取,由于人工栽培真菌子实体,生产周期长达半年以上,而且价格也比较高。真菌深层发酵工艺来获真菌多糖,易于连续化生产,规模大,生产周期缩,产量高,降低了价格。但发酵法生产多糖一次性投资大,设备多,工艺流程长,而且部分菌丝体缺乏子实体的芳香风味。一般粉碎后在真菌子实体中加入多糖5~20倍体积的水、稀酸或稀碱(0.2~lmol/L),在50~80℃温度下进行浸提,有时为了加速浸提速度,也可添加些纤维素酶或半纤维素酶。深层发酵提取多糖工艺是:菌种活化→种子罐发酵→发酵罐发酵。若是需要供研究用的真菌多糖纯品,则可对上法得到的粗制多糖进行分级提纯处理,包括使用溶剂的分级提取、凝胶色谱或离子交换色谱的分级提纯等。这里主要介绍几个典型的真菌多糖加工的工艺。(一)香菇多糖 1.提取法(1)工艺流程鲜香菇→捣碎→浸渍→过滤→浓缩→乙醇沉淀→乙醇、乙醚洗涤→干燥→成品。(2)操作要点 ①取香菇新鲜子实体,水洗干净,捣碎后加5倍量沸水浸渍8~15h,过滤,滤液减压浓缩。 ②浓缩液加1倍量乙醇得沉淀物,过滤,滤液再加3倍量乙醇,得沉淀物。 ③将沉淀加约20倍的水,搅拌均匀,在猛烈搅拌下,滴加0.2mol/L氢氧化十六烷基三甲基胺水溶液,逐步调至pH值12.8时产生大量沉淀,离心,沉淀用乙醇洗涤,收集沉淀。 ④沉淀用氯仿、正丁醇去蛋白,水层加3倍量乙醇沉淀,收集沉淀。 ⑤沉淀依次用甲醇、乙醚洗涤,置真空干燥器干燥,即为香菇多糖。 2.深层发酵法(1)工艺流程菌种→斜面培养→一级种子培养→二级种子培养→深层发酵→发酵液(2)操作要点 ①斜面培养:在土豆琼脂培养基接菌种,25℃培养10天左右,至白色菌丝体长满斜面,0~4℃冰箱保存备用。 ②摇瓶培养:500mL三角瓶盛培养液150mL左右,0.12kPa蒸汽压力下灭菌45min。当温度达到30℃时,接斜面菌种,置旋转摇床(230r/min),25℃培养5~8天。培养液配方(g/100mL):蔗糖4,玉米淀粉2,NH4NO3 0.2,KH2PO4 0.1,MgSO4 0.05,维生素B1 0.001。pH值6.0。 ③种子罐培养培养液同前,装量70%(V/V),接入摇瓶菌种,菌种量10%(V/V),25℃,通气比1:0.5~1:0.7V/(V﹒min)培养5~7天。 ④发酵罐培养配料与接种。发酵罐先灭菌。罐内配料,培养液配方同前。配料灭菌,0.12kPa灭菌50~60min。冷却后,以压差法将二级菌种注入发酵罐,接种量10%(V/V),装液量70%(V/V)。发酵控制。发酵温度22~28℃,通气比1:0.4~1:0.6V/(V•min),罐压0.05~0.07 kPa,搅拌速度70r/min;发酵周期5~7天。放罐标准。发酵液pH值降至3.5,镜检菌丝体开始老化,即部分菌丝体的原生质出现凝集现象,中有空泡,菌丝体开始自溶,也可发现有新生、完整的多分枝的菌丝;上清液由混浊状变为澄清透明的淡黄色;发酵液有悦人的清香,无杂菌污染。 (3)发酵液中多糖的提取香菇发酵液由菌丝体和上清液两部分组成,胞内多糖含于菌丝体,胞外多糖含于上清液。因此多糖提取要分上清液和菌丝体两部分来完成。 ①上清液胞外多糖的提取 Ⅰ工艺流程: 发酵液→离心→发酵上清液→浓缩→透析→浓缩→离心→上清液→乙醇沉淀→沉淀物→丙酮、乙醚洗涤→P2O5干燥→胞外粗多糖; Ⅱ操作步骤: 离心沉淀,分离发酵液中菌丝体和上清液。上清液在不大于90℃条件下浓缩至原体积的五分之一。上清浓缩液置透析袋中,于流水中透析至透析液无还原糖为止。透析液浓缩为原浓缩液体积,离心除去不溶物,将上清液冷却至室温。加3倍预冷至5℃的95%乙醇,5~10℃下静置12h以上,沉淀粗多糖。沉淀物分别用无水乙醇、丙酮、乙醚洗涤后,真空抽干,然后置P2O5干燥器中进一步干燥,得胞外粗多糖干品。 ②菌丝体胞内多糖的提取 Ⅰ工艺流程发酵液→离心→菌丝体→干燥→菌丝体干粉→抽提→浓缩→离心→上清液→透析→浓缩→离心→上清液→沉淀物→丙酮、乙醚洗涤→P2O5干燥→胞内粗多糖。 Ⅱ操作要点 菌丝体在60℃干燥,粉碎,过80目筛。菌丝体干粉水煮抽提三次,总水量与干粉重之比为50:1~100:1。提取液在不大于90℃下浓缩至原体积的五分之一。其余步骤同上清液胞外提取。(二)金针菇子实体多糖分离工艺金针菇多糖 1.工艺流程原料→称重→匀浆→调配→热水抽提→过滤→滤液醇析→复溶→去除蛋白→多糖产品 ↓ 滤渣弃去 2. 操作要点(1)选用质地优良的鲜子实体(或按失水率计算称取—定量的干菇)。(2)使用试剂—氯仿、正丁醇、乙醇、葡萄糖等均为分析纯。(3)多糖总量测定采用酚—硫酸法,以葡萄糖为标准品。(4)提取条件:浸提时间1h,温度80℃,溶剂体积为样品30倍,多糖得率达到1.03%。(5)醇析的乙醇最终浓度为60%~70%,放置一定时间后,离心收集沉淀并烘干称重得多糖粗品。(6)多糖粗品中的蛋白质去除,可用Sevag法,即氯仿/正丁醇(体积比),氯仿+正丁醇/样品(体积比)分别为1:0.2和1:0.24。选用该法去除蛋白质时,如能连续操作,直接使用溶剂抽提,粗多糖产品中蛋白质去除效率高,效果好。(7)粗多糖经Sevag法去除蛋白质后,再进行真空干燥,即得到纯多糖粉状产品。 上述工艺在分离多糖产品时,可因生产目的和要求不同而异。通过30倍体积80℃浸提1h后,直接,子实体中提取的提取物,再经醇析后制得的多糖产品可广泛用于饮料、食品行业中;粗多糖再经优化的Sevag法去除蛋白质纯化后即可。

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