金针菇多糖超声提取过程中的理化性质变化

金针菇多糖（FVP）作为该食用菌的核心活性成分，具有免疫调节[1]、抗氧化[2]及抗肿瘤[3]等多元生物活性，其功能高度依赖结构特征——分子量大小​（如超声降解后小分子多糖抗氧化性增强）、单糖组成​（半乳糖比例升高提升抗炎活性）、主链构型​（含β-(1→3)主链与β-(1→6)支链时抗肿瘤活性显著）及物化性质​（溶解度、黏度、粒径）共同构成"结构-活性"关联基础；而超声波技术通过空化效应可定向修饰FVP结构：在提取阶段提升效率（较热水/酶法DPPH清除率更高）并降低分子量，在改性阶段影响流变特性与热稳定性，但超声强度/时间对FVP流变行为与热稳定性的调控机制仍不明晰。

南京农业大学赵立艳等人在JOURNAL OF THE SCIENCE OF FOOD AND AGRICULTURE （Q1, if: 4.2）发表The structure–activity mechanism of the changes in the physicochemical properties of Flammulina velutipes polysaccharides during ultrasonic extraction相关研究。

一、超声强度和时间对多糖和蛋白质含量的影响

如图1（a）和（b）所示，超声提取金针菇（FVPU）中的多糖含量明显低于热水提取金针菇（FVPH），但蛋白质含量高于FVPH。这些现象可归因于促进蛋白质结合多糖释放和溶解的空化效应。多糖含量的降低可归因于蛋白质含量的增加。然而，不同超声强度或时间提取的金针菇多糖之间的多糖或蛋白质含量没有显著差异。这一现象表明，不同超声强度或时间提取的FVPUs的纯度或蛋白质含量不会干扰FVPUs下一步的流变性和热稳定性测定。多糖结构的差异可能是不同超声条件下提取的FVPUs流变特性和热稳定性差异的原因。

二、超声强度和时间对分子量、分子量分布、粒径和zeta电位的影响

超声波强度和时间对金针菇多糖的分子量、分子量分布、粒径和ζ电位的影响如图1（c）-（f）所示。FVPHs的分子量最高。FVPUs的分子量随着超声时间或强度的增加而降低（图1（c））。多糖分子量的下降速度随着超声波时间的增加而降低。这一现象与多糖的超声波降解动力学一致。平均分子量随着分子量较小的多糖比例的增加而降低（图1（d）），证实了超声波照射诱导的多糖降解。这种降解归因于在提取过程中中断多糖链的空化效应。分子量较高的多糖具有较大的粒径和较低的ζ电位（图1（e）和（f））。这种现象可能是由于分子量较小的多糖携带了更多的负电荷，因为它们有更多的暴露基团，这意味着在更高的超声波强度和更长的时间下提取的FVPU在溶液中具有更好的稳定性。多糖的分子量、粒径和潜力的一致性表明，在超声波场下，金针菇多糖的分子链发生了降解。

图1. 通过热水提取和不同的超声波提取方法，（a）金针菇多糖的多糖含量、（b）蛋白质含量、（c）分子量、（d）分子量分布、（e）粒径和（f）zeta电位。

三、  超声强度和时间对官能团组成、单糖组成和显微形貌的影响

从图2（a）可以看出，热水提取和超声波提取的金针菇多糖的FTIR光谱都显示了多糖在4000 cm-1至400 cm-1范围内的典型特征吸收峰。吸收峰在3400cm-1和2924 cm-1分别归因于O-H和C-的伸缩振动。在1635cm-1处观察到C-O伸缩振动 。在1075 cm-1表明主链中存在吡喃半乳糖。峰值在890 cm-1表明糖基残基具有β-异头构型。超声波对粗多糖的官能团组成没有显著影响。如图2（b）所示，超声波提取的多糖在280nm左右有较高的吸收率 ，证明蛋白质含量较高。

如图2（c）和（d）所示，金针菇多糖是主要由葡萄糖、半乳糖、甘露糖和岩藻糖组成的杂多糖。超声提取提高了半乳糖和甘露糖含量，但葡萄糖含量降低了。不同超声强度和时间提取的多糖单糖种类相似，但单糖摩尔比不同，这可能是由于多糖链被水解，分子间氢键被超声空化效应破坏所致。金针菇多糖葡萄糖相对含量的变化与分子量的变化一致。FTIR和单糖组成结果也表明，β-葡萄糖可能是金针菇多糖的主要成分。同时，葡萄糖的减少也可能是由于其他单糖的增加和转化所致。

如图2（e）中所示，FVPHs中可以看到片状结构和光滑表面。这表明多糖分子的交联和相互作用很强。然而，随着超声强度或时间的增加，FVPUs的圆孔表面形貌在冷冻干燥过程后转变为丝状结构。这一现象表明，超声处理后部分多糖聚集体被分散。在超声提取过程中，超声空化效应产生的湍流剪切和瞬时高压降低了多糖的聚合能力和分子量。

图2.（a）傅里叶变换红外光谱，（b）紫外-可见光谱，（c，d）单糖组成和相应的高效液相色谱色谱图，以及（e）通过热水提取和不同超声提取方法对金针菇多糖进行扫描电镜照片。Fuc：岩藻糖; Gal：半乳糖; GalA：半乳糖醛酸; Glc：葡萄糖; GlcA：葡萄糖醛酸;人：甘露糖; PMP：对甲氧基苯基; Rha：鼠李糖; Xyl：木糖。

四、  结论

在这项研究中，使用不同的超声波提取参数研究了金针菇多糖的纯度、蛋白质含量、分子量、ζ电位、单糖组成、微观形态。研究结果表明，多糖的分子量、粒径和ζ电位随着超声波强度或时间的增加而降低。超声波提取提高了半乳糖和甘露糖含量，但降低了葡萄糖含量。

 参考文献

[1] Zhang T, Ye J, Xue C, Wang Y, Liao W, Mao L et al., Structural characteristics and bioactive properties of a novel polysaccharide from Flammulina velutipes. Carbohydr Polym 197: 147–156 (2018)

[2] Lin L, Cui F, Zhang J, Gao X, Zhou M, Xu N et al., Antioxidative and renoprotective effects of residue polysaccharides from Flammulina velutipes. Carbohydr Polym 146: 388–395 (2016).

[3] Yang W, Pei F, Shi Y, Zhao L, Fang Y and Hu Q, Purification, characterization and anti-proliferation activity of polysaccharides from Flammulina velutipes. Carbohydr Polym 88: 474–480 (2012).