论文总字数：17923字

摘 要

金针菇多糖对人体有多种保健功效，具有重要的开发价值。金针菇下脚料成本低廉，可提取金针菇多糖及活性炭。本实验主要研究金针菇下脚料利用热水浸提法提取金针菇多糖以及制备活性炭的工艺研究。通过单因子及SAS优化设计，获得了多糖提取最优条件：浸提温度100 ℃、pH为5.9、料液比为1:15、浸提时间3.47 h，多糖提取率达到42.65 mg/g，较未优化提高了3.8倍；通过单因子优化，获得了微波炭化制备活性炭的最适条件：50 % 的磷酸活化8 h、中火、炭化5 min，制备的活性炭对亚甲基蓝的吸附能力达到81.22 mg/g，吸附率达到95.33 %。本论文研究为金针菇下脚料的资源化开发提供理论依据及技术支撑。

关键词：金针菇下脚料；金针菇多糖；活性炭；提取

Abstract: Flammulina velutipees polysaccharides has great value on human healthy. The inferior Flammulina velutipees mushroom has the advantages of low-cost which can extract Flammulina velutipees polysaccharides and produce activated carbon. Through the single factor and SAS optimization design, the optimal polysaccharides extraction conditions were obtained: extraction temperature of 100℃, pH 5.9, solid to liquid ratio of 1:15, extraction time 3.47 hours. The polysaccharide extraction rate reached to 42.65 mg/g, which increased by 3.8-fold than that of un-optimization. Through the single factor optimization, the optimum activated carbon conditions by microwave were obtained: 50% phosphoric acid activating 8h, Medim fire carbonizating 5 min. The adsorption capacity of the activated carbon to methylene blue was 81.22 mg/g, and the adsorption rate reached 95.33%. This thesis provided a theoretical basis and technical support for the development of the inferior Flammulina velutipee mushroom.

Keyword: inferior Flammulina velutipees; Flammulina velutipees polysaccharides ; active carbon; extraction

目 录

1 前言 1

1.1金针菇的研究进展 1

1.1.1金针菇的分布 1

1.1.2金针菇多糖的种类和功能 1

1.1.3金针菇多糖的利用现状及展望 1

1.2生物活性炭的研究进展 2

1.2.1活性炭的分类与开发研究进展 2

1.2.2食用菌下脚料作为生物吸附剂的研究进展 2

1.3实验思路设计 3

2 材料与方法 4

2.1材料 4

2.1.1 原料 4

2.1.2 试剂 4

2.1.3 溶剂 4

2.2 仪器 5

2.3 方法 5

2.3.1金针菇下脚料多糖的提取 5

2.3.2金针菇活性炭的制备与吸附性能测定 7

3 结果与分析 9

3.1金针菇多糖提取工艺的优化 9

3.1.1不同pH对多糖提取的影响 9

3.1.2不同浸提时间对多糖提取的影响 9

3.1.3不同料液比对多糖提取的影响 10

3.1.4不同浸提温度对多糖提取的影响 11

3.1.5响应面优化及验证性实验分析 11

3.1.6小结 15

3.2金针菇下脚料提取残渣制备活性炭工艺研究 16

3.2.1 磷酸作为活化剂对活性炭的吸附的影响 16

3.2.2 氢氧化钾作为活化剂对活性炭吸附的影响 17

3.2.3小结 18

3.2.4商品活性炭与金针菇活性炭吸附性能的对比 18

4 结论和展望 20

4.1结论 20

4.2展望 20

致谢 22

1 前言

1.1金针菇的研究进展

1.1.1金针菇的分布

金针菇学名毛柄金钱菌，又称毛柄小火菇、构菌、朴菇、冬菇、朴菰 、冻菌、金菇、智力菇^[1]等，学名为Flammulina velutipeer (Fr.)。因其菌柄细长，似金针菜，故称金针菇，属伞菌目白蘑科金针菇属，是一种菌藻地衣类。

金针菇在自然界广为分布，中国、日本、俄罗斯、欧洲、北美洲、澳大利亚等地均有分布。在中国北起黑龙江，南至云南，东起江苏，西至新疆均适合金针菇的生长。金针菇不含叶绿素，不具有光合作用，不能制造碳水化合物，但完全可在黑暗环境中生长，必须从培养基中吸收现成的有机物质，如碳水化合物、蛋白质和脂肪的降解物，为腐生营养型，是一种异养生物，属担子菌类。金针菇是一种木材腐生菌，易生长在柳、榆、白杨树等阔叶树的枯树干及树桩上。

1.1.2金针菇多糖的种类和功能

食用菌多糖可分为4类，即杂多糖、甘露聚糖、葡聚糖、糖蛋白和多糖肽。因食用菌种类不同，其有效成分的作用及营养价值也不同，金针菇多糖具有两种以上的多糖组分^[2]，到目前为止其研究结果不太一致，其中占建波采用气相色谱法测定FVP的单糖组分，主要是由D-甘露糖；D-半乳糖；D-葡萄糖；D-岩藻糖；L-鼠李糖五种单糖组成^[3]。

金针菇多糖是金针菇最主要活性成分之一，许多研究认为，金针菇多糖不但具有提高人体免疫力，而且具有保肝，保湿，抗感染，辅助改善记忆和缓解体力疲劳等保健作用。

1.1.3金针菇多糖的利用现状及展望

我国是食用菌生产大国，其中金针菇的产量在世界居首位，金针菇资源非常丰富，亟待人们去认识与开发。由于金针菇多糖具有抗肿瘤、免疫调节、抗病毒等方面的生物活性，因此对金针菇多糖的研究已成为一个热点。目前，国内外学者在金针菇多糖的分离提取、化学组成、结构分析、生物活性等方面做了大量的研究工作。但在国内无高值化提取技术，金针菇的部分重要成分不能充分被利用，造成资源浪费的同时也会产生环境污染。因此，金针菇多糖将在食品工业、发酵工业、医疗保健等领域得到更加广泛地应用。在科学技术高度发达的21世纪，金针菇多糖的研究必将有更广阔的发展前景。

1.2生物活性炭的研究进展

1.2.1活性炭的分类与开发研究进展

活性炭能够通过各种炭质材料进行炭化、活化处理而制得，随着原料和生产工艺的不同，所得的活性炭吸附性或催化性也有很大的差别。选择合适的原料和工艺条件，能够制造出具有适用于各种用途的细孔结构和表面丰富的活性炭。

由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同，环保活性炭的种类很多，到目前为止尚无精确的统计材料，大约有上千个品种。

目前，国外普遍认为制造活性炭的最好原料是椰子壳，其次是木屑，木炭，再其次是煤。但由于木质材料资源有限，且成本较高，在环保意识日益提高的情况下，人们不主张用木材或木材产品作为原料制备活性炭。因此，以来源和产量均稳定且价格低廉的食用菌下脚料应当是活性炭类的研究主体方向。

1.2.2食用菌下脚料作为生物吸附剂的研究进展

人类的活动会使大量的工业、农业和生活废弃物排入水中，使水受到污染。目前，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，这相当于全球径流总量的14 %以上。日趋加剧的水污染，已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。据世界权威机构调查，在发展中国家，各类疾病有80 %是因为饮用了不卫生的水而传播的，每年因饮用不卫生水至少造成全球2000万人死亡，因此，水污染被称作"世界头号杀手"。

生物吸附技术是近年来发展的处理废水的新技术，其中生物吸附剂的研究成为热点。从目前的研究成果来看，活性生物体和非活性生物体均具有较强的生物吸附性能，而且失去生物活性的生物体吸附能力更强，这说明非活性生物质用于制造活性炭具有潜在优势。由于生物吸附剂能吸附多种污染物，以至于发现它是一种具有潜力的治理水污染处理方法^[10]人们希望在农业品、生物制品或者工业副产品中找到一些价格低廉易于制取的吸附剂。如今越来越多的物理化学和生物方法被应用于处理染料废水，如吸附脱色、离子交换脱色、渗析法、化学氧化脱色、絮凝沉淀、光氧化脱色、纳米技术处理、超滤法、电解及生物处理法等^[11]近年来，利用农业副产物，如木屑、树皮、米糠、玉米皮等作为吸附剂除去重金属离子的研究备受关注。

食用菌下脚料是不可食用部分的菌类末端，一般情况下都作为厨余垃圾丢掉。这些农产品废弃物中有一部分作为吸附剂能够对染料有良好的吸附效果，又因为农产品废弃物对能够成为生物吸附剂去吸附染料废水具有廉价、易得、无毒性等优点，受到广大国内外研究者的关注^[12]但就是这些所谓的“厨余垃圾”其中富含了菌丝体，这些菌丝体表面具有吸附作用，使其作为生物吸附剂成为可能^[15]。再加上食用菌下脚料是农业的副产品，来源广泛，价格低廉，用它来研究治理废水具有很高的研究价值。

1.3实验思路设计

应用单因素试验设计法和SAS实验分析法，研究不同温度、浸提时间、料液比、pH这4个因素结合作用对金针菇多糖的提取率以及品质指标含量变化的影响，以及其残渣制备活性炭工艺研究探寻最佳处理组合技术，为金针菇多糖提取条件优化以及残渣制备活性炭提供理论与实践参考。技术路线见图1-1。

采用热水浸提法

金针菇下脚料

制备金针菇多糖

单因素实验法

SAS优化实验

浸提温度

浸提时间

料液比

pH

制备活性炭

单因素实验

与商品活性炭吸附对比

活化剂种类

活化剂浓度

炭化温度

离心取下层沉淀

图1-1 技术路线

Fig.1-1 Technical route

2 材料与方法

2.1材料

2.1.1 原料

金针菇下脚料，由连云港市香如食用菌有限公司提供。

2.1.2 试剂

表2-1 实验材料

Tab.2-1 Experiment material sources

试剂名	级别	厂家
葡萄糖	分析纯（AR）	国药集团化学试剂有限公司
无水乙醇	分析纯（AR）	国药集团化学试剂有限公司
硫酸	分析纯（AR）	国药集团化学试剂有限公司
苯酚	分析纯（AR）	国药集团化学试剂有限公司
氢氧化钠	分析纯（AR）	国药集团化学试剂有限公司
盐酸	分析纯（AR）	国药集团化学试剂有限公司
氢氧化钾	分析纯（AR）	国药集团化学试剂有限公司
亚甲基蓝	分析纯（AR）	上海迈坤化工有限公司
磷酸	分析纯（AR）	国药集团化学试剂有限公司

2.1.3 溶剂

1mol/L盐酸：精确量取86.9 mL 36 %的浓盐酸，加水混合至1 L，定容。

1mol/L氢氧化钠：精确称取40 g氢氧化钠溶于1 L的蒸馏水中，定容。

30 %磷酸溶液：精确量取30 mL磷酸，加水混合至100 mL，定容。

50 %磷酸溶液：精确量取50 mL磷酸，加水混合至100 mL，定容。

70 %磷酸溶液：精确量取70 mL磷酸，加水混合至100 mL，定容。

30 %氢氧化钾溶液：精确量取30 g KOH，溶于100 mL的蒸馏水中，定容。

50 %氢氧化钾溶液：精确量取50 g KOH，溶于100 mL的蒸馏水中，定容。

70 %氢氧化钾溶液：精确量取70 g KOH，溶于100 mL的蒸馏水中，定容。

5 % 苯酚溶液：精确称取5 g苯酚，溶于100 mL的蒸馏水中，定容。

2.2 仪器

DHG-9420B型电热恒温鼓风干燥箱；HH-6恒温水浴锅；722S型可见分光光度计；雷磁pH计；电子天平高速离心机；微波炉；冰箱；试管；量筒；玻璃棒；烧杯；研钵；移液枪及其配件等。

2.3 方法

2.3.1金针菇下脚料多糖的提取

2.3.1.1单因素实验

根据冯昆等^[4]人所做的金针菇多糖提取条件的优化一文中的结论，获得初始提取条件：料液比为1:30，pH为6，浸提温度为90 ℃，浸提时间为2.5 h，根据初始条件，进一步进行本论文所采用金针菇下脚料的多糖提取条件优化。

不同温度对多糖提取的影响：取4份研钵碎的金针菇下脚料1 g，1:30加入蒸馏水，pH=6的条件下70 ℃；80 ℃；90 ℃；100 ℃四个温度下，浸提2.5 h，冷却至室温后离心取上清醇沉再离心，接着用硫酸-苯酚法测定金针菇多糖含量。

不同料液比对多糖提取的影响：取4份研钵碎的金针菇下脚料1 g，1:20；1:30；1:40；1:50加入蒸馏水，pH=6；90 ℃的条件下，浸提2.5 h，冷却至室温后离心取上清醇沉再离心，接着用硫酸-苯酚法测定金针菇多糖含量。

不同pH对多糖提取的影响：取4份研钵碎的金针菇下脚料1 g，1:30加入蒸馏水，pH=5；pH=6；pH=7；pH=8的条件下90 ℃，浸提2.5 h，冷却至室温后离心取上清醇沉再离心，接着用硫酸-苯酚法测定金针菇多糖含量。

不同浸提时间对多糖提取的影响：取4份研钵碎的金针菇下脚料1 g，1:30加入蒸馏水，pH=6；90 ℃的条件下，浸提1.5 h；2 h；2.5 h；3 h，冷却至室温后离心取上清醇沉再离心，接着用硫酸-苯酚法测定金针菇多糖含量。

2.3.1.2响应面分析法优化工艺

根据金针菇多糖提取因素相关联的基本原则以及结合本实验前期的研究结果分析，可取浸提温度、时间、pH、料液比4个因素，在单因素的实验基础上再设计4因素3水平的响应面分析实验的方案，响应面分析因素与水平见表2-2。

表2-2 响应面分析的因素和水平

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