分离提取 DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2017.07.011 食品研究与开发 Food Research And Developmen 2017年4月 第38卷第7期 51 响应面法优化灵芝孢子粉多糖提取工艺的研究 冯嫣。马文婷 (吕梁学院生命科学系,山西吕梁033000) 摘要:以灵芝孢子粉多糖为研究对象,通过单因素试验考察液料比、提取温度、提取时间3个因素对提取率的影响, 确定提取灵芝孢子粉多糖的最优工艺参数,并运用响应面法对3个因素进行优化,得到优化后的提取工艺,并确定该工 艺条件的可靠性和高效性。结果表明:单因素试验确定提取灵芝孢子粉多糖的最优工艺为液料比20:1(mldg)、提取温 度80℃、提取时间2 h,在此条件下灵芝孢子粉多糖提取率为4.78%;运用响应面法优化工艺参数,确定最佳工艺条件 为:液料比21.27:l(mIJg)、提取温度8O.1O℃、提取时间2.10h,在此条件下预测多糖提取率为4.84%;对模型进行验证, 实测结果为4.81%.与拟合方程预测值符合良好。 关键词:灵芝孢子;多糖;响应面 Optimization of Extraction Process of Polysaccharide from Lucidum Spores Using Response Surface Analysis FENG Yan,MA Wen—ring (Department of Life Sciences,Luliang University,Luliang 033000,Shanxi,China) Abstract:This paper concentrate on GLSPs,the optimum process parameters of extracting GLSPs were deter— mined through single factor experiment,in which the three factors that influence the extraction yield of GLSPs (including the ratio of water to material,the extraction temperature and the extraction time)were controlled and tracked.At the same time,the response surface method was used to optimize the three factors and lead to the optimized extraction process as well as to determine the reliability and eficiency of fthis optimized process con—— ditions.The single factor experiments showed that the optimized process of extracting GLSPs was as follows:the ratio of water to material was 20:1(mL/g),the extraction temperature was 80 qC and the extraction time was 2 hours.Under such condition,the extraction yield of GLSPs was 4.78%;By using the response surface method to optimize the process parameters,the optimized process of extracting GLSPs was as follows:the ratio of water to material was 21.27:1(mL/g),the extraction temperature was 80.10 oC and the extraction time was 2.10 hours.Under such condition。the extraction yield of GLSPs was 4.84%;To verify this model,the measured re— salt was 4.81%.and the developed regression model could experimental data well and was qualified. Key words:lucidum spores;polysaccharide;response surface methodology 近年来,随着生活水平的日益提高,人们对于健 康的关注也越来越高。灵芝属于一种大型担子真菌, 被我国历代民族医药视为股本扶正的瑞草,而灵芝孢 分,其药理作用主要有抗肿瘤、免疫调节、调节血脂以 及对神经、心血管和呼吸系统有调节改善的作用。 随着近年来对灵芝研究的不断深入,发现灵芝多 糖是灵芝的主要活性物质之一,其重要性不言而喻。 灵芝孢子多糖具有免疫调节作用、抗肿瘤作用、降血 糖作用、抗辐射作用、抗氧化作用以及促进核酸和蛋 子作为灵芝的生殖细胞,具有灵芝的全部遗传活性物 质,它富含蛋白质(18.53%)及多种氨基酸(总量为 6.1%),还含有丰富的多糖、萜类、生物碱、维生素等成 白质的合成的作用,是一种对人体十分有用的生物活 作者简介:冯嫣(1986__),女(汉),助教,硕士,研究方向:食品营养 与安全。 性物质。灵芝多糖主要分布于灵芝孢子中,在比较栽 培灵芝与灵芝孢子粉的有效成分含量结果表明,灵芝 冯嫣,等:响应面法优化灵芝孢子粉多糖提取工艺的研究 分离提取 一== 2 孢子粉的总多糖数是栽培灵芝总多糖的1.79倍。大量 研究报告显示:灵芝多糖已经成为衡量灵芝产品质量 优劣的重要指标之一。 本试验运用响应面法确定水提法提取灵芝孢子 多糖的最优工艺,为灵芝包子多糖的规模化提取提供 理论依据和实践经验,为灵芝孢子多糖产品的市场化 打下基础。 1材料与方法 1.1材料、试剂与仪器 1.1.1材料 灵芝孢子粉:市售。 1.1.2试剂 苯酚、三氯乙酸、葡萄糖、氢氧化钠、盐酸、浓硫酸 (以上试剂均为分析纯):国药集团化学试剂有限公司。 1.1.3仪器和设备 IA00一P3型抽滤器:上海领德仪器有限公司; HWS一26型恒温水浴锅:品相科仪(上海)有限公司; SHA—C型振荡器:城西富威实验仪器厂;Eppendoff 5810型离心机:德国Eppendoff公司;752一C型紫外分 光光度计:上海光学仪器有限公司;FA分析天平:上海 方瑞仪器有限公司。 1.2方法 1.2.1工艺流程 样品烘干一称取一乙醇浸泡一抽滤一加水提 取一抽滤一浓缩一醇沉一离心分离一沉淀物加水稀 释一丙酮乙醚清洗一样品烘干一测定多糖含量 1.2.2多糖提取方法 将灵芝孢子粉在50℃下烘干至恒重,待用。取已 烘干的灵芝粉5 g,用95%乙醇浸泡24 h,脱去其中的 脂类和低聚糖。将浸泡后的灵芝孢子粉进行真空抽 滤,得滤渣。按照液料比,向滤渣中加入适当的水,在 设定好温度的恒温水浴箱中放置一定时间,进行提 取。提取结束后,将其真空抽滤,得滤液,并浓缩至原 体积的1/4。浓缩物用95%乙醇在4℃下醇沉12 h。用 离心机在6 000 r/min状态下离心15 min,取沉淀物,加 水50 mL溶解稀释,在将沉淀物用丙酮乙醚反复清洗, 烘干,取1 mL进行多糖含量测定。 1.2-3多糖含量测定方法 采用苯酚一硫酸法[24- ̄J。 配置葡萄糖标准溶液,绘制标准曲线,按照苯 酚一硫酸法测定灵芝孢子多糖,计算灵芝孢子多糖 提取率。 1.2.4单因素试验 1.2.4.1不同液料比对多糖提取率的影响 分别选取液料比为10:1、15:1、20:1、25:1、30: 1(mL/g),提取温度为80℃,提取时间为1.5 h,按照 1.2.1工艺流程和1.2.2多糖提取方法进行单因素试 验,考察不同液料比对多糖提取率的影响。 1.2.4.2不同提取温度对多糖提取率的影响 分别选取提取温度为60、70、80、90、100℃,固定 前面试验得出的液料比,提取时间为1.5 h,按照1.2.1 工艺流程和1.2.2多糖提取方法进行单因素试验,考察 不同提取温度对多糖提取率的影响。 1.2.4-3不同提取时间对多糖提取率的影响 分别选取提取时间为1、1.5、2、2.5、3 h,固定前面 试验得出的液料比和提取温度,按照1.2.1工艺流程和 1.2.2多糖提取方法进行单因素试验,考察不同提取时 间对多糖提取率的影响。 1.2.5响应面优化试验 在单因素的基础上,确定液料比、提取温度、提取 时间3个因素的零水平,运用Minitab 16数据统计分 析软件,采用Box—Behnken设计,运用三因素三水平 响应面分析法,对水解条件进行优化设计。试验因素 与编码见表1。 表1 Box-Behnken设计因素及水平表 Table 1 Factor level of orthogonal test 1.2.6模型验证试验 为检验响应面法所得结果的可靠性,采用1.2.5响 应面优化试验所得结果重复试验,并将最后结果与预 测值进行比较。 2.1单因素试验结果 2.1.1不同液料比对多糖提取率的影响 分别选取液料比为10:1、15:1、20:1、25:1、30: 1(mL/g),在提取温度为80℃、提取时间为1.5 h的条 件下进行多糖提取,并计算提取率,考察不同液料比 对多糖提取率的影响。结果如图1所示。 由图1可知,当液料比为20:1(mL/g)时,灵芝孢 子粉多糖提取率最高,达到4.3%。液料比为10:l(mL/ g)时,灵芝孢子粉提取率最低,随着水比例的增大,提 分离提取 冯嫣,等:响应面法优化灵芝孢子粉多糖提取工艺的研究 5 4 4 3 3 2 2 0 5 0 5 0 5 0 1U l5 2U 25 3U 液料比/(mUg) 图1不同液料比对多糖提取率的影响 Fig.1 Effect of liqui—solidd ratio on polysaccharides extraction rate 取率也随之增加,并于20:1(mL/g)时达到峰值。之后 继续增加水的比例,提取率趋于平稳,并略有下降。加 水比例越大,灵芝孢子粉中的多糖越易溶出,因此提 取率越高。但是加水比例过大时,会给后续的浓缩过 程带来不便,耗时耗能,因此不利于后续的醇沉。故选 择液料比为20:l(mL/g)。 2.1.2不同提取温度对多糖提取率的影响 分别选取提取温度为6O、70、80、90、100℃,在液 料比为20:1(mL/g)、提取时间为1.5 h的条件下进行 多糖提取,并计算提取率,考察不同提取温度对多糖 提取率的影响。结果如图2。 60 70 80 90 100 提取温度/℃ 图2不同提取温度对多糖提取率的影响 Fig.2 Effect of etmperature on polysaccharides extraction rate 由图2可知,当提取温度为8O℃时,灵芝孢子粉 多糖提取率最高,达到4.3%。提取温度为60℃时,灵 芝孢子粉提取率最低,随着提取温度的增大,提取率 明显增加,于80℃时达到峰值。之后随着提取温度的 增加,提取率趋于平稳,并略有下降。提取温度越高, 多糖分子的活动越剧烈,多糖更易溶出,因此随提取 温度的上升,提取率也随之升高。8O℃后,随着提取温 度的增加,提取液的蒸发损耗增大,同时高温可能会 破坏糖分子的内部结构和生物活性,因此提取率稳中 略降。综上,本试验选择提取温度为80℃。 53==I 2.1.3不同提取时间对多糖提取率的影响 分别选取提取时间为1、1.5、2、2.5、3、斟盛 h,在液料比 为20:1(mL/g)、提取温度为8O℃的条件下进行多糖 5 4 4 3 3 2 2 提取,并计算提取率,考察不同提取时间对多糖提取 率的影响。结果如图3。 薄 1.U 1., Z.U 2. 3.U 提取时间,h 图3不同提取时间对多糖提取率的影响 Fig.3 Effect of itme on polysaccharides extraction rate 由图3可知,当提取时间2 h时,灵芝孢子粉多糖 提取率最高,达到4.78%。提取时间为1 h时,灵芝孢 子粉提取率最低,随着提取时间的增加,提取率明显 增加,于2 h时达到峰值。之后随着提取温度的增加, 提取率趋于平稳,并略有下降。提取时间越长,多糖溶 量越大,当提取2 h后,多糖提取率不再增加,说明提 取液中的多糖分子达到平衡。同时过长的浸泡时问可 能会导致多糖分子内部结构的破坏,导致提取率降 低。因此选择提取时间为2 h。 2.2响应面优化试验结果 2.2.1试验结果及方差分析 运用Minitab 16数据统计分析软件试验数据进行 多元回归拟合,并进行方差分析,响应面法的试验设 计及结果见表2。 表2 Box—Behnken试验结果 Table 2 Experiment results 试验号液料 ̄t/(mL/g)提取温度/℃提取时间/l1多糖提取率 冯嫣,等:响应面法优化灵芝孢子粉多糖提取工艺的研究 分离提取 54 续表2 Box—Bebnken试验结果 Continue table 2 Experiment results 通过回归分析,得到灵芝孢子粉多糖提取牢与液 料比( ,)、提取温度(X )、提取时问( ,)的二次多项 模型: l =一45.66+1.03Xl+0.85X:+4.88X3—7.00xl0。 YlX!+ 0.03X ,Y 一0.02X、Y —0.03X12-4.89xl0一 22-0.87.Y 1 回归方程系数显著性检验表见表3。 表3回归方程系数显著性检验表 Table 3 Table of coefficients of regression equation 由『nl『J]方稃系数 著性检验表(表3)可知.模型 的二次项 X!对响应值具有 著影响,其他项对响应 值具有极 著影响,表明各闪素对多糖提取牢的影响 有线性关系 、 回归模 方 分析表见表4 表4回归模型方差分析表 Table 4 Table of variance analysis of regression model :R:=0.862 9.峒链I{ =O.935 3 对数据进行方差分析,结果(表4)显示模型的 P<O.000 1,表明l田归模型极 著;失拟项P=O.18】9> 0.Ol,不显著;模 的调整R =0.935 3,陔模型能够解释 93.53%的响应值变化,说明陔模型拟合度较好,试验 篾较小,能够川陔模型来对灵芝孢子粉多糖的提取 牢进行分析和预测. .2.2.2响虚而分析 根据上述模J .每两个 素埘提取率画…响应面 线和等高线,结果 网4~ 6 窆 簪 曩 , 善 液料LL;/(mldg) 图4液料比和提取温度对提取率影响的响应面曲线及等高线 Fig.4 Response surface curves and contour lines of the influence of liquid material ratio and extraction temperature on extraction rate 响应而和等离线图等高线的形状反映 交 i 效 的强弱和人小, 形表示阿 索交互作』fj小 , 而椭 形表示交}f作用 著。 分析比较3个 可知,液料比( ,)对提收率影响 最为显著,表 为}f{1线较陡,而提取时间( )干¨提取温 度(,Y )次之。__二【夫】素之间交;Lt?f4-Jfl均 著。 通过软件分析,水提法提取灵芝孢于粉多槠的最 佳 l 艺条件为:液料比21.27:l(-nlJg)、提取 度 80.10 、提取时『nJ 2.10 h,存此条件下预测多糖提取 率为4.84%,r 艺参数基本接近小研究中单 索试验 所选取的数值。 2.2.3模型验证试验 为检验响应 法所得结果的可靠性,采JH L述优 化条件灵芝孢子多糖提取试验,存此条件F实际提取 为4.81%, i理沦值比较误 为0.62%,相对误差 较小。因此,黎于单因素试验的响 面法优化] 艺参 数, 法可行可 , 有实用价值 分离提取 冯嫣,等:响应面法优化灵芝孢子粉多糖提取工艺的研究 5 0 50 15川 液料 mI川 2.25{1 } ; ∞{ 回回 回 50毒 一~…一一一 l5.():1 l7.5 液料比/(『ll1./g) 图5液料比和提取时间对提取率影响的响应面曲线及等高线 Fig.5 Response surface curves and contour lines of the influence of liquid material ratio and extraction time on extraction rate 90 85 8() 提取温度lff_: 2.5O 2 25 2.00 l 75 1.50 70 75 80 85 90 提取 度 : 图6提取温度和提取时间对提取率影响的响应面曲线及等高线 Fig.6 Effect of temperature and extraction time on the extraction rate of response surface curves and contour lines 55 3结论 内关于怕物多糖提取的研究较为充分,但对丁 以 芝孢子粉多糖为提取对象的研究还不够系统、本 试验运用水提法提取灵芝孢子粉多糖,通过 素试 提 . 验乖fl响应而优化确定水提醇沉法提取灵芝孢子粉多 糖的最优T艺条件, 蒋提 芝孢子粉多糖的提取 .瑚 _主 牢,许确定陔方法的高效性 、 体结论如下: 、 1)通过单 素试验确定水提法提取灵芝孢子粉 多精的最佳提取条什为:液料比20:1(mL )、提取 度80(℃、提取时间2 h、 i此条件下,灵芝孢_了粉多糖 提取牢为4.78% 、 2)运用响应向法试验对试验数据进行多元【ul Jl]拟 合,褂到灵芝孢子粉多糖提取 与液料比( 。)、提取温 度( )、提取时问( )的二次多项回归模 : =一 45.66+1.03X】+0.85X +4.88 Y3—7.OOx10— I !+0.03XIX 3— 0.02x lr0.03Xi-一-4.89x 1() 22-0.87X 。x,J‘数据进行 蓐分析,结果表明该模型拟合度较好 3)通过响应研『ffl 及等 线分析可知,液料比(Y。) 埘提取率影响最为 菩.表脱为曲线较陡. 提取l11f 问( )和提取温度( )次之。 因素之间交互作J{】均 4)运用此模型进行对试验进行工艺条件优化,最 _1 条件为:液料比21.27:1(mlJg)、提取温度 80.10 、提取 ̄,tful 2.10 h, 此条件下预测多糖提取 牢为4.84%。 5)采川响垃I1:1『优化条什 芝孢子粉多糖提取 验,?i-:JtL条件下实际提取率为4.8l%,与理沦值比较 后为0.62%,相对误蓐较小 凶此应『fj此模 褂m 的T 参数准确可靠,具有…定的实用价值 参考文献: Ill张伟,曾园山.灵芝也 的研J尢进腱….中凹医结合学报,2004 ! 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