响应面法优化绣球菌副产物多糖提取工艺的研究

黄子建

摘 要：为开发利用绣球菌副产物，提高繡球附加值，考察提取温度、提取时间、料水比3个因素对绣球菌副产物多糖得率的影响，在此基础上建立响应面分析模型，经线性回归拟合，回归模型：多糖得率（%）=7.19+0.26A-0.35B-0.84C-0.088AB-0.57AC+0.54BC-0.35A2-3.38B2-0.42C2，P<0.0001，达极显著水平;失拟项P=0.5101，不显著，说明该模型成立。利用DesignExpert8.0软件对模型进行优化，以多糖得率最高为优化目标，得出绣球菌副产物多糖提取的最优工艺条件为：提取时间3.83 h，提取温度为78.75℃，料液比为1∶30，多糖得率达到7.89%。根据实际情况将工艺参数修正为：提取时间3.83 h，提取温度为79.00℃，料液比为1∶30。采用上述最优工艺条件进行绣球菌副产物多糖提取，测得实际多糖得率为8.01%。

关键词：绣球菌副产物;多糖;提取;响应面法

中图分类号：S 646 文献标志码：A 文章编号：0253-2301（2019）10-004

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2019.10.004

Abstract： In order to develop and utilize the byproducts of Sparassis crispa and increase the added value of hydrangea， the effects of extraction temperature， extraction time and ratio of feed to water on the polysaccharide yield of byproducts of Sparassis crispa were investigated. On this basis， the model of response surface analysiswas established， and by linear regression fitting， the regression model was obtained： polysaccharide yield （%） = 7.19+0.26A-0.35B-0.84C-0.088AB-0.57AC+0.54BC-0.35A2-3.38B2-0.42C2， P<0.0001， reaching a very significant level. The lack of fit （P=0.5101） was not significant， indicating that the model was valid. Then， the model was optimized by using Design-Expert8.0 software， with the highest polysaccharide yield as the optimization target， and the optimal technological conditions for extracting polysaccharides from the byproducts of Sparassis crispa were as follows： extraction time was 3.83 h， extraction temperature was 78.75℃， and the solid-liquid ratio 1∶30， thus the polysaccharide yield could be up to 7.89%. According to the actual situation， the technological parameters were revised as follows： extraction time was 3.83 h， extraction temperature was 79.00℃， and the solid-liquid ratio was 1∶30. The polysaccharides were extracted from the byproducts of Sparassis crispa under the optimal conditions， and the actual polysaccharide yield was 8.01%.

Key words： Byproducts of Sparassis crispa; Polysaccharide; Extraction; Response surface method

绣球菌Sparasis crispa Wulf.Fr.属担子菌亚门、异隔担子菌纲、无 （非）褶菌目、绣球菌科、绣球菌属。绣球菌子实体洁白细嫩，鲜美可口，是一种极其珍贵的食药用真菌，20世纪90年代在日本首次获得栽培成功，并进行商业性生产[1]。绣球菌营养十分丰富，并且具有抗肿瘤[2-4]、抗氧化[5-6]、免疫调节[7-8]等多种生物活性。其主要的活性物质为绣球菌多糖，尤以绣球菌β-葡聚糖（简称SCG）含量最高[9]。据日本东京食品研究实验室的检测结果，可高达干重的43.6%[10]。Kim等[11]试验测得绣球菌水提物中β-葡聚糖含量为39.3%;廉添添等[12]测定绣球菌柄部和瓣片部分中β-葡聚糖含量均达40%以上。肖楠等[13]对10种食用菌副产物中的主要营养成分进行分析测定，发现食用菌副产物中含有丰富的蛋白质和多糖等营养成分，具有较大的再利用价值。张乐等[14]比较了金针菇上部子实体和菌柄基部中的营养成分，结果发现两个部位的主要营养成分种类相似，蛋白质含量高、脂肪含量低，富含多糖、矿物质和氨基酸，有很高的营养价值和较好的开发前景。对绣球菌多糖的提取已有较多报道，但多是以可食用部分为研究对象[15-17]，而关于其副产物中多糖的研究极少。绣球菌副产物是绣球菌加工过程产生的菇脚、边料等，约占绣球菌子实体总重的15%～30%。因此，开发以绣球菌副产物为原料进行多糖提取，不仅充分利用资源，又可节约环保，提高绣球菌的附加值。

本研究通过单因素试验考察提取时间、提取温度、料液比对绣球菌副产物多糖得率的影响，进而采用响应面试验方法，优化确定绣球菌副产物活性多糖最优提取参数，以期最大限度地从绣球菌副产物中提取多糖，为综合利用绣球菌副产物提供基础和依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

绣球菌下脚料由福建容益菌业科技研发有限公司提供。无水乙醇、苯酚、氯仿、正丁醇、硫酸、三氯化铁、水杨酸均为分析纯，购自中国医药（集团）上海化学试剂公司。

1.2 仪器与设备

DL SPW10TJ型5型低速大容量离心机（上海安亭科学仪器厂）;UV2800AH型紫外可见分光光度计[尤尼柯（上海）仪器有限公司];R209型旋转蒸发器（上海申生科技有限公司）;低温超速离心机（SIGMA公司）;冷冻干燥机（CHRIST公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 绣球菌下脚料收集 收集绣球菌加工后的菇脚、菇裙角等下脚料，50℃烘干备用。

1.3.2 单因素试验 采用单因素试验法考察提取温度、料液比和提取时间对多糖得率的影响。以基础条件为料液比1∶30、提取温度70℃、提取时间3 h的条件下，设计各因素水平为：料液比为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50;提取温度为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃;提取时间为1、2、3、4、5 h。

1.3.3 响应面优化试验设计 根据单因素试验提取温度、料液比和提取时间对多糖得率影响的分析结果，采用响应面法在三因素三水平对提取时间、提取温度、料液比进行优化。根据Box-Behnken中心组合设计原理进行设计试验要求，具体见表1。

1.3.4 多糖得率的测定 配置葡萄糖标准溶液，绘制标准曲线，按照苯酚硫酸法测定绣球菌副产物多糖，计算多糖提取率。多糖得率（%）=（提取液中多糖含量×提取液体积/所用样品总量）×100

1.3.5 统计分析 每个试验须进行3次，对应的响应值取3次试验结果的平均值。利用软件DesignExpert8.0进行试验设计和数据分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 提取温度对绣球菌副产物多糖提取率的影响 由图1可见，提取温度50～80℃，多糖得率随温度升高而增加，90℃时略有下降。因此选择提取温度70℃、80℃、90℃进行后续试验。

2.1.2 提取时间对绣球菌副产物多糖提取率的影响 由图2所示，多糖得率随提取时间的延长而提高，但提取时间超过3 h后多糖得率略有下降。综合考虑选择提取时间2、3、4 h进行后续试验。

2.1.3 料液比对绣球菌副产物多糖提取率的影响 由图3可以见，料液比1∶10、1∶20，多糖得率随加水量的增加而增加，但料液比在1∶20后，提取液的增加对多糖得率的影响较小。综合考虑选择料液比1∶10、1∶20、1∶30进行后续试验。

2.2 响应面的分析及提取工艺的条件优化

为进一步优化绣球菌副产物多糖提取的工艺，在上述单因素试验结果的基础上，选取提取温度、提取时间和料液比3个因素作为参数，多糖得率作为指标进行响应面Box-Behnken 试验设计分析，具体如表2所示。

利用软件对表2试验数据进行多元线性回归拟合，得到的分析结果见表3和表4。经拟合后，多糖得率（%）=7.19+0.26A-0.35B-0.84C-0.088AB-0.57AC+0.54BC-0.35A2-3.38B2-0.42C2。回归模型 P<0.0001，表明回归模型达极显著水平;失拟项 P=0.5101，不显著，说明该模型成立。回归模型中一次项C达显著水平，二次项B2达极显著水平。复相关系数R2=0.9132，说明响应值的变化有91.32%来源于所选变量，得到模型拟合程度好，试验误差小。

2.3 因素间的交互作用分析

如图4所示，提取时间对绣球菌副产物多糖得率影响较小。而提取温度对绣球菌副产物多糖得率影响较大，提取温度70～80℃时，随温度升高得率增加，但提取温度超过80℃后，多糖得率反而下降。

如图5所示，当提取温度不变时，料液比对绣球菌副产物多糖得率的影响明显，随着加水量的增加有先增后平缓的趋势;在不同料液比条件下，提取温度对绣球菌副产物多糖得率影响均呈现先增加后减少的而趋势。

如图6所示，在长时间提取条件下，料液比对绣球菌副产物多糖得率的影响明显，随着加水量的增加而增加;但在较短提取时间条件下，随加水量的增加绣球菌副产物多糖得率变化不明显。

2.4 试验结果验证

利用Design-Expert8.0软件对模型进行优化，以多糖得率最高为优化目标，得到最优提取工艺：提取时间3.83 h，提取温度为78.75℃，料液比为1∶30，多糖得率达到，此条件下模型预测多糖得率为7.89%。根据实际情况修正为：提取时间3.83 h，提取温度为79.00℃，料液比为1∶30。以此条件进行结果验证对比试验，重复3次，结果见表4。

由表4可知，當提取时间3.83 h，提取温度为79.00℃，料液比为1∶30，多糖得率8.01%，误差率均小于3%，真实值与预测值相近，与预测值较为接近，说明回归方程能够比较真实地反映各因子对多糖得率的影响， 能较好地模拟和预测这两个指标。

3 结论

选取提取温度、提取时间和料液比3个因素作为参数，绣球菌副产物多糖得率作为指标进行响应面分析，得出回归模型：多糖得率（%）=7.19+ 0.26A-0.35B-0.84C-0.088AB-0.57AC+0.54BC-0.35A2- 3.38B2-0.42C2。根据实际情况，结合回归模型的数学分析得到绣球菌副产物多糖提取的最优工艺条件为：提取时间230.0 min，提取温度为79.00℃，料液比为1∶30。经验证试验得到多糖得率达到8.01 %，验证试验结果与理论预测值误差小于1 %，说明建立的数学模型可靠性高，可用于绣球菌副产物综合利用多糖提取工艺优化。

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（责任编辑：林玲娜）