超声波法提取黑木耳中粗多糖的工艺研究

宗丽娜　李成帅

摘      要：采用响应面分析法对超声波法提取黑木耳中粗多糖的提取工艺进行优化。结果表明，提取的较优条件为：超聲功率为266 W、液料比为42 mL·g^-1、超声时间26 min、超声水浴温度58 ℃，此时黑木耳中多糖的提取率为14.47 %，多糖提取率预测值为14.49 %，预测值和实际测定值接近，说明响应面分析法可很好地优化黑木耳中多糖提取物的提取条件。

关  键  词：黑木耳;粗多糖;超声提取;分光光度法;响应面法

中图分类号：TS255.1;O657.32     文献标识码： A     文章编号： 1671-0460（2020）06-1118-05

Optimization of Ultrasonic Extraction of Crude Polysaccharide From Auricularia Auricular

ZONG Li-na， LI Cheng-shuai

（School of Chemical Engineering， Shengli College， China University of Petroleum， Dongying Shandong 257061， China）

Abstract： Polysaccharide is the main active component of Auricularia auricula，which has important medicinal value. With Auricularia auricula as raw material， the ultrasonic-assisted extraction process parameters of crude polysaccharide from Auricularia auricula were optimized by response surface method. The results showed that the optimal extraction process was as follows： ultrasonic power 266 W， liquid-solid ratio 42（mL/g）， ultrasound time 26 min， ultrasound water bath temperature 58 ℃. Under the above conditions， the total crude polysaccharide yield of Auricularia auricular was 14.47%，the predicted extraction rate of crude polysaccharide was 14.49 %，the predicted value was close to the actual measured value. Response surface analysis could optimize the extraction conditions of crude polysaccharide from Auricularia auricular. The research can lay a theoretical foundation and provide a scientific basis for the development and application of crude polysaccharide from Auricularia auricular.

Key words： Auricularia auricular; Crude polysaccharide; Ultrasonic extraction; Spectrophotography; Response surface method

黑木耳，别名黑菜，属层菌纲木耳科，可药食两用。黑木耳既有野生的又有人工培植的，主要分布在我国的华北、东北、西南、中南及沿海各省份，营养价值很高。黑木耳中富含多种活性成分，如胶原、多糖、木耳黑色素、发酵素、卵磷脂、植物碱等^[1]。多糖是黑木耳中主要活性成分^[2-3]，具有很多药理作用，能预防高血压、高血脂、冠心病、抗血栓、抗衰老、调节免疫、抗癌防癌等作用^[4-5]。是目前广受关注的天然活性化合物。

目前，黑木耳的应用主要是鲜食或干燥后销售于市场，对黑木耳中生物活性成分的提取研究还处于初级阶段，因此充分利用现有的黑木耳资源，对其多糖进行充分提取应用具有深远的意义。现在提取的黑木耳多糖多采用热水浸提^[6-7]，该法对设备要求低、成本低，但是耗时长，液料比大，易造成能耗和资源的浪费，同时提取率也不高，不能满足人们的需求。因此如何有效的提高黑木耳多糖的提取率成为社会的迫切要求。近年来，超声波提取法^[8-12]被广泛的应用于中草药的提取中，由于超声波作用所引起的振动和空化效应较强烈，破坏了植物体细胞壁，从而使得溶剂对细胞的穿透力增加，细胞中的有效成分溶出加速^[13]。其特点是提取时间很短、提取效率高、溶剂使用量少。为了达到更好的提取效果，本文采用复合提取法对黑木耳中粗多糖进行提取，并通过响应面分析法设计并验证了较优的提取工艺，从而为黑木耳中多糖提取物的工业化生产提供理论依据。

2.1.4  超声水浴温度对粗多糖提取的影响

超声水浴温度对黑木耳中多糖提取率的影响如图4所示。

如图4所示粗多糖得率随超声水浴温度升高出现最大值，超声水浴温度为60 ℃，此后超声水浴温度提高，粗多糖得率下降，这是因为温度太高，粗多糖热稳定性下降，杂质溶出概率变大，造成粗多糖得率下降。故进行Box-Behnken试验设计的超声水浴温度选择为55～65 ℃。

2.2  响应面结果分析

2.2.1  响应面设计及结果

根据表1中黑木耳粗多糖响应面试验设计，通过Design-Expert.V8.0.6软件进行Box -Behnken试验设计，共进行29组试验。试验设计及结果见表2所示。

2.2.2  响应面的建立与分析

以多糖提取率（Y）为响应值，对表2中数据进行分析，通过回归拟合各响应因素，得二次多项回归方程为：Y = （14.31 + 0.65A + 0.053B - 0.11C - 0.63D - 0.43AB + 0.54AC + 0.10AD + 0.24BC - 1.02BD - 1.18CD - 1.08A² - 1.23B² - 1.31C² - 1.22D²）。

从表3中可以看出该模型回归显著（F=117.86，P<0.000 1），即建立的回归模型有意义;失拟项P=0.060 9，没有显著差异;确定系数R²=0.991 6，调整系数R_Adj²=0.983 2，说明该模型能够较好的拟合实际实验，各响应因子与响应值的关系可以用上述回归方程进行描述，并预测黑木耳粗多糖提取率。回归模型中由一次项的P值（A：<0.000 1，B：<0.000 1，C：0.296 0，D：0.036 7）可以说明超声功率、超声时间和超声水浴温度可显著影响粗多糖的提取率，而多糖提取率对液料比的影响并不显著;二次项（A²、B²、C²、D²）均为模型极显著因素;交互项AB、AC、BC、BD、CD均为模型显著因素，AD为模型不显著因素，不能明显影响黑木耳中粗多糖的提取率。此外，从各项的F值（A：177.86，B：1.18，C：5.33，D：167.45）可以看出，各因素在所选的水平范围内，对粗多糖提取率的影响由大到小依次为：超声功率、超声水浴温度、超声时间、料液比。

2.2.3  响应面交互作用分析

评价试验因素对黑木耳多糖提取率的两两交互作用，对各因素的最佳水平范围进行确定，可以根据所建立的二次模型做出的响应曲面及其相应的等高线图^[14-15]。将建立的回归模型中的任一因素固定在零水平（降维处理），得到另外两个因素的交互作用结果如图5所示。

各因素对黑木耳中多糖提取率的影响程度可以由响应曲面的陡峭程度反映，响应曲面越陡，该因素对多糖提取率的影响越大，响应值对于操作条件的改变越敏感。交互效应的强弱可以由等高线的形状反映，两因素交互作用不显著则表现为圆形，反之，则为椭圆形。由图5-A响应面图可知，超声水浴温度的曲面斜率略大于超声时间的;由图5-a等高线图可知，等高线沿超声水浴温度轴向变化密集，说明响应值受超声水浴温度的影响比受超声时间的影响显著，由此可知，超声水浴温度和超声时间的交互作用极显著，前者对黑木耳多糖提取率的影響大于后者，即多糖提取率对超声水浴温度的变化比对超声时间的变化敏感。

同理，结合表3的交互相P值、F值，分析响应面图与等高线图5-A、a，5-B、b，5-C、c，5-D、d，5-E、e，5-F、f可以看出，超声水浴温度和料液比的交互作用极显著，前者的曲面斜率略大于后者，等高线沿超声水浴温度轴向变化密集，说明响应值受超声水浴温度的影响比受料液比的影响显著;超声功率和超声时间的交互作用极显著，前者的曲面斜率略大于后者，说明响应值受前者影响比后者的影响显著;超声功率和料液比的交互作用极显著，前者的曲面斜率略大于后者，等高线沿超声功率轴向变化密集，说明响应值受超声功率的影响比料液比的影响显著;超声时间和料液比的交互作用显著，前者的曲面斜率略大于后者，等高线沿超声时间轴向变化密集，说明响应值受超声时间的影响比料液比的影响显著;而超声功率与超声水浴温度的交互性最差，P值远大于0.05且等高线图基本呈圆形，整体梯度变化不明显，所以超声频率和超声水浴温度的交互性可忽略，即两者中任一因素对多糖提取率的影响规律不会随着另一因素的变化出现明显变化。

2.2.4  验证试验

结合回归模型分析结果，黑木耳多糖提取的最佳工艺条件为：超声频率265.40 W，液固比为41.75 mL·g^-1， 超声时间26.19 min， 超声水浴温度57.81 ℃，黑木耳多糖提取率为14.49%。结合实际的可操作性，将最佳工艺参数修正为：超声频率266 W，液固比为42 mL·g^-1， 提取时间26 min， 超声水浴温度58 ℃。在此条件下，经过3次平行试验，对黑木耳粗多糖的提取率进行试验验证，实际提取率的平均值为14.47%，试验结果能够良好的符合回归模型，说明该模型能较好地预测黑木耳多糖提取率。

3  结 论

1）通过单因素试验结果，得到影响黑木耳中多糖提取率的四个因素（超声功率、液料比、超声时间、超声水浴温度）的较佳浓度范围。

2）以单因素试验为基础，进行响应面法试验优化，建立黑木耳中多糖提取的二次多项式回归模型，结合回归模型分析结果，黑木耳多糖提取的最佳工艺条件为：超声频率265.40 W，液固比为41.75 mL·g^-1， 超声时间26.19 min， 超声水浴温度57.81 ℃，黑木耳多糖预测提取率为14.49%。

3）提取工艺条件为：超声频率266 W，液固比为42 mL·g^-1，提取时间26 min，超声水浴温度58 ℃下，得到验证试验结果，进黑木耳中粗多糖的提取率可达到14.47%。与传统热水浸提法相比，该提取方法降低了水浴的温度，缩短了提取时间，同时多糖提取率得以提高，为进一步开发利用黑木耳的药用价值提供了理论依据。

4）所建立的模型回归显著，在所选的各因素水平范围内，对黑木耳中粗多糖提取率的影响由大到小依次为超声频率、超声水浴温度、超声时间、料液比。

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