超聲波提取杏鮑菇多酚工藝的響應面法分析

姚文華，邱承軍

（山東省農業干部管理學院，山東 濟南 250100）

杏鮑菇多酚（Pleurotus eryngii Polyphenols）是杏鮑菇中多酚類化合物的總稱，具有降血脂、降膽固醇、促進胃腸消化、增強機體免疫能力、防止心血管病等功效，對它們的研究有很高的藥用和食用價值。酚類的提取方法主要有溶劑提取、超臨界CO2提取、微波及超聲波輔助提取等。在天然產物提取方面，自Ganzler等最早利用微波萃取法從羽扇豆中提取鷹爪豆生物堿后，該技術已成為天然產品提前的有力工具[1-2]。由于超聲波輔助提取法具有方便、快速、簡單、安全、易于實現工業化等優點[3-4]，本試驗應用超聲波技術輔助提取杏鮑菇多酚。通過響應曲面法試驗設計探求超聲波提取杏鮑菇多酚的最佳工藝，以期為超聲波提取杏鮑菇多酚的工業化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

杏鮑菇：市購，置于50℃干燥機中干燥12 h，粉碎，過40目篩，備用。

1.2 試劑

化學試劑：95%乙醇、鉬酸鈉、濃磷酸、濃鹽酸、硫酸鋰、溴水、無水碳酸鈉、沒食子酸等均為化學純。

1.3 主要儀器設備

UV-2100紫外可見分光光度計：北京瑞利分析儀器公司；FA2104N電子分析天平：北京賽多利分析儀器系統有限公司；KQ-250E型超聲波清洗器：昆山市超生儀器有限公司；FW100型高速萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；DL102型鼓風干燥箱：上海躍進醫療器械廠；TDL-60B低速臺式離心機：上海安亭科學儀器廠。

1.4 方法

1.4.1 常規成分的測定

杏鮑菇多酚：FoLin-CiocaLteu法測定多酚含量。

1.4.2 試驗要點

稱取1 g杏鮑菇粉末，加入到一定體積（V1）的一定濃度酒精溶液中，超聲波浸提法提取一段時間，混勻后取出一定體積（V2）的渾濁液離心，收集上清液，測定其體積（V3），取1 mL上清液按照制備標準曲線的步驟進行操作，根據回歸方程測定濾液中杏鮑菇多酚質量濃度（ρ）。杏鮑多酚的提取率=ρ×V3/V2×V1×100。

1.4.3 杏鮑菇多酚條件的確定

影響杏鮑菇多酚提取效果的主要因素有：液料比、提取時間、超聲功率、乙醇濃度和溫度，因此，根據Box-Benhnken的中心組合試驗設計原理[5]，綜合單因素影響試驗結果可知提取率在乙醇濃度為0%，提取溫度為60℃時達到一個峰值，選擇提取時間、超聲功率、液料比3個因素，在單因素試驗的基礎上采用三因素三水平的響應面分析方法，試驗因素與水平設計見表1。

表1 響應面分析因素與水平Table 1 response surface analysis and level

2 結果與分析

2.1 單因素試驗及分析

2.1.1 乙醇濃度對杏鮑菇中多酚提取率的影響

取液料比40 mL/g，超聲波功率400 W，溫度50℃，振蕩提取50 min，研究不同的乙醇濃度對杏鮑菇多酚提取率的影響，結果見圖1。

圖1 乙醇濃度對杏鮑菇多酚得率影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction rate of polyphenols in Pleurotus eryngii

由圖1可知，乙醇濃度0%時，杏鮑菇多酚提取率達到最高，為0.3486%，隨著乙醇濃度逐漸升高，多酚提取率反而下降。分析原因，可能是杏鮑菇多酚水溶性較強，醇溶性較弱，因此隨著乙醇濃度的增加杏鮑菇多酚得率呈現下降趨勢。

2.1.2 液料比對杏鮑菇中多酚物質提取率的影響

取乙醇濃度0%，超聲波功率400 W，溫度50℃，振蕩提取50 min，研究不同液料比對杏鮑菇多酚提取率的影響，結果見圖2。

圖2 液料比對杏鮑菇多酚得率影響Fig.2 Effect of raw liquid to material ratio on extraction rate of polyphenols in Pleurotus eryngii

由圖2可知，液料比對杏鮑菇多酚提取率影響較大，在液料比小于50 mL/g時，杏鮑菇多酚提取率隨水量的增加而提高，當液料比達到50 mL/g左右時杏鮑菇多酚提取率達到最大為0.4805%，其后隨液料比的增加杏鮑菇多酚提取率下降。分析原因可能是過多的水量稀釋液料，在提取過程中增加浪費。另外用水量的增加不利于后續的純化工作，基于經濟方面的考慮控制液料比在50 mL/g左右。

2.1.3 超聲波提取時間對杏鮑菇中多酚物質提取率的影響

取乙醇濃度0%，液料比50 mL/g，超聲波功率400 W，溫度50℃，研究不同超聲波振蕩提取時間對杏鮑菇多酚提取率的影響，結果見圖3。

圖3 超聲波提取時間對杏鮑菇多酚得率影響Fig.3 Effects of treatment time on extraction rate of polyphenols in Pleurotus eryngii

由圖3可知，提取時間小于50 min時，杏鮑菇多酚提取率隨時間的增長呈上升的趨勢，提取時間50min時，杏鮑菇多酚提取率達到最大為0.6577%；提取時間大于50 min后，杏鮑菇多酚提取率隨時間的增長急劇下降。分析原因可能是長時間的超聲波作用使杏鮑菇多酚降解；同時超聲波時間過長，熱量被溶劑吸收，

降低超聲波利用率，從而使多酚的提取率下降。因此超聲波振蕩時間確定在50 min左右。

2.1.4 超聲波功率對杏鮑菇中多酚物質提取率的影響

取乙醇濃度0%，液料比50 mL/g，溫度50℃，振蕩提取時間50 min，研究不同超聲波功率對杏鮑菇多酚提取率的影響，結果見圖4。

圖4 超聲波功率對杏鮑菇多酚得率影響Fig.4 Effects of ultrasonic power on extraction rate of polyphenols in Pleurotus eryngii

由圖4可知，當超聲波功率小于450 W時，隨著超聲波功率增大，杏鮑菇多酚的提取效率呈上升趨勢。當超聲波功率為450 W時，杏鮑菇多酚的提取率達到最大為0.6581%；當超聲波功率大于450 W時，多酚物質提取率基本走平，超聲波功率對杏鮑菇多酚的提取率影響不大，故超聲波功率應控制在450 W左右。

2.1.5 超聲波提取溫度對杏鮑菇中多酚物質提取率的影響

取乙醇濃度0%，液料比50 mL/g，超聲波功率450 W，振蕩提取時間為50 min，研究不同的超聲波提取溫度對杏鮑菇多酚提取率的影響，結果見圖5。

圖5 提取溫度對杏鮑菇多酚得率影響Fig.5 Effects of extraction temperature on extraction rate of polyphenols in Pleurotus eryngii

由圖5可知，在溫度20℃到60℃之間，杏鮑菇多酚提取率隨溫度的升高而提高，在60℃時杏鮑菇多酚提取率達到最大，為0.6623%。超過60℃后提取率呈持平趨勢。表明達到一定溫度后杏鮑菇多酚提取率并不會因溫度升高而提高。因此確定杏鮑菇多酚提取最佳溫度為60℃。

2.2 響應面試驗結果與分析

2.2.1 響應面試驗設計結果與分析

對液料比Z1、超聲功率Z2和提取時間Z3作變換如下：A＝（Z1－50）/10，B＝（Z2－450）/50，C＝（Z3－50）/10，以A、B、C為自變量，以杏鮑菇多酚提取率為響應值（Y）設計試驗方案及3次平行試驗，結果見表2。

2.3 模型的建立及其顯著性檢驗

運用Minitab數據統計分析軟件使用已編碼單位對試驗數據進行多元回歸擬合，得到杏鮑菇多酚提取率（Y）對液料比（A）、超聲功率（B）和提取時間（C）的二次多項回歸模型為：

表2 杏鮑菇多酚超聲波提取試驗方案與試驗結果Table 2 Test designs and extraction results of ultrasonic extraction process of polypenols in Pleurotus eryngii

Y=1.11240-0.00681A+0.08409B+0.01023C-0.10461A2-0.26371B2-0.11824C2+0.02502AB+0.06135AC-0.00225BC。回歸模型系數見表10，顯著性檢驗結果見表3。

表3 回歸方程偏回歸系數的估計值Table 3 Estimated values of the partial regression coefficients ofthe regression model

由表3回歸方程系數顯著性檢驗可知，P<0.05說明模型顯著；P<0.0001，說明模型極顯著。在此試驗設計中，二次項 AB、AC 顯著，一次項 B、二次項 A2、B2、C2極顯著，其余項均不顯著。此外，各因素對杏鮑菇多酚得率影響的大小順序為：超聲功率B>提取時間C>液料比A。

由表4回歸模型方差分析可見，模型的P＜0.0001＜0.01，本試驗所選用的模型具有高度的顯著性，失擬項在P=0.05水平上不顯著（P=0.693＞0.05），其校正決定系數為0.9888，表明此模型擬合優度好，僅有約1.1%的多酚得率總變異不能由此模型進行解釋。可以用此模型來分析和預測杏鮑菇多酚超聲波提取的工藝結果[6]。

根據表4回歸分析結果作出相應曲面圖及等值線圖，結果見圖6～圖8。

液料比A、超聲功率B及其交互作用對超聲提取杏鮑菇多酚提取率的響應面和等值線見圖6。

液料比A、提取時間C及其交互作用對超聲提取杏鮑菇多酚提取率的響應面和等值線見圖7。

超聲功率B、提取時間C及其交互作用對超聲提取杏鮑菇多酚提取率的響應面和等值線見圖8。

由圖6～圖8可知，液料比和提取時間之間的交互作用顯著，相比較而言，超聲功率和提取時間、超聲功率和液料比之間的交互作用較小。由圖8可知，超聲功率對杏鮑菇多酚提取率的影響最大，隨著超聲功率的增加，杏鮑菇多酚提取率也隨之增加。

圖6 液料比A、超聲功率B及交互作用對杏鮑菇多酚得率的響應面和等值線Fig.6 Response surface and contour plots showing the effects of ratio of solvent to material and ultrasonic power on extraction rate of Pleurotus eryngii Polyphenols

圖7 液料比A、提取時間C及交互作用對杏鮑菇多酚得率的響應面和等值線Fig.7 Response surface and contour plots showing the effects of ratio of solvent to material and working time on extraction rate of Pleurotus eryngii Polyphenols

圖8 超聲功率B、提取時間C及交互作用對杏鮑菇多酚得率的響應面和等值線Fig.8 Response surface and contour plots showing the effects of ultrasonic power and working time on extraction rate of Pleurotus eryngii Polyphenols

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis for the regression model

2.4 杏鮑菇多酚提取工藝條件的確定

通過軟件Design Expert求解方程，即對模型方程求一階偏導得如下3式：

式（1）、（2）、（3）聯立方程組可以求出模型的極值點：A=-0.001，B=0.160，C=0.042，轉換后得 A=49.98，B=458.01，C=50.41。即最優提取條件為：液料比49.98mL/g，超聲功率458.01 W，提取時間50.41 min，最大提取率1.11718%，采用該實驗條件進行驗證實驗得到提取率為1.10987%，表明該方程與實際情況符合得很好，響應面法能較好地對影響杏鮑菇多酚的提取工藝進行回歸分析和條件化。

3 結論

1）超聲波提取杏鮑菇多酚試驗中，選擇參數主要有液料比、超聲功率和提取時間，另外還有提取液濃度和提取溫度等因素。本研究通過單因素試驗考察液料比、超聲功率、提取時間、提取液濃度以及提取溫度對杏鮑菇多酚提取率的影響，確定了對實驗有較大影響的液料比、超聲功率和提取時間3個因素。

2）通過響應面分析法對各因素的最佳水平范圍及其交互作用進行了研究和探討，建立了影響多酚提取率的二次多項數學模型，依據回歸分析結果可知，杏鮑菇中多酚提取的最佳工藝條件為：液料比49.98 mL/g，超聲功率458.01 W，提取時間為50.41 min，理論上最大提取率為1.11718%，而試驗驗證提取率為1.10987%。說明該方程與實際情況符合度良好，通過響應面法能較好的對影響杏鮑菇多酚的提取工藝進行回歸分析和條件預測。

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