響應面法優化蟲草參多糖的提取工藝研究

趙娟娟　吳榮榮　苑園園　白艷梅

響應面法優化蟲草參多糖的提取工藝研究

趙娟娟1,2吳榮榮1,2苑園園1白艷梅1

（1.衡水學院生命科學學院河北衡水053000；2.河北省果蔬發酵技術創新中心河北衡水053000）

文章以蟲草參為原料，采用超聲波輔助法提取蟲草參多糖。依據單因素試驗結果，利用響應面法進行優化，得出蟲草參多糖提取的最佳工藝條件：液料比1∶41.10（g/mL）、超聲功率308 W、提取溫度90.5 ℃、提取時間8.2 min。蟲草參多糖的得率為8.85%。

蟲草參；多糖提取；響應面優化

蟲草參又稱地參，外形類似于蟲草，粗細如手指，營養豐富，是食藥用菌，享有“山中之王”的美稱[1]。研究表明，蟲草參含有多糖、多種氨基酸、有機酸以及人體所需的20多種微量元素[2]。其中，蟲草參多糖具有顯著的抗氧化作用，同時具有免疫調節、抗病毒、抗腫瘤、降血糖、抗衰老等作用[3]。本研究采用超聲波輔助法提取蟲草參中的多糖物質，并確定最佳提取工藝條件，為今后蟲草參的深加工及蟲草參多糖的應用研究提供數據支持。

1 超聲波輔助法提取蟲草參多糖單因素試驗

1.1 材料與方法

1.1.1 主要材料、試劑與設備

試驗材料蟲草參采自遼寧營口市蓋州市，試劑包括95%乙醇、葡萄糖、苯酚、硫酸等（分析純，天津市河東區紅巖試劑廠）。

試驗設備包括XH-300A超聲微波萃取儀（北京祥鵠科技發展有限公司）、HH-4數顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司）、UV-5500紫外分光光度計（上海元析儀器有限公司）。

1.1.2 試驗方法

（1）葡萄糖標準曲線的繪制

精確稱取葡萄糖標品0.600 g，配制成1.2 mg/mL的葡萄糖標準溶液備用。取6個干燥的試管，將備用液依次稀釋為0.02 mg/mL、0.04 mg/mL、0.06 mg/mL、0.08 mg/mL、0.10 mg/mL、0.12 mg/mL。分別取不同濃度的溶液1 mL，加入濃硫酸5 mL、5%苯酚1.0 mL，充分混勻，室溫保持30 min，之后在490 nm處測定吸光度，以葡萄糖濃度和吸光度分別為橫、縱坐標繪制標準曲線。

（2）料液比的確定

稱取1.000 g蟲草參，料液比（g/mL）設置為1∶20、1∶30、1∶40、1∶50和1∶60，超聲功率設置為300 W，80 ℃提取8 min。采用苯酚硫酸法測定多糖的含量[4]，計算出多糖得率。

（3）超聲功率的確定

稱取1.000 g蟲草參，按照上述最佳料液比，設置不同超聲波功率，即100 W、200 W、300 W、400 W和500 W，80 ℃提取8 min。采用苯酚硫酸法測定多糖的含量，計算出多糖得率。

（4）提取溫度的確定

稱取1.000 g蟲草參，在上述最佳料液比和超聲功率條件下，設置不同提取溫度，即60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃和100 ℃，提取8 min。采用苯酚硫酸法測定多糖的含量，計算出多糖得率。

（5）提取時間的確定

采用上述單因素實驗中的最佳條件，設置不同提取時間，即4 min、6 min、8 min、10 min和12 min。采用苯酚硫酸法測定多糖的含量，計算出多糖得率。

1.2 結果及分析

1.2.1 葡萄糖標準曲線的繪制

葡萄糖標準曲線如圖1所示，可得出葡萄糖濃度（）與吸光度（）的線性方程=0.474 3+0.013 7，2=0.995 4，葡萄糖濃度與吸光度之間的線性關系良好。

1.2.2 液料比的確定

由圖2可知，在料液比1∶40時，蟲草參多糖的得率最高，因為隨著提取液的增加，多糖的溶解量也在增大，當液料比達1∶40后提取率達到最大，因為多糖的量是一定的，當溶出多糖達到最大值時，再增加提取液體積屬于浪費，故料液比為1∶40時多糖的提取率最佳。

圖2　不同料液比下的多糖提取率

1.2.3 超聲波功率的確定

由圖3可知，超聲功率為300 W，蟲草參多糖得率最高。因為超聲功率較低，蟲草參多糖提取不完全；超聲功率過高引起多糖成分發生分解。所以超聲功率最佳為300 W。

圖3　不同超聲功率下的多糖提取率

1.2.4 提取溫度的確定

由圖4可知，當提取溫度為90 ℃時，蟲草參多糖的得率最高。溫度太低，多糖不能完全提取出來，超過90 ℃后，又由于溫度過高引起多糖發生變性而使多糖的提取率降低。確定最佳提取溫度為90 ℃。

圖4　不同提取溫度下的多糖提取率

1.2.5 提取時間的確定

由圖5可知，提取時間8 min時，蟲草參多糖得率最高，小于8 min，提取時間不夠，蟲草參多糖被提取不完全，提取時間過長，會造成蟲草參多糖成分被破壞。所以8 min為最佳提取時間。

圖5　不同提取時間下的多糖提取率

2 響應面試驗優化工藝

2.1 響應面試驗因素水平設計

以蟲草參多糖的提取率為響應值，對單因素試驗得出的最佳條件采用4因素3水平的Box-Behnken試驗設計，因素水平如表1所示。

表1　響應面試驗因素水平

2.2 響應面試驗結果及分析

2.2.1 響應面試驗

通過響應面Box-BehnkenDesign模型進行分析，結果如表2所示。

2.2.2 方差分析

應用Design-Expert軟件對試驗數據進行方差分析，結果如表3所示。

表2　響應面設計方案及結果

續表2響應面設計方案及結果

表3　擬合二次項模型的方差分析

注：*表示＜0.05，為顯著相關；**表示＜0.01，為極顯著相關。

根據方差分析，得到四個因素對多糖提取率的回歸方程：=8.89+0.25+0.25+0.19+0.074+0.43+0.30+0.73-0.055-0.062+0.070-1.062-1.092-1.212-0.702，2=0.969 4。

因素A料液比的值為0.002 3（＜0.01），B超聲功率的值為0.001 9（＜0.01），C提取溫度的值為0.012 3（＜0.05），說明因變量和自變量之間有顯著的線性關系。二次項A2、B2、C2、D2的值都小于0.01，表明料液比、超聲功率、提取溫度、提取時間4個因素對蟲草參多糖的提取率均有極顯著的影響。交互項料液比×超聲功率的值為0.002 2，料液比×提取溫度的值為0.021 6，料液比×提取時間的值小于0.000 1，說明料液比與超聲功率、料液比與提取溫度、料液比與提取時間的交互作用對蟲草參多糖提取率的影響顯著。

2.2.3 響應面的曲面分析

通過Design-Expert軟件，作出響應面曲線圖和等高線圖，結果如圖6所示。

圖6　料液比與超聲功率交互作用的響應面圖和等高線圖

響應面的坡度越大，說明該因素對蟲草參多糖得率的影響越大，橢圓形的等高線圖說明兩因素之間交互作用顯著。響應曲面上的最高點就表示蟲草參多糖的最佳提取工藝，此時蟲草參多糖的提取率最高。

2.3 確定最優值和回歸模型的驗證實驗

由響應面軟件分析可知，蟲草參中多糖得率最高時，料液比為1∶41.10（g/mL），超聲功率為307.63 W，提取溫度為90.53 ℃，提取時間為8.17 min，此時理論上多糖得率為8.95%?？紤]到實際提取工藝中，條件設定不能特別準確的情況，選取料液比、超聲波功率、提取溫度、提取時間依次為1∶41.10（g/mL）、308 W、90.5 ℃、8.2 min，做3次平行實驗，得出3次平行實驗中蟲草參多糖得率平均值為8.85%，與響應面軟件的預測值8.95%相差0.001，說明該模型比較可靠。

3 結論

本研究采取超聲波輔助法從蟲草參中提取多糖，通過單因素試驗和響應面法優化的方法，最終得到蟲草參多糖提取的最佳工藝條件：液料比1∶41.10（g/mL）、超聲功率308 W、提取溫度90.5 ℃、提取時間8.2 min。此條件下，蟲草參多糖得率的平均值為8.85%，與模型預測值相差較小，工藝的重復性好。

[1]陶佩琳,張瑩.藥食兩用蟲草參大田栽培技術[J].現代園藝,2019(7):75-76.

[2]楊進卯.地參變“地金”[J].農家之友,2016(10):57.

[3]張賽男.蟲草參多糖提取工藝研究[J].北京農業,2015(12):15-16.

[4]陳貴元,張翠香,羅永會,等.地參多糖的提取工藝研究[J].中國實驗方劑學雜志,2011,17(21):38-40.

[5]周康,韓航,王偉,等.超聲波輔助提取蟲草參多糖及其抗氧化能力研究[J].安徽農業科學,2017,45(3):135-137.

10.3969/j.issn.2095-1205.2022.10.16

TQ460.6

A

2095-1205(2022)10-55-04

衡水學院校級課題（2022ZR09）；河北省果蔬發酵技術創新中心開放基金項目（SG2021129）

趙娟娟（1982- ），女，漢族，河北武邑人，碩士研究生，講師，研究方向為天然產物提取及應用研究。