超聲波法提取黑木耳中粗多糖的工藝研究

宗麗娜　李成帥

摘????? 要：采用響應(yīng)面分析法對(duì)超聲波法提取黑木耳中粗多糖的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，提取的較優(yōu)條件為：超聲功率為266 W、液料比為42 mL·g^-1、超聲時(shí)間26 min、超聲水浴溫度58 ℃，此時(shí)黑木耳中多糖的提取率為14.47 %，多糖提取率預(yù)測(cè)值為14.49 %，預(yù)測(cè)值和實(shí)際測(cè)定值接近，說明響應(yīng)面分析法可很好地優(yōu)化黑木耳中多糖提取物的提取條件。

關(guān)? 鍵? 詞：黑木耳;粗多糖;超聲提取;分光光度法;響應(yīng)面法

中圖分類號(hào)：TS255.1;O657.32???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A???? 文章編號(hào)： 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，別名黑菜，屬層菌綱木耳科，可藥食兩用。黑木耳既有野生的又有人工培植的，主要分布在我國(guó)的華北、東北、西南、中南及沿海各省份，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高。黑木耳中富含多種活性成分，如膠原、多糖、木耳黑色素、發(fā)酵素、卵磷脂、植物堿等^[1]。多糖是黑木耳中主要活性成分^[2-3]，具有很多藥理作用，能預(yù)防高血壓、高血脂、冠心病、抗血栓、抗衰老、調(diào)節(jié)免疫、抗癌防癌等作用^[4-5]。是目前廣受關(guān)注的天然活性化合物。

目前，黑木耳的應(yīng)用主要是鮮食或干燥后銷售于市場(chǎng)，對(duì)黑木耳中生物活性成分的提取研究還處于初級(jí)階段，因此充分利用現(xiàn)有的黑木耳資源，對(duì)其多糖進(jìn)行充分提取應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的意義?，F(xiàn)在提取的黑木耳多糖多采用熱水浸提^[6-7]，該法對(duì)設(shè)備要求低、成本低，但是耗時(shí)長(zhǎng)，液料比大，易造成能耗和資源的浪費(fèi)，同時(shí)提取率也不高，不能滿足人們的需求。因此如何有效的提高黑木耳多糖的提取率成為社會(huì)的迫切要求。近年來，超聲波提取法^[8-12]被廣泛的應(yīng)用于中草藥的提取中，由于超聲波作用所引起的振動(dòng)和空化效應(yīng)較強(qiáng)烈，破壞了植物體細(xì)胞壁，從而使得溶劑對(duì)細(xì)胞的穿透力增加，細(xì)胞中的有效成分溶出加速^[13]。其特點(diǎn)是提取時(shí)間很短、提取效率高、溶劑使用量少。為了達(dá)到更好的提取效果，本文采用復(fù)合提取法對(duì)黑木耳中粗多糖進(jìn)行提取，并通過響應(yīng)面分析法設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了較優(yōu)的提取工藝，從而為黑木耳中多糖提取物的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

2.1.4? 超聲水浴溫度對(duì)粗多糖提取的影響

超聲水浴溫度對(duì)黑木耳中多糖提取率的影響如圖4所示。

如圖4所示粗多糖得率隨超聲水浴溫度升高出現(xiàn)最大值，超聲水浴溫度為60 ℃，此后超聲水浴溫度提高，粗多糖得率下降，這是因?yàn)闇囟忍?，粗多糖熱穩(wěn)定性下降，雜質(zhì)溶出概率變大，造成粗多糖得率下降。故進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)的超聲水浴溫度選擇為55～65 ℃。

2.2? 響應(yīng)面結(jié)果分析

2.2.1? 響應(yīng)面設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)表1中黑木耳粗多糖響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過Design-Expert.V8.0.6軟件進(jìn)行Box -Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共進(jìn)行29組試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2所示。

2.2.2? 響應(yīng)面的建立與分析

以多糖提取率（Y）為響應(yīng)值，對(duì)表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過回歸擬合各響應(yīng)因素，得二次多項(xiàng)回歸方程為：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）。

從表3中可以看出該模型回歸顯著（F=117.86，P<0.000 1），即建立的回歸模型有意義;失擬項(xiàng)P=0.060 9，沒有顯著差異;確定系數(shù)R²=0.991 6，調(diào)整系數(shù)R_Adj²=0.983 2，說明該模型能夠較好的擬合實(shí)際實(shí)驗(yàn)，各響應(yīng)因子與響應(yīng)值的關(guān)系可以用上述回歸方程進(jìn)行描述，并預(yù)測(cè)黑木耳粗多糖提取率?；貧w模型中由一次項(xiàng)的P值（A：<0.000 1，B：<0.000 1，C：0.296 0，D：0.036 7）可以說明超聲功率、超聲時(shí)間和超聲水浴溫度可顯著影響粗多糖的提取率，而多糖提取率對(duì)液料比的影響并不顯著;二次項(xiàng)（A²、B²、C²、D²）均為模型極顯著因素;交互項(xiàng)AB、AC、BC、BD、CD均為模型顯著因素，AD為模型不顯著因素，不能明顯影響黑木耳中粗多糖的提取率。此外，從各項(xiàng)的F值（A：177.86，B：1.18，C：5.33，D：167.45）可以看出，各因素在所選的水平范圍內(nèi)，對(duì)粗多糖提取率的影響由大到小依次為：超聲功率、超聲水浴溫度、超聲時(shí)間、料液比。

2.2.3? 響應(yīng)面交互作用分析

評(píng)價(jià)試驗(yàn)因素對(duì)黑木耳多糖提取率的兩兩交互作用，對(duì)各因素的最佳水平范圍進(jìn)行確定，可以根據(jù)所建立的二次模型做出的響應(yīng)曲面及其相應(yīng)的等高線圖^[14-15]。將建立的回歸模型中的任一因素固定在零水平（降維處理），得到另外兩個(gè)因素的交互作用結(jié)果如圖5所示。

各因素對(duì)黑木耳中多糖提取率的影響程度可以由響應(yīng)曲面的陡峭程度反映，響應(yīng)曲面越陡，該因素對(duì)多糖提取率的影響越大，響應(yīng)值對(duì)于操作條件的改變?cè)矫舾小＝换バ?yīng)的強(qiáng)弱可以由等高線的形狀反映，兩因素交互作用不顯著則表現(xiàn)為圓形，反之，則為橢圓形。由圖5-A響應(yīng)面圖可知，超聲水浴溫度的曲面斜率略大于超聲時(shí)間的;由圖5-a等高線圖可知，等高線沿超聲水浴溫度軸向變化密集，說明響應(yīng)值受超聲水浴溫度的影響比受超聲時(shí)間的影響顯著，由此可知，超聲水浴溫度和超聲時(shí)間的交互作用極顯著，前者對(duì)黑木耳多糖提取率的影響大于后者，即多糖提取率對(duì)超聲水浴溫度的變化比對(duì)超聲時(shí)間的變化敏感。

同理，結(jié)合表3的交互相P值、F值，分析響應(yīng)面圖與等高線圖5-A、a，5-B、b，5-C、c，5-D、d，5-E、e，5-F、f可以看出，超聲水浴溫度和料液比的交互作用極顯著，前者的曲面斜率略大于后者，等高線沿超聲水浴溫度軸向變化密集，說明響應(yīng)值受超聲水浴溫度的影響比受料液比的影響顯著;超聲功率和超聲時(shí)間的交互作用極顯著，前者的曲面斜率略大于后者，說明響應(yīng)值受前者影響比后者的影響顯著;超聲功率和料液比的交互作用極顯著，前者的曲面斜率略大于后者，等高線沿超聲功率軸向變化密集，說明響應(yīng)值受超聲功率的影響比料液比的影響顯著;超聲時(shí)間和料液比的交互作用顯著，前者的曲面斜率略大于后者，等高線沿超聲時(shí)間軸向變化密集，說明響應(yīng)值受超聲時(shí)間的影響比料液比的影響顯著;而超聲功率與超聲水浴溫度的交互性最差，P值遠(yuǎn)大于0.05且等高線圖基本呈圓形，整體梯度變化不明顯，所以超聲頻率和超聲水浴溫度的交互性可忽略，即兩者中任一因素對(duì)多糖提取率的影響規(guī)律不會(huì)隨著另一因素的變化出現(xiàn)明顯變化。

2.2.4? 驗(yàn)證試驗(yàn)

結(jié)合回歸模型分析結(jié)果，黑木耳多糖提取的最佳工藝條件為：超聲頻率265.40 W，液固比為41.75 mL·g^-1， 超聲時(shí)間26.19 min， 超聲水浴溫度57.81 ℃，黑木耳多糖提取率為14.49%。結(jié)合實(shí)際的可操作性，將最佳工藝參數(shù)修正為：超聲頻率266 W，液固比為42 mL·g^-1， 提取時(shí)間26 min， 超聲水浴溫度58 ℃。在此條件下，經(jīng)過3次平行試驗(yàn)，對(duì)黑木耳粗多糖的提取率進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)際提取率的平均值為14.47%，試驗(yàn)結(jié)果能夠良好的符合回歸模型，說明該模型能較好地預(yù)測(cè)黑木耳多糖提取率。

3? 結(jié) 論

1）通過單因素試驗(yàn)結(jié)果，得到影響黑木耳中多糖提取率的四個(gè)因素（超聲功率、液料比、超聲時(shí)間、超聲水浴溫度）的較佳濃度范圍。

2）以單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行響應(yīng)面法試驗(yàn)優(yōu)化，建立黑木耳中多糖提取的二次多項(xiàng)式回歸模型，結(jié)合回歸模型分析結(jié)果，黑木耳多糖提取的最佳工藝條件為：超聲頻率265.40 W，液固比為41.75 mL·g^-1， 超聲時(shí)間26.19 min， 超聲水浴溫度57.81 ℃，黑木耳多糖預(yù)測(cè)提取率為14.49%。

3）提取工藝條件為：超聲頻率266 W，液固比為42 mL·g^-1，提取時(shí)間26 min，超聲水浴溫度58 ℃下，得到驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)黑木耳中粗多糖的提取率可達(dá)到14.47%。與傳統(tǒng)熱水浸提法相比，該提取方法降低了水浴的溫度，縮短了提取時(shí)間，同時(shí)多糖提取率得以提高，為進(jìn)一步開發(fā)利用黑木耳的藥用價(jià)值提供了理論依據(jù)。

4）所建立的模型回歸顯著，在所選的各因素水平范圍內(nèi)，對(duì)黑木耳中粗多糖提取率的影響由大到小依次為超聲頻率、超聲水浴溫度、超聲時(shí)間、料液比。

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