響應面法提取灰樹花多糖研究

孫金旭 朱會霞 高小寬 李書珍

陳 堯 林高強 周成銘

（衡水學院，河北 衡水 053000）

響應面法提取灰樹花多糖研究

孫金旭 朱會霞 高小寬 李書珍

陳 堯 林高強 周成銘

（衡水學院，河北 衡水 053000）

利用試驗設計軟件Design－Expert，通過二次回歸設計得到灰樹花多糖提取量與提取溫度、提取時間、乙醇濃度關(guān)系的回歸模型，該模型能夠較好地預測灰樹花多糖提取量。在對影響多糖提取量的關(guān)鍵因素及其相互作用進行探討后，得到的優(yōu)化提取工藝參數(shù)為：提取溫度11℃、提取時間10.35h、乙醇濃度96%，此條件下，多糖的提取量為1.72g/L。

灰樹花；響應面；提?。欢嗵?/p>

灰樹花多糖是灰樹花中的重要活性物質(zhì)之一。藥理研究［1］證明，灰樹花多糖有明顯的抗腫瘤、抗肝炎、降低血壓，免疫調(diào)節(jié)之功效。目前已經(jīng)開發(fā)了多種灰樹花多糖保健品［2］。采用生物技術(shù)方法利用液體發(fā)酵培養(yǎng)灰樹花真菌菌絲體，并利用發(fā)酵液提取灰樹花多糖是目前最經(jīng)濟，最符合環(huán)保的方法［3］。但發(fā)酵培養(yǎng)后，由于發(fā)酵液成分復雜，灰樹花多糖的分離提取存在很大困難。目前，對灰樹花多糖的提取主要使用醇沉法，對醇沉條件的優(yōu)化僅限于使用正交法，而對灰樹花多糖醇沉法進行響應面優(yōu)化的未見報道，正交法得到的工藝條件并非真實意義的最佳條件，只是理想條件，不能給出整個區(qū)域上的最優(yōu)值。響應面分析法（RSM）是一種尋找多因素中最佳條件的統(tǒng)計方法，本試驗利用醇沉法對灰樹花發(fā)酵液中的灰樹花胞外多糖進行分離提取，并對灰樹花多糖的醇提條件進行響應面法優(yōu)化研究，以期提高灰樹花多糖的提取量。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

灰樹花菌種：本實驗室保藏；

離心機：DT5－3B，北京時代北利離心機有限公司；

發(fā)酵罐（7L）：TY4246，上海保興生物設備工程有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 灰樹花多糖提取工藝

灰樹花真菌7L發(fā)酵罐培養(yǎng)（培養(yǎng)溫度28℃、轉(zhuǎn)速200r/min、通氣量100L/h、培養(yǎng)時間10d）→灰樹花發(fā)酵培養(yǎng)液→離心沉淀除菌體（3 000r/min）→灰樹花發(fā)酵液→醇沉→灰樹花粗多糖

1.2.2 灰樹花多糖醇沉條件單因素試驗設計

（1）醇沉溫度的影響：經(jīng)離心處理后的灰樹花菌體發(fā)酵上清液，在乙醇濃度95%，pH值7.0，時間8h的條件下，分別設定－4，4，10，20，30，40℃的醇沉溫度，進行醇沉試驗，測定其多糖提取量。

（2）醇沉時間的影響：經(jīng)離心處理后的灰樹花菌體發(fā)酵上清液，在乙醇濃度95%，醇沉溫度10℃，pH值7.0的條件下，分別設定2，4，6，8，10，12h的醇沉時間，進行醇沉試驗，測定其多糖提取量。

（3）乙醇濃度的影響：經(jīng)離心處理后的灰樹花菌體發(fā)酵上清液，在醇沉溫度10℃，醇沉時間10h，pH值7.0的條件下，分別 設 定 70%，75%，80%，85%，90%，95%，100% 的 乙醇濃度，進行醇沉試驗，測定其多糖提取量。

1.2.3 灰樹花多糖提取工藝的響應面分析 采用Box－Behnken試驗設計方案［6］，根據(jù)單因素試驗結(jié)果進行響應面分析試驗，運用SAS軟件的 RSREG （response surface regression）程序?qū)υ囼烖c的響應值進行分析。

1.2.4 灰樹花多糖的測定 通過發(fā)酵罐液體培養(yǎng)獲得灰樹花真菌發(fā)酵液，發(fā)酵液3 000r/m離心處理得到發(fā)酵上清液，將得到的發(fā)酵上清液用乙醇進行醇沉，采用苯酚－硫酸法測定總糖及還原糖的含量。多糖含量按式（1）計算：

2 結(jié)果與討論

2.1 灰樹花真菌多糖提取單因素試驗

2.1.1 醇沉溫度對灰樹花多糖提取量的影響 由圖1可知，隨著醇沉溫度的升高，灰樹花多糖提取量也逐漸上升。當醇沉溫度達10℃時，多糖提取量達到最高（1.45g/L），醇沉溫度繼續(xù)升高時，多糖提取量反而有所減少。分析原因可能為低溫不利于灰樹花多糖的溶出，溫度過高，其他雜質(zhì)溶出過多，影響到灰樹花多糖溶出的緣故。故10℃為灰樹花多糖提取的最佳溫度。

圖1 醇沉溫度對灰樹花真菌多糖提取量的影響Figure 1 The extracting temperature impact for Grifola frondosa polysaccharides extracting

2.1.2 醇沉時間對灰樹花多糖提取量的影響 由圖2可知，隨著醇沉時間的延長，灰樹花真菌多糖提取量也依次增加，到10h時多糖提取量達到最高（1.50g/L），高于10h提取，多糖量下降。故10h醇沉時間為灰樹花多糖提取的最佳時間。

2.1.3 乙醇濃度對灰樹花真菌多糖提取量的影響 由圖3可知，隨乙醇濃度的上升，灰樹花多糖的提取量也逐漸上升，當乙醇濃度達到95%時，灰樹花多糖的提取量最高（1.64g/L），乙醇濃度繼續(xù)升高，多糖量有所下降，故95%的乙醇濃度為灰樹花多糖提取的最佳濃度。

圖2 醇沉時間對灰樹花真菌多糖提取量的影響Figure 2 The extracting time impact for Grifola frondosa polysaccharides extracting

圖3 乙醇濃度對灰樹花真菌多糖提取量的影響Figure 3 The ethanol volume percentage impact for Grifola frondosa camphorata polysaccharides extracting

2.2 響應面法優(yōu)化灰樹花多糖提取條件

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，對提取溫度、提取時間、乙醇濃度3因素3水平共15個試驗點（3個中心點）進行響應面分析試驗，響應面試驗因素水平設計見表1。

表1 響應面法灰樹花真菌多糖提取因素水平Table 1 The factors and levels of response surface for Grifola frondosa

運用SAS軟件的RSREG程序?qū)?5個響應值進行分析。15個試驗點可分為兩類：一是析因點，自變量取值構(gòu)成的三維頂點，共有12個析因點；二是零點，區(qū)域的中心點，零點試驗重復3次，用以估計試驗誤差，以多糖提取量（Y1）為響應值，經(jīng)回歸擬合后，確定函數(shù)表達式。試驗結(jié)果見表2。

2.3 模型的建立與顯著性檢驗

用Design Expert軟件對表2中的數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，選擇對響應值顯著的各項，可得提取溫度、提取時間、乙醇濃度與灰樹花多糖提取量之間的多項回歸方程，回歸方程為：

回歸方程顯著性檢驗、方差分析及最佳點值分析，結(jié)果見表3。

表2 響應面數(shù)據(jù)方案及試驗結(jié)果Table 2 The data plan and result for response surface

表3 三因素三水平中心組和參數(shù)估計Table 3 The parameter estimating and central division for three facters and levels

對表3數(shù)據(jù)驚醒回歸分析，結(jié)果顯著，模型相關(guān)系數(shù)的平方即R2＝99.32%，回歸方程擬合程度良好，失擬性較小，可用該方程代替真實試驗點進行分析。由P值可知，方程的X1、X2、X3、X1X1、X2X2和X3X3對Y值影響極顯著，表明該方程并非簡單的線性關(guān)系，方程二次項對響應值影響也很大，交互項影響不顯著，因此交互作用影響較小。失擬項p＝0.381 8，無顯著性影響，表明數(shù)據(jù)沒有異常點，不需要分析更高次數(shù)的項，模型適當。

通過軟件分析，當灰樹花多糖產(chǎn)量最高時：X1＝0.077 58；X2＝ 0.173 208；X3＝ 0.232 336，計算后最佳工藝為：提取溫度11℃、提取時間10.35h、乙醇濃度96%。此條件下，多糖理論提取量為1.70g/L。為了檢驗所得結(jié)果的可靠性，采用優(yōu)化條件進行提取試驗，實際測得值為1.72g/L，與理論值相比，0.1%以內(nèi)的相對誤差，因此，響應曲面法所得的優(yōu)化條件，灰樹花真菌多糖提取工藝參數(shù)準確可靠，具有實用價值。

3 結(jié)論

在單因素試驗設計的基礎上，對灰樹花多糖的醇沉條件進行了三因素三水平的響應面法設計，從而建立了響應值和各個因素之間的數(shù)學模型，依據(jù)此數(shù)學模型可以預測理論提取量。根據(jù)回歸模型確定了灰樹花多糖醇沉的最佳工藝參數(shù)：提取溫度11℃、提取時間10.35h、乙醇濃度96%。此條件下，多糖的理論提取量為1.70g/L。采用上述優(yōu)化提取條件進行3次提取試驗，實際測得的平均值為1.72g/L，與理論預測值相比，其相對誤差在0.1%以內(nèi)。因此，利用響應面分析方法對灰樹花多糖提取工藝進行優(yōu)化，可獲得最優(yōu)的工藝參數(shù)。

1 Mayell M.Maitake extracts and their therapeutic potential［J］.Altern.Med.Rev.，2002（6）：6.

2 馬青，陳石良.灰樹花保健飲料加工工藝研的究［J］.食品與機械，2003（3）：22.

3 孫金旭，朱會霞，李書珍.灰樹花真菌發(fā)酵條件優(yōu)化研究［J］.食品與機械，2009，25（6）：131～133.

4 Ahuja S K，F(xiàn)erreira G M，Moreira A R.Application of Plackett－Burman design and response surface methodology to achieve exponential growth for aggregated shipworm bacterium［J］.Biotechnology and Bioengineering，2004（85）：666～675.

Study ongrifola frondosapolysaccharides extracting by response surface method

SUN Jin－xu ZHUH ui－xia GAO Xiao－kuan LI Shu－zhen

CHEN Yao LIN Gao－qiangZHOU Cheng－ming

（Hengshui College，Hengshui，Hebei053000，China）

The regression model，related to the amount ofgrifola frandosuspolysaccharide extraction，extracting temperature，extracting time，ethanol concentration，was obtained by using Design－Expert experimental design software through quadric regression design.The regression model would be a fairly reliable forecast for extraction ofgrifola frandosuspolysaccharide.The optimized extraction parameters were obtained as follows：extraction temperature 11℃，extraction time 10.35h，ethanol concentration 96%.Under the conditions，the extraction amount ofgrifola frandosuspolysaccharide in theoretically reached 1.70g/L.

grifola frondosa；response surface；extracting；REPS

10.3969 /j.issn.1003－5788.2010.05.038

衡水學院大學生創(chuàng)新課題（編號：2010058）

孫金旭（1975－），男，衡水學院講師，博士研究生。E－mail：bdsunjinxu＠163.com

2010－05－11