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：采用響應面分析法對超聲波法提取黑木耳中粗多糖的提取工藝進行優化。結果表明，提取的較優條件為：超聲功率為266 W、液料比為42 mL·g^-1、超聲時間26 min、超聲水浴溫度58 ℃，此時黑木耳中多糖的提取率為14.47 %，多糖提取率預測值為14.49 %，預測值和實際測定值接近，說明響應面分析法可很好地優化黑木耳中多糖提取物的提取條件。

關? 鍵? 詞：黑木耳;粗多糖;超聲提取;分光光度法;響應面法

中圖分類號：TS255.1;O657.32???? 文獻標識碼： A???? 文章編號： 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，主要分布在我國的華北、東北、西南、中南及沿海各省份，營養價值很高。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，能預防高血壓、高血脂、冠心病、抗血栓、抗衰老、調節免疫、抗癌防癌等作用^[4-5]。是目前廣受關注的天然活性化合物。

目前，黑木耳的應用主要是鮮食或干燥后銷售于市場，對黑木耳中生物活性成分的提取研究還處于初級階段，因此充分利用現有的黑木耳資源，對其多糖進行充分提取應用具有深遠的意義。現在提取的黑木耳多糖多采用熱水浸提^[6-7]，該法對設備要求低、成本低，但是耗時長，液料比大，易造成能耗和資源的浪費，同時提取率也不高，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的迫切要求。近年來，超聲波提取法^[8-12]被廣泛的應用于中草藥的提取中，由于超聲波作用所引起的振動和空化效應較強烈，破壞了植物體細胞壁，從而使得溶劑對細胞的穿透力增加，細胞中的有效成分溶出加速^[13]。其特點是提取時間很短、提取效率高、溶劑使用量少。為了達到更好的提取效果，本文采用復合提取法對黑木耳中粗多糖進行提取，并通過響應面分析法設計并驗證了較優的提取工藝，從而為黑木耳中多糖提取物的工業化生產提供理論依據。

2.1.4? 超聲水浴溫度對粗多糖提取的影響

超聲水浴溫度對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，這是因為溫度太高，粗多糖熱穩定性下降，雜質溶出概率變大，造成粗多糖得率下降。故進行Box-Behnken試驗設計的超聲水浴溫度選擇為55～65 ℃。

2.2? 響應面結果分析

2.2.1? 響應面設計及結果

根據表1中黑木耳粗多糖響應面試驗設計，通過Design-Expert.V8.0.6軟件進行Box -Behnken試驗設計，共進行29組試驗。試驗設計及結果見表2所示。

2.2.2? 響應面的建立與分析

以多糖提取率（Y）為響應值，對表2中數據進行分析，通過回歸擬合各響應因素，得二次多項回歸方程為：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P=0.060 9，沒有顯著差異;確定系數R²=0.991 6，調整系數R_Adj²=0.983 2，說明該模型能夠較好的擬合實際實驗，各響應因子與響應值的關系可以用上述回歸方程進行描述，并預測黑木耳粗多糖提取率。回歸模型中由一次項的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，而多糖提取率對液料比的影響并不顯著;二次項（A²、B²、C²、D²）均為模型極顯著因素;交互項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，對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、超聲時間、料液比。

2.2.3? 響應面交互作用分析

評價試驗因素對黑木耳多糖提取率的兩兩交互作用，對各因素的最佳水平范圍進行確定，可以根據所建立的二次模型做出的響應曲面及其相應的等高線圖^[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），得到另外兩個因素的交互作用結果如圖5所示。

各因素對黑木耳中多糖提取率的影響程度可以由響應曲面的陡峭程度反映，響應曲面越陡，該因素對多糖提取率的影響越大，響應值對于操作條件的改變越敏感。交互效應的強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為圓形，反之，則為橢圓形。由圖5-A響應面圖可知，超聲水浴溫度的曲面斜率略大于超聲時間的;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，說明響應值受超聲水浴溫度的影響比受超聲時間的影響顯著，由此可知，超聲水浴溫度和超聲時間的交互作用極顯著，前者對黑木耳多糖提取率的影響大于后者，即多糖提取率對超聲水浴溫度的變化比對超聲時間的變化敏感。

同理，結合表3的交互相P值、F值，分析響應面圖與等高線圖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，說明響應值受超聲功率的影響比料液比的影響顯著;超聲時間和料液比的交互作用顯著，前者的曲面斜率略大于后者，等高線沿超聲時間軸向變化密集，說明響應值受超聲時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多糖提取率的影響規律不會隨著另一因素的變化出現明顯變化。

2.2.4? 驗證試驗

結合回歸模型分析結果，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， 超聲時間26.19 min， 超聲水浴溫度57.81 ℃，黑木耳多糖提取率為14.49%。結合實際的可操作性，將最佳工藝參數修正為：超聲頻率266 W，液固比為42 mL·g^-1， 提取時間26 min， 超聲水浴溫度58 ℃。在此條件下，經過3次平行試驗，對黑木耳粗多糖的提取率進行試驗驗證，實際提取率的平均值為14.47%，試驗結果能夠良好的符合回歸模型，說明該模型能較好地預測黑木耳多糖提取率。

3? 結 論

1）通過單因素試驗結果，得到影響黑木耳中多糖提取率的四個因素（超聲功率、液料比、超聲時間、超聲水浴溫度）的較佳濃度范圍。

2）以單因素試驗為基礎，進行響應面法試驗優化，建立黑木耳中多糖提取的二次多項式回歸模型，結合回歸模型分析結果，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， 超聲時間26.19 min， 超聲水浴溫度57.81 ℃，黑木耳多糖預測提取率為14.49%。

3）提取工藝條件為：超聲頻率266 W，液固比為42 mL·g^-1，提取時間26 min，超聲水浴溫度58 ℃下，得到驗證試驗結果，進黑木耳中粗多糖的提取率可達到14.47%。與傳統熱水浸提法相比，該提取方法降低了水浴的溫度，縮短了提取時間，同時多糖提取率得以提高，為進一步開發利用黑木耳的藥用價值提供了理論依據。

4）所建立的模型回歸顯著，在所選的各因素水平范圍內，對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、超聲時間、料液比。

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