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白灵菇多糖提取工艺优化

2014-12-20李敏杰韩何波

食品与机械 2014年5期
关键词:水料白灵菇多糖

李敏杰 熊 亚 韩何波

(攀枝花学院生物与化学工程学院,四川 攀枝花 617000)

白灵菇是百灵侧耳的商品名,又名白阿魏菇、阿魏侧耳,在分类学上属于担子菌门、层菌纲、伞菌目、侧耳科、侧耳属[1,2]。它作为食用菌具有很丰富的营养价值。据分析[3],白灵菇蛋白质含量很高,除含有18种氨基酸,还含有丰富的维生素及大量矿质元素和微量元素,是一种珍稀的保健食品。作为药用菌,其菇体富含各种矿质营养和真菌多糖。真菌活性多糖是白灵菇中具有生物活性的主要有效组分之一,在子实体中含量达到19%[4]。真菌多糖入药有消积[5]、杀虫的作用[6],对腹部肿痛[7]、腹部肿块[8]、癌症[9]等均有显著功效。

李书倩等[10]采用现代超声波技术优化白灵菇子实体与菌丝体多糖提取工艺,得出多次提取为最佳提取工艺。马淑凤等[11]采用二次通用旋转组合设计试验方法提取白灵菇菌丝体多糖含量达到6.39%。董洪鑫等[12]利用正交试验探讨了白灵菇子实体提取多糖的优化条件,得出了蒸馏水作为最佳提取溶剂的结论。但是以上研究得出的多糖工艺较繁琐,且提取率较低,采用的正交试验未能检测因素之间的交互效应,所以本研究拟以提取的白灵菇多糖量为响应值,采用单因素试验和响应面分析法对白灵菇多糖提取条件进行优化,为白灵菇多糖的有效及扩大化提取提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及仪器

白灵菇:购自攀枝花仁和区农贸市场;

蒽酮、浓硫酸、葡萄糖、无水乙醇、丙酮等:分析纯,市售;

旋转蒸发仪:RE-52A型,上海亚荣生化仪器厂;

循环水真空泵:SHB-3型,郑州合众仪器有限公司;

离心机:L400型,长沙湘仪离心机有限公司;

电热鼓风烘箱:101-2型,郑州合众仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 提取工艺

白灵菇→切碎→水浸提→抽滤→滤液→减压蒸发浓缩至原体积的20%,稍冷[13]→加入95%的乙醇→离心分离(3 000r/min、30min)→沉淀物→洗涤、烘干(60℃)→称重并记录产量[14]

1.2.2 单因素试验设计

(1)水料比的影响:分别称取10g白灵菇,按照水料比1 5∶1,25∶1,35∶1,45∶1,55∶1(m∶m)分别加入不同量的水[15],在65℃下提取3h,得出10g白灵菇的多糖产量,探讨水料比对多糖产量的影响。

(2)提取温度的影响:分别称取10g白灵菇,按照水料比35∶1(m∶m)加入水,分别在45,55,65,75,85℃下提取3h,得出10g白灵菇的多糖产量,探讨提取温度对多糖产量的影响。

(3)提取时间的影响:分别称取10g白灵菇,按照水料比35∶1(m∶m)加入水,在65℃下分别提取1,2,3,4,5h,得出10g白灵菇的多糖产量,探讨提取时间对多糖产量的影响[16]。

1.2.3 响应面试验 选定水料比、提取温度、提取时间为自变量,多糖产量为响应值,利用软件SAS 9.2进行响应面分析,确定所选各因素对多糖产量的影响,得到最优参数。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 水料比对白灵菇多糖提取的影响 由图1可知,水料比对多糖的产量有很大的影响。随着水料比的增大,多糖产量迅速增加,在水料比为45∶1(m∶m)时,多糖产量达到最大。当水料比增加到55∶1(m∶m)时,多糖产量反而有所下降,这主要由于水量多有利于多糖的扩散传质,但过多会增加多糖的水解。故水料比控制在45∶1(m∶m)较为合适。

图1 水料比对白灵菇多糖产量的影响Figure 1 Effect of ratio of water to raw material on yield of polysaccharides

图2 提取温度对白灵菇多糖产量的影响Figure 2 Effect of extraction temperature on yield of polysaccharides

2.1.2 提取温度对白灵菇多糖提取的影响 由图2可知,提取温度从45℃增加到75℃时,多糖产量一直呈上升趋势;当温度增加到85℃时,多糖产量反而下降,可能是多糖在高温条件下水解的结果。因此,提取温度控制在75℃条件下,对白灵菇多糖提取较为合适。

2.1.3 提取时间对白灵菇多糖提取的影响 由图3可知,提取时间从1h到增加到3h时,多糖提取量随之增加。但在提取时间从3h增加到5h时,多糖产量反而在下降,这可能是因为在提取时间增加的同时,多糖水解的量也在逐渐增加。因此,将提取时间控制在3h为宜。

图3 提取时间对白灵菇多糖产量的影响Figure 3 Effect of extraction time on yield of polysaccharides

2.2 响应面分析

2.2.1 选取响应面分析的因素及水平 根据单因素试验结果,进行三因素三水平的响应面试验分析(见表1)。

表1 响应面分析因素与水平Table 1 Analytical factors and levels for RSA

2.2.2 响应面试验方案及结果 试验设计及结果见表2。对表2响应值与各个因素进行回归拟合,该模型对应的回归方程为:

对方程组进行处理,可得X1=77.14℃,X2=3.16h,X3=1∶46.05(m∶m)。在此优化条件下,10g白灵菇的多糖产量(Y)的理论值为0.943g。

经SAS 9.2软件处理,采用二次型进行变异分析,二次回归方程的方差分析结果见表3。

由表3可知,该回归模型P=0.017 7<0.05,说明其具有显著性。R2=93.39%,表明响应值多糖产量的实际值与预测值之间有着比较好的拟合度。X1、X22对多糖产量具有显著的影响效应,二次项中X12、X23具有极显著的影响效应,X2、X3、X22、X1X2、X1X3、X2X3对多糖产量不具有显著的影响效应,因此各具体试验因素对响应值的影响不是简单的线性关系。2.2.3 响应面试验结果及等高线图 由图4可知,当提取温度控制在-1(65℃)时,随着提取时间的逐渐增加,多糖产量先不断增加,但当提取时间增加到一定程度时,多糖产量就会出现逐渐下降的趋势,这说明提取时间对多糖产量不是时间越长越好,其原因可能是多糖水解造成的;当提取时间控制在-1(2.5h)时,随着提取温度的增加,多糖产量也逐渐增加,但当提取温度增加到一定程度时,多糖产量会出现逐渐降低的趋势。由此可以看出提取温度与提取时间之间存在极值。由图5、6同理可得,提取温度与水料比之间,提取时间与水料比之间都存在极值。

表2 响应面试验方案及其结果Table 2 Program and results of RSA

表3 回归分析结果Table 3 Results of regression analysis

表3 回归分析结果Table 3 Results of regression analysis

**为差异极显著(P<0.01);*为差异显著(P<0.05)。

方差来源自由度f 方差 均差 F值 Pr>F 显著性X1 1 0.005 513 0.005 513 9.537 1 0.027 2*X2 1 0.002 45 0.002 45 4.236 311 0.094 6 X3 1 0.000 612 0.000 612 1.059 078 0.350 6 1 0.021 233 0.021 233 36.714 7 0.001 8 **X1X21 0.001 225 0.001 225 2.118 156 0.205 3 X1X31 0.000 1 0.000 1 0.172 911 0.694 8 X21 1 0.004 103 0.004 103 7.093 771 0.044 7 *X2X31 0.000 025 0.000 025 0.043 228 0.843 5 X22X23 1 0.009 541 0.009 541 16.497 45 0.009 7 **残差 9 0.040 882 0.004 542 7.854 307 0.017 7 *失和14 0.043 773 3 0.002 425 0.000 808 3.464 286 0.232 0净误差 2 0.000 467 0.000 233总离差

图4 提取温度及时间对多糖产量的响应面及等高线图Figure 4 Responsive surfaces and counter of extraction temperature and extraction time

图5 提取温度及水料比对多糖产量的响应面及等高线图Figure 5 Responsive surfaces and counter of extraction temperature and ratio of water to raw material

图6 提取时间及水料比对多糖产量的响应面及等高线图Figure 6 Responsive surfaces and counter of extraction time and ratio of water to raw material

由等高线沿各轴方向的变化越密集,其对应值影响越大。由图4~6可知,X1对相应值影响显著,即水料比影响较大。且由于图中基本为圆形和椭圆,所以交互项对相应值影响较小。由此可见此结果与回归分析相一致。

2.2.4 验证实验 根据上述优化条件(取实际提取温度为77℃,提取时间为3.16h,水料比为46∶1(m∶m)),从白灵菇中重复提取多糖3次,结果为0.86,0.89,0.93g,平均值为0.893g。其理论值(0.943g)与真实值之间的误差为5.3%,在误差允许范围内(20%),说明此数学模型能较真实地反映各筛选因素对多糖产量的影响,实验证明应用响应面法优化白灵菇多糖提取回归模型较为可靠。

3 结论

白灵菇多糖提取工艺的最佳参数为水料比46∶1(m∶m),提取温度77℃,提取时间3.16h。在此优化条件下,1 0g白灵菇的实际多糖产量可达0.893g,高于马淑凤等[11]研究的产量(6.39%)。下一步提高多糖提取率,可采用超声波等先进工艺与响应面研究方法结合。

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10 李书倩,辛广,刘长江.超声波技术在白灵菇多糖提取工艺中的应用[J].食品研究与开发,2009,30(11):29~32.

11 马淑凤,刘长江.热水法提取白灵菇菌丝体多糖(PNMP)工艺的优化[J].食用菌,2009(1):65~67.

12 董洪鑫,刘新海,徐志玲,等.白灵菇子实体多糖提取工艺的研究[J].食用菌学报,2004,11(1):22~25.

13 梁华,李雪林,陆亚春.猴头菇多糖提取工艺研究[J].食品与机械,2006,22(1):35~38.

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