响应面法优化虫草参多糖的提取工艺研究

赵娟娟　吴荣荣　苑园园　白艳梅

响应面法优化虫草参多糖的提取工艺研究

赵娟娟1,2吴荣荣1,2苑园园1白艳梅1

（1.衡水学院生命科学学院河北衡水053000；2.河北省果蔬发酵技术创新中心河北衡水053000）

文章以虫草参为原料，采用超声波辅助法提取虫草参多糖。依据单因素试验结果，利用响应面法进行优化，得出虫草参多糖提取的最佳工艺条件：液料比1∶41.10（g/mL）、超声功率308 W、提取温度90.5 ℃、提取时间8.2 min。虫草参多糖的得率为8.85%。

虫草参；多糖提取；响应面优化

虫草参又称地参，外形类似于虫草，粗细如手指，营养丰富，是食药用菌，享有“山中之王”的美称[1]。研究表明，虫草参含有多糖、多种氨基酸、有机酸以及人体所需的20多种微量元素[2]。其中，虫草参多糖具有显著的抗氧化作用，同时具有免疫调节、抗病毒、抗肿瘤、降血糖、抗衰老等作用[3]。本研究采用超声波辅助法提取虫草参中的多糖物质，并确定最佳提取工艺条件，为今后虫草参的深加工及虫草参多糖的应用研究提供数据支持。

1 超声波辅助法提取虫草参多糖单因素试验

1.1 材料与方法

1.1.1 主要材料、试剂与设备

试验材料虫草参采自辽宁营口市盖州市，试剂包括95%乙醇、葡萄糖、苯酚、硫酸等（分析纯，天津市河东区红岩试剂厂）。

试验设备包括XH-300A超声微波萃取仪（北京祥鹄科技发展有限公司）、HH-4数显恒温水浴锅（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司）、UV-5500紫外分光光度计（上海元析仪器有限公司）。

1.1.2 试验方法

（1）葡萄糖标准曲线的绘制

精确称取葡萄糖标品0.600 g，配制成1.2 mg/mL的葡萄糖标准溶液备用。取6个干燥的试管，将备用液依次稀释为0.02 mg/mL、0.04 mg/mL、0.06 mg/mL、0.08 mg/mL、0.10 mg/mL、0.12 mg/mL。分别取不同浓度的溶液1 mL，加入浓硫酸5 mL、5%苯酚1.0 mL，充分混匀，室温保持30 min，之后在490 nm处测定吸光度，以葡萄糖浓度和吸光度分别为横、纵坐标绘制标准曲线。

（2）料液比的确定

称取1.000 g虫草参，料液比（g/mL）设置为1∶20、1∶30、1∶40、1∶50和1∶60，超声功率设置为300 W，80 ℃提取8 min。采用苯酚硫酸法测定多糖的含量[4]，计算出多糖得率。

（3）超声功率的确定

称取1.000 g虫草参，按照上述最佳料液比，设置不同超声波功率，即100 W、200 W、300 W、400 W和500 W，80 ℃提取8 min。采用苯酚硫酸法测定多糖的含量，计算出多糖得率。

（4）提取温度的确定

称取1.000 g虫草参，在上述最佳料液比和超声功率条件下，设置不同提取温度，即60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃和100 ℃，提取8 min。采用苯酚硫酸法测定多糖的含量，计算出多糖得率。

（5）提取时间的确定

采用上述单因素实验中的最佳条件，设置不同提取时间，即4 min、6 min、8 min、10 min和12 min。采用苯酚硫酸法测定多糖的含量，计算出多糖得率。

1.2 结果及分析

1.2.1 葡萄糖标准曲线的绘制

葡萄糖标准曲线如图1所示，可得出葡萄糖浓度（）与吸光度（）的线性方程=0.474 3+0.013 7，2=0.995 4，葡萄糖浓度与吸光度之间的线性关系良好。

1.2.2 液料比的确定

由图2可知，在料液比1∶40时，虫草参多糖的得率最高，因为随着提取液的增加，多糖的溶解量也在增大，当液料比达1∶40后提取率达到最大，因为多糖的量是一定的，当溶出多糖达到最大值时，再增加提取液体积属于浪费，故料液比为1∶40时多糖的提取率最佳。

图2　不同料液比下的多糖提取率

1.2.3 超声波功率的确定

由图3可知，超声功率为300 W，虫草参多糖得率最高。因为超声功率较低，虫草参多糖提取不完全；超声功率过高引起多糖成分发生分解。所以超声功率最佳为300 W。

图3　不同超声功率下的多糖提取率

1.2.4 提取温度的确定

由图4可知，当提取温度为90 ℃时，虫草参多糖的得率最高。温度太低，多糖不能完全提取出来，超过90 ℃后，又由于温度过高引起多糖发生变性而使多糖的提取率降低。确定最佳提取温度为90 ℃。

图4　不同提取温度下的多糖提取率

1.2.5 提取时间的确定

由图5可知，提取时间8 min时，虫草参多糖得率最高，小于8 min，提取时间不够，虫草参多糖被提取不完全，提取时间过长，会造成虫草参多糖成分被破坏。所以8 min为最佳提取时间。

图5　不同提取时间下的多糖提取率

2 响应面试验优化工艺

2.1 响应面试验因素水平设计

以虫草参多糖的提取率为响应值，对单因素试验得出的最佳条件采用4因素3水平的Box-Behnken试验设计，因素水平如表1所示。

表1　响应面试验因素水平

2.2 响应面试验结果及分析

2.2.1 响应面试验

通过响应面Box-BehnkenDesign模型进行分析，结果如表2所示。

2.2.2 方差分析

应用Design-Expert软件对试验数据进行方差分析，结果如表3所示。

表2　响应面设计方案及结果

续表2响应面设计方案及结果

表3　拟合二次项模型的方差分析

注：*表示＜0.05，为显著相关；**表示＜0.01，为极显著相关。

根据方差分析，得到四个因素对多糖提取率的回归方程：=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料液比的值为0.002 3（＜0.01），B超声功率的值为0.001 9（＜0.01），C提取温度的值为0.012 3（＜0.05），说明因变量和自变量之间有显著的线性关系。二次项A2、B2、C2、D2的值都小于0.01，表明料液比、超声功率、提取温度、提取时间4个因素对虫草参多糖的提取率均有极显著的影响。交互项料液比×超声功率的值为0.002 2，料液比×提取温度的值为0.021 6，料液比×提取时间的值小于0.000 1，说明料液比与超声功率、料液比与提取温度、料液比与提取时间的交互作用对虫草参多糖提取率的影响显著。

2.2.3 响应面的曲面分析

通过Design-Expert软件，作出响应面曲线图和等高线图，结果如图6所示。

图6　料液比与超声功率交互作用的响应面图和等高线图

响应面的坡度越大，说明该因素对虫草参多糖得率的影响越大，椭圆形的等高线图说明两因素之间交互作用显著。响应曲面上的最高点就表示虫草参多糖的最佳提取工艺，此时虫草参多糖的提取率最高。

2.3 确定最优值和回归模型的验证实验

由响应面软件分析可知，虫草参中多糖得率最高时，料液比为1∶41.10（g/mL），超声功率为307.63 W，提取温度为90.53 ℃，提取时间为8.17 min，此时理论上多糖得率为8.95%。考虑到实际提取工艺中，条件设定不能特别准确的情况，选取料液比、超声波功率、提取温度、提取时间依次为1∶41.10（g/mL）、308 W、90.5 ℃、8.2 min，做3次平行实验，得出3次平行实验中虫草参多糖得率平均值为8.85%，与响应面软件的预测值8.95%相差0.001，说明该模型比较可靠。

3 结论

本研究采取超声波辅助法从虫草参中提取多糖，通过单因素试验和响应面法优化的方法，最终得到虫草参多糖提取的最佳工艺条件：液料比1∶41.10（g/mL）、超声功率308 W、提取温度90.5 ℃、提取时间8.2 min。此条件下，虫草参多糖得率的平均值为8.85%，与模型预测值相差较小，工艺的重复性好。

[1]陶佩琳,张莹.药食两用虫草参大田栽培技术[J].现代园艺,2019(7):75-76.

[2]杨进卯.地参变“地金”[J].农家之友,2016(10):57.

[3]张赛男.虫草参多糖提取工艺研究[J].北京农业,2015(12):15-16.

[4]陈贵元,张翠香,罗永会,等.地参多糖的提取工艺研究[J].中国实验方剂学杂志,2011,17(21):38-40.

[5]周康,韩航,王伟,等.超声波辅助提取虫草参多糖及其抗氧化能力研究[J].安徽农业科学,2017,45(3):135-137.

10.3969/j.issn.2095-1205.2022.10.16

TQ460.6

A

2095-1205(2022)10-55-04

衡水学院校级课题（2022ZR09）；河北省果蔬发酵技术创新中心开放基金项目（SG2021129）

赵娟娟（1982- ），女，汉族，河北武邑人，硕士研究生，讲师，研究方向为天然产物提取及应用研究。