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        白靈菇多糖提取工藝優(yōu)化

        2014-12-20 06:58:36李敏杰韓何波
        食品與機械 2014年5期
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)量工藝優(yōu)化

        李敏杰 熊 亞 韓何波

        (攀枝花學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院,四川 攀枝花 617000)

        白靈菇是百靈側(cè)耳的商品名,又名白阿魏菇、阿魏側(cè)耳,在分類學(xué)上屬于擔(dān)子菌門、層菌綱、傘菌目、側(cè)耳科、側(cè)耳屬[1,2]。它作為食用菌具有很豐富的營養(yǎng)價值。據(jù)分析[3],白靈菇蛋白質(zhì)含量很高,除含有18種氨基酸,還含有豐富的維生素及大量礦質(zhì)元素和微量元素,是一種珍稀的保健食品。作為藥用菌,其菇體富含各種礦質(zhì)營養(yǎng)和真菌多糖。真菌活性多糖是白靈菇中具有生物活性的主要有效組分之一,在子實體中含量達到19%[4]。真菌多糖入藥有消積[5]、殺蟲的作用[6],對腹部腫痛[7]、腹部腫塊[8]、癌癥[9]等均有顯著功效。

        李書倩等[10]采用現(xiàn)代超聲波技術(shù)優(yōu)化白靈菇子實體與菌絲體多糖提取工藝,得出多次提取為最佳提取工藝。馬淑鳳等[11]采用二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計試驗方法提取白靈菇菌絲體多糖含量達到6.39%。董洪鑫等[12]利用正交試驗探討了白靈菇子實體提取多糖的優(yōu)化條件,得出了蒸餾水作為最佳提取溶劑的結(jié)論。但是以上研究得出的多糖工藝較繁瑣,且提取率較低,采用的正交試驗未能檢測因素之間的交互效應(yīng),所以本研究擬以提取的白靈菇多糖量為響應(yīng)值,采用單因素試驗和響應(yīng)面分析法對白靈菇多糖提取條件進行優(yōu)化,為白靈菇多糖的有效及擴大化提取提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料及儀器

        白靈菇:購自攀枝花仁和區(qū)農(nóng)貿(mào)市場;

        蒽酮、濃硫酸、葡萄糖、無水乙醇、丙酮等:分析純,市售;

        旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:RE-52A型,上海亞榮生化儀器廠;

        循環(huán)水真空泵:SHB-3型,鄭州合眾儀器有限公司;

        離心機:L400型,長沙湘儀離心機有限公司;

        電熱鼓風(fēng)烘箱:101-2型,鄭州合眾儀器有限公司。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 提取工藝

        白靈菇→切碎→水浸提→抽濾→濾液→減壓蒸發(fā)濃縮至原體積的20%,稍冷[13]→加入95%的乙醇→離心分離(3 000r/min、30min)→沉淀物→洗滌、烘干(60℃)→稱重并記錄產(chǎn)量[14]

        1.2.2 單因素試驗設(shè)計

        (1)水料比的影響:分別稱取10g白靈菇,按照水料比1 5∶1,25∶1,35∶1,45∶1,55∶1(m∶m)分別加入不同量的水[15],在65℃下提取3h,得出10g白靈菇的多糖產(chǎn)量,探討水料比對多糖產(chǎn)量的影響。

        (2)提取溫度的影響:分別稱取10g白靈菇,按照水料比35∶1(m∶m)加入水,分別在45,55,65,75,85℃下提取3h,得出10g白靈菇的多糖產(chǎn)量,探討提取溫度對多糖產(chǎn)量的影響。

        (3)提取時間的影響:分別稱取10g白靈菇,按照水料比35∶1(m∶m)加入水,在65℃下分別提取1,2,3,4,5h,得出10g白靈菇的多糖產(chǎn)量,探討提取時間對多糖產(chǎn)量的影響[16]。

        1.2.3 響應(yīng)面試驗 選定水料比、提取溫度、提取時間為自變量,多糖產(chǎn)量為響應(yīng)值,利用軟件SAS 9.2進行響應(yīng)面分析,確定所選各因素對多糖產(chǎn)量的影響,得到最優(yōu)參數(shù)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗結(jié)果

        2.1.1 水料比對白靈菇多糖提取的影響 由圖1可知,水料比對多糖的產(chǎn)量有很大的影響。隨著水料比的增大,多糖產(chǎn)量迅速增加,在水料比為45∶1(m∶m)時,多糖產(chǎn)量達到最大。當(dāng)水料比增加到55∶1(m∶m)時,多糖產(chǎn)量反而有所下降,這主要由于水量多有利于多糖的擴散傳質(zhì),但過多會增加多糖的水解。故水料比控制在45∶1(m∶m)較為合適。

        圖1 水料比對白靈菇多糖產(chǎn)量的影響Figure 1 Effect of ratio of water to raw material on yield of polysaccharides

        圖2 提取溫度對白靈菇多糖產(chǎn)量的影響Figure 2 Effect of extraction temperature on yield of polysaccharides

        2.1.2 提取溫度對白靈菇多糖提取的影響 由圖2可知,提取溫度從45℃增加到75℃時,多糖產(chǎn)量一直呈上升趨勢;當(dāng)溫度增加到85℃時,多糖產(chǎn)量反而下降,可能是多糖在高溫條件下水解的結(jié)果。因此,提取溫度控制在75℃條件下,對白靈菇多糖提取較為合適。

        2.1.3 提取時間對白靈菇多糖提取的影響 由圖3可知,提取時間從1h到增加到3h時,多糖提取量隨之增加。但在提取時間從3h增加到5h時,多糖產(chǎn)量反而在下降,這可能是因為在提取時間增加的同時,多糖水解的量也在逐漸增加。因此,將提取時間控制在3h為宜。

        圖3 提取時間對白靈菇多糖產(chǎn)量的影響Figure 3 Effect of extraction time on yield of polysaccharides

        2.2 響應(yīng)面分析

        2.2.1 選取響應(yīng)面分析的因素及水平 根據(jù)單因素試驗結(jié)果,進行三因素三水平的響應(yīng)面試驗分析(見表1)。

        表1 響應(yīng)面分析因素與水平Table 1 Analytical factors and levels for RSA

        2.2.2 響應(yīng)面試驗方案及結(jié)果 試驗設(shè)計及結(jié)果見表2。對表2響應(yīng)值與各個因素進行回歸擬合,該模型對應(yīng)的回歸方程為:

        對方程組進行處理,可得X1=77.14℃,X2=3.16h,X3=1∶46.05(m∶m)。在此優(yōu)化條件下,10g白靈菇的多糖產(chǎn)量(Y)的理論值為0.943g。

        經(jīng)SAS 9.2軟件處理,采用二次型進行變異分析,二次回歸方程的方差分析結(jié)果見表3。

        由表3可知,該回歸模型P=0.017 7<0.05,說明其具有顯著性。R2=93.39%,表明響應(yīng)值多糖產(chǎn)量的實際值與預(yù)測值之間有著比較好的擬合度。X1、X22對多糖產(chǎn)量具有顯著的影響效應(yīng),二次項中X12、X23具有極顯著的影響效應(yīng),X2、X3、X22、X1X2、X1X3、X2X3對多糖產(chǎn)量不具有顯著的影響效應(yīng),因此各具體試驗因素對響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系。2.2.3 響應(yīng)面試驗結(jié)果及等高線圖 由圖4可知,當(dāng)提取溫度控制在-1(65℃)時,隨著提取時間的逐漸增加,多糖產(chǎn)量先不斷增加,但當(dāng)提取時間增加到一定程度時,多糖產(chǎn)量就會出現(xiàn)逐漸下降的趨勢,這說明提取時間對多糖產(chǎn)量不是時間越長越好,其原因可能是多糖水解造成的;當(dāng)提取時間控制在-1(2.5h)時,隨著提取溫度的增加,多糖產(chǎn)量也逐漸增加,但當(dāng)提取溫度增加到一定程度時,多糖產(chǎn)量會出現(xiàn)逐漸降低的趨勢。由此可以看出提取溫度與提取時間之間存在極值。由圖5、6同理可得,提取溫度與水料比之間,提取時間與水料比之間都存在極值。

        表2 響應(yīng)面試驗方案及其結(jié)果Table 2 Program and results of RSA

        表3 回歸分析結(jié)果Table 3 Results of regression analysis

        表3 回歸分析結(jié)果Table 3 Results of regression analysis

        **為差異極顯著(P<0.01);*為差異顯著(P<0.05)。

        方差來源自由度f 方差 均差 F值 Pr>F 顯著性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 **殘差 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凈誤差 2 0.000 467 0.000 233總離差

        圖4 提取溫度及時間對多糖產(chǎn)量的響應(yīng)面及等高線圖Figure 4 Responsive surfaces and counter of extraction temperature and extraction time

        圖5 提取溫度及水料比對多糖產(chǎn)量的響應(yīng)面及等高線圖Figure 5 Responsive surfaces and counter of extraction temperature and ratio of water to raw material

        圖6 提取時間及水料比對多糖產(chǎn)量的響應(yīng)面及等高線圖Figure 6 Responsive surfaces and counter of extraction time and ratio of water to raw material

        由等高線沿各軸方向的變化越密集,其對應(yīng)值影響越大。由圖4~6可知,X1對相應(yīng)值影響顯著,即水料比影響較大。且由于圖中基本為圓形和橢圓,所以交互項對相應(yīng)值影響較小。由此可見此結(jié)果與回歸分析相一致。

        2.2.4 驗證實驗 根據(jù)上述優(yōu)化條件(取實際提取溫度為77℃,提取時間為3.16h,水料比為46∶1(m∶m)),從白靈菇中重復(fù)提取多糖3次,結(jié)果為0.86,0.89,0.93g,平均值為0.893g。其理論值(0.943g)與真實值之間的誤差為5.3%,在誤差允許范圍內(nèi)(20%),說明此數(shù)學(xué)模型能較真實地反映各篩選因素對多糖產(chǎn)量的影響,實驗證明應(yīng)用響應(yīng)面法優(yōu)化白靈菇多糖提取回歸模型較為可靠。

        3 結(jié)論

        白靈菇多糖提取工藝的最佳參數(shù)為水料比46∶1(m∶m),提取溫度77℃,提取時間3.16h。在此優(yōu)化條件下,1 0g白靈菇的實際多糖產(chǎn)量可達0.893g,高于馬淑鳳等[11]研究的產(chǎn)量(6.39%)。下一步提高多糖提取率,可采用超聲波等先進工藝與響應(yīng)面研究方法結(jié)合。

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        11 馬淑鳳,劉長江.熱水法提取白靈菇菌絲體多糖(PNMP)工藝的優(yōu)化[J].食用菌,2009(1):65~67.

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