全 文 ：收稿日期：2013-06-20
基金项目：国家自然科学基金项目（31060031）；云南省教育厅基金项目（2010Y433）；云南民族大学民族药资源化学国家民委—教
育部共建重点实验室开放基金项目（MZY1301）
作者简介：*为通讯作者，杨青松（1980-），博士，副教授，主要从事资源植物学研究工作，E-mail: yangqskm@163.com。赵艳
（1982-），研究方向为生物化学，E-mail: zhaoyankm@126.com
正交试验设计在大红菇类胡萝卜素
提取工艺中的应用
赵 艳1，周 强1，杨青松2，3*
（1云南农业大学 基础与信息工程学院，昆明 650201；2民族药资源化学国家民族事务委员会—教育部共建重点实验室，昆明
650500；3云南民族大学 化学与生物技术学院，昆明 650500）
摘要：【目的】探究大红菇类胡萝卜素的最佳提取工艺条件，为云南野生红菇类食用菌色素的开发利用提供科学
依据。【方法】以云南野生大红菇子实体为原料，采用单因素试验与正交试验相结合的方法优化大红菇类胡萝卜素的
提取工艺条件。【结果】影响大红菇类胡萝卜素提取的因素排序为：料液比>浸提温度>浸提时间；其最佳提取工艺条件
为：以丙酮∶95%乙醇∶石油醚（6∶3∶1）混合液为提取溶剂，料液比1∶3，浸提温度55 ℃，浸提时间50 min。在此工艺条件下
可获得最佳提取效果，类胡萝卜素提取量在0.225 mg/g以上。【结论】用正交试验设计优化大红菇类胡萝卜素提取工艺
是可行的。
关键词：大红菇；类胡萝卜素；正交试验设计；提取工艺；优化
中图分类号：TS201.1 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2013）10-1705-05
0 引言
【研究意义】红菇类食用菌主要是担子菌纲、伞形
目、红菇科、红菇属的大型真菌，广泛分布于美国、日
本、朝鲜及俄罗斯，我国主要分布于辽宁、江苏、江西、
福建、广西、四川、云南等地（甘耀坤等，2005）。红菇类
食用菌是云南产量最丰富的野生食用菌之一，据统
计，云南已知的红菇属种类共有88种（赵靓等，2012），
且部分种类分布广泛、产量大。可见，云南的红菇资源
Application of the orthogonal experimental design in extraction
process of Russula alutacea Fr. carotenoids
ZHAOYan1，ZHOUQiang1，YANGQing-song2，3*
（1 College of Basic Science and Information Engineering，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China；
2 Key Laboratory of Chemistry in Ethnic Medicinal Resources，State Ethnic Affairs Commission & Ministry of
Education，Kunming 650500，China；3 Chemistry & Bio-technology College，
Yunnan University of Nationalities，Kunming 650500，China）
Abstract：【Objective】The optimum extraction process for carotenoids from Russula alutacea Fr. was studied to provide
scientific references for the development and utilization of edible pigment from wild Russula mushrooms in Yunnan. 【Method】
Using wild R. alutacea sporocarp as raw materials， the extraction process for carotenoids was optimized by combining single
factor tests and orthogonal experiment method. 【Result】The influence factors on extracting for carotenoids from R. alutacea
were in order as material liquid ratio> extraction temperature> extraction time. The results also showed that， with ace-
tone ∶ 95% ethanol ∶ petroleum ether （6∶3∶1） mixture as extraction solvent， the optimal extraction process was obtained
as follows： material liquid ratio of 1∶3 （g/mL）， extraction temperature of 55 ℃， and extraction time of 50 min. In these condi-
tions， the extraction of carotenoids from R. alutacea was the best and extracting amount was more than 0.225 mg/g. 【Conclu-
sion】Using orthogonal experimental design to optimize extraction process for carotenoids from R. alutacea is feasible.
Key words： Russula alutacea Fr.； carotenoids； orthogonal experiment design； extraction process； optimization
DOI：10.3969/j：issn.2095-1191.2013.10.1705
南方农业学报 JOURNAL OF SOUTHERN AGRICULTURE 2013，44（10）：1705-1709
ISSN 2095-1191；CODEN NNXAAB http：//www.nfnyxb.cn
南 方 农 业 学 报
相当丰富，具有广阔的开发升值空间。【前人研究进
展】目前，对红菇属的研究主要集中于化学成分分析、
生态条件、种类鉴定、共生关系、野外栽培、生物活性
等方面（高锦明等，2000，2001；许旭萍等，2001；甘耀
坤等，2007）。真菌多糖是食药用菌最重要的生物活性
成分，因此有关红菇多糖有效成分的提取、理化性质
及抗癌活性等研究受到广泛关注。邱龙新（2004）用正
交试验确定了浸提正红菇子实体多糖的最佳工艺，即
先用水作提取剂（提取温度100 ℃，液料比20∶1，提取
两次，提取时间3 h），剩余残渣用草酸铵作提取剂（提
取温度100 ℃，液料比30∶1，提取两次，提取时间6 h），
最后用NaOH作提取剂（提取温度80 ℃，液料比20∶1，
提取两次，提取时间6 h）。赵丰丽等（2009）的研究结果
表明，红菇多糖提取的最佳工艺条件为：提取时间35
min、提取温度25 ℃、超声功率400 W、料液比1∶20；提
取获得的红菇多糖对超氧阴离子自由基（ ）、羟基自
由基（·OH）均有显著的清除作用，且呈一定的剂量效
应关系。陈旭健和张原琪（2010）研究表明，利用热水
浸提法从红菇子实体提取粗多糖，然后经DEAE-纤维
素离子交换层析和G-100凝胶过滤纯化得到的红菇多
糖有良好的降血糖、血脂作用。李云等（2012）利用响
应曲面法优化了超声波辅助提取红菇子实体多糖的
工艺，其最佳提取工艺条件为：提取功率380 W、时间7
min 52 s、温度44 ℃、液料比40∶1（mL/g）和料液pH 8。
【本研究切入点】红菇色素是一种天然食用色素，可用于
食品、医药等行业，但相对于红菇多糖而言，对其天然色
素（类胡萝卜素）的研究较少。【拟解决的关键问题】以
云南野生大红菇（Russula alutacea Fr.）子实体为原料，
探究大红菇类胡萝卜素的最佳提取工艺条件，为云南
野生红菇类食用菌色素的开发利用提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1试验材料
大红菇购自云南省普洱市景谷县；丙酮、石油醚、
95%乙醇均为国产分析纯，购自重庆川东化工（集团）
有限公司。仪器设备主要有：DFT-100手提式小型植物
试样粉碎机（北京科思佳科技有限责任公司）、722型
紫外分光光度计（山东高密仪器分析厂）、FA1204B电
子天平［赛多利斯科学仪器（北京）有限公司］、
HWS-24电热恒温水浴锅（上海恒一科学仪器有限公
司）、DD-5M离心机（中国常州澳华仪器有限公司）等。
1. 2大红菇类胡萝卜素的提取
把大红菇样品放入手提式小型植物试样粉碎机
粉碎，粉碎后过100目筛，称取样品，加入有机溶剂浸
提，浸提后将浸提液放入离心管离心分离，收集的上
清液即为类胡萝卜素提取液。
1. 3类胡萝卜素含量计算
提取液类胡萝卜素（mg）=OD450×V×F×10/2500
类胡萝卜素含量（mg/g）=类胡萝卜素（mg）/大红
菇干重（g）
式中，OD450为提取液在最大吸收波长下的吸光
值，V为提取液样品体积（mL）；F为提取液样品在测定
吸光值时的稀释倍数；2500为1% β-胡萝卜素溶液在
450 nm波长下的吸光值。
1. 4单因素试验
1. 4. 1 提取溶剂对大红菇类胡萝卜素提取的影
响 考虑到提取试剂对大红菇样品类胡萝卜素提取
的影响，分别设计了单溶剂体系和双溶剂体系，单溶
剂体系包括：（1）95%乙醇；（2）甲醇；（3）乙酸乙酯；（4）
丙酮；（5）石油醚；双溶剂体系包括：（6）丙酮∶95%乙醇
（1∶2）；（7）丙酮∶95%乙醇（1∶1）；（8）丙酮∶95%乙醇（2∶
1）；（9）石油醚 ∶丙酮（1 ∶2）；（10）石油醚 ∶丙酮（1 ∶1）；
（11）石油醚∶丙酮（2∶1）。称取粉碎过筛后的大红菇
样品1.00 g，在料液比1∶3（g/mL，下同）、提取温度55 ℃
的条件下浸提30 min。
1. 4. 2 提取温度对大红菇类胡萝卜素提取的影响
提取温度分别设为25、35、45、55、65、75 ℃，称取粉碎
过筛后的大红菇样品1.00 g，在料液比1∶3的条件下浸
提30 min。
1. 4. 3 提取时间对大红菇类胡萝卜素提取的影
响 提取时间分别设为10、20、30、40、50、60 min，称
取粉碎过筛后的大红菇样品1.00 g，在料液比1∶3、提取
温度55 ℃的条件下进行浸提。
1. 4. 4 料液比对大红菇类胡萝卜素提取的影响 料
液比分别设为1∶1、1∶3、1∶5、1∶6、1∶7、1∶9，称取粉碎过筛
后的大红菇样品1.00 g，在提取温度55 ℃的条件下浸
提30 min。
1. 5正交试验
在单因素试验的基础上，对大红菇类胡萝卜素提
取因素（提取温度、提取时间、料液比）进行L16（43）正交
试验。各因素及水平设计见表1。
表 1 正交试验的因素及水平
Tab.1 Factors and levels of orthogonal test
水平 提取因素 Factor
Level 温度（℃） 时间（min） 料液比
Temperature Time Material/liquid ratio
1 45 20 1∶3
2 55 30 1∶5
3 65 40 1∶6
4 75 50 1∶7
1706· ·
赵艳等：正交试验设计在大红菇类胡萝卜素提取工艺中的应用
类
胡
萝
卜
素
提
取
量
（
m
g/
g）
Ca
ro
te
no
id
sc
on
te
nt
时间（min）Time
提取溶剂 Solvent
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
10 20 30 40 50 60
0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
0.060
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2 结果与分析
2. 1不同提取溶剂对大红菇类胡萝卜素提取的影响
由图1可知（编号1~5），5种单一提取溶剂中类胡
萝卜素含量存在显著差异（P<0.05，下同），其顺序为：
丙酮＞95%乙醇＞甲醇＞乙酸乙酯＞石油醚，即以丙酮提
取大红菇类胡萝卜素的效果最佳。
石油醚对光和热造成类胡萝卜素稳定性降低有
抑制作用，因此本研究尝试用石油醚与丙酮的混合溶
剂进行提取。由图1可知（编号4、9、10、11），混合提取
溶剂中类胡萝卜素含量显著高于单一的丙酮提取溶
剂，说明石油醚对色素起一定的保护作用。石油醚与
丙酮的混合比例为1∶2时，提取获得的类胡萝卜素含量
比单一丙酮提取的高75%，但混合比例为2∶1时，类胡
萝卜素含量略有下降，说明石油醚用量过高不利于大
红菇类胡萝卜素的提取。
为探究溶剂间是否存在协萃作用，本研究还选取
丙酮与95%乙醇的混合溶剂进行提取。由图1可知（编
号1、4、6、7、8），混合提取液中类胡萝卜素含量比单一
使用丙酮或95%乙醇提取均有大幅度提高。与单一使
用丙酮提取相比，丙酮与95%乙醇的混合比例为1∶1
时，提取获得的类胡萝卜素含量增加了90%；混合比
例为1∶2时增加了98%；混合比例为2∶1时增加了150%。
可见，丙酮与95%乙醇的混合使用能显著提高大红菇
类胡萝卜素的提取效果，且以丙酮∶95%乙醇为2∶1的
提取效率最佳。
参照车越等（2011）的研究结果，本研究在丙酮∶
95%乙醇为2∶1的前提下选择加入适量石油醚，以提高
类胡萝卜素的稳定性。经试验证明，以丙酮∶95%乙醇∶
石油醚（6∶3∶1）混合提取溶剂提取大红菇类胡萝卜素
的效果较理想，其提取量为0.131 mg/g。
2. 2不同提取温度对大红菇类胡萝卜素提取的影响
由图2可知，提取温度在25~55 ℃，随提取温度升
高，大红菇类胡萝卜素的提取量呈明显的上升趋势；
当提取温度达55 ℃时，类胡萝卜素提取量达到峰值；
继续升高提取温度，类胡萝卜素的提取量则呈小幅度的
下降趋势。这是由于高温可能造成类胡萝卜素稳定性降
低，故在提取类胡萝卜素时提取温度不宜过高，在正交
设计中选取的温度水平为45、55、65和75 ℃。
2. 3不同提取时间对大红菇类胡萝卜素提取的影响
由图3可以看出，提取时间在30 min内，随提取时
间的延长，大红菇类胡萝卜素含量呈递增趋势；但提
取时间超过30 min后，类胡萝卜素含量呈明显的下降
趋势，可能是由于高温持续时间过长使类胡萝卜素降
解。因此，在正交设计中选取的提取时间为20、30、40
和50 min。
2. 4不同料液比对大红菇类胡萝卜素提取的影响
由图4可知，随着提取溶剂用量的增加，大红菇类
胡萝卜素含量呈先升后降的变化趋势。当料液比为1∶3
时，类胡萝卜素提取率最高。可见，料液比对大红菇类
胡萝卜素的提取效果有一定影响，料液比不可过小或
过大。
2. 5正交试验结果
由表2可知，各因素的影响次序为：料液比>浸提
温度>浸提时间，即液料比对大红菇类胡萝卜素提取
图 1 不同提取溶剂对大红菇类胡萝卜素提取的影响
Fig.1 Effects of different solvent on extraction of R. alutacea
carotenoids
提取溶剂编号与1. 3. 1中的试验设计一致
Solvent number accorded with the 1.3.1 trial design
图 3 不同提取时间对大红菇类胡萝卜素提取的影响
Fig.3 Effects of different times on extraction of R. alutacea
carotenoids
吸
光
值
O
D
45
0
A
bs
or
ba
nc
e
of
O
D
45
0
温度（℃）Temperatures
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
25 35 45 55 65 75
吸
光
值
O
D
45
0
A
bs
or
ba
nc
e
of
O
D
45
0
图 2 不同提取温度对大红菇类胡萝卜素提取的影响
Fig.2 Effects of different temperature on extraction of R. alu-
tacea carotenoids
1707· ·
南 方 农 业 学 报
工艺的影响最大，其次是浸提温度，影响最小的是浸
提时间。当以丙酮∶95%乙醇∶石油醚（6∶3∶1）混合液为提
取溶剂时，大红菇类胡萝卜素的最佳提取工艺条件为
A3B4C1，即提取温度65 ℃，提取时间50 min，料液比
1∶3。由于单因素试验结果显示，提取温度超过55 ℃后
大红菇类胡萝卜素提取量呈小幅度的下降趋势，因
此，最终确定大红菇类胡萝卜素的最佳提取工艺为：
以丙酮∶95%乙醇∶石油醚（6∶3∶1）混合液为提取溶剂，料
液比1∶3，浸提温度55 ℃，浸提时间50 min。
2. 6最佳提取工艺条件的验证试验结果
根据正交试验最终确定的工艺条件，进行3次验
证试验。3次验证试验的大红菇类胡萝卜素提取量分
别为0.228、0.225和0.226 mg/g，均高于正交试验设计
中的任一组合，说明校正后的正交试验结果可靠。此
外，3次验证试验结果的相对误差不超过1.03%，说明
最终确定的大红菇类胡萝卜素提取工艺稳定可行。
3 讨论
类胡萝卜素由只含碳和氢的胡萝卜素及其氧化
物胡萝卜醇构成，为脂溶性物质（惠柏棣，2005），其提
取方法通常是根据“相似相溶”的原理，但胡萝卜素在
非极性有机试剂中的饱和溶解度较高，而胡萝卜醇在
强极性有机溶剂中的饱和溶解度较高。本研究结果表
明，丙酮提取的类胡萝卜素含量最高，石油醚提取的
最低，说明大红菇类胡萝卜素更易溶于极性较强的溶
剂（丙酮），且溶剂极性越强提取效率越高，与提取菊
花花瓣（车越等，2011）、福寿螺卵（杨叶欣等，2012）类
胡萝卜素的工艺一致，而与提取白果类胡萝卜素（黄
文等，2001）的相反。因此推测，大红菇类胡萝卜素中
极性较强的含氧衍生物含量较高。石油醚对色素有一
定的保护作用，本研究发现石油醚用量过高则导致类
胡萝卜素提取率下降，也证明大红菇类胡萝卜素中极
性成分含量高。
本研究通过正交试验设计优化大红菇类胡萝卜
素的提取工艺，在优化后的提取工艺条件下，大红菇
类胡萝卜素的提取量在0.225 mg/g以上，其效率高于银
杏渣类胡萝卜素（0.119 mg/g）（唐仕荣等，2009）、番木
瓜果肉类胡萝卜素（0.07 mg/g）（郭鹏飞和胡长鹰，2009）、
油菜籽类胡萝卜素（0.05 mg/g）（刘云等，2009）、紫苏
粕类胡萝卜素（0.04 mg/g）（朱建飞等，2011）、淫羊藿
叶片类胡萝卜素（0.03 mg/g）（曾丽萍等，2011）、红雪
茶类胡萝卜素（0.02 mg/g）（杨青松等，2013）的提取，
但低于菊花花瓣（3.8.00 mg/g）（车越等，2011）、胡萝
卜粉（0.898 mg/g）（张海涛等，2012）类胡萝卜素的提
取。说明类胡萝卜素的提取除了与提取工艺关系密切
外，提取材料也是重要因素之一。因此，在工业化生产
中必须对所用材料有详细了解，才能更好地优化提取
工艺。
4 结论
大红菇类胡萝卜素的最佳提取工艺为：以丙酮∶
95%乙醇∶石油醚（6∶3∶1）混合液为提取溶剂，料液比
1∶3，浸提温度55 ℃，浸提时间50 min。在此工艺条件
下可获得最佳提取效果，类胡萝卜素提取量在0.225
mg/g以上。可见，用正交试验设计优化大红菇类胡萝
图 4 不同料液比对大红菇类胡萝卜素提取的影响
Fig.4 Effects of different material liquid ratio on extraction of
R. alutacea carotenoids
表 2 大红菇类胡萝卜素提取工艺的正交试验结果
Tab.2 Orthogonal experiment results in carotenoids extraction
from Russula alutacea
试验号 提取因素 Factor 提取量（mg/g）
No. A：温度（℃）B：时间（min） C：料液比 Extracting
Temperature Time Material/liquid ratio amount
1 1 1 1 0.150
2 1 2 2 0.112
3 1 3 3 0.098
4 1 4 4 0.088
5 2 1 2 0.124
6 2 2 3 0.112
7 2 3 4 0.098
8 2 4 1 0.224
9 3 1 3 0.150
10 3 2 4 0.099
11 3 3 1 0.219
12 3 4 2 0.186
13 4 1 4 0.096
14 4 2 1 0.213
15 4 3 2 0.131
16 4 4 3 0.129
K1 0.448 0.520 0.806
K2 0.558 0.536 0.553
K3 0.654 0.546 0.489
K4 0.569 0.627 0.381
k1 0.1120 0.1300 0.2015
k2 0.1395 0.1340 0.1383
k3 0.1635 0.1365 0.1223
k4 0.1423 0.1568 0.0953
R 0.0515 0.0268 0.1062
吸
光
值
O
D
45
0
A
bs
or
ba
nc
e
of
O
D
45
0
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
1
1 1
3 1
5 1
6 1
7 1
9
料液比Materialliquidratio
1∶ 1∶3 1∶5 1∶6 1∶7 1∶9
1708· ·
卜素提取工艺是可行的，也为野生红菇类食用菌色素
的开发利用提供了科学依据。
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（责任编辑 兰宗宝）
赵艳等：正交试验设计在大红菇类胡萝卜素提取工艺中的应用 1709· ·