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白茅根为禾本科植物白茅 Imperata cylindrica Beauv.
var. major （Nees） C. E. Hubb.的干燥根茎， 味甘， 性寒。
白茅根主要化学成分为糖类化合物和三萜类， 其具有利
尿、 免疫调节、 促凝血、 抗炎以及明显提高小鼠耐缺氧
能力等药理作用。 纤维素酶提取作为一种优良的提取方
法， 具有操作简便快捷、 绿色无污染、 提出率高等特点，
目前己广泛应用在生物活性物质的提取方面。 本文采用
纤维素酶提取白茅根多糖， 探索提取的最佳工艺参数，
旨在为其产品的开发与利用提供强有力的理论依据和技
术支持。
1 试验材料与方法
1.1 原料与试剂
白茅根， 安徽亳州药材市场； 红枣和白砂糖 （一级
品）， 徐州易初爱莲超市； 苯酚， 西龙化工股份有限公
司； 葡萄糖， 天津褔晨化学试剂厂； 无水乙醇， 磷酸氢
二钠和柠檬酸等， 上海苏懿化学试剂有限公司。
1.2 仪器与设备
标准检验筛， 浙江上虞华美仪器纱筛厂； 风选中药
粉碎机， 山东省青州市精诚机械制造有限公司； 7230G
可见分光光度计， 上海精密科学仪器有限公司 ； PC-
1000 数显式电热恒温水浴锅 ， 上海跃进医疗器械厂 ；
SENCO R201L 旋转蒸发器 ， 上海申生科技有限公司 ；
TGL-16G 型台式离心机， 上海安亭科学仪器厂； SHZ-D
（III） 循环水式真空泵， 巩义市英峪予华仪器厂； pHS-
3C 型酸度计， 上海雷磁仪器厂； THZ-82 恒温振荡器，
常州国华电器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 标准曲线的建立
精密称取葡萄糖 125mg， 定容至 50mL， 分别精密量
取 0.0、 1.0、 2.0、 4.0、 6.0、 8.0 和 10.0mL 至 25mL 容量
瓶中 ， 加水至刻度 ， 摇匀 ， 取此系列溶液各 2mL 至
10mL 具塞试管中， 分别向上述试管中精密加入 1mL 5%
苯酚乙醇溶液， 5mL 浓硫酸， 摇匀， 置 100℃水浴中反
应 15min， 反应完毕后取出 ， 放置至室温 ， 于紫外
490nm 处测定吸收值。 以葡萄糖溶液浓度为横坐标， 其
相应的吸收值为纵坐标， 绘制葡萄糖标准曲线： 标准曲
线 ： A =17.949C -0.017 （R2 =0.9977） ， 结果表明在 0 ～
0.05mg/mL之间线性良好。
1.3.2 得率的计算
得率＝ 多糖质量
白茅根质量
×100%
2 结果与分析
2.1 液料比对得率的影响
由图 1可知： 当液料比小于 12mL/g 时， 随着液料比
的增加， 得率随之增加； 在 12mL/g 时达到峰值， 这是因
为随着溶剂倍数的增大， 溶剂和白茅根粉末之间的接触
面变大， 从而有利于促进白茅根中多糖成分的溶出。 但
过高的液料比会稀释酶的有效作用浓度、 降低酶的催化
活性， 从而使得率随着液料比的增加而降低； 同时， 溶
剂用量过大， 既增加了提取成本， 又会给其后续的浓缩、
提纯等工序增加麻烦。 故选择液料比 12mL/g 进行后续试
验。
白茅根多糖的纤维素酶提取工艺优化
仝大伟 1 李 超 2
（1.丰县质量技术监督局 2.徐州工程学院食品工程学院）
【摘要】 在单因素试验的基础上建立了一个以多糖得率为目标值， 以液料比、 pH 值和酶解温度为因
素的数学模型， 方差分析表明拟合较好。 通过对回归方程优化计算， 得到提取的最佳工艺条件为液料比
11.8mL/g、 pH 值 4.6 和酶解温度 43.7℃。 对所建立的数学模型进行了试验验证。 在最优条件下， 得到多
糖的得率为 0.393%， 与理论值 0.390%基本一致。
【关键词】 白茅根； 多糖； 纤维素酶提取
中图分类号： TS 202．3 文献标识码： A 文章编号： 1000-9868(2012)10-0096-04
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DOI:10.16167/j.cnki.1000-9868.2012.30.013
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2.2 酶浓度对得率的影响
由图 2 可知： 开始阶段， 多糖的得率随酶浓度的增
加而大幅上升； 在达到 0.4%以后， 多糖的得率随酶浓度
的增加而下降。 这是因为在试验条件下， 酶浓度低于最
佳值时， 酶解未进行完全； 达最佳值时， 酶解进行较完
全； 此时如果继续加大酶浓度， 没有多余的底物与之结
合， 导致酶的作用受到抑制。 因此， 选择 0.4%左右的酶
用量比较合适。
2.3 pH值对得率的影响
由图 3可知： pH值在 3.8～4.6 之间， 得率一直随 pH
值的上升而增加； 当 pH值超过 4.6 之后， 化学环境不利
于酶的作用， 酶活力减小， 得率下降趋势明显； pH值为
4.6时， 得率的数值是较为理想的。 这是因为： pH值 4.6
时， 处于纤维素酶的最佳作用 pH值区间能够发挥纤维素
酶的最大活力， 使之最大限度作用于细胞壁纤维素 β-1，4
葡萄糖苷键， 破坏细胞壁， 减小传质阻力， 加速多糖的
溶出效率。
2.4 酶解温度对得率的影响
由图 4 可知： 酶解温度在 35～45℃时， 得率随酶解
温度的上升而增加； 45℃达顶点， 以后随酶解温度的增
大得率减小。 这是因为温度对酶解反应速度的影响有两
方面效应： 一方面当温度升高， 酶活性增强、 反应速度
加快； 另一方面温度继续升高， 酶活性减弱、 酶的稳定
性降低， 同时高温还会破坏原本已被提取出来的多糖的
结构； 低于 45℃时以前种效应为主， 高于 45℃时以后种
效应为主。
2.5 酶解时间对得率的影响
由图 5 可知： 30～60min 范围内得率随着时间的增加
而增大， 这是因为随着时间的延长， 酶活力得到充分利
图 1 液料比对得率的影响
图 2 酶浓度对得率的影响
图 3 pH 值对得率的影响
图 4 酶解温度对得率的影响
图 5 酶解时间对得率的影响
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用， 酶解反应进行得较完全， 白茅根中的多糖成分不断
地溶出、 进入溶液， 使得率增加。 但提取一定时间后，
多糖成分已基本溶出， 继续增加提取时间， 得率有所降
低， 且延长酶解时间还会增加能耗。 酶解时间太短影响
酶解效果， 时间太长不利于工业化生产。 因此， 酶解工
艺的适宜时间为 60min。
2.6 Box-Behnken试验
2.6.1 模型的建立及其显著性检验
以不同液料比、 酶浓度、 pH值、 酶解温度和酶解时
间为影响因素， 考察其对得率的影响， 然后选取液料比、
pH值和酶解温度 3个对得率影响大的因素， 采用三因素
三水平响应曲面分析方法来分析， 得出多糖最优提取条
件， 试验结果见表 1。
利用 Design expert V7.0.0 统计软件对表 1 试验数据
进行回归拟合， 得到多糖得率对以上 3 个因素的二次多
项回归模型为：
得率=－12.52＋0.261x1＋3.995x2＋0.102x3－3.75×10-3x1x2＋
2×10-4x1x3＋5.75×10-3x2x3－1.07×10-2x12－0.458x22－1.49×10-3x32
对该模型进行方差分析， 结果见表 2。
由表 2 可知： 模型具有高度的显著性 （P<0.05）， 失
拟项 （P>0.05） 不显著以及 R2Adj=0.8090 和 S/N （信燥比）
等于 7.801， 远大于 4， 可知回归方程拟合度和可信度均
很高， 试验误差较小， 故可用此模型对纤维素酶提取白
茅根多糖的工艺结果进行分析和预测。 为进一步确定最
佳提取工艺参数， 对所得方程进行逐步回归， 删除不显
著项， 然后求一阶偏导， 并令其为 0， 可得最佳工艺参
数为液料比 11.8mL/g、 pH 值 4.6 和酶解温度 43.7℃， 此
时得率达到最大值 0.390%。
2.6.2 验证试验
为检验 Box-Behnken 试验设计所得结果的可靠性，
采用上述优化出的工艺参数提取 3 次， 实际测得的平均
得率为 0.393%， 与理论预测值相比， 其相对误差约为
0.77%。 因此， 基于 Box-Behnken 试验设计所得的最佳
工艺参数准确可靠， 具有实用价值。
3 结论
在单因素试验的基础上建立了一个以白茅根多糖得
率为目标值， 以液料比、 pH值和酶解温度为因素的数学
模型， 方差分析表明拟合较好。 通过对回归方程优化计
算， 得到提取的最佳工艺条件为液料比 11.8mL/g、 pH值
4.6 和酶解温度 43.7℃。 对所建立的数学模型进行了试验
验证。 在最优条件下， 得到多糖的得率为 0.393%， 与理
论值 0.390%基本一致。
参 考 文 献
［1］ 国家药典委员会. 中华人民共和国药典一部 ［M］ . 北京： 化学工
业出版社， 2010.
［2］ 黄泰康. 现代本草纲目 ［M］ . 北京： 中国医药科技出版社， 2001：
828-829.
［3］ 国家中医药管理局 《中华本草》 编委会. 中华本草第二十三卷 （第
表 1 响应曲面试验结果
试验号 液料比 x1（%） pH值 x2 酶解温度 x3（℃） 得率（%）
1 -1（10） -1（4.2） 0（45） 0.262
2 1（14） -1 0 0.280
3 -1 1（5.0） 0 0.267
4 1 1 0 0.273
5 -1 0（4.6） -1（40） 0.344
6 1 0 -1 0.293
7 -1 0 1（50） 0.316
8 1 0 1 0.273
9 0（12） -1 -1 0.321
10 0 1 -1 0.287
11 0 -1 1 0.242
12 0 1 1 0.254
13 0 0 0 0.387
14 0 0 0 0.393
15 0 0 0 0.380
表 2 响应曲面二次回归方程模型方差分析结果
方差来源 SS df MS F 值 P 值
模型 0.033 9 3.623×10-3 7.59 0.0190 *
x1 6.125×10-4 1 6.125×10-4 1.28 0.3087
x2 7.2×10-5 1 7.2×10-5 0.15 0.7138
x3 3.2×10-3 1 3.2×10-3 6.70 0.0489 *
x1x2 3.6E-05 1 3.6E-05 0.075 0.7946
x1x3 1.6E-05 1 1.6E-05 0.034 0.8619
x2x3 5.29×10-4 1 5.29×10-4 1.11 0.3407
x12 6.774×10-3 1 6.774×10-3 14.19 0.0131 *
x22 0.020 1 0.020 41.59 0.0013 **
x32 5.146×10-3 1 5.146×10-3 10.78 0.0219 *
残差 2.387×10-3 5 4.774×10-4
失拟项 2.302×10-3 3 7.675×10-4 18.13 0.0527
误差项 8.467×10-5 2 4.233×10-5
总和 0.035 14
R2Adj =0.8090 S/N=7.801
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一版） ［M］ . 上海： 上海科学技术出版社， 1999： 357-361.
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（174）： 497.
收稿日期： 2012-06-05
作者简介： 仝大伟 （1983—）， 男， 江苏徐州人， 助理工程师， 研究方
向为食品检验与加工.
通讯作者： 李超 （1978—）， 男， 河南周口人， 副教授， 博士， 研究方
向为天然产物化学及食品加工。
通信地址： （221000） 江苏省徐州市新城区
冬虫夏草系冬虫夏草菌寄生在鳞翅目蝙蝠蛾科昆虫
虫草蝙蝠蛾幼虫上所形成的子座与菌核组成的复合体，
为名贵中药材。 虫草味甘性平， 主要功效可保肺肾、 补
精髓、 化痰止劳咳， 多用于肺肾两虚症。 由于天然冬虫
夏草生长环境和寄生条件特殊， 产量低、 价格昂贵。 目
前多开发利用北虫草作为虫草的替代品， 北虫草， 又称
北冬虫夏草， 俗称蛹虫草。 虫草可产生多种生物活性物
质。 虫草多糖作为虫草中含量最高的生物活性物质， 引
起了人们对它的极大兴趣和广泛关注。 大量医学试验证
实， 虫草多糖可活化巨噬细胞刺激抗体产生， 提高人体
免疫能力。 此外， 虫草多糖的抗肿瘤活性也逐渐被人们
公认。 因此蛹虫草多糖的市场前景广阔， 具有可观的经
济效益和社会效益。
真菌多糖的提取方法有传统热水浸提法、 稀碱法、
稀酸法、 稀盐法、 微波法和超声波法等， 其中超声波提
取法， 相对于其他方法而言， 具有快速、 溶剂用量少，
提取率高、 节约能耗、 成本低和质量高等优点， 而超声
波技术应用于蛹虫草多糖的提取少见报道， 因此本文探
讨了超声波功率、 提取时间和水浸提温度对蛹虫草菌丝
体多糖提取率的影响， 在此基础上使用正交设计的试验
方法， 优化了多糖提取工艺。
1 试验材料和方法
1.1 材料和试剂
蛹虫草菌丝体自行发酵获得。 葡萄糖 （AR）， 蒽酮，
硫脲， 硫酸均为国产分析纯。
1.2 主要仪器
YJ92-2D 型超声波细胞破碎仪， 宁波新芝生物科技
超声波辅助提取蛹虫草菌丝体多糖的研究
张 敏 朱文学
（河南科技大学食品与生物工程学院）
【摘要】 本试验对影响超声波技术辅助水浸提工艺的多个因素进行了研究， 优化了超声波作用时间、
超声功率和热水浸提温度 3 个工艺条件。L9（34）正交试验结果表明： 各因素影响程度依次为： 超声时间＞水
浸提温度＞超声功率， 最佳工艺组合为超声波功率为 200W、 提取时间为 15min 和水浸提温度 80℃， 在此
工艺条件下， 测得提取液中多糖含量为 10.61mg/g。
【关键词】 超声波； 多糖； 蛹虫草； 正交试验
中图分类号： TS 201．2 文献标识码： A 文章编号： 1000-9868(2012)10-0099-03
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