全 文 ：第 48 卷 第 4 期 河 南 农 业 大 学 学 报 Vol． 48 No． 4
2014 年 8 月 Journal of Henan Agricultural University Aug． 2014
收稿日期:2013 － 12 － 10
基金项目:河南省科技攻关项目(142102210222c)
作者简介:张虽栓，1970 年生，男，河南平顶山人，副教授，硕士，主要从事食品与药物化学的研究．
文章编号:1000 － 2340(2014)04 － 0449 － 06
响应曲面法优化裂褶菌多糖的微波辅助提取工艺研究
张虽栓1，李延磊1，高诚伟2
( 1．河南质量工程职业学院，河南 平顶山 467000; 2．云南大学化学科学与工程学院，云南 昆明 650091)
摘要:为研究裂褶菌多糖最优的微波提取工艺，在提取时间、料液比、提取温度、微波强度 4 个单因素试验的基础
上，采用 SAS 8． 2 软件设计试验，用响应面分析优化提取时间、料液比、提取温度、微波强度各因素及其相互作用
的最佳组合．结果表明，裂褶菌多糖的最优提取工艺条件是:提取时间为 20 min，料液比为 1∶ 28． 5 g·mL －1，提
取温度为 51 ℃，微波强度为 548 W．此条件下裂褶菌多糖的实际提取率为 1． 765% ．
关键词:响应面法;裂褶菌多糖;微波;提取
中图分类号:TS201． 3 文献标志码:A
Study on optimization of microwave extraction of schizophyllan
using response surface method
ZHANG Sui-shuan1，LI Yan-lei1，GAO Cheng-wei2
(1． Henan Quality Polytechnic，Pingdingshan 467000，China;
2． School of Chemistry and Engineering，Yunnan University，Kunming 650091，China)
Abstract:In order to study the optimal extraction parameters of schizophyllan by microwave irradiation．
We investigated microwave power，extraction time，ratio of solvent to raw material，and extraction tem-
perature on polysaccharides yield using single-factor experiment． Then we optimized extraction condition
of Schizophyllan polysaccharides using SAS 8． 2 software． The results showed that the optimal extraction
parameters were as follows:the extraction time is 20 min，the ratio of solvent to raw material 1 ∶ 28． 5
g·mL －1，the extraction temperature 51 ℃，and the microwave power 548 W． Under the optimal condi-
tion，yield of Schizophyllan was 1． 765% ．
Key words:response surface method;schizophyllan;microwave;extraction
褶菌多糖(Schizophyllan)是菌体经发酵培养
的中性胞外多糖．裂褶菌多糖的结构与分子量的高
低与裂褶菌菌种的选择、培养和发酵条件的有关，
而多糖的分子量又直接影响了多糖的生物学活性
和开发前景，在调节免疫功能、抗肿瘤、抗辐射等方
面有显著的疗效［1、2］，特别是相对分子量在 450kD
以上的多糖在医药领域的应用最为广泛，需求量最
大［3、4］．目前，对裂褶菌多糖提取工艺的研究主要
有酸提取法、热水浸提法和稀碱提取法等［5 ～ 8］． 微
波辐射辅助提取法具有选择性高、提取时间短、提
取率高等优点．本研究将微波技术用于高分子量裂
褶菌多糖的提取，组合提取工艺，以期达到提高提
取率、减少能耗的目的．
1 材料与方法
1． 1 材料与试剂
裂褶菌(Schizophyllum commune Fr．)种由昆明
云覃科技开发有限公司提供．
DOI:10.16445/j.cnki.1000-2340.2014.04.004
450 河 南 农 业 大 学 学 报 第 48 卷
1． 2 仪器与设备
普通恒温摇床，中国科学院武汉科学仪器厂;
HZQ － F280全温度振荡培养箱，太仓市华美生化仪
器厂;UV － 2102PC 紫外可见分光光度计，德国
Bruker公司;2K － 82A 型真空干燥箱，上海市实验
仪器总厂;320 － S 型 pH 计，METTLEＲ TOLED;
AEl00S 电子分析天平;Galanz WD700ATL17 － 3
电脑型烧烤微波炉(功率计为 700 W)．
1． 3 试验方法
1． 3． 1 培养条件 菌种采用 PDA 固体培养基，
将菌种接种到试管斜面培养基上，于室温静置活
化 3 d，活化好的斜面菌种接入装有 50 mL 种子
培养基的三角瓶中 27 ℃下培养 2 d，得到液体菌
种;接着将菌种接种到固体培养基 27 ℃下培养
7 ～ 8 d，至菌丝体充满整个培养基，结束发酵
过程［9、10］．
1． 3． 2 纯度鉴定
1． 3． 2． 1 凝胶柱层析 将 Sephadex G-100装于 1． 6
cm ×20 cm玻璃旋塞柱并平衡，SPG上样量 1 mg，用
双蒸水洗脱，每管收集 3 mL，流速 0． 5 mL·min －1．采
用硫酸 －苯酚法［11］在 490 nm处隔管检测 OD值．
1． 3． 4 微波提取裂褶菌多糖的提取工艺流程 斜
面种子培养—液体菌种接种—固体发酵培养—干
燥—粉碎—微波提取—乙醇沉淀—粗裂褶菌胞外多
糖含量测定—粗多糖纯化(脱色、脱蛋白)—成品．
1． 3． 5 裂褶菌多糖得率的测定 裂褶菌多糖含量
的测定采用水浸 －醇沉法提取测定法，经适当稀释
后用苯酚 －硫酸法测定溶液中多糖含量．裂褶菌多
糖提取率计算公式［12］为:
多糖提取率 =所得溶液中粗糖含量(mg /mL)×
多糖溶液体积(mL)×释释倍数 ×换算因子 /原材
料质量(mg)× 100%
1． 4 裂褶菌多糖微波提取工艺优化
1． 4． 1 单因素试验 选取微波强度、提取温度、料
液比、提取时间 4 个因素作单因素试验［13］．取一定
量粉碎的裂褶菌干体，利用微波在微波强度为
450 ～ 650 W 之间，加入料液比(质量与体积比)
1∶ 10 ～ 1∶ 35 g·mL －1的蒸馏水，10 ～ 60 ℃的温度
下对裂褶菌多糖进行了 5 ～ 30 min 进行提取，探讨
其对裂褶菌多糖提取率的影响．
1． 4． 2 响应面优化提取条件 根据单因素试验结
果，确定了最佳条件后，以 Box-Benhnken 中心组合
试验设计原理进行试验，设计了 4 因素 5 水平组合
试验优化裂褶菌多糖的提取工艺［14］．
表 1 响应面分析因素与水平
Table 1 Factors and levels of response surface method
水平
Level
因素 Factor
X1 提取时间 /min
Extracting time
X2 料液比 /(g·mL －1)
Ｒatio of solid-liquid
X3 提取温度 /℃
Extracting temporature
X4 微波强度 /W
Microwave intension
－ 2 10 1∶ 10 30 450
－ 1 15 1∶ 20 40 500
0 20 1∶ 30 50 550
1 25 1∶ 40 60 600
2 30 1∶ 50 70 650
2 结果与分析
2． 1 微波提取裂褶菌多糖工艺的优化
2． 1． 1 微波强度对裂褶菌多糖提取率的影响 微
波强度对裂褶菌多糖提取率的影响见图 1． 从图 1
可以看出，在提取时问为 30 min，液料比为 1 ∶ 30
g·mL －1，提取温度为 50 ℃的条件下，随着微波功
率的逐渐提高，裂褶菌多糖提取率不断增加［15］．当
微波功率达到 550 W时，达最大值．再随功率的增
加，多糖提取率变化不明显，所以选取 550 W 为最
佳功率．
2． 1． 2 微波提取时间对裂褶菌多糖提取率的影响
提取时间对裂褶菌多糖提取率的影响见图 2．由
图 2 可知，在 10 ～ 20 min 裂褶菌多糖质量分数增
加的最快，在 20 min以后裂褶菌多糖的质量分数
图 1 微波强度对裂褶菌多糖提取率的影响
Fig． 1 The effect of the microwave
intension on SPG fermentation
有所增加，但趋势很慢．根据提取理论可知，提取时
间延长有利于提取得率的提高，但是要考虑实际因
第 4 期 张虽栓等:响应曲面法优化裂褶菌多糖的微波辅助提取工艺研究 451
素，使成本最低时相对得率最大． 综合提取过程中
的每个因素，从节约能源，降低成本考虑 20 min 为
最佳提取时间．由图 2 可知，随着微波提取时间的
增加，裂褶菌多糖的提取率呈上升趋势． 当时间达
到 20 min 时，多糖提取率达到最大，所以选取 20
min为佳．
图 2 提取时间对裂褶菌多糖质量分数的影响
Fig． 2 The effect of the extracting time
on SPG fermentation
2． 1． 3 不同料液比对裂褶菌多糖提取率的影响
不同料液比对裂褶菌多糖提取率的影响见图 3．由
图 3 可知，多糖提取率随料液比增加而上升． 经分
析料液比从 1∶ 6 g·mL －1增加到 1∶ 30 g·mL －1多
糖提取率显著上升，而料液比增加到 1 ∶ 30 g·
mL －1以后提取率变化增加不明显，所以 1 ∶ 30 g·
mL －1为适宜提取料液比．
图 3 不同料液比对裂褶菌多糖提取率的影响
Fig． 3 The effect of the solid-liquid ratio
on SPG fermentation
2． 1． 4 提取温度对裂褶菌多糖提取率的影响 提
取温度对裂褶菌多糖提取率的影响见图 4． 由图 4
可知，裂褶菌多糖的提取率随着温度的升高在逐渐
的提高，温度在 10 ～ 50 ℃时，裂褶菌多糖的提取率
增加最快，当温度达到 50 ℃时，裂褶菌多糖达到最
大，60 ℃时，裂褶菌多糖的提取率则降低，可能是
裂褶菌多糖在高温下会发生裂解，导致它的生物活
性降低．综合整个过程，从节约能源、降低成本、缩
短生产时间考虑，故选择 50 ℃为最佳提取温度．
图 4 提取温度对裂褶菌多糖提取率的影响
Fig． 4 The effect of the extracting
temperature on SPG fermentation
2． 2 响应面法优化裂褶菌多糖的提取工艺
2． 2． 1 分析因素的选取 根据 Box-Behnken 的中
心组合试验设计原理［17 ～ 19］，结合单因素试验结果，
采用响应面试验设计，以裂褶菌多糖的提取率(Y)
做 4 因素 5 水平响应面试验设计，因素及水平设计
如表 1，试验设计与结果见表 2．
表 2 响应面数据分析结果
Table 2 The results of response surface analysis
试验号
NO．
X1 X2 X3 X4 Y /%
1 1 1 1 1 1． 487 1
2 1 1 1 － 1 1． 679 4
3 1 1 － 1 1 1． 635 3
4 1 1 － 1 － 1 1． 777 2
5 1 － 1 1 1 1． 532 4
6 1 － 1 1 － 1 1． 728 3
7 1 － 1 － 1 1 1． 438 2
8 1 － 1 － 1 － 1 1． 572 3
9 － 1 1 1 1 1． 621 2
10 － 1 1 1 － 1 1． 603 2
11 － 1 1 － 1 1 1． 526 4
12 － 1 1 － 1 － 1 1． 622 7
13 － 1 － 1 1 1 1． 721 4
14 － 1 － 1 1 － 1 1． 610 1
15 － 1 － 1 － 1 1 1． 793 7
16 － 1 － 1 － 1 － 1 1． 695 6
17 － 2 0 0 0 1． 7451
18 2 0 0 0 1． 5198
19 0 － 2 0 0 1． 860 0
20 0 2 0 0 1． 764 6
21 0 0 － 2 0 1． 530 6
22 0 0 2 0 1． 690 8
23 0 0 0 － 2 1． 793 4
452 河 南 农 业 大 学 学 报 第 48 卷
续表 Continuing table
试验号
NO．
X1 X2 X3 X4 Y /%
24 0 0 0 2 1． 622 4
25 0 0 0 0 1． 831 8
26 0 0 0 0 1． 908 0
27 0 0 0 0 1． 955 1
28 0 0 0 0 1． 867 5
29 0 0 0 0 1． 931 1
30 0 0 0 0 1． 814 4
31 0 0 0 0 1． 902 6
2． 2． 2 模型的建立及其显著性检验
2． 2． 2． 1 试验设计及结果 在单因素的基础上，
应用 Design-Expert 7． 0 软件对表 2 试验数据进行
拟合分析，，用二次回归旋转组合试验统计方法，综
合考虑各个因素对裂褶菌胞外多糖得率的影响，进
行多元回归拟合，得到二次多元回归方程:
Y =1． 89 +0． 033 1X1 +0． 013 8X2 +0． 010 1X3 +
0． 036 5X4 －0． 074 2X1
2 －0． 029 2X2
2 －0． 079 6 X3
2 －
0． 055 3X4
2 － 0． 047 2X1X2 + 0． 005 4X1X3 －
0． 049 7X1X4 － 0． 016 4X2X3 － 0． 018 2X2X4
－ 0． 001 0X3X4 ．
2． 2． 2． 2 二次回归模型的显著性检验 对上述回
归模型进行方差分析结果表明(表 3) ，该模型 P值
小于 0． 000 1，失拟项 P = 0． 088 不显著，表明该模
型拟合结果好． 由表 4 可知，除料液比显著影响
(P = 0． 004) ，微波强度(P = 0． 003 8)具有显著影
响外，其他因素如二次项和交互项对裂褶菌多糖的
提取率都有极显著的影响，数据表明具体试验因素
对响应值的影响不是简单的线性关系．各个因素对
裂褶菌多糖提取率的影响程度大小顺序为:料液比
(X2)＞微波强度(X4)＞提取时间(X1)＞提取温
度(X3)．由相关系数 Ｒ = 0． 907，表明该数学模型 4
个因素对产量的影响占 90． 7%，而其它因素的影
响和误差占 9． 3% ．
表 3 回归模型方差分析
Table 3 Variance analysis of regression equation
方差来源
Source
平方和
Sum of squares
自由度
DF
均方
Mean square
F值
F value
P值
P value
回归 Ｒegression 0． 508 309 14 0． 036 308 5． 85 ＜ 0． 000 1
剩余 Ｒesidual 0． 099 255 16 0． 006 203
失拟项 Lack of fit 0． 083 291 10 0． 008 329
纯误差 Error 0． 015 965 6 0． 002 661 3． 13 0． 088
总和 Total 0． 607 564 30
S = 0． 078 762 0，Ｒ － Sq = 90． 7%，Ｒ － Sq(调整) = 89． 4%
表 4 回归模型系数显著性检验
Table 4 Significance test of
regression equation coefficients
自变量
Argument
系数
Coefficient
标准差
Standard
deviation
T值
T value
P值
P value
常量
Constant
1． 887 21 0． 029 77 63． 39 0． 000
X1 － 0． 033 11 0． 016 08 － 2． 06 0． 056
X2 － 0． 013 76 0． 016 08 － 3． 86 0． 004
X3 0． 010 09 0． 016 08 0． 63 0． 539
X4 － 0． 036 46 0． 016 08 － 2． 27 0． 003
X1 2 － 0． 074 20 0． 014 73 － 5． 04 0． 000
X2 2 － 0． 029 24 0． 014 73 － 1． 99 0． 065
X3 2 － 0． 079 64 0． 014 73 － 5． 41 0． 000
X4 2 － 0． 055 34 0． 014 73 － 3． 76 0． 002
X1X2 0． 047 19 0． 019 69 2． 40 0． 029
X1X3 0． 005 42 0． 019 69 0． 28 0． 787
X1X4 － 0． 049 71 0． 019 69 － 2． 52 0． 023
X2X3 － 0． 016 44 0． 019 69 － 0． 84 0． 416
X2X4 － 0． 018 24 0． 019 69 － 0． 93 0． 368
X3X4 0． 000 96 0． 019 69 0． 05 0． 962
2． 2． 2． 3 最佳提取裂褶菌胞外多糖方案 利用回
归方程分别对 X1，X2，X3，X4 求偏阶导数并令其等
于零，解方程组既得 X1 = 0，X2 = － 0． 164 1，X3 =
0． 078 5，X4 = － 0． 030 23． 即提取裂褶菌多糖的最
佳工艺条件是:提取时间为 20 min，料液比为
1∶ 28． 5 g·mL －1，提取温度为 51 ℃，微波强度为
548 W．
二次项 X21，X
2
2，X
2
3，X
2
4 对裂褶菌多糖提取率的
曲面效应显著，各因素交互作用均平显著，图 5 ～
图 10 为各因素之间两两相互关系对裂褶菌多糖含
量的影响响应曲面图．由图 5 ～图 10 可看出，微波
强度和液料比对裂褶菌多糖提取率的影响最显著，
表现为在各图中曲面突出显著．
通过软件分析，当裂褶菌多糖产量最高组合
为:X1 = 20 min;X2 = 1∶ 28． 5 g·mL
－1;X3 = 51 ℃;
X4 = 548 W，即最佳提取工艺为:提取时间为
20 min，料液比为 1 ∶ 28． 5 g·mL －1，提取温度为
51 ℃，微波强度为 548 W． 此条件下，多糖理论提
取量为 1． 78% ．为了检验所得结果的可靠性，采用
优化条件进行提取试验，实际测得值为 1． 76%，与
第 4 期 张虽栓等:响应曲面法优化裂褶菌多糖的微波辅助提取工艺研究 453
图 5 料液比与提取时间对裂褶菌多糖提取率的影响
Fig． 5 The effect of the extracting time and
solid-liquid ratio on the extraction rate of SPG
图 6 微波强度与提取时间对裂褶菌多糖提取率的影响
Fig． 6 The effect of the extracting time and the microwave
intension on the extraction rate of SPG
图 7 提取温度与提取时间对裂褶菌多糖提取率的影响
Fig． 7 The effect of the extracting time and the extracting
temperature on the extraction rate of SPG
图 8 提取温度与料液比对裂褶菌多糖提取率的影响
Fig． 8 The effect of the extracting temperature and
solid-liquid ratio on the extraction rate of SPG
图 9 微波强度与料液比对裂褶菌多糖提取率的影响
Fig． 9 The effect of the microwave intension and
solid-liquid ratio on the extraction rate of SPG
图 10 微波强度与提取温度对裂褶菌多糖提取率的影响
Fig． 10 The effect of the extracting temperature and the
microwave intension on the extraction rate of SPG
理论值相比，0． 1%以内的相对误差，因此，响应曲
面法所得的优化条件，裂褶菌多糖提取工艺参数准
确可靠，具有实用价值．
3 结论
1)通过单因素试验，确定了裂褶菌多糖提取
的最经济、最适用的范围，提取时间 20 min，料液比
为 1 ∶ 30 g·mL －1，提取温度 50 ℃，微波强度
550 W．
2)利用 Design-Expert 7． 0 软件响应面法，建立
二次回归模型方程:Y = 1． 89 + 0． 033 1X1 + 0． 013 8
X2 + 0． 010 1X3 + 0． 036 5X4 – 0． 074 2X1
2 －
0． 029 2X2
2 － 0． 079 6X3
2 － 0． 055 3X4
2 － 0． 047 2X1
X2 + 0． 005 4X1X3 － 0． 049 7X1X4 － 0． 016 4X2X3 －
0． 018 2X2X4 － 0． 001 0X3X4 ． 回归方程拟合的较
好，可以用方程预测裂褶菌多糖的提取工艺参数．
3)通过计算与验证得到裂褶菌多糖的最优提
取工艺条件为:提取时间为 20 min，料液比为
1∶ 28． 5 g·mL －1，提取温度为 51 ℃，微波强度为
548 W．此条件下，多糖理论提取率为 1． 78%，实际
提取率为 1． 765%，相对误差为 0． 1%，预测值与实
454 河 南 农 业 大 学 学 报 第 48 卷
际值之间拟合性好．
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( 责任编辑:蒋国良)