全 文 ：食品工业科技
ScienceandTechnologyofFoodIndustry 工艺技术
214 2008年第 02期
固体发酵生产
裂褶菌胞外多糖提取工艺的优化
高利忠 ,周素梅＊
(中国农业科学院农产品加工研究所 ,北京 100094)
摘 要:对玉米皮固体发酵法生产的裂褶菌胞外多糖的提取工艺进行了探讨 ,重点考查了料液比 、温度、时间对裂褶菌
胞外多糖得率的影响 ,在单因素的基础上 ,采用二次回归正交旋转组合设计对裂褶菌胞外多糖提取工艺进行了优化并
建立了数学模型 。结果表明 ,在提取温度 90℃、时间 60min、料液比 1∶30的条件下 ,裂褶菌胞外多糖得率达到人工最优
值 0.048g/g(以玉米皮计)。
关键词:裂褶菌胞外多糖 ,得率 ,正交旋转组合设计
Optimizationofextractiontechnology
ofschizophylanproducedbysolidfermentation
GAOLi-zhong, ZHOUSu-mei＊
(InstituteofAgro-foodScienceandTechnology, ChineseAcademyofAgricultureSciences, Beijing100094, China)
Abstract:Extractiontechnologyofschizophylanproducedbysolidfermentationcomposedmainlybycornbran
wasstudied.Theeffectsofdosageofwater, temperatureandtimeontheyieldsofschizophylanweremainly
investigated.Basedonthesinglefactortests, thequadraticregressionorthogonalrotarycombinationdesignwas
chosentooptimizetheextractionconditionsandestablishthemathematicalmodel.Theresultshowedthe
extractiontemperature, time, andtheratioofrawmaterialtowaterwere90℃, 60min, 1∶30 , respectively, theyield
reachedthemaximum0.048g/g(basedoncornbran).
Keywords:schizophylan;yield;orthogonalrotationcombinationdesign
中图分类号:TS201.3 文献标识码:B 文 章 编 号:1002-0306(2008)02-0214-03
甘草总三萜酸可以通过用大孔树脂吸附进行分
离纯化。通过对 6种树脂吸附性能对比筛选 ,认为
AB-8树脂适合甘草总三萜酸的纯化。实验结果表
明 ,洗脱剂乙醇体积分数为 70%,浸提上样液 pH为
5时 ,采用 AB-8大孔吸附树脂对甘草三萜酸进行纯
化 ,其产品的纯度可达 72.85%。
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裂褶菌(SchizophylumcommuneFr.)又名白参 、
树花等 ,是一种具有较高营养和药用价值的大型真
菌 [ 1] 。裂褶菌胞外多糖是从裂褶菌子实体 、菌丝体或
发酵液中提取出来的水溶性多糖 ,结构为 β-葡聚
糖 。裂褶菌多糖具有抑制肿瘤 、抗菌消炎 、抗辐射 、
收稿日期:2007-10-08 ＊通讯联系人
作者简介:高利忠(1980-),男 ,硕士研究生 ,研究方向:食品科学。
提高机体免疫力等多种生理活性 [ 2 , 3] 。近年来 ,国内
关于裂褶菌及裂褶菌多糖的研究主要集中在裂褶菌
的生物学特性 、食用和药用价值 、人工栽培驯化和深
层发酵等领域 。在国外 ,日本 、美国等主要进行的是
分子生物学 、抗癌活性物质 、优良育种等方面的研
究 [4 ] 。目前在国内外主要采用液体发酵培养 ,液体深
层培养裂褶菌提取其胞外多糖具有周期短 、产量大
等优点 ,是一种大量获取裂褶菌多糖的有效途径 [ 5 ] ,
DOI :10.13386/j.issn1002-0306.2008.02.013
工艺技术 食品工业科技Vol.29, No.02, 2008
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但是液体深层培养能耗大 ,另外由于裂褶菌多糖粘
度大 ,在发酵的后期液体培养基成半固体物 ,对液体
发酵影响很大。采用固体发酵培养所用设备简单 ,
培养基成本低 ,耗能低 ,得率高于液体发酵 。本实验
以玉米加工业的副产物-玉米皮为培养基 ,对固体发
酵提取裂褶菌胞外多糖的提取工艺进行了研究 。
1 材料与方法
1.1 菌种
裂褶菌(SchizophylumcommuneFr.)由中国农业
科学院土肥所提供。
1.2 培养基
1.2.1 斜面种子培养基 马铃薯培养基(PDA)[ 6] 。
1.2.2 液体种子培养基 液体马铃薯培养基
(PDA)。
1.2.3 固体发酵培养基 玉米皮(市售)、硫酸镁 、磷
酸钾 、L-谷氨酸 、VB等 [ 7] 。
1.3 培养方法
将菌种接种到斜面培养基上 ,在 27℃下培养 7d;
接种到液体种子培养基上 ,在 27℃、160r/min下培养
48h;接种到固体培养基中 , 27℃下培养 7d[ 8] (注:接
种液体种子培养基的量为 3mL/10g,固体培养基的
湿度为 80%[ 9 ])。
1.4 裂褶菌胞外多糖的提取工艺
斜面种子※液体种子※固体发酵※干燥※粉碎※振荡提
取※乙醇沉淀※粗裂褶菌胞外多糖(粗多糖的含量测定方法
苯酚—硫酸法 [ 10])※粗多糖纯化※成品
1.5 裂褶菌胞外多糖提取工艺优化
1.5.1 分别对温度 、料液比 、提取时间作单因素实验
具体考查了温度在 30～ 90℃之间 ,料液比 1∶10到
1∶40之间 ,提取时间在 0～ 60min,对裂褶菌胞外多糖
得率的影响。得率的计算公式:y=0.0083x-0.0102
(x为多糖浓度 , y为吸光值)。
1.5.2 二次回归旋转组合设计 依据单因素实验的
结果确定因素水平范围 ,采用二次回归旋转法组合
设计对温度 、时间 、料液比的范围进行优化 ,实验结
果利用 DPS软件进行分析 。
2 结果与讨论
2.1 单因素实验
2.1.1 料液比对提取得率的影响 实验结果如图 1
所示 ,可以看出 ,随着提取液量的增加 ,得率逐渐增
加;当料液比达到 1∶40后 ,裂褶菌胞外多糖得率达到
最大。根据液固萃取基本理论 ,增大提取液的量将
有利于溶质的溶出 ,但过大的料液比对实际生产过
程来说是没有意义的 ,不仅增加水的消耗及后续的
浓缩成本 , 而且容易导致加工过程中溶质的丢失 。
从节约溶剂使用量和后续浓缩等综合因素考虑 ,料
液比以选择 1∶30为宜 。
2.1.2 温度对提取得率的影响 由图 2可知 ,裂褶菌
胞外多糖的得率随着温度的升高在逐渐的提高 ,温
度在 60～ 80℃裂褶菌胞外多糖的得率增加最快 ,当温
度达到 90℃时 ,裂褶菌胞外多糖达到最大 ,温度在 80
～90℃增加的不太明显 ,但有所增加。理论上是温度
图 1 料液比对裂褶菌胞外多糖得率的影响
越高 、提取条件越剧烈 ,得率就越高 ,但是多糖本身
在高温下自身结果会发生变化 ,进一步导致它的功
能性下降 。当温度太高时 ,升温过程能源浪费比较
严重。综合整个提取过程 ,从节约能源 、降低成本 、
缩短生产时间考虑 , 我们选择 90℃为最佳提取
温度。
图 2 温度对裂褶菌胞外多糖得率的影响
2.1.3 时间对提取得率的影响 考查了 90℃时 ,提
取时间对裂褶菌胞外多糖得率的影响 。由图 3可
知 ,在 10～ 20min裂褶菌胞外多糖的得率增加的最
快 ,在 20～ 60min裂褶菌胞外多糖的得率有所增加 ,
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 40min为最佳提取
时间 。
图 3 提取时间对裂褶菌胞外多糖得率的影响
2.2 二次回归旋转组合设计
2.2.1 正交旋转回归法确定裂褶菌胞外多糖的最佳
提取工艺 针对传统单因素以及简单的正交实验设
计具有的明显不足 ,在此采用二次回归旋转组合设
计对裂褶菌胞外多糖提取工艺的主要影响因素进行
优化实验 ,料液比(X1)、温度(X2)、作用时间(X3),
每个因素选取五个显著水平 ,见表 1。在选择水平因
素时 ,由于温度在常温常压下很难达到 100℃以上 ,
所以选择了中间温度为 75℃,上线温度为 100℃。料
液比和时间从降低成本和缩短工艺时间考虑 ,选择
的水平因素范围见表 1。
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216 2008年第 02期
表 1 正交实验因素水平表
水平 X1料液比(mL)
X
2
温度
(℃)
X
3
作用时间
(min)
1.682 1∶46.82 100 73.64
1 1∶40 90 60
0 1∶30 75 40
-1 1∶20 60 20
-1.682 1∶13.18 50 13.64
2.2.2 数学模型
2.2.2.1 实验设计及结果 在单因素的基础上 ,应用
DPS数据处理系统 ,用二次回归旋转组合实验统计
方法 ,综合考虑各个因素对裂褶菌胞外多糖得率的
影响 ,设计了二十三组实验。采用 DPS数据处理系
统 ,用二次回归旋转组合实验统计方法对实验数据
进行拟合分析 ,得到的回归方程如下:
Y = 0.02335 + 0.00146X1 + 0.00631X2 +
0.00310X3 +0.00121X21 +0.00140X22 +0.00018X23 +
0.00436X1X2-0.00029X1X3-0.00046X2X3
2.2.2.2 二次回归模型的显著性检验 为检验回归
方程的有效性 ,需对回归方程进行 F检验 ,由正交结
果可知 , F0.05(5, 8)=3.69
因子 ,根据作用条件分析 ,这种失拟可能来自因子间
的高阶互作 。由 F2 =7.606 >F0.01(9, 13)=4.19,回
归方程在 α=0.01水平上极显著 ,表明该模型能较好
地描述变量与产量间的关系。
2.2.2.3 重建二次回归模型 根据二次回归旋转正
交结果可知 ,以下是 α=0.10显著水平剔除不显著项
后 ,简化后的回归方程:
Y=0.02335+0.00631X2 +0.00310X3 +0.00436X1X2
2.2.2.4 影响显著性 裂褶菌胞外多糖得率与作用
温度 、作用时间 、料液比相关系数 R=0.90361,表明
该数学模型 3个因素对产量的影响占 90.36%,而其
它因素的影响和误差占 9.64%。
2.2.2.5 最佳提取裂褶菌胞外多糖方案 采用 DPS
数据处理系统对实验数据进行分析 ,求得裂褶菌胞
外多糖最佳提取方案为:温度在 1.682水平(100℃),
时间在 1.682水平(73.64min),料液比在 1.682水平
(1∶40),此提取方案得出裂褶菌胞外多糖的得率为
0.050g/g。在此提取条件下 ,通过验证实验得出裂褶
菌胞外多糖的得率为 0.052g/g,实际值 /模型最佳值
=1.04,说明此最佳模型是可靠的。理论上得到的最
佳组合不一定在实际中是最优组合 ,因为在提取时
时间不可能无限延长 ,在常温常压下温度不可能高
于 100℃,考虑提取后面工艺 ,过大的料液比对实际
生产过程来说是没有意义的 ,还增加水的消耗及后
续的浓缩成本。为了节约成本 ,综合考虑 ,我们得出
人工最优提取方案为:温度 、时间 、料液比分别为
90℃、60min、1∶30,得率为 0.048g/g,和理论得率基本
一致。
2.2.2.6 采用 DPS数据处理系统对实验数据进行分
析后 ,得到最优组合都在 1.682水平上 ,理论上分析
是单因素实验中因子范围不合理 。但是 ,我们所研
究的提取工艺从节约成本 ,在实际中容易放大生产
和考虑剧烈的提取条件对裂褶菌胞外多糖活性的破
坏等方面出发 ,所以选择了相对温和的条件来提取。
3 结论
3.1 通过单因素实验 ,确定了裂褶菌胞外多糖提取
的最经济 、最适用的范围 ,得到料液比 1∶40,温度在
80～ 90℃之间 ,提取时间为 40～ 60min。
3.2 在单因素实验的基础上 ,本实验运用回归设计
的理论与方法 ,通过 DPS数据处理系统确定了最佳
裂褶菌胞外多糖工艺:作用温度为 90℃;作用时间为
60min;料液比为 1∶40 ,此时玉米皮裂褶菌胞外多糖
的得率可达到 0.050g/g。考虑到成本和工作效率 ,确
定人工最佳裂褶菌胞外多糖提取工艺为:作用温度 、
作用时间 、料液比分别为 90℃、60min、1∶30,得到的
裂褶菌胞外多糖的得率是 0.048g/g。
3.3 固体发酵裂褶菌胞外多糖的得率与液体深层发
酵多糖的得率对照 ,据资料报道液体深层发酵裂褶
菌胞外多糖 ,采用葡萄糖 、酵母膏 、硫酸镁 、磷酸钾等
配制的培养基 ,最大得率为 2.7015g/L[ 12 ] ,折算成每
单位液体培养基质的产率约为 0.0027g/g。本实验采
用固体发酵 ,以玉米皮等为培养基 ,裂褶菌胞外多糖
的得率可达到 0.048g/g。从生产成本考虑 ,单位固体
培养基的成本比单位液体培养基的成本低 ,所以固
体发酵法优于液体深层发酵 。
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