全 文 ：收稿日期:2005-04-13原稿;2005-07-13修改稿
基金项目:浙江农科院启动项目“姬松茸胞外多糖优化生产和深度开发研究”(编号:2003-B0201)的部分研究内容
作者简介:范雷法(1964-),男, 1985年毕业于浙江农业大学植保系 , 2002年毕业于巴西巴拉那联邦大学生物技术系 ,
博士 ,副研究员 ,主要从事食药用菌品种选育和活性物质研究 ,发表主笔论文 10篇。
　食用菌学报　2005.12(3):27 ～ 31
　Acta Edulis Fungi
文章编号:1005-9873(2005)03-0027-05
响应面法优化姬松茸液体发酵培养基中
红糖和酵母膏浓度
范雷法1 , 潘慧娟1 , Soccol CR2 , Pandey A3
(1 浙江省农业科学院园艺研究所 ,杭州 310021;
2Laboratory of Bio technological P rocess , Federal University of Parana , Curitiba-PR, 81531-970 , Brazil;
3Biotechnolog y Division , Regional Research Labo rato ry , T rivandrum-695 019 , India)
摘　要:运用响应面分析法优化姬松茸液体发酵培养基中红糖和酵母膏浓度。结果表明 , 红
糖浓度为 20.24g/ L 、酵母膏浓度为 2.055g/ L时 , 菌丝体生物量最高 ,达 2.279g/ L;红糖浓度为 20.
8g/ L、酵母膏浓度为 2.23g/ L时 , 胞外多糖产量最高 , 达 0.749g/ L。
关键词:响应面分析法;姬松茸;红糖;酵母膏
中图分类号:S606.110.36　　　　文献标识码:A
响应面方法(Response Surface Methodology ,RSM)是由 Fisher RA于上世纪 20年代创立 ,
并由 Box GEP 等人于 50年代发展和完善的[ 1] 。该方法是利用合理的试验设计并通过试验得
到的一定数据 ,采用多元二次回归方程来拟合因素和响应值之间的函数关系 ,通过对回归方程
的分析来寻求最优工艺参数 ,解决多变量问题的一种统计方法。随着计算机技术的发展 ,它已
经成为精度高 、应用广泛并具有实用价值的优化技术。响应值和变量之间的关系可以形象地
用响应面表示出来 ,它可用在以下三个方面:描述单个试验变量对响应值的影响;确定试验变
量之间的相互关系;描述所有试验变量对响应值的综合影响 。它克服了传统的数理统计方法 、
线性回归分析(只是利用实验数据得出因素与响应值之间的回归方程 ,而且仅讨论一种因素的
影响)和正交试验设计法(虽然也可科学合理地安排试验 ,同时考虑几种因素 ,但只是寻找最佳
水平组合)不能给出整个区域上因素和响应值之间的一个明确的函数方程式即回归方程 ,从而
无法找到整个区域上因数的最佳组合和响应值的最优值。
目前 ,响应面方法已经成为降低开发成本 、优化生产工艺和条件 、提高产品质量和解决生
产过程中实际问题的一种有效方法 ,广泛应用于农业 、生物 、食品 、化学和制造等领域[ 1 ,2] 。本
文在研究碳 、氮源对姬松茸(Agaricus blazei)液体发酵生产菌丝体和胞外多糖影响的基础
上[ 3] ,采用响应面分析法研究获得菌丝体生物量和胞外多糖产量(响应值)的最佳红糖和酵母
膏(两因素)浓度 。
DOI :10.16488/j.cnki.1005-9873.2005.03.005
1　材料与方法
1.1　材料
姬松茸菌株(Agaricus blazei)LPB9803引自巴西[ 4] 。
1.2　方法
1.2.1　试验设计　试验设计按 Central Composite Design ,两个因素为红糖和酵母膏 ,其浓度
见表 1。液体发酵培养基其它成份为 K2HPO4·3H2O 0.5g/L , KH2PO4 0.5 g/ L ,MgSO4·7H2O
0.5g/L ,pH6.0。250mL 三角烧瓶装 50mL 培养液 。菌丝体碎片接种。发酵温度为 28℃,静
止培养 1星期。
1.2.2　菌丝体生物量和胞外多糖产量测定　采用干重法测定菌丝体生物量 ,采用苯酚-硫酸
法测定胞外多糖产量[ 4 ,5] 。
2　结果与分析
13个试验组合(实验点)的试验结果如表 1所示 。
表 1　响应面试验设计安排及试验结果
Table 1　Response surface design-central composite design and response values(g/L)
试验号
Exp.no.
红糖 Brow n sugar
code value
酵母膏 Yeast ext ract
code value
菌丝体生物量
Mycelial biomass
胞外多糖产量
Exopolysaccharide
1 　　 -1 　　 10 　　 -1 　　 1 1.423 0.467
2 -1 10 +1 3 1.356 0.328
3 +1 30 -1 1 1.398 0.489
4 +1 30 +1 3 1.423 0.378
5 -1.414 5.86 0 2 1.367 0.467
6 +1.414 34.14 0 2 1.444 0.539
7 0 20 -1.414 0.586 1.125 0.612
8 0 20 +1.414 3.414 1.450 0.439
9 0 20 0 2 2.312 0.738
10 0 20 0 2 2.231 0.745
11 0 20 0 2 2.388 0.786
12 0 20 0 2 2.154 0.723
13 0 20 0 2 2.311 0.753
2.1　获得菌丝体生物量的最优红糖和酵母膏浓度
根据 SAS软件进行回归拟合 ,两因素(红糖和酵母膏浓度)对响应值(菌丝体生物量)的影
响可用下列方程式表示:
Y1=2.279+0.019X1+0.052X2-0.423X12-0.482X22+0.023X1X2
其中 X1 为红糖浓度因子值;X2 为酵母膏浓度因子值;Y1为菌丝体生物量值。
运用 SAS RSREG 程序对 13个实验点的响应值进行回归分析 ,分别得到回归方程方差分
析表及回归方程各项方差分析表(表 2 ,表 3)。从方差分析表可以看出 ,用上述回归方程描述
各因子与响应值之间的关系时 , 其因变量与自变量之间的关系是显著的 ,相关系数 r =
0.9868。从对回归方程各项方差的进一步检验中也可以看出(表 3),方程的失拟项很小 ,因此
可以用该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析。
28 食　用　菌　学　报　　　　　　　　　　　　　　 　12 卷
表 2　菌丝体生物量回归方程的方差分析
Table 2　Variance analysi s of regression of mycel ial biomass
方差来源
Source of variation
自由度
Degrees of f reedom
平方和
Sum of squares
均方
M ean square
F 值
F value
测定系数
r
回　归 Regression 5 2.566 0.9736 51.571 0.9868
残　差 Residual 7 0.069 0.01
总离差 Total error 12 2.635
表 3　菌丝体生物量回归方程各项的方差分析
Table 3　Variance analysis of each regression of mycelial biomass
方差来源
Source of variation
自由度
Degrees of freedom
均方
Mean square
F 值
F value
显著性
S ignif icance
一次项 Linear form 2 0.0094 1.238
二次项 Quadratic form 2 0.9634 127.6 ＊＊
交互项 C rossproduct 1 0.0008 0.213
失拟项 Lack of f it 3 0.0126 1.576
误　差 Pure error 4 0.0080
回归方程各项的方差分析结果表明 ,方程二次项的影响极显著 ,因此各试验因子对响应值
的影响不是简单的线性关系;各因子的交互作用影响不显著 。
为了更进一步确证最佳点的值 ,对回归方程取一阶偏导等于零 ,并整理得红糖浓度为
20.24g/ L ,酵母膏的浓度为 2.055g/L。
2.2　获得胞外多糖产量的最优红糖和酵母膏浓度
用同样的方法对胞外多糖进行回归拟合 ,两因素(红糖和酵母膏浓度)对响应值(胞外多糖
产量)的影响可用下列方程式表示:
Y2=0.749+0.022X1-0.062X2-0.148X12-0.136X22+0.007X1X2
其中 X1 为红糖浓度因子值;X2 为酵母膏浓度因子值;Y2为胞外多糖产量值。
运用 SAS RSREG 程序对 13个实验点的响应值进行回归分析 ,分别得到回归方程方差分
析表及回归方程各项的方差分析表(表 4 ,表 5)。从方差分析表可以看出 ,用上述回归方程描
述各因子与响应值之间的关系时 ,其因变量与自变量之间的关系显著 ,相关系数 r =0.9636 。
对回归方程各项方差的进一步检验结果可以看出(表 5),方程的失拟项也很小 ,因此可以用该
回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析。
回归方程各项的方差分析结果表明 ,方程二次项的影响高度显著 ,因此各试验因子对响应
值的影响不是简单的线性关系;各因子的交互作用影响也不显著 。
表 4　胞外多糖产量回归方程的方差分析
Table 4　Variance analysis of regression of exopolysaccharide yield
方差来源
Source of variation
自由度
Degrees of f reedom
平方和
Sum of squares
均方
Mean square
F 值
F value
测定系数
r
回　归 Regression 5 0.2835 0.0567 18.191 0.9636
残　差 Residual 7 0.0218 0.0031
总离差 Total error 12 0.3053
293 期　　　　　　范雷法等:响应面法优化姬松茸液体发酵培养基中红糖和酵母膏浓度
表 5　胞外多糖产量回归方程各项的方差分析
Table 5　Variance analysis of each regression of exopolysaccharide yield
方差来源
Source of variation
自由度
Degrees of freedom
均方
Mean square
F 值
F value
显著性
S ignif icance
一次项 Linear form 2 0.0172 5.513
二次项 Quadratic form 2 0.1245 39.932 ＊＊
交互项 C rossproduct 1 0.0002 0.0629
失拟项 Lack of f it 3 0.0065 1.1576
误　差 Pure error 4 0.0005
为了更进一步确证最佳点的值 ,对回归方程取一阶偏导等于零 ,并整理得红糖浓度为 20.
8g/ L ,酵母膏浓度为 2.23g/L。
以上结果表明 ,菌丝体和胞外多糖的最佳红糖和酵母膏浓度稍有差异 ,但差异不大 ,说明
菌丝体和胞外多糖的生物合成呈正相关 。
图 1和图 2是生产菌丝体和胞外多糖的红糖和酵母膏浓度的响应面分析图 。从图 1也可
图 1　红糖与酵母膏浓度对姬松茸菌丝体生物量影响的响应面图
Fig.1　Response surface of the effect of brown sugar and yeast extract concentration on mycelial biomass of A.blazei
图 2　红糖与酵母膏浓度对姬松茸胞外多糖产量影响的响应面图
Fig.2　Response surface of the effect of brown sugar and yeast extract concentration on exopolysaccharide of A.blazei
30 食　用　菌　学　报　　　　　　　　　　　　　　 　12 卷
以看出 ,红糖浓度从 5.86到 34.14g/ L 和酵母膏浓度从 0.586到 3.414g/L ,菌丝体生物量并
不是无限增加 ,而是达到一个最大值后再下降(其最大值是 2.279g/L ,此时的红糖浓度为 20.
24g/L ,酵母膏浓度为 2.055g/L);胞外多糖产量也是逐渐增加(图 2),达到最大值后再下降
(最大值是 0.749g/L ,此时红糖浓度为 20.8g/ L ,酵母膏浓度为 2.23g/L)。
3　讨论
3.1由于响应面分析法能考虑不同因素在不同水平下对响应值的影响 ,因此它在工农业生产
和科学研究中应用广泛 ,主要有以下三个方面的作用:(1)在给定的范围内(已经过大量实验得
出的合理范围)确定因素的最佳组合 ,并给出在最佳组合处的响应值;(2)确定响应值随因素的
变化情况;(3)确定同时满足因素水平要求的响应值。
3.2　本文利用响应面法优化姬松茸液体发酵培养基中红糖和酵母膏最佳浓度及菌丝体和胞
外多糖的最大值 。从响应面图中可以看出 ,发酵培养基中红糖和酵母膏浓度的变化引起菌丝
体和胞外多糖的变化情况 。还可以通过回归方程预测某一红糖和酵母膏浓度组合下的菌丝体
和胞外多糖的生成量 ,反之也可以选择菌丝体和胞外多糖某一生成量下红糖和酵母膏的浓度 。
3.3　响应面分析法的应用广泛 ,但在食用真菌的研究中还很少有报道。希望通过介绍该方法
能帮助更多的研究者利用该技术方便有效地解决工作中的设计与数据处理问题 。
参　考　文　献
[ 1] Box GEP , Draper NR.Empirical model-bui lding and response surface[ M] .Canada:John Wiley & Sons Inc , 1987.
[ 2] 慕运动.响应面方法及其在食品工业中的应用[ J] .郑州工程学院学报 , 2001 , 22(3):91～ 94.
[ 3] Fan LF , SoccolAT , Pandey A , et al.Product ion of polysaccharide by Agaricusblaz ei Mu rrill LPB 03 in submerged fermenta-
tion and it s antitumor ef fect[ J] .Internat ional J.of Medicinal Mushrooms , 2003 , 5(1):17～ 23.
[ 4] 范雷法 , 潘慧娟 , Soccol CR , 等.姬松茸巴西蘑菇胞外多糖的抗肿瘤活性研究[ J] .食用菌学报 , 2004 , 11(2):45～ 47.
[ 5] Chaplin MF , Kennedy JF.Carbohyd rate analysis[ M] .London:Oxford University Press , 1994.
Response Surface Methodology for Optimization of the
Concentration of Brown Sugar and Yeast Extract for
Mycelial Biomass and Exopolysaccharide Yield of Agaricus blazei
FAN Lei-fa1 , PAN Hui-juan1 , Soccol CR2 , Pandey A3
(1I nstitute of Hor ticulture , Zhejiang Academy o f Ag ricultural Sciences , Hangzhou 310021 , China;
2Laboratory of Bio technological P rocess , Federal University of Parana , Curitiba-PR, 81531-970 , Brazil;
3Biotechnolog y Division , Regional Research Labo rato ry , T rivandrum-695 019 , India)
Abstract:Response surface experiments w ere conducted on Agaricus blazei to determine the optimal concentra-
tio n of brow n sugar and yeast extract for mycelial biomass and exopolysaccharide yield.The results showed that the
mycelial biomass could reach of 2.279g/ L when the concentrations of brow n sugar and yeast ex tr act were 20.24g/ L
and 2.055g/ L respectively.And the exopolysaccharide yield could reach of 0.749g/ L when the concentrations of
brow n sugar and yeast ex tract w ere 20.8g/ L and 2.23g/ L respectively.
Key words:Response surface analy sis;Agaricus blazei;Brown sugar;Yeast extract
313 期　　　　　　范雷法等:响应面法优化姬松茸液体发酵培养基中红糖和酵母膏浓度