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2013年第18期
Vol . 34 , No . 18 , 2013
响应曲面法优化热水浸提红托竹荪多糖
的工艺研究
张伟刚，范巧宁，贾琳斐，彭 晶，程玉江，王蓓蓓，段玉峰*
（陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安 710062）
摘 要：以红托竹荪为原料，用热水浸提法提取其多糖。在单因素实验基础上，采用响应曲面法对提取工艺进行优
化，最后通过Box-Behnken设计建立了热水浸提红托竹荪多糖的二次多项式模型，并得到了优化提取工艺条件为：
浸提时间3.5h，浸提温度75℃，料液比1∶31，提取次数2次，经验证实验红托竹荪多糖的提取得率为12.05%。
关键词：响应曲面法，热水浸提，红托竹荪，多糖
Study on response surface methodology for hot water extraction of
polysaccharide from Dictyophora
ZHANG Wei-gang，FAN Qiao-ning，JIA Lin-fei，PENG Jing，CHENG Yu-jiang，WANG Bei-bei，DUAN Yu-feng*
（Shaanxi Normal University College of Food Engineering and Nutritional Sciences，Xi’an 710062，China）
Abstract：Dictyophora rubrovolvata as row material was used for extraction polysaccharide with hot water.
Single factor test based on the response surface methodology to optimize the extraction process. A quadratic
polynomial model relating the influencing factors and the yield were established through the Box-Behnken
design，and the optimal conditions were：3.5h of extraction time，75℃of extraction temperature，1 ∶31 of ratio of
material to liquid，and extraction times 2. The yield of 12.05% was obtained by the verification experiment.
Key words：response surface methodology；hot water extraction；Dictyophora rubrovolvata；polysaccharides
中图分类号：TS201.2 文献标识码：B 文 章 编 号：1002-0306（2013）18-0269-06
收稿日期：2013－04－23 * 通讯联系人
作者简介：张伟刚（1989-），男，在读硕士，研究方向：食品功能成分及
功能作用评价。
基金项目：陕西省科学自然基金项目（2012JM3014）。
红托竹荪（Dictyophora rubrovolvata）是一种担子
菌，隶属于鬼笔门（Eumycota）、鬼笔科（Phallaceae）、
真菌目（Phallales）、担子菌亚门（Basidiomycotina）、腹
菌纲（Gasteromycetes），属于珍贵的药食两用真菌[1]。
富含多种生物活性成分，如氨基酸、维生素、无机盐
和多糖等，具有降血压、降血脂、抗炎、抗肿瘤、抗氧
化性、免疫调节等功效[2]，近年来有关红托竹荪的研
究报道大部分集中在其生物学特性，菌种的制作与
栽培，活性物质的提取与应用及它的深加工几个主
要方面。而对于活性成分多糖的提取分离工艺研究
还较少，尤其有关响应曲面法优化工艺相关文献尚
未查到。因此，运用响应曲面法优化热水浸提红托竹
荪多糖工艺的研究就有了其必要性[3]。
目前多糖提取方法很多，如热水浸提法、碱提
法、微波法、酶解法、酸提法、超声波辅助法、超临界
CO2流体萃取法等[4]。而其中的热水浸提法工艺流程
易操作且简单，是多糖提取常用的方法之一，本实验
主要是通过对多糖提取工艺的研究[5]，在用单因素基
础之上采用四因素三水平响应曲面法对热水浸提红
托竹荪多糖工艺进行优化分析，从而确定出了最佳
提取工艺参数为提高红托竹荪综合利用提供基础数
据[6-7]。与正交实验法从固定的几组实验条件中选择
出最佳工艺相比较，响应面法（Response Surface
Methodology，RSM）能建立二次多项式模型拟合因素
与响应值之间的函数关系研究各因素之间的相互作
用，及各因素对响应值的影响[8]，在整个区域内找到
各因素的最佳组合及最优的响应值，可大大降低生
产实践过程中的原料和能源浪费[9]。目前，RSM在医
药、生物、食品等领域已有广泛应用，在生物过程优
化中主要用于培养条件和提取工艺的优化[10]。
因此，本实验研究运用RSM对热水浸提红托竹
荪多糖的工艺进行优化，为更好地开发利用红托竹
荪多糖提供支持。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
红托竹荪 购于贵州织金县，由中国科学院昆
明植物研究所于富强副研究员鉴定为红托竹荪，由
高速万能粉碎机粉碎后，过60目筛；75%乙醇、95%乙
醇等 均为国产分析纯。
CS101-2AB型电热干燥箱 上海福玛实验设备
有限公司；FW-80型高速粉碎机 河北省黄骅市新
兴电器厂；TU-1810型紫外-可见光分光光度计 北
京普析通用有限责任公司。
269
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2013.18.038
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2013年第18期
1.2 红托竹荪的预处理
将红托竹荪用75%乙醇浸泡48h脱脂，再置于烘
箱内于60℃直至烘干为止，将烘干后的红托竹荪粉
碎，过60目筛，从而得到红托竹荪粉末以备用。
1.3 多糖含量的测定
采用苯酚硫酸法[11]。
1.3.1 标准曲线的绘制 精确称取20mg在105℃干
燥至恒重的标准葡萄糖先进行溶解再转移到500mL
容量瓶中，并定容。准确移取0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、
0.7、0.8、0.9和1.0mL标准葡萄糖溶液于对应的试管
中，再加蒸馏水至2.0mL，加入1.0mL 6%苯酚和浓硫
酸5mL，静置10min后，摇匀，室温静置20min，在490nm
处测吸光度值，测定三次，取其平均值，以2.0mL蒸馏
水同样操作作为空白对照，以吸光度值作为纵坐标，
葡萄糖浓度为横坐标绘制标准曲线，得到葡萄糖标
准线性回归方程。
1.3.2 测定红托竹荪中多糖的含量 参照文献[12-
13]中的方法，取一定浓度的红托竹荪样品溶液1.0mL，
加蒸馏水至2.0mL，测定吸光度值，依据线性回归方
程计算出多糖含量。
1.3.3 红托竹荪多糖的热水浸提工艺流程 红托竹
荪干粉末→脱脂（75%乙醇浸泡48h）→热水浸提→离心取上
清液→减压浓缩→醇沉（3倍体积的95%乙醇置于4℃静置
12h）→沉淀→溶解、透析48h→冷冻干燥→得红托竹荪粗
多糖[14]。
1.3.4 多糖含量计算
C=（A-0.1214）/0.1073×n
式中：A—样品的吸光度；C—样品浓度（mg/mL）；
n—稀释倍数。
1.3.5 多糖提取率计算
多糖提取率（%）=（C×V/样品质量）×100
式中：C—样品浓度（mg/mL）；V—浸提液体积
（mL）。
1.4 实验设计
1.4.1 单因素实验设计 准确称 l.0g红托竹荪粉7
份，分别置于150mL锥形瓶中，考查料液比、浸提时
间、浸提温度、提取次数对红托竹荪多糖提取率的
影响。
1.4.1.1 料液比对多糖提取率的影响 在提取温度
为75℃，提取时间为4h，提取2次，料液比分别为1∶16、
1∶19、1∶22、1∶25、1∶28、1∶31、1∶34mg/mL的条件下提取
多糖，测定其多糖的提取率。
1.4.1.2 提取时间对多糖提取率的影响 准确称
1.0g红托竹荪粉7份，分别置于150mL的锥形瓶中，料
液比1∶31，浸取温度75℃，提取次数2次，在浸提取时
间分别为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4h的条件下各提取一
次，测定其多糖的提取率。
1.4.1.3 浸提温度对多糖提取率的影响 准确称l.0g
红托竹荪多糖粉末7份，分别置于150mL的锥形瓶
中，料液比1∶31，提取时间4h，提取2次，在提取温度
分别为60、65、70、75、80、85、90、95℃的条件下提取
多糖，测定其多糖的提取率。
1.4.1.4 提取次数对多糖提取率的影响 准确称l.0g
红托竹荪粉5份，分别置于150mL的锥形瓶中，料液
比1∶31，浸取温度75℃，浸提取时间4h，提取次数分别
1、2、3、4、5次的条件下各提取多糖，测定其多糖提
取率。
1.4.2 响应曲面实验设计 在单因素实验的基础
上，采用Box-Behnkex实验设计，选取四因素三水平
的响应曲面分析方法，以料液比、浸提时间（h）、浸提
温度（℃）、提取次数为实验因子，多糖提取率为实验
指标，确定最佳实验组合。因素水平表见表1。
1.5 数据处理
每个实验进行2个平行实验及三次重复，实验数
据均以平均值±标准差表示。采用Design-Expert 7.0.0
软件进行数据分析、统计及作图。
2 结果与分析
2.1 多糖含量的确定
葡萄糖标准曲线如图1所示，线性回归方程为Y=
0.1073x+0.1214，相关系数为R2=0.9976，式中，y为
吸光度值，x为葡萄糖浓度。表明在测定范围之内，
葡萄糖浓度和吸光度之间呈现出较好的线性关
系。根据标准曲线计算得出红托竹荪总的多糖含量
为80.9%。
2.2 单因素实验结果及分析
2.2.1 料液比对红托竹荪多糖提取率的影响 由
图2可以看出，随着料液比例的增大，多糖的提取
率越高，但当料液比达到1 ∶31后，再增大料液比，
多糖的提取率反而降低。可能是液体含量较小时，
体系黏稠度较大，浸提处理后体系内存在一定的乳
化现象，酶与底物接触不充分，导致酶解效果较差；
因素
编码水平
-1 0 1
X1浸提时间（h） 3 3.5 4
X2浸提温度（℃） 70 75 80
X3料液比（g/mL） 1∶28 1∶31 1∶34
X4提取次数 1 2 3
表1 中心组合实验Box-Behnken设计因素和水平编码值
Table 1 Independent variables and levels in Box-Behnken for
central composite rotatable design
图1 红托竹荪多糖含量测定标准曲线（以葡萄糖为标准）
Fig.1 The standard curve of determination of polysaccharide of
Dictyophora rubrovolvata（glucose as a standard）
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
葡萄糖标准曲线（mg/mL）
0 2 4 6 8 10
吸
光
值
270
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图4 浸提时间对多糖提取率的影响
Fig.4 The effect of different ratio of extraction time on the
polysaccharides yields
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
浸提时间（h）
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
提
取
率
（
%）
图5 提取次数对多糖提取率的影响
Fig.5 The effect of different ratio of number of extraction on the
polysaccharides yields
10.0
9.5
9.0
8.5
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
提取次数（次）
1 2 3 4 5
提
取
率
（
%）
随着液体比例的增加，乳化现象减弱，酶解效果增
强，而当液体比例比较大时，底物浓度较低，反而影
响了酶解效果，导致多糖得率下降。综上，选择料液
比为1∶31。
2.2.2 浸提温度对红托竹荪多糖提取率的影响 由
图3可知，起初时多糖提取率较低，随着温度的升高
多糖得率逐渐上升，当提取温度高于75℃时，多糖的
提取率有下降趋势，可能是温度较低时，分子扩散运
动能力较小，物料的空化作用不够完全。而温度过高
会破坏多糖的分子结构，影响多糖得率，从而其提取
率降低，故选择提取温度75℃为最佳。
2.2.3 浸提时间对红托竹荪多糖提取率的影响 由
图4可知，在其他提取条件不变的情况下，在提取多
糖过程中，随着浸提取时间的延长，多糖的提取率也
在提高，并在3.0h时提取率最高，但当浸提时间达到
3.5h后，提取率稍有下降，可能是因为多糖分子在长
时间高温提取过程中受到破坏所致。因此，正交实验
中选取浸提取时间3.0、3.5、4.0h。
2.2.4 提取次数对红托竹荪多糖提取率的影响 由
图5可知，提取次数对多糖的提取率有显著的影响，
开始时提取多糖得率升高的趋势明显，而提取次数
在2次以后变化趋势不明显。可能因为2次提取已经
达到最大提取率，再增加提取次数提取率增幅不明
显，另外，可能跟多糖分子结构在长时间高温提取过
程中受到破坏所致有关，再重复提取增长比较平缓，
故提取次数2次最佳。
2.3 响应曲面设计结果及分析
利用SAS 9.0分析软件对表2实验数据经进行二
次多项拟合，得红托竹荪多糖提取率与时间、温度、
料液比、提取次数之间的多元回归方程为：
Y=0.113867+0.001551X2+0.0011X3+0.005054X4-
0.016834X12-0.013365X22-0.015177X32+0.002763X3X4-
0.01697X42。
由表3知，失拟项不显著（p=0.563405＞0.05），模
型极显著（p＜0.001），模型的校正系数R2adj=97.71%，
说明此模型能解释97.71%响应值的变化，相关系数
R=0.9957，表明此模型拟合度较好，实验误差小。以
上表明模型合适可以分析及预测热水浸提法提取多
糖提取率。
从表4回归方程系数显著性检验可知，一次项
X2、X4极显著（p＜0.001），X3显著（p＜0.05），二次项
X12、X22、X32、X42、X3X4极显著，其余项均不显著。各因
素对多糖提取率影响的大小顺序为：提取次数（X4）＞
浸提温度（X2）＞料液比（X3）＞浸提时间（X1）。
2.3.1 响应曲面分析和优化 热水浸提法提取红托
竹荪多糖响应曲面见图6～图11，由以下6组图可知
各因素对响应值的影响。从响应曲面的平面投影
形状可以看出交互作用的强弱，椭圆则表示两因素
之间交互作用显著，而圆形表示两因素交互作用不
显著。
由图6可知，在料液比（1∶31）和提取次数为2次
时，浸提时间和浸提温度对热水浸提法提取多糖的
图2 料液比对多糖提取率的影响
Fig.2 The effect of different ratio of water to raw material on
the polysaccharides yields
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
料液比（g/mL）
1∶16 1∶19 1∶22 1∶25 1∶28 1∶31 1∶34
提
取
率
（
%）
图3 浸提温度对多糖提取率的影响
Fig.3 The effect of different ratio of extraction temperature on
the polysaccharides yields
9
8
7
6
5
4
浸提温度（℃）
60 65 70 75 80 85 90
提
取
率
（
%）
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模型项 系数估计 标准误 t值 p值
X1 0.0008367 0.000477 1.753632 0.10497
X2 0.0015508 0.000477 3.250506 0.00695
X3 0.0011 0.000477 2.305571 0.03979
X4 0.0050542 0.000477 10.5934 0.0001
X12 -0.016834 0.000716 -23.5451 0.0001
X1X2 0.00465 0.000826 0.562702 0.58399
X1X3 0.000125 0.000826 0.151264 0.882281
X1X4 0.00025 0.000826 0.302528 0.76743
X22 -0.013365 0.000716 -18.6757 0.0001
X2X3 0.0009125 0.000826 1.104226 0.291145
X2X4 0.00155 0.000826 1.875672 0.085231
X32 -0.015177 0.000716 -21.2066 0.0001
X3X4 0.0027625 0.000826 3.342932 0.005856
X42 -0.01697 0.000716 -23.713 0.0001
表4 回归模型系数显著检验
Table 4 Test of signicance for regression coefficients
图6 浸提时间、浸提温度及其交互作用对热水浸提红托竹荪
多糖的响应面图
Fig.6 Response surface plot and its contour plot of extraction time
and extraction temperature as well as theirs mutual interactions
on extraction of polysaccharides of Dictyophora rubrovolvata
Y:
多
糖
提
取
率
（
%）
温度
-0.9
0.11
0.085
0.9 -0.9
0.9
时间
变异源 自由度 平方和 均方 F值 p值 显著性
模型 14 0.003063 0.000219 80.09442 0.0001 **
失拟项 10 0.000028 2.777×10-6 1.109399 0.563405 不显著
纯误差 2 5.007×10-6 2.503×10-6
总和 26 0.003096
R=0.9957 R2=98.94％ R2adj=97.71％
表3 回归模型方差分析表
Table 3 Variance for regression equation
注：**表示极显著（p<0.01），*表示显著（p<0.05）。
实验号 X1 X2 X3 X4 Y 提取率（％）
1 -1 -1 0 0 0.08120
2 -1 1 0 0 0.08235
3 1 -1 0 0 0.08169
4 1 1 0 0 0.08470
5 0 0 -1 -1 0.07690
6 0 0 -1 1 0.08120
7 0 0 1 -1 0.07435
8 0 0 1 1 0.08970
9 -1 0 0 -1 0.07425
10 -1 0 0 1 0.08370
11 1 0 0 -1 0.07590
12 1 0 0 1 0.08635
13 0 -1 -1 0 0.08295
14 0 -1 1 0 0.08395
15 0 1 -1 0 0.08485
16 0 1 1 0 0.08950
17 -1 0 -1 0 0.08205
18 -1 0 1 0 0.08260
19 1 0 -1 0 0.08325
20 1 0 1 0 0.08430
21 0 -1 0 -1 0.07925
22 0 -1 0 1 0.08670
23 0 1 0 -1 0.07965
24 0 1 0 1 0.09330
25 0 0 0 0 0.11250
26 0 0 0 0 0.11350
27 0 0 0 0 0.11560
表2 优化实验设计与结果
Table 2 Experiment design and results
交互影响效应并不显著。实验范围内，浸提时间和浸
提温度对应的响应曲面坡度比较陡，说明浸提时间
和浸提温度对提取率影响较大，当浸提温度低于
75℃时，提取率是随着浸提温度的增大而升高，当超
过这一温度，提取率却随温度的增大而降低。浸提时
间及浸提温度分别为1.5～3.5h和65～75℃的范围内，
红托竹荪多糖的得率达到最大。
如图7所示，在浸提温度和提取次数分别75℃和
2次时，浸提取时间和料液比对提取红托竹荪多糖的
交互影响效应不显著。料液比对应的响应曲面坡度
较陡，从而说明料液比对提取率的影响显著。浸取时
间和料液比分别在1.5～3.5h和1∶19～1∶31.1的范围内
时，多糖的得率达到最大。
如图8所示，提取次数和浸提取时间对多糖提取
的交互影响效应不显著。浸提时间所对应的响应曲
面坡度比较平缓，表明浸提时间对多糖的提取率的
影响不显著。浸提时间和提取次数分别在1.5～3.5h和
1～2次时，多糖的得率可达到最大。
由图9可知，浸提温度和料液比对提取多糖的交
互影响不显著。浸提温度和料液比对应的响应曲面
坡度比较陡，表明对多糖提取率的影响显著。浸提温
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图7 浸提时间、料液比及其交互作用对热水浸提红托竹荪多
糖的响应面图
Fig.7 Response surface plot and its contour plot of extraction time
and ratio of water to raw material as well as theirs mutual
interactions on extraction of polysaccharides
Y：
多
糖
提
取
率
（
%）
料液比
-0.9
0.108
0.084
0.9 -0.9
0.9
时间
图8 浸提时间、提取次数及其交互作用对热水浸提红托竹荪
多糖的响应面图
Fig.8 Response surface plot and its contour plot of extraction time
and number of extraction as well as theirs mutual interactions
on extraction of polysaccharides
Y：
多
糖
提
取
率
（
%）
次数
-0.9
0.114
0.078
0.9 -0.9
0.9
时间
图9 浸提温度、料液比及其交互作用对热水浸提红托竹荪多
糖的响应面图
Fig.9 Response surface plot and its contour plot of extraction
temperature and ratio of water to raw material as well as theirs
mutual interactions on extraction of polysaccharides
Y：
多
糖
提
取
率
（
%）
料液比
-0.9
0.11
0.085
0.9 -0.9
0.9
温度
度和料液比分别65～75℃和1∶19～1∶31的范围内时，多
糖的提取率可达到最大。
如图10可看出，当浸提取时间和料液比分别为
3.5h和1∶31时，浸提温度和提取次数对多糖的提取率
的交互影响效应并不显著。实验测定范围之内，浸提
温度所对应的响应曲面坡度比较陡，则说明浸提温
度对多糖的提取率的影响较大。当浸提温度低于
75℃时，提取率随温度增大反而增大，当超过这一温
度时，提取率会随着温度的增高而降低。因此，浸提
温度和提取次数分别在65～75℃和1～2次的范围内，
多糖的提取率可以达到最大。
如图11可知，料液比和提取次数对提取多糖的
交互影响效应显著。在实验范围内，料液比和提取次
数分别为1∶19～1∶31和1～2次范围内，多糖的提取率可
达到最大。
2.3.2 验证实验 据响应曲面设计得出的最佳为：
浸提取时间3.51h，浸提温度75℃，料液比1∶31.1，提取
次数2次，在此条件下红托竹荪多糖的得率为11.92%。
考虑到实际操作，将以上结果优化为：浸提取时间
3.5h，浸提温度75℃，料液比1∶31，提取次数2次，此条
件下多糖实际得率为12.05%，与预测值相对误差小
于1%。结果表明响应曲面法所得的优化提取工艺参
数准确且较为可靠，所得的多糖提取条件有一定的
应用价值。
图10 浸提温度、提取次数及其交互作用对热水浸提红托竹
荪多糖的响应面图
Fig.10 Response surface plot and its contour plot of extraction
temperature and number of extraction as well as theirs mutual
interactions on extraction of polysaccharides
Y：
多
糖
提
取
率
（
%）
次数
-0.9
0.114
0.078
0.9 -0.9
0.9
温度
图11 料液比、提取次数及其交互作用对热水浸提红托竹荪
多糖的响应面图
Fig.11 Response surface plot and its contour plot of ratio of
water to raw material and number of extraction as well as theirs
mutual interactions on extraction of polysaccharides
Y：
多
糖
提
取
率
（
%）
次数
-0.9
0.114
0.078
0.9 -0.9
0.9
料液比
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Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术
2013年第18期
化、保油保水的作用，产品品质较差。水化法添加的
产品品质较干法相比，在质构、感官、保油保水性等
方面都有显著提高。而乳化法的效果最好，可以有效
的改善产品的风味和口感，增加产品的弹性和咀嚼
性，提高产品的解冻、烤制得率和保油保水性，有望
在实际生产中推广应用。
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3 结论
本实验在单因素实验结果的基础上，进行了响
应曲面实验设计，对热水浸提红托竹荪多糖的提取
工艺进行了优化，结果表明提取时间、提取温度、料
液比、提取次数四个因素对红托竹荪多糖提取率的
影响大小为：提取次数＞浸提温度＞料液比＞浸提时
间，最佳工艺条件为浸提温度75℃，浸提取时间3.5h，
提取次数2，料液比1∶31，此时的红托竹荪多糖的提
取率达12.05%。
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