全 文 ：第７卷第３期
２００９年５月
生 物 加 工 过 程
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｐｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．７Ｎｏ．３
Ｍａｙ２００９
收稿日期：２００８－０９－２６
基金项目：广东省科技厅项目（２００８Ｂ０２０２００００１）
作者简介：谢建华（１９８３—），男，江西永丰人，硕士，研究方向：食品化学与食品生物技术；单 斌（联系人），高级实验师，Ｅｍａｉｌ：ｓｈａｎｌｉｂｂｒ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
响应面法优化微波辅助提取发酵虫草菌丝体
多糖工艺
谢建华１，单 斌１，２，张卫国２
（１．南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，南昌 ３３００４７；
２．韶关学院 英东生物学院食品科学系，韶关 ５１２００５）
摘 要：为优化发酵虫草菌粉多糖的微波辅助提取工艺，在单因素实验基础上，以液固比、微波功率以及提取时间
为自变量，多糖提取率为响应值，采用中心组合设计的方法，研究各自变量及其交互作用对多糖提取率的影响。利
用ＳＡＳ软件和响应面分析相结合的方法对发酵虫草菌粉多糖的微波辅助提取工艺进行优化，确定了微波辅助提取
多糖的最佳条件：液固比值１２２，微波功率６５０５Ｗ，提取时间１１８ｍｉｎ，在此条件下，多糖提取率达到６４１％。采
用此法提取的虫草菌丝体多糖，当质量浓度为１ｍｇ／ｍＬ时，对二苯代苦味肼基自由基（ＤＰＰＨ）清除率达到７６％。
关键词：发酵虫草菌丝体；微波辅助提取；多糖；响应面
中图分类号：ＴＳ２５５３６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２００９）０３－００３４－０５
ＭｉｃｒｏｗａｖｅａｓｓｉｓｔｅｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓｆｒｏｍｆｅｒｍｅｎｔｅｄＣｏｒｄｙｃｅｐｓ
ｓｉｎｅｎｓｉｓｍｙｃｅｌｉｕｍｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓ
ＸＩＥＪｉａｎｈｕａ１，ＳＨＡＮＢｉｎ１，２，ＺＨＡＮＧＷｅｉｇｕｏ２
（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００４７，Ｃｈｉｎａ；
２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＹｉｎｇｄｏｎｇＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＣｏｌｅｇｅ，ＳｈａｏｇｕａｎＣｏｌｅｇｅ，Ｓｈａｏｇｕａｎ５１２００５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅａｓｓｉｓｔｅｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｆｒｏｍ ｆｅｒｍｅｎｔｅｄ
Ｃｏｒｄｙｃｅｐｓｓｉｎｅｎｓｉｓｍｙｃｅｌｉｕｍｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｅｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅ
ｒａｔｉｏｏｆｗａｔｅｒｔｏｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅｐｏｗｅｒ，ａｎｄｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｅｎｔｒａｌ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｑｕａｄｒａｔｉｃｅｑｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙ
ＳＡＳｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅａｓｆｏｌｏｗｓ：ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｓｏｌｖｅｎｔｔｏｍａｔｅｒｉａｌ１２２，ｍｉｃｒｏｗａｖｅｐｏｗｅｒ
６５０５Ｗ，ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｉｍｅ１１８ｍｉｎ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓｗａｓｕｐ
ｔｏ６４６％．Ｔｈｅｓｃａｖｅｎｇｉｎｇｒａｔｅｏｆｔｈｅｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓｏｎ１，１ｄｉｐｈｅｎｙｌ２ｐｉｃｒｙｌｈｙｄｒａｚｙｌｒｅａｃｈｅｄ７６％ ａｔ
ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ１ｍｇ／ｍＬ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｒｄｙｃｅｐｓｓｉｎｅｎｓｉｓｍｙｃｅｌｉｕｍ；ｍｉｃｒｏｗａｖｅａｓｓｉｓｔｅｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ；ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒ
ｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
虫草（Ｃｏｒｄｙｃｅｐｓｓｉｎｅｎｓｉｓ）为我国名贵中药，隶属
于真菌界、真菌门、子囊菌亚门、核菌纲、肉座菌目、
麦角菌科［１］，是一类极具保健功能的药用真菌。虫
草多糖作为虫草中含量较高的生物活性物质之一，
引起了人们的极大兴趣和广泛关注。大量医学实
验证实［２－５］，虫草多糖可激活巨噬细胞，刺激抗体产
生，提高人体免疫力。由于天然虫草稀少并极其昂
贵，目前市场上已经出现一些可替代天然虫草的发
酵虫草菌丝体粉。
微波辅助提取技术是近年来新发展起来的一种
方法，相比于传统的回流提取、索氏提取等方法，具有
选择性高、快速高效、节能、节省溶剂、污染小、质量稳
定等优点，可以避免长时间的高温引起试样的分解，
已被应用于植物活性成分的提取［６－７］。目前将微波
技术用于发酵虫草菌丝体粉有效成分的提取还未见
报道。响应面分析（ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓ，简称
ＲＳＡ）可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，已成为精度高、应用广并具有实
用价值的优化技术［８］。
本文将微波辅助提取技术应用于发酵虫草
菌丝体多糖的提取，通过响应曲面法实验设计初
步探求微波辅助提取发酵虫草菌丝体多糖的最
佳工艺条件，为微波提取发酵虫草菌丝体多糖的
工业化生产提供理论参考。进一步研究该法提
取出的发酵虫草菌丝体多糖对 ＤＰＰＨ自由基的
清除能力。
１ 材料与方法
１１ 材料和试剂
发酵虫草菌丝体粉，浙江万丰制药有限公司；
蒸馏水；二苯代苦味肼基自由基（ＤＰＰＨ），Ｓｉｇｍａ公
司；葡萄糖、蒽酮、浓硫酸、无水乙醇、氯仿、正丁醇，
均为国产分析纯。
１２ 仪器
ＧａｌａｎｚＷＤ８００Ｂ型微波炉，上海新仪微波化学
科技有限公司；７５２型紫外可见分光光度计，上海第
三分析仪器厂；ＦＡ１１０４电子天平，上海精天电子仪
器厂；ＥＹＥＬＡＮ １０００旋转蒸发仪，日本东京理化
器械株式会社；ＺＫ ８２８型电热真空干燥箱，上海跃
进医疗器械厂。
１３ 实验方法
１３１ 虫草菌丝体多糖制取工艺流程
虫草菌丝体→微波提取→离心→上清液→减
压浓缩至原体积的１／４→醇沉过夜→离心→洗涤→
得粗提物→真空干燥→多糖粗品。
１３２ 虫草菌丝体多糖提取率的计算
多糖质量的测定采用蒽酮 硫酸法［９］
多糖提取率（％）＝［多糖干质量（ｇ）／原料质
量（ｇ）］×１００％
１３３ 虫草菌丝体多糖对ＤＰＰＨ自由基清除试验
虫草菌丝体多糖待测液的配制：准确地将虫草
菌丝体多糖配成１０ｍｇ／ｍＬ，用超纯水将该溶液稀
释成１０种质量浓度：０１、０２、０３、０４、０５、０６、
０７、０８、０９、１０ｍｇ／ｍＬ，以维生素 Ｃ为对照。根
据文献［１０］所述方法，在５１７ｎｍ处测定吸光值，对
清除ＤＰＰＨ自由基的能力进行测定。
２ 结果与讨论
２１ 微波辅助提取发酵虫草菌丝体多糖单因素
实验
２１１ 提取时间对多糖提取率的影响
选择液固比为１２，微波功率为 ６４０Ｗ，提取 １
次，考察微波提取时间对发酵虫草菌丝体多糖提取
率的影响，结果如图１所示。
图１ 提取时间对多糖提取率的影响
Ｆｉｇ．１ Ｅｆｅｃｔｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｒａｔｅ
由图１可见：当提取时间为１２ｍｉｎ时，多糖提
取率达到最大；当提取时间超过１５ｍｉｎ时，多糖提
取率呈下降趋势。其原因可能是提取时间过短，多
糖溶解不充分，时间过长，可能引起多糖的分解，从
而导致提取率下降［１１］。
２１２ 液固比值对多糖提取率的影响
选择提取时间为１２ｍｉｎ，微波功率为６４０Ｗ，提
取１次，考察液固比值对发酵虫草菌丝体多糖提取
率的影响，结果如图２所示。
由图２可以看出：随着液固比值增大，多糖提取
率提高；但当液固比值达到１２后，提取率提高不明
显。从降低成本、节省能源及结合最优工艺参数等
角度考虑，加工中液固比值取值８～１５。
２１３ 微波功率对多糖提取率的影响
选择液固比值为１０，微波提取时间为１２ｍｉｎ，
５３ 第３期 谢建华等：响应面法优化微波辅助提取发酵虫草菌丝体多糖工艺
图２ 液固比值对多糖提取率的影响
Ｆｉｇ．２ Ｅｆｅｃｔｏｆｒａｔｉｏｏｆｗａｔｅｒｔｏｍａｔｅｒｉａｌｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｒａｔｅ
提取１次，考察微波功率对发酵虫草菌丝体多糖提
取率的影响，结果如图３所示。
图３ 微波功率对多糖提取率的影响
Ｆｉｇ．３ Ｅｆｅｃｔｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅｐｏｗｅｒｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｒａｔｅ
由图３可知：当微波功率在１６０～６４０Ｗ范围内，
多糖提取率随微波功率的增加而逐渐提高；微波功率
大于６４０Ｗ时，随着微波功率的增加，多糖提取率反
呈下降趋势。其原因可能是当微波辐射时间一定时，
辐射功率越高，物系吸收微波能越多，物系温升越快，
固液传质速度亦越快；且温度越高，对物料细胞破坏
作用越大，当微波功率超过一定范围时引起了多糖的
降解［１２］，在醇沉工艺中，小分子糖类保留在溶液中而
不能沉淀下来，故多糖含量降低。
２１４ 提取次数对多糖提取率的影响
选择液固比值为１０，微波提取时间为１２ｍｉｎ，
微波功率为６４０Ｗ，考察提取次数对发酵虫草菌丝
体多糖提取率的影响，结果如图４所示。
由图４可以看出：提取次数越多，多糖提取率越
高，其中提取次数为２次时，多糖提取率达到７３３％；
提取次数大于２次后多糖提取率变化不大。
２２ 响应面分析法优化虫草菌丝体多糖提取工艺
２２１ 实验设计
在单因素实验结果基础上，采用中心组合试验
图４ 提取次数对多糖提取率的影响
Ｆｉｇ．４ Ｅｆｅｃｔｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｓｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｒａｔｅ
ＢｏｘＢｅｈｎｋｅｎ设计方案，以液固比值（Ｘ１＝８、１２、１６）、微
波功率（Ｘ２＝４８０、６４０、８００）和提取时间（Ｘ３＝８、１２、１６）
为自变量，多糖提取率为响应值（Ｙ，％），设计３因素３
水平的实验，并选定３因素的零水平和波动区。
２２２ 实验结果与数据分析
采用ＳＡＳ对实验数据进行回归分析。１５个实
验点可分为２类：其一是析因点，自变量取值在 Ｘ１、
Ｘ２、Ｘ３所构成的三维顶点，共有１２个；其二是零点，
为区域的中心点，零点实验重复３次，用以估计实验
误差，实验安排及结果见表１。
表１ 实验安排及结果
Ｔａｂｌｅ１ ＴｅｓｔｐｒｏｇｒａｍａｎｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆＲＳＡ
试验号 Ｘ１ Ｘ２ Ｘ３ Ｙ／％
１ －１ －１ ０ ５９８
２ －１ １ ０ ６１７
３ １ －１ ０ ６１１
４ １ １ ０ ６２９
５ ０ －１ －１ ５９２
６ ０ －１ １ ６０７
７ ０ １ －１ ６１３
８ ０ １ １ ６３２
９ －１ ０ －１ ６２１
１０ １ ０ －１ ６２２
１１ －１ ０ １ ６２８
１２ １ ０ １ ６４５
１３ ０ ０ ０ ６４２
１４ ０ ０ ０ ６４５
１５ ０ ０ ０ ６４１
根据ＢｏｘＢｅｈｎｋｅｎ的中心组合设计原理［１３］，对
实验数据进行了回归分析，实验因子对响应值的影
响可用回归方程表示为：
Ｙ＝６４２７＋００５２Ｘ１＋０１０４Ｘ２＋００７９Ｘ３－
００５６Ｘ１Ｘ１－０００３Ｘ１Ｘ２＋００３８Ｘ１Ｘ３－
６３ 生 物 加 工 过 程 第７卷
０２３３Ｘ２Ｘ２＋００１Ｘ２Ｘ３－００８３Ｘ３Ｘ３
根据上述回归方程作出响应面分析图，见图５～７。
ｆｉｘｅｄｌｅｖｅｌｓ：Ｘ３＝０
图５ Ｙ＝ｆ（Ｘ１，Ｘ２）的响应面图
Ｆｉｇ．５ ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｆＹ＝ｆ（Ｘ１，Ｘ２）
ｆｉｘｅｄｌｅｖｅｌｓ：Ｘ２＝０
图６ Ｙ＝ｆ（Ｘ１，Ｘ３）的响应面图
Ｆｉｇ．６ ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｆＹ＝ｆ（Ｘ１，Ｘ３）
ｆｉｘｅｄｌｅｖｅｌｓ：Ｘ１＝０
图７ Ｙ＝ｆ（Ｘ２，Ｘ３）的响应面图
Ｆｉｇ．７ ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｆＹ＝ｆ（Ｘ２，Ｘ３）
由图５～７可以看出，微波功率和液固比值对多
糖提取率的影响较大，其中微波功率的影响最为显
著。由图５可知，当液固比值、微波功率在一定范围
内，多糖提取率随着液固比值和微波功率增加而提
高，但增加到一定程度，提取率反而下降。
以多糖含量为响应值，根据表 １结果，用 ＳＡＳ
统计分析软件进行多元回归分析，所得的主要分析
结果见表２。
表２ 回归方程各项的方差分析表
Ｔａｂｌｅ２ Ｖａｒｉａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ
方差
来源
平方和
（ＳＳ）
自由度
（ＤＦ） Ｆ值
Ｐ值
（Ｐｒｏｂ＞Ｆ）
Ｘ１ ００２２ １ ３６８５２ ０００１８
Ｘ２ ００８６ １ １４３９２１ ００００１
Ｘ３ ００５０ １ ８２９１８ ０００７１
Ｘ１Ｘ１ ００１２ １ １９２３７ ０００３５
Ｘ１Ｘ２ ００００ １ ００４１７ ００２７９
Ｘ１Ｘ３ ０００６ １ ０６６８５ ００００７
Ｘ２Ｘ２ ０２０１ １ ３３５９７６ ００００１
Ｘ２Ｘ３ ００００４ １ ２３３ ０４５０８
Ｘ３Ｘ３ ００２６ １ ４２８５４ ０００１３
模型 ０３８５ ９ ７１４６７ ００００１
失拟项 ０００３ ５
总离差 ０３８８ １４
注：为差异极显著（Ｐ＜０００１）；为差异高度显著
（Ｐ＜００１）；为差异显著（Ｐ＜００５）；Ｒ２＝０９９２３，Ａｄｊｕｓｔｅｄ
Ｒ２＝０９７８４。
由表２可知，方程一次项、二次项以及交互项都
呈显著影响，各具体实验因子对响应值的影响交互
影响的线性关系。微波功率对多糖提取率的影响
极显著（Ｐ＜０００１），由回归模型可知，微波功率对
多糖提取率的影响也是极显著的（Ｐ＜０００１，Ｒ２＝
０９９２３），说明此模型与实际实验拟合较好，实验失
拟项小。因此可用该回归方程代替实验真实点对
实验结果进行分析。
为确定各因素的最佳取值，可采用 ＳＡＳ软件进
行岭脊分析，得出回归模型存在最大值点，Ｙ的最大
估计值为６４６％，稳定点（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３）的代码值为
（００４４、００６５、－００５），对应的实际值为液固比值
１２２，微波功率６５０５Ｗ，提取时间１１８ｍｉｎ。
２２３ 实验验证
在上述优化条件下共进行３次平行验证实验，
测得发酵虫草菌丝体多糖平均提取率为６４１％，与
理论预测值相比，误差小于３％。
７３ 第３期 谢建华等：响应面法优化微波辅助提取发酵虫草菌丝体多糖工艺
２３ 虫草菌丝体多糖对ＤＰＰＨ自由基的清除作用
其清除能力以清除率表示，清除率越高，表示
提取物抗氧化作用越强。以多糖质量浓度为横坐
标，清除率为纵坐标作图，结果见图８。
图８ 虫草菌丝体多糖对ＤＰＰＨ自由基的清除效果
Ｆｉｇ．８ ＳｃａｖｅｎｇｉｎｇｅｆｅｃｔｏｎＤＰＰＨｆｒｅｅｒａｄｉｃａｌｓ
由图８可见，虫草菌丝体多糖、维生素Ｃ对ＤＰ
ＰＨ自由基均有不同程度抑制作用，在一定的质量浓
度范围内，虫草菌丝体多糖对ＤＰＰＨ自由基的清除效
率与多糖质量浓度呈一定的量效关系：质量浓度越
大，抗氧化活性越强。其中维生素Ｃ的抑制作用强于
虫草菌丝体多糖，随着质量浓度的增大虫草菌丝体多
糖和维生素Ｃ清除能力接近，０５ｍｇ／ｍＬ时清除率已
达５０％以上。虫草菌丝体多糖为１ｍｇ／ｍＬ时，清除率
达到７６％。
３ 结 论
在单因素试验的基础上，考察了液固比值、微
波功率以及提取时间对多糖提取率的影响。由响
应面分析实验得出，液固比值、微波功率以及提取
时间是影响多糖提取率的主要因素，其中微波功率
的影响最为显著。依据回归分析确定发酵虫草菌
丝体多糖微波辅助提取的最佳工艺：液固比值为
１２２，微波功率６５０５Ｗ，提取时间１１８ｍｉｎ。在此
工艺条件下，发酵虫草菌丝体多糖提取率可达
６４１％。从发酵虫草菌丝体多糖对ＤＰＰＨ自由基的
清除能力来看，微波辅助提取的最优工艺条件下所
提取的多糖活性保留较好。
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８３ 生 物 加 工 过 程 第７卷