王芳，杨飘，卢会敏，张硕，刘松青

(成都师范学院 化学与生命科学学院，成都 611130)

膳食纤维，目前已被列为继蛋白质、脂肪、水、矿物质、维生素、碳水化合物之后的“第七类营养素”[1]，其中的可溶性膳食纤维(SDF)具有预防心血管疾病，降低血脂、血糖、胆固醇，减少糖尿病和肿瘤发生等功效[2,3]，被广泛应用于烘焙食品、饮料、汤料、调味品及果冻制品生产中[4,5]，应用前景较好。

羊肚菌作为近年来开发栽培成功的集食用、药用于一体的珍惜真菌新品种，已备受国内外学者的广泛关注[6-10]。其子实体含丰富的膳食纤维[11,12]，便于开发功能性新型食品，增加羊肚菌残品的利用率。然而，现有报道鲜见从羊肚菌中提取可溶性膳食纤维的研究。目前， SDF提取方法主要有化学法[13]、发酵法[14]、超声波提取法等[15]，其中化学法应用较为成熟，具有成本低、易操作、适应性强的优点。本试验以羊肚菌为原料，采用化学法提取羊肚菌可溶性膳食纤维，利 用单因素和响应面设计优化最佳提取工艺，为羊肚菌的综合利用提供了理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

羊肚菌：由四川北川神农有限责任公司提供。

1.2 仪器、试剂

FK-A组织捣碎机 江苏金坛市金城国胜实验仪器厂；DHG-9123A电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；JA3003精密电子天平 上海良平仪器仪表有限公司；SC-3610低速离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司；HWS12恒温水浴锅 上海一恒科技有限公司；JH-ZLS-3真空旋转浓缩仪 上海申光仪器仪表有限公司；pHSJ-4F 上海雷磁精密酸度计 仪电科学仪器股份有限公司。氢氧化钠、盐酸、无水乙醇：分析纯试剂。

1.3 方法

1.3.1 羊肚菌可溶性膳食纤维的提取工艺流程

羊肚菌→粉碎过筛→NaOH溶液提取→水浴→离心→滤渣→二次浸提→合并滤液→盐酸调节pH值→浓缩→抽滤→醇沉→水洗→烘干→羊肚菌可溶性膳食纤维(SDF)。

1.3.2 羊肚菌可溶性膳食纤维的提取工艺要点

碱提：准确称取羊肚菌粉于试管中，加入一定浓度的氢氧化钠溶液，放置恒温水浴锅中碱提，离心，分离上清液和滤渣。

浓缩：真空旋转蒸发合并的上清液，温度调节为60 ℃，真空度为0.08 MPa。

醇沉：将蒸发浓缩的上清液按与乙醇1∶4进行沉淀，离心处理，用蒸馏水将离心所得沉淀物复溶至20 mL，再重复用乙醇沉淀，最终离心得沉淀物为可溶性膳食纤维。

1.3.3 可溶性膳食纤维得率计算

将可溶性膳食纤维得率作为最终评定指标，每个处理重复平行3次。可溶性膳食纤维得率=m1/m2×100%，式中：m1为提取的羊肚菌SDF的质量，g；m2为称取的羊肚菌粉的质量，g。

1.3.4 单因素试验

1.3.4.1 料液比对羊肚菌SDF得率的影响

选取料液比分别为1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，碱液浓度为1%，温度为70 ℃，浸提时间为60 min，以得率为评价指标，研究料液比对羊肚菌SDF得率的影响。

1.3.4.2 碱液浓度对羊肚菌SDF得率的影响

选取提取液的浓度分别为0.5%，0.75%，1%，1.25%，1.5%，料液比为1∶20，温度为70 ℃，浸提时间为60 min，以得率为评价指标，研究浸提液的浓度对羊肚菌SDF得率的影响。

1.3.4.3 提取温度对羊肚菌SDF得率的影响

选取温度为60，70，80，90，100 ℃，碱液浓度为1%，料液比1∶20，浸提时间60 min，以得率为评价指标，研究提取温度对羊肚菌SDF得率的影响。

1.3.4.4 提取时间对羊肚菌SDF得率的影响

选取提取时间为30，60，90，120，150 min，碱液浓度为1%，料液比为1∶20，提取温度为70 ℃，以得率为评价指标，研究提取时间对羊肚菌SDF得率的影响。

1.3.5 羊肚菌可溶性膳食纤维响应面优化试验设计

以单因素试验为基础，利用Box-Behnken设计建立数学模型。对影响羊肚菌SDF得率的4个因素，即料液比(X1)、浸提液浓度(X2)、提取温度(X3)、提取时间(X4)进行考察，设计因素水平表，见表1。所得试验结果采用Design-Expert 8.0.6软件进行分析。

表1 响应面分析因素与水平表Table 1 Factors and levels of response surface analysis

2 结果与分析

2.1 羊肚菌SDF制备工艺单因素试验

2.1.1 料液比对羊肚菌SDF得率的影响

料液比对羊肚菌SDF得率的影响，见图1。

图1 料液比对SDF得率的影响Fig.1 Effects of solid-liquid ratios on SDF yield

由图1可知，料液比对SDF得率具有一定的影响，料液比在1∶10～1∶20 (g/mL)之间时，羊肚菌SDF得率显著升高，在1∶20 (g/mL)时SDF得率达到最大值。当料液比在1∶20～1∶30 (g/mL)时，羊肚菌SDF得率增加量开始减少。这是由于在适当料液比范围内，料液比的增加可以增强SDF的溶出，但料液比超过某一值时，碱液的浓度稀释降低了羊肚菌SDF的提取效果，综合经济及后续试验处理的工作量考虑，采用料液比1∶20左右较为适宜。

2.1.2 碱液浓度对羊肚菌SDF得率的影响

碱液浓度对羊肚菌SDF得率的影响，见图2。

图2 碱液浓度对SDF得率的影响Fig.2 Effect of NaOH concentration on SDF yield

由图2可知，碱液浓度在0.5%～1.25%之间时，羊肚菌SDF得率随提取液浓度的增加而增大；在1.25%时SDF得率达到最大值；当碱液浓度超过1.25%时，SDF得率开始下降。羊肚菌SDF在碱液条件下溶解，与膳食纤维反应生成碱纤维素[16]，致使羊肚菌SDF得率降低。因此，综合产品得率和经济效益，选择碱液浓度为1.25%更有利于羊肚菌SDF的提取。

2.1.3 提取温度对羊肚菌SDF得率的影响

提取温度对羊肚菌SDF得率的影响，见图3。

图3 提取温度对SDF得率的影响Fig.3 Effect of extraction temperatures on SDF yield

由图3可知，提取温度在60～70 ℃时，随温度升高，羊肚菌SDF得率持续升高；在70 ℃时达到最大值；当温度在70～100 ℃时，随温度升高，羊肚菌SDF得率显著下降。分析原因可能是温度过高破坏了SDF分子结构中的氢键，导致其得率降低[17]。因此，最适提取温度为70 ℃。

2.1.4 提取时间对羊肚菌SDF得率的影响

提取时间对羊肚菌可溶性膳食纤维得率的影响，见图4。

图4 提取时间对SDF得率的影响Fig.4 Effect of extraction time on SDF yield

由图4可知，提取时间在30～60 min之间时，羊肚菌SDF得率随时间的增加而升高。当提取时间大于90 min之后时，羊肚菌SDF得率呈平稳趋势。这可能是由于SDF中的链结合是依赖于氢键实现的，相当牢固，通过化学作用断裂的时间较长。但若提取时间过久，SDF可能会发生裂解、解酯而降低提取效率[18]。因此，最佳提取时间为90 min。

2.2 响应面法优化提取羊肚菌SDF 提取工艺

为了获得羊肚菌SDF的最佳提取工艺，在单因素试验的基础上，以料液比(X1)、碱液浓度(X2)、提取温度(X3)、提取时间(X4)4个因素为自变量，以羊肚菌SDF得率为响应值，采用响应面法四因素三水平的实验设计，实验结果见表2。利用Design-Expert 8.0.6 软件中的Box-Behnken模型，建立回归方程，对表2中数据进行回归分析，回归分析结果见表3。

表2 响应面分析试验设计及结果Table 2 Experimental design and results of response surface analysis

表3 响应面回归模型方差分析表Table 3 Variance analysis for response surface regression model

续 表

注：“*”为P<0.05；“**”为P<0.01；“***”为P<0.001。

2.2.1 羊肚菌SDF提取工艺模型建立与显著性检验

对模型进行方差分析，结果见表3。由表3可知，模型的P值<0.0001，说明该数学模型极为显著；失拟项值为0.6757，差异不显著，表明该方程对试验的拟合度较好，可用来确定羊肚菌SDF制备的最佳工艺。对表2中数据进行回归分析，建立回归方程：Y=31.77-1.60X1-1.55X2-2.06X3-0.43X4-1.06X1X2+0.18X1X3-0.83X1X4-0.17X2X3+2.44X2X4+0.25X3X4-3.18X12-1.83X22-1.47X32-0.51X42。

式中：Y为可溶性膳食纤维得率；X1，X2，X3，X4分别为料液比、碱液浓度、提取温度、提取时间4个自变量的编码值。

表3中，影响羊肚菌SDF得率因素的F值可以反映该因素对试验影响的大小，F越大表明该因素对试验影响越大。X1，X2，X3，X4的F值分别为18.22，17.05，30.08，1.31，因此影响SDF得率的主次因素为：提取温度>料液比>碱液浓度>提取时间。

2.2.2 响应面分析及优化

为研究试验因素交互作用对羊肚菌SDF提取效果的影响，可以通过响应面分析实现。通过Design-Expert 8.0.6软件分析，所得的响应面图见图5～图10。

图5 料液比与碱液浓度响应面Fig.5 Interactive effect of solid-liquid ratio and NaOH concentration on yield of SDF

图6 料液比与提取温度响应面Fig.6 Interactive effect of solid-liquid ratio and extraction temperature on yield of SDF

图7 料液比与提取时间响应面Fig.7 Interactive effect of solid-liquid ratio and extraction time on yield of SDF

图8 碱液浓度与提取温度响应面Fig.8 Interactive effect of NaOH concentration and extraction temperature on yield of SDF

图9 碱液浓度与提取时间响应面Fig.9 Interactive effect of NaOH concentration and extraction time on yield of SDF

图10 提取温度与提取时间响应面Fig.10 Interactive effect of extraction temperature and extraction time on yield of SDF

由图5、图6、图8可知，羊肚菌SDF得率随碱液浓度、料液比、提取温度的增大，响应值即羊肚菌SDF得率增大。当其达到极值后，又因各因素值的增加，响应值下降。因素之间的交互作用不显著；由图7可知，SDF得率随料液比的增大呈先上升后下降的趋势，随时间延长而增大，两因素有交互作用，但不显著；由图9可知，SDF得率随提取时间延长而降低，随碱液浓度变化为先增大后减少。两因素对SDF得率的影响极显著，与方差分析结果相一致。由图10 可知，SDF得率随提取时间延长而增加，随提取温度为先增加后逐渐减少，其交互作用不显著。影响提取羊肚菌SDF的单因素方面为X3>X1>X2>X4，即提取温度>料液比>提取液浓度>提取时间。温度、料液比、碱液浓度对提取羊肚菌SDF的影响都是极显著的，所以在制备羊肚菌SDF时应严格控制好这些因素。

2.2.3 工艺优化与验证试验

经Design-Expert 8.0.6软件分析优化，可得到羊肚菌SDF最佳提取工艺参数为料液比1∶20.12 (g/mL)、 碱液浓度0.75%、提取温度62.79 ℃、提取时间60 min。在此最佳工艺提取条件下，SDF理论得率为 34.62%。考虑到试验可操作性，将制备的最优条件定为料液比1∶20(g/mL)、提取液浓度0.75%、提取温度63 ℃、提取时间 60 min。在此制备条件下进行3组平行验证试验，得到羊肚菌SDF的平均值为33.06%，与模型得出的羊肚菌SDF理论值比较接近，说明数学模型对优化羊肚菌SDF的提取工艺是可行的。

3 结论

本研究采用碱法提取羊肚菌中可溶性膳食纤维，通过单因素试验和响应面试验对其工艺条件进行优化，得到各因素对羊肚菌SDF得率的影响顺序为：提取温度>料液比>碱液浓度>提取时间；提取的最佳工艺参数为：料液比1∶20 (g/mL)、提取液浓度0.75%、提取温度63 ℃、提取时间60 min，在此工艺条件下羊肚菌SDF得率为33.06%。本试验为综合利用羊肚菌资源研究奠定了理论基础。