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1單因素試驗(yàn)結(jié)果 1.1超聲時(shí)間對(duì)多糖提取得率的影響 提取時(shí)間在30min內(nèi)，黃芩多糖提取得率隨超聲時(shí)間的延長逐漸增大，這說明在該段時(shí)間范圍內(nèi)，增加超聲時(shí)間，超聲波對(duì)黃芩細(xì)胞組織的影響程度增加，多糖的溶解更加完全，同時(shí)利于多糖由固體組織內(nèi)部充分?jǐn)U散到周圍提取溶劑中；但超聲時(shí)間超過30min后，多糖提取得率隨超聲時(shí)間的增加而緩慢降低，這可能是由于在較強(qiáng)的超聲波作用下，超過一定超聲時(shí)間導(dǎo)致多糖部分降解，致使多糖提取得率降低。因此，超聲時(shí)間選擇30min較為適宜。 1.2提取溫度對(duì)多糖提取得率的影響 固定料液比1﹕30(g/mL)、超聲時(shí)間30min、超聲功率600W，考察提取溫度40、50、60、70、80℃對(duì)黃芩多糖提取得率的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，在40～60℃溫度范圍內(nèi)，多糖提取得率隨提取溫度的增加而快速增加，在這一溫度范圍內(nèi)，溫度升高多糖溶解度增大，多糖由固體組織內(nèi)部向周圍提取溶劑的擴(kuò)散速率增大，因此多糖提取得率快速提高，在60℃時(shí)多糖提取得率達(dá)到峰值；但超過60℃后多糖提取得率快速下降，這主要是由于在超聲提取的過程中會(huì)釋放大量的能量，提取溫度過高可能會(huì)造成大分子多糖糖苷鍵斷裂，導(dǎo)致多糖的結(jié)構(gòu)變化、提取得率降低，這一現(xiàn)象在其它多糖的超聲提取過程也已發(fā)現(xiàn)[13]。因此，采用超聲波輔助提取黃芩多糖時(shí)，應(yīng)選用60℃左右的溫度比較適宜。 1.3超聲功率對(duì)多糖提取得率的影響 固定料液比1﹕30(g/mL)、提取溫度60℃、超聲時(shí)間30min，考察超聲功率600、750、900、1050、1200W對(duì)黃芩粗多糖提取得率的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看到，超聲功率在600～750W范圍內(nèi)，多糖提取得率隨超聲功率的增加而快速增加。但功率超過750W時(shí)，多糖提取得率隨功率增加快速降低，說明較高的超聲功率會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的空化和剪切效應(yīng)，這些強(qiáng)烈的作用不僅能破壞細(xì)胞壁，也可能導(dǎo)致多糖的快速降解，當(dāng)降解的速率超過多糖增加的速率，會(huì)造成多糖提取得率的下降。而且對(duì)于特定的物質(zhì)來說，超聲波作用效果與超聲功率、提取物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)有關(guān)系。不同的提取物需要不同的超聲功率。所以，黃芩多糖的超聲提取選用750W超聲功率較為適宜。 2響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果 2.1Box-Behnken設(shè)計(jì)方案 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇超聲時(shí)間(X1)、提取溫度(X2)以及超聲功率(X3)3個(gè)因素，以黃芩粗多糖提取得率(Y)為響應(yīng)值進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)Box-Behnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[14]，設(shè)計(jì)3因素3水平的試驗(yàn)方案，試驗(yàn)因素和水平設(shè)計(jì)見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2。 2.2回歸方程的構(gòu)建和方差分析 通過SAS數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)表2中的響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，以黃芩粗多糖的提取得率(Y)為因變量，超聲時(shí)間(X1)、提取溫度(X2)以及超聲功率(X3)為自變量，進(jìn)行回歸擬合，得到回歸方程：Y=12.1-0.0646X1+0.34X2+0.414X3-2.23X12-1.24X22-0.74X32-0.59X1X2+1.16X1X3+0.005X2X3對(duì)上述回歸模型進(jìn)行F檢驗(yàn)，判定回歸方程中各變量對(duì)響應(yīng)值影響的顯著性，概率越小，則相應(yīng)變量的顯著程度越高，方差分析結(jié)果見表3。由方差分析表3可以看出，各因素對(duì)提取得率影響次序?yàn)椋撼暪β侍崛囟瘸晻r(shí)間。模型F=30.6139，P<0.0001差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明建立的模型極顯著(P<0.01)；失擬項(xiàng)F=0.826,失擬項(xiàng)相對(duì)于絕對(duì)誤差不顯著，說明模型的擬合程度良好，未知因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果干擾很小。模型R2=0.975，AdjR2=0.943，表明模型與實(shí)際實(shí)驗(yàn)擬合較好，試驗(yàn)誤差較小，可以用此模型對(duì)黃芩多糖的超聲提取進(jìn)行分析和預(yù)測。 2.3響應(yīng)面分析 超聲提取過程中，各因素對(duì)黃芩多糖提取得率影響的三維響應(yīng)曲面見圖4-6。響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值Y對(duì)應(yīng)于試驗(yàn)因素X1、X2、X3所構(gòu)成的三維空間的曲面圖，響應(yīng)面圖可以直觀的反映各因素及它們之間的交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響。固定超聲功率750W，超聲時(shí)間和提取溫度對(duì)提取得率的交互影響如4所示，在20~31min超聲時(shí)間內(nèi)，隨超聲時(shí)間的增加多糖提取得率逐漸增加，在該段時(shí)間范圍內(nèi)延長超聲時(shí)間有利于多糖的提取，當(dāng)超聲時(shí)間超過31min后出現(xiàn)提取得率緩慢降低的趨勢，發(fā)生這一現(xiàn)象的可能原因是長的超聲時(shí)間導(dǎo)致了多糖的降解[15]；而在50~63.8°C提取溫度范圍內(nèi)，得率隨溫度的增加快速增加，當(dāng)提取溫度超過63.8°C時(shí)，隨提取溫度的增加提取得率快速降低，發(fā)生這一現(xiàn)象的原因除了在較高的溫度和較強(qiáng)的超聲波作用多糖可能降解之外，另一方面隨溫度的升高超聲波的空化效應(yīng)降低，從而導(dǎo)致提取得率的降低[16]。綜合看提取溫度對(duì)提取得率的影響相對(duì)較大。固定提取溫度60℃，超聲時(shí)間和超聲功率對(duì)提取得率的交互影響如5所示。由圖5可以看到，超聲時(shí)間和超聲功率的等值線圖呈現(xiàn)顯著的橢圓形，說明二者的交互作用較強(qiáng)。在20~27.5min的超聲時(shí)間和600~675W的超聲功率范圍內(nèi)，提取得率隨時(shí)間和功率的增加由10.2%逐漸增加到11.1%；之后隨提取時(shí)間和超聲功率的增加，提取得率逐漸降低。說明在較強(qiáng)的超聲功率作用下，在短時(shí)間內(nèi)多糖的溶解和擴(kuò)散即可達(dá)到平衡，而過高的超聲功率和長的超聲時(shí)間共同的作用結(jié)果會(huì)成提取得率的降低。固定超聲時(shí)間30min,提取溫度和超聲功率對(duì)提取得率的交互影響如6所示。由圖6可以看到，多糖提取得率隨超聲功率和提取溫度的增加逐漸增加，在超聲功率為787W、提取溫度為61.5℃時(shí)多糖提取得率達(dá)到最大值11.1%，之后隨超聲功率和提取溫度的增加逐漸降低，說明在一定的范圍內(nèi)增加超聲功率和提取溫度都有利于多糖提取得率的增加，但過分增加超聲功率和提取溫度也都會(huì)造成提取得率的降低，適宜的超聲功率和提取溫度對(duì)黃芩多糖的提取是十分必要的。 2.4最優(yōu)提取工藝的確定 通過對(duì)響應(yīng)面圖以及利用Design-Expert6.0的軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)化分析，確定了超聲提取黃芩多糖的最佳提取條件:超聲時(shí)間30.05min，提取溫度60.12℃，超聲功率754.8W，該條件下黃芩多糖理論提取得率為12.16%?？紤]到試驗(yàn)的可操作性，把上述優(yōu)化提取條件修正為超聲波提取時(shí)間為30min，超聲波提取溫度為61℃，超聲波功率為755W，重復(fù)3次進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到黃芩多糖平均提取得率為12.95%，相對(duì)預(yù)測值的誤差為0.65%，相對(duì)誤差不到1%，驗(yàn)證了模型的可行性。因此應(yīng)用響應(yīng)面法優(yōu)化超聲提取黃芩多糖獲得的工藝參數(shù)是可靠的，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
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