1单因素试验结果
1.1超声时间对多糖提取得率的影响
提取时间在30min内，黄芩多糖提取得率随超声时间的延长逐渐增大，这说明在该段时间范围内，增加超声时间，超声波对黄芩细胞组织的影响程度增加，多糖的溶解更加完全，同时利于多糖由固体组织内部充分扩散到周围提取溶剂中；但超声时间超过30min后，多糖提取得率随超声时间的增加而缓慢降低，这可能是由于在较强的超声波作用下，超过一定超声时间导致多糖部分降解，致使多糖提取得率降低。因此，超声时间选择30min较为适宜。
1.2提取温度对多糖提取得率的影响
固定料液比1﹕30(g/mL)、超声时间30min、超声功率600W，考察提取温度40、50、60、70、80℃对黄芩多糖提取得率的影响，结果如图2所示。由图2可知，在40～60℃温度范围内，多糖提取得率随提取温度的增加而快速增加，在这一温度范围内，温度升高多糖溶解度增大，多糖由固体组织内部向周围提取溶剂的扩散速率增大，因此多糖提取得率快速提高，在60℃时多糖提取得率达到峰值；但超过60℃后多糖提取得率快速下降，这主要是由于在超声提取的过程中会释放大量的能量，提取温度过高可能会造成大分子多糖糖苷键断裂，导致多糖的结构变化、提取得率降低，这一现象在其它多糖的超声提取过程也已发现[13]。因此，采用超声波辅助提取黄芩多糖时，应选用60℃左右的温度比较适宜。
1.3超声功率对多糖提取得率的影响
固定料液比1﹕30(g/mL)、提取温度60℃、超声时间30min，考察超声功率600、750、900、1050、1200W对黄芩粗多糖提取得率的影响，结果如图3所示。由图3可以看到，超声功率在600～750W范围内，多糖提取得率随超声功率的增加而快速增加。但功率超过750W时，多糖提取得率随功率增加快速降低，说明较高的超声功率会产生较强的空化和剪切效应，这些强烈的作用不仅能破坏细胞壁，也可能导致多糖的快速降解，当降解的速率超过多糖增加的速率，会造成多糖提取得率的下降。而且对于特定的物质来说，超声波作用效果与超声功率、提取物的结构与性质有关系。不同的提取物需要不同的超声功率。所以，黄芩多糖的超声提取选用750W超声功率较为适宜。
2响应面设计试验结果
2.1Box-Behnken设计方案
根据单因素试验结果，选择超声时间(X1)、提取温度(X2)以及超声功率(X3)3个因素，以黄芩粗多糖提取得率(Ｙ)为响应值进行优化，根据Box-Behnken的中心组合试验设计原理[14]，设计3因素3水平的试验方案，试验因素和水平设计见表1，试验结果见表2。
2.2回归方程的构建和方差分析
通过SAS数据分析软件对表2中的响应面试验结果进行回归分析，以黄芩粗多糖的提取得率(Y)为因变量，超声时间(X1)、提取温度(X2)以及超声功率(X3)为自变量，进行回归拟合，得到回归方程：Y=12.1-0.0646X1+0.34X2+0.414X3-2.23X12-1.24X22-0.74X32-0.59X1X2+1.16X1X3+0.005X2X3对上述回归模型进行Ｆ检验，判定回归方程中各变量对响应值影响的显著性，概率越小，则相应变量的显著程度越高，方差分析结果见表3。由方差分析表3可以看出，各因素对提取得率影响次序为：超声功率提取温度超声时间。模型F=30.6139，P<0.0001差异有统计学意义，说明建立的模型极显著(P<0.01)；失拟项F=0.826,失拟项相对于绝对误差不显著，说明模型的拟合程度良好，未知因素对试验结果干扰很小。模型R2=0.975，AdjR2=0.943，表明模型与实际实验拟合较好，试验误差较小，可以用此模型对黄芩多糖的超声提取进行分析和预测。
2.3响应面分析
超声提取过程中，各因素对黄芩多糖提取得率影响的三维响应曲面见图4-6。响应面图形是响应值Y对应于试验因素X1、X2、X3所构成的三维空间的曲面图，响应面图可以直观的反映各因素及它们之间的交互作用对响应值的影响。固定超声功率750W，超声时间和提取温度对提取得率的交互影响如4所示，在20~31min超声时间内，随超声时间的增加多糖提取得率逐渐增加，在该段时间范围内延长超声时间有利于多糖的提取，当超声时间超过31min后出现提取得率缓慢降低的趋势，发生这一现象的可能原因是长的超声时间导致了多糖的降解[15]；而在50~63.8°C提取温度范围内，得率随温度的增加快速增加，当提取温度超过63.8°C时，随提取温度的增加提取得率快速降低，发生这一现象的原因除了在较高的温度和较强的超声波作用多糖可能降解之外，另一方面随温度的升高超声波的空化效应降低，从而导致提取得率的降低[16]。综合看提取温度对提取得率的影响相对较大。固定提取温度60℃，超声时间和超声功率对提取得率的交互影响如5所示。由图5可以看到，超声时间和超声功率的等值线图呈现显著的椭圆形，说明二者的交互作用较强。在20~27.5min的超声时间和600~675W的超声功率范围内，提取得率随时间和功率的增加由10.2%逐渐增加到11.1%；之后随提取时间和超声功率的增加，提取得率逐渐降低。说明在较强的超声功率作用下，在短时间内多糖的溶解和扩散即可达到平衡，而过高的超声功率和长的超声时间共同的作用结果会成提取得率的降低。固定超声时间30min,提取温度和超声功率对提取得率的交互影响如6所示。由图6可以看到，多糖提取得率随超声功率和提取温度的增加逐渐增加，在超声功率为787W、提取温度为61.5℃时多糖提取得率达到最大值11.1%，之后随超声功率和提取温度的增加逐渐降低，说明在一定的范围内增加超声功率和提取温度都有利于多糖提取得率的增加，但过分增加超声功率和提取温度也都会造成提取得率的降低，适宜的超声功率和提取温度对黄芩多糖的提取是十分必要的。
2.4最优提取工艺的确定
通过对响应面图以及利用Design-Expert6.0的软件对实验数据的优化分析，确定了超声提取黄芩多糖的最佳提取条件:超声时间30.05min，提取温度60.12℃，超声功率754.8W，该条件下黄芩多糖理论提取得率为12.16%。考虑到试验的可操作性，把上述优化提取条件修正为超声波提取时间为30min，超声波提取温度为61℃，超声波功率为755W，重复3次进行验证试验，得到黄芩多糖平均提取得率为12.95%，相对预测值的误差为0.65%，相对误差不到1%，验证了模型的可行性。因此应用响应面法优化超声提取黄芩多糖获得的工艺参数是可靠的，具有一定的实用价值。
作者：李海平 陈瑞战 金辰光 蔡艳 陆娟 刘春明 苏丽红 单位：长春师范大学化学学院
