Box-Behnken响应面法优化超声波-微波协同提取玫瑰茄多糖工艺

黄琼; 何燕萍

doi:10.19303/j.issn.1008-0384.2018.12.016

Box-Behnken响应面法优化超声波-微波协同提取玫瑰茄多糖工艺

doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2018.12.016

黄琼,
何燕萍

福建农业职业技术学院, 福建福州 350003

基金项目:

福建省教育厅中青年项目 JAT171003

详细信息

作者简介:
黄琼(1976-), 女, 硕士, 副教授, 主要从事天然产物开发与利用的科研与教学工作(E-mail:495262349@qq.com)

中图分类号: TS201.2
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出版历程
- 收稿日期: 2018-09-16
- 修回日期: 2018-11-18
- 刊出日期: 2018-12-28

Optimization of Ultrasound/Microwave-assisted Extraction of Polysaccharides from Hibiscus sabdariffa L. by Box-Behnken Response Surface Methodology

Fujian Vocational College of Agriculture, Fuzhou, Fujian 350003, China

摘要

摘要: 在单因素试验基础上，以玫瑰茄为原料，液料比、提取时间和微波功率为自变量，玫瑰茄多糖得率为因变量，采用Box-Behnken响应面法优化超声波-微波协同提取玫瑰茄多糖工艺，并和水浴浸提、微波提取、超声波提取进行比较。结果表明：超声波-微波协同提取玫瑰茄多糖最佳工艺条件为：液料比（mL:g）20:1，提取时间15 min，微波功率150 W，超声波功率240 W。最佳提取条件下，玫瑰茄多糖提取率为3.51%。超声波-微波协同提取玫瑰茄多糖工艺可行，操作简单。与其他提取法相比，不仅缩短了提取时间，而且提高玫瑰茄多糖的提取率。
- Box-Behnken响应面法 /
- 超声波-微波协同 /
- 玫瑰茄 /
- 多糖 /
- 提取
Abstract: The extraction of polysaccharides from Hibiscus sabdariffa L. utilizing both ultrasound and microwave was optimized by Box-Behnken response surface methodology. For the single factor experiment the independent variables were the solvent-substrate ratio, extraction time and microwave power applied for the process. The resulting polysaccharides yields were compared among the various processes including the water, microwave-assisted, ultrasound-assisted, and ultrasonic/microwave-assisted extractions. The combination of ultrasonic and microwave was found to improve the efficiency and time-saving for the process. It was, therefore, further optimized using the Box-Behnken response surface method to finalize the extraction that required a solvent-substrate ratio of 20:1 (mL:g), an extraction duration of 15min, and a combined application of 150 W microwave power and 240 W ultrasound to reach a 3.51% polysaccharide yield from H. sabdariffa.
- Box-Behnken response surface methodology /
- ultrasound-microwave combination /
- Hibiscus sabdariffa L. /
- polysaccharides /
- extraction

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图 1 超声波功率对玫瑰茄多糖得率的影响

Figure 1. Effect of ultrasonic power on polysaccharides yield from H. sabdariffa

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图 2 液料比对玫瑰茄多糖得率影响

Figure 2. Effect of solvent-substrate ratio on polysaccharides yield from H. sabdariffa

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图 3 提取时间对玫瑰茄多糖得率的影响

Figure 3. Effect of extraction time on polysaccharides yield from H. sabdariffa

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图 4 微波功率对玫瑰茄多糖得率的影响

Figure 4. Effect of microwave power on polysaccharides yield from H. sabdariffa

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图 5 液料比和提取时间对玫瑰茄多糖得率影响的响应面和等高线

注：左图为响应面，右图为等高线。图 6、7同。

Figure 5. Response surface and contour plot showing interactive effect of solvent-substrate ratio and extraction time on polysaccharides yield from H. sabdariffa

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图 6 液料比和微波功率对玫瑰茄多糖得率影响的响应面和等高线

Figure 6. Response surface and contour plot showing interactive effect of solvent-substrate ratio and microwave power on polysaccharides yield from H. sabdariffa

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图 7 提取时间和微波功率对玫瑰茄多糖得率影响的响应面和等高线

Figure 7. Response surface and contour plot showing interactive effect of extraction time and microwave power on polysaccharides yield from H. sabdariffa

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表 1 响应面试验因素水平

Table 1. Factors and levels of RAS test

水平	A液料比/(mL:g)	B提取时间/min	C微波功率/W
-1	15:1	10	100
0	20:1	15	150
1	25:1	20	200

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表 2 Box-Behnken设计方案及试验结果

Table 2. Box-Behnken design and results

试验号	液料比/(mL:g)	提取时间/min	微波功率/W	多糖得率/%
1	-1	-1	0	2.16
2	1	-1	0	0.87
3	-1	1	0	1.02
4	1	1	0	1.56
5	-1	0	-1	1.99
6	1	0	-1	1.34
7	-1	0	1	1.94
8	1	0	1	1.53
9	0	-1	-1	1.63
10	0	1	-1	0.96
11	0	-1	1	1.44
12	0	1	1	1.50
13	0	0	0	3.46
14	0	0	0	3.61
15	0	0	0	3.44
16	0	0	0	3.46
17	0	0	0	3.52

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表 3 回归方程的方差分析

Table 3. Analysis of variance on regression equation

方差来源	平方和	自由度	均方	F值	Pr > F	显著性
模型	15.98	9	1.78	310.64	< 0.0001	***
A	0.41	1	0.41	71.66	< 0.0001	***
B	0.14	1	0.14	24.58	0.0016	**
C	0.030	1	0.030	5.25	0.0557
AB	0.84	1	0.84	146.50	< 0.0001	***
AC	0.014	1	0.014	2.52	0.1565
BC	0.13	1	0.13	23.31	0.0019	**
A²	3.33	1	3.33	582.27	< 0.0001	***
B²	6.13	1	6.13	1072.44	< 0.0001	***
C²	3.48	1	3.48	608.76	< 0.0001	***
残差	0.040	7	5.715×10^-3
失拟项	0.021	3	6.908×10^-3	1.43	0.3576
纯误差	0.019	4	4.820×10^-3
所有项	16.02	16
注：A为液料比，B为提取时间，C为微波功率。*为差异极显著(P < 0.001)，为差异高度显著(P < 0.01)*为差异显著(P < 0.05)。

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表 4 不同提取方法对玫瑰茄多糖得率的影响

Table 4. Effect of extraction methods on polysaccharides yield from H. sabdariffa

方法	提取时间/min	多糖得率/%
水浴浸提	240	1.80
微波提取	20	2.04
超声波提取	30	2.58
超声波-微波协同提取	15	3.51

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