玛卡是原产南美洲安第斯山脉的一种十字花科植物。叶子椭圆，根茎形似小圆萝卜，可食用，是一种天然食品，营养成份丰富，有“南美人参”之誉。玛卡多糖是玛卡中提取的主要活性成分，其具有延缓衰老、降血糖、提高免疫力、抗病毒及抗癌等作用。玛卡多糖的提取有超声提取和加热回流提取方法，目前有报道称加热回流提取不如超声提取效率高，且超声提取操作简单、方便、快速，且适合工业化生产[1]。本文利用分光光度法采用响应面设计分析，确定玛卡多糖的最佳提取工艺，以便为玛咖多糖的开发利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试剂
玛卡（采自云南）；葡萄糖对照品；硫酸、苯酚、乙醇等试剂均为分析纯
1.2 仪器
UV-9000S型紫外可见分光光度计（上海元析仪器有限公司）
1.3 方法
1.3.1 样 品 前 处 理 样 品
打粉，过40目筛，取300.00 g 玛咖粉末于圆底烧瓶，加入适量的75%乙醇溶液，加热回流2h，弃提取液，除去脂溶性成分，残渣挥干溶剂后备用。
1.3.2 提取
精密称取样品粉末2.00 g 于三角烧瓶中，加入一定量的去离子水，进行超声提取并抽滤，滤液定容待用。
1.3.3 绘制标准曲线
参考文献［2］，以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线。同时方程为：A=28.94C+0.07，相关系数 r=0.993，在 0.0047~ 0.0268mg/mL线性良好。
1.3.4 玛咖多糖含量测定
取适量提取液，以苯酚-硫酸法测定吸光度代入标准曲线方程中，得其多糖的质量浓度。
1.3.5 单因素实验
称取玛咖粉末2.00 g，考察超声时间（20、30、40、50、60 min）、液料比（20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1）、温度（30、40、50、60、70 ℃）对玛咖多糖提取率的影响。
1.3.6 响应面设计
考察超声时间、液料比、温度3个因素作为响应因变量，利用Design-expert 8.0.6 软件，按照 Box-Behnken中心组合试验设计原理，以玛咖提取液中多糖得率为响应值，通过响应曲面分析进行试验条件的优化，响应面设计因素与水平如表 1所示。
表1 响应面设计因素与水平
水平 | 超声时间（A）/min | 料液比（B）（V：m） | 温度（C）/℃ |
-1 | 20 | 30 | 50 |
0 | 30 | 40 | 60 |
1 | 40 | 50 | 70 |
2 结果分析
2.1 单因素实验
2.1.1 超声时间对多糖得率的影响
当液料比为40∶1、温度为 60 ℃，超声时间在20~30 min 内，多糖得率如图1所示。
图1 超声时间对多糖提取的影响
2.1.2 料液比对多糖得率的影响
当超声时间为30 min、温度为60℃，液料比在20∶1~40∶1时，多糖得率如图2所示。
图2 料液比对多糖得率的影响
2.1.3 温度对多糖得率的影响
当超声时间为30min、液料比为 40∶1，温度在 30~60 ℃时，多糖得率如图3所示。
图3 温度对多糖得率的影响
2.2 响应面设计结果
Box-Behnken 响应面试验结果见表2，方差分析见表3。经过 Design-expert 8.0.6软件多元回归拟合，得到玛卡多糖的预测模型方程：Y=39.32+2.63A+ 2.78B+10.21C-0.26
AB+1.23AC-0.54BC-2.48A2-4.30B2+1.23C2，其中，Y为玛卡多糖含量，A为超声时间，B为液料比，C为温度。
表2 Box-Behnken 响应面实验因素水平及结果
从表3可以看出，温度的“Prob＞F”值小于0.01，表明其对玛卡多糖得率的影响极显著，液料比和超声时间的“Prob＞F”值小于0.05，表明其影响显著，整体模型的“Prob＞F”值小于0.01，表明该二次方程模型高度显著。
表3 回归方程方差分析
注：“*”差异不显著（P＞0.05）；“**”差异显著（P＜0.05）；“***”差异极显著（P＜0.01）
响应面图形是响应值对各因素（A、B、C）所构成的三维空间曲面图，从图4至图6可看出，各因素交互作用对响应值的影响，温度的影响最为显著，表现为曲线较陡，温度的最佳值在60 ℃；而超声时间和液料比次之，表现为曲线较为平滑，其最佳响应值分别为40 min和40∶1。
图4 提取时间和液料比对多糖得率的响应面和等高线
图5 提取时间和温度对多糖得率的响应面和等高线
图6 料液比和温度对多糖得率的响应面和等高线
3 实验结论
本文以超声时间、液料比、温度为考察因素，采用Box-Behnken响应面法，建立了玛卡多糖提取的二次多项式数学模型，经显著性检验分析，可利用该模型预测玛卡多糖的得率。优化后的最佳工艺为：超声时间40 min、液料比40∶1、温度60 ℃，在此工艺下多糖得率为51.21%，该法为玛卡多糖的进一步开发利用和工业化生产奠定了基础。
参考文献：
[1] 薛峰，李春娜，李朋收，等. 超声提取在中药化学成分提取中的应用［J］. 中国实验方剂学杂志，2014，20（18）：231-234.
[2] 王彩步，段宝忠. 云南不同种植基地滇黄精中多糖含量测定分析［J］. 大理学院学报（综合版），2018，3（2）：14-17.
文章内容来源于：黄贻杰，张海珠. Box-Behnken响应面法优化玛卡多糖提取工艺[J].湖北农业科学，2021，60（12）：124-127.
