全 文 ：　收稿日期：２０１３－０３－１５
基金项目：国家科技支撑计划项目（２０１１ＢＡＤ１４Ｂ０１）
作者简介：贺莹莹（１９８７－），女，硕士生，专业方向为天然产物的研究与开发，ｅ－ｍａｉｌ：ｈｙｙｘｈ２＠ｓｉｎａ．ｃｎ。
通信作者：代斌（１９６９－），男，教授，博士生导师，从事多相催化、精细有机合成以及天然产物化学方面的研究，ｅ－ｍａｉｌ：ｄｂ＿ｔｅａ
＠ｓｈｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
第３１卷　第３期
２０１３年６月
石河子大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｉｈｅｚｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏｌ．３１　Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．２０１３
文章编号：１００７－７３８３（２０１３）０３－０３７１－０６
响应面法优化碱提斜生栅藻多糖的提取工艺
贺莹莹１，徐小琳１，王思雨１，王长海２，代斌１
（１石河子大学化学化工学院／新疆兵团化工绿色过程重点试验室／省部共建国家重点实验室培育基地，石河子８３２００３；
２南京农业大学资源与环境科学学院，南京２１００９５）
摘要：微藻多糖具有抗氧化、抗病毒等多种生物学活性，但对微藻多糖的提取多采用热水浸提法，多糖提取率及提
取效率较低。为了提高斜生栅藻多糖的提取率，通过单因素试验和Ｂｏｘ－Ｂｅｎｈｎｋｅｎ中心组合实验设计，对影响斜生
栅藻多糖提取率的主要因素碱液浓度、提取温度和提取时间进行了优化。实验结果表明，当碱液质量浓度为０．１７５
ｍｏｌ／Ｌ、提取温度为８０．８℃、提取时间为２．１ｈ时，实验条件最优，斜生栅藻多糖的提取率可达到１１．０８％，与模型
预测值接近；优化后的碱提斜生栅藻多糖提取率和提取效率较热水浸提法分别提高了４．７４和１３．２７倍。
关键词：斜生栅藻；多糖；提取；响应面优化
中图分类号：ＴＱ４６１；Ｒ　２８４．２　　　　文献标识码：Ａ　　　　
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｌｋａｌｉ　Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｓｃｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ
Ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ｂｙ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
ＨＥ　Ｙｉｎｇｙｉｎｇ１，ＸＵ　Ｘｉａｏｌｉｎ１，ＷＡＮＧ　Ｓｉｙｕ１，ＷＡＮＧ　Ｃｈａｎｇｈａｉ　２，ＤＡＩ　Ｂｉｎ１
（１Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｏｒ　Ｇｒｅｅｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｂｉｎｇｔｕａｎ／Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｈｅｚｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｉｈｅｚｉ　８３２００３，Ｃｈｉｎａ；
２Ｃｏｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｃｒｏａｌａｇａｌ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ　ｔｏ　ｈａｖｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｎｔｉ－ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎｔｉｖｉｒａｌ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃ－
ｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏａｌｇａｌ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ａｌｗａｙｓ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｈｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｌｏｗｅｒ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
Ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｓｃｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ，ａｌｋａｌｉ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｅｘｔｒａｃ－
ｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｓｃｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ｗｅｒｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｅｔｈ－
ｏｄｏｌｏｇｙ（ＲＳＭ）ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ－ｆａｃｔｏｒ　ｔｅｓｔｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ａｌｋａｌｉ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒ－
ａｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｓｃｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　０．１７５ｍｏｌ·Ｌ－１，８０．８℃ａｎｄ　２．１ｈ，ｒｅｓｐｅｃ－
ｔｉｖｅｌｙ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅｓｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｓｃｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ｗａｓ　ｕｐ　ｔｏ　１１．０８％，
ｗｈｉｃｈ　ｍａｔｃｈｅｄ　ｗｅｌ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ　ｏｎｅ．Ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　Ｓｃｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ｗｉｔｈ
ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ａｌｋａｌｉ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｏｓｅ　ｗｉｔｈ　ｈｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｂｙ　４．７４ａｎｄ　１３．２７ｔｉｍｅｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｃｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ；ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
　　微藻种类多，生长速度快，周期短，不占用耕地，
适应环境能力强，能够进行光合自养并且合成许多
结构和生理功能独特的生物活性物质［１－４］，如多糖、
蛋白质、色素及不饱和脂肪酸等。微藻多糖具有较
强的抗氧化、抗病毒及增强机体免疫力等活性［５－７］，
已经成为药物研究的重点。
目前，热水浸提工艺［８－１３］被广泛应用于多糖的
提取，但此法通常提取温度较高、提取时间较长并且
提取效率低下。胡仲秋等［１４］采用碱液提取枸杞多
糖（ＬＢＰ），在单因素实验的基础上进行正交实验，结
果发现该工艺下ＬＢＰ得率可达７．４６％，比传统水
提工艺提高１．５９％；Ｐｅｎｇｒｏｎｇ　Ｗａｎｇ等［１５］采用碱
提工艺优化 Ｍｏｎａｓｃｕｓ　ｍｙｃｅｌｉｕｍ 多糖的提取，多糖
得率较传统水提方法提高２．１０倍，并且碱提多糖清
除Ｏ２－和ＤＰＰＨ 自由基的能力与水提多糖相近。
由于微藻中含有部分酸性多糖，因此本实验拟选取
碱液提取微藻多糖。多糖提取工艺多为单因素实验
和正交设计［１６－１９］，采用固定其他因素，改变一个因素
的单因素考察法确定工艺条件，不能考察因素之间
的相互作用，同时也很难考察多个响应值与因素之
间的交互作用关系。为了提高多糖的提取效率，采
用模型拟合过程更能系统地优化提取工艺。响应面
法［２０－２３］已被成功应用于微生物培养基组分、发酵条
件和活性成分提取等工艺的优化，它是通过拟合模
型优化过程设置来分析互作效应的数理统计方法，
由此能反映出单因素和多种因素间的交互作用，因
此被认为是较为准确可靠的优化方法。
从新疆石河子市北湖分离得到的斜生栅藻（Ｓｃ－
ｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ）与实验室另外３株微藻相比，其
生物量和多糖含量都相对较高，且该藻株在稳定期
能大量自絮凝，使藻体与培养液分离，有利于藻体的
后续大规模采收。因此，本文实验选用斜生栅藻的
干藻粉为原料，利用单因素实验考察碱液浓度、提取
温度和提取时间对其多糖提取率的影响。在此基础
上，采用响应面分析法优化提取参数，得到碱提斜生
栅藻多糖的最佳工艺条件，为进一步研究斜生栅藻
多糖的活性奠定基础。
１　实验材料和方法
１．１　材料
１．１．１　供试藻株及培养条件
斜生栅藻（Ｓｃｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ）分离于新疆石
河子北湖，经形态学鉴定为斜生栅藻，保藏于新疆兵
团化工绿色过程重点实验室。将斜生栅藻藻种接种
于改良ＢＧ１１培养基中，置于自制光照培养架上，培
养条件为：温度（２４．０±２．０）℃，光照条件４０００ｌｘ，
连续光照，每天定时摇瓶３次并交换位置，确保微藻
藻液均匀光照，避免长时间静置。藻液培养至稳定
期后，离心收获，经蒸馏水洗涤２次，冷冻干燥机干
燥，保存于干燥器中，待用。
１．１．２　试剂及仪器
无水乙醇、浓硫酸、蒽酮和葡萄糖等其它试剂均
为国产分析纯。ＬＸＪ－ＩＩＢ低速大容量多管离心机，
上海圣科仪器设备有限公司；ＦＡ１１０４Ｂ电子天平，
上海越平科学仪器有限公司；ＰＫ－８Ｄ 电热恒温水
槽，上海精宏实验设备有限公司；ＧＺＸ－９１４０ＭＢＥ
电热恒温鼓风干燥箱，上海博讯实业有限公司医疗
设备厂；ＡＬＰＨＲ　１－２ＬＤ 冷冻干燥仪，德国Ｃｈｒｉｓｔ
公司；Ｖ－１１００Ｄ型可见分光光度计，上海美谱达仪
器有限公司。
１．１．３　培养基
改良 的 ＢＧ１１ 培 养 基：ＮａＮＯ３ ０．００４ｇ／Ｌ，
Ｋ２ＨＰＯ４·３Ｈ２Ｏ　０．２４０ｇ／Ｌ，ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ　０．２１２
ｇ／Ｌ，ＣａＣｌ２·Ｈ２Ｏ　０．０３６ｇ／Ｌ，柠檬酸０．００６ｇ／Ｌ，柠檬
酸铁铵０．０２４ｇ／Ｌ，ＥＤＴＡ　Ｎａ２０．００１ｇ／Ｌ，Ｎａ２ＣＯ３
０．０２０ｇ／Ｌ，ＮａＨＣＯ３１．４２４ｇ／Ｌ和１ｍＬ／ｄＬ的微量元
素溶液。微量元素溶液包含：Ｈ３ＢＯ３２．８６０ｇ／Ｌ，
ＭｎＣｌ４·Ｈ２Ｏ　１．８６０ｇ／Ｌ，ＺｎＳＯ４·７Ｈ２Ｏ　０．２２０ｇ／Ｌ，
ＮａＭｏＯ４·２Ｈ２Ｏ　０．３９０ｇ／Ｌ，ＣｕＳＯ４·５Ｈ２Ｏ　０．０８０
ｇ／Ｌ和Ｃｏ（ＮＯ３）２·６Ｈ２Ｏ　０．０５０ｇ／Ｌ。
１．２　方法
１．２．１　标准曲线绘制
采用蒽酮－硫酸法［２４］以葡萄糖为标准品制作标
准曲线。准确称取１００ｍｇ　１０５℃恒重的葡萄糖（分
析纯），溶解并用蒸馏水定容至１００ｍＬ，分别取出
１、２、３、４、５ｍＬ加入到５０ｍＬ的容量瓶中，配成浓
度为２０、４０、６０、８０、１００μｇ·ｍＬ
－１的溶液。各取１
ｍＬ于２０ｍＬ具塞试管中，再加入４ｍＬ的蒽酮试剂，
待几支试管均加完后，同时浸入１００℃恒温水浴箱
中，准确保温１０ｍｉｎ后取出，立即用流动水冷却。于
室温下平衡约５ｍｉｎ左右，以１ｍＬ的蒸馏水为空白，
在波长６２０ｎｍ处测定吸光度。得标准曲线方程：Ａ
＝０．００６９Ｃ＋０．００２５，相关系数Ｒ２＝０．９９９１。
１．２．２　多糖的提取工艺及提取率计算
准确称取斜生栅藻干藻粉５０．０ｍｇ，加入５ｍＬ
不同浓度的碱液，于超声波清洗仪超声混匀１０ｍｉｎ
后置于电热恒温水槽中，在设定的温度下反应一定
的时间后离心，向上清液中加入３倍体积９５％的乙
醇，置于４℃冰箱中沉淀过夜后离心，将沉淀复溶于
蒸馏水中，定容至１００ｍＬ，取１ｍＬ利用蒽酮比色
法测定其多糖含量，并计算多糖提取率。多糖提取
率用式（１）计算：
多糖提取率（％）＝（Ｃ×Ｖ×１００）／Ｗ， （１）
其中：Ｃ表示由标准曲线计算得出的多糖的浓度，
μｇ／ｍＬ；Ｖ 表示多糖提取液定容后的总体积，ｍＬ；Ｗ
表示实验样品的重量，ｍｇ。
２７３ 　　　　　　　　　　　　　　石河子大学学报（自然科学版）　　　　　　　　　　　　　　　　第３１卷　
１．３　实验设计
采用Ｂｏｘ－Ｂｅｎｈｎｋｅｎ中心组合实验设计优化斜
生微藻多糖的提取工艺。令多糖提取率为响应值，
采用Ｄｅｓｉｇｎ－Ｅｘｐｅｒｔ（ｖ．７．１．６，Ｓｔａｔ－Ｅａｓｅ，Ｉｎｃ，Ｍｉｎ－
ｎｅａｐｏｌｉｓ，ＵＳＡ）软件进行实验设计和数据分析，并
建立回归模型。采用多项式回归分析对实验数据进
行拟合，得到二次多项式为：
Ｙ＝Ａ０＋
３
ｉ＝１
ＡｉＸｉ＋
３
ｉ＝１
ＡｉＸｉ２＋
２
ｉ＝１

３
ｊ＝ｉ＋１
ＡｉＸｉＸｊ，
（２）
式（２）中：Ｙ 是响应值；Ａ０ 是常数；Ａｉ，Ａｉ和Ａｉｊ分别
代表一次项、二次项和交互作项的回归系数；Ｘｉ 和
Ｘｊ是自变量的水平。
２　结果与讨论
２．１　单因素实验
影响微藻多糖提取率的因素较多，其中碱液浓
度、提取温度、提取时间３个因素影响较为显著。本
研究先通过单因素实验确定实验因素与水平，再进
行响应面分析实验设计。
２．１．１　碱液浓度对斜生栅藻多糖提取率的影响
绿藻中含有部分酸性多糖，它们随着提取液碱
性的增强，更易被溶出；另外，以非共价键形态结合
在一起的多糖与蛋白质等物质在碱性条件下更易解
离，因而多糖易被释放出来。因此，本实验采用碱液
对斜生栅藻多糖进行提取。固定碱液浸提温度为
８０．０℃，提取时间为２．０ｈ，设定碱液质量浓度分别
为０、０．０２５、０．０７５、０．１２５、０．１７５、０．２２５ｍｏｌ／Ｌ，实
验结果见图１。
图１　碱液浓度对斜生栅藻多糖提取率的影响
Ｆｉｇ．１Ｅｆｅｃｔ　ｏｆ　ａｌｋａｌｉ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｙｉｅｌｄ
ｏｆ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｓｃｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ
由图１可知：在一定温度下，加入碱液可以显著
提高多糖的提取率，但当碱液质量浓度超过０．１７５
ｍｏｌ／Ｌ后，多糖提取率增加不明显，并且碱液浓度过
高，多糖因降解而使得率下降。综上所述，碱液质量
浓度选取在０．１７５ｍｏｌ／Ｌ较为合适。
２．１．２　提取温度对斜生栅藻多糖提取率的影响
固定碱液浓度为０．１７５ｍｏｌ／Ｌ，提取时间为２．０
ｈ，设定水浸提温度分别为５０．０、６０．０、７０．０、８０．０、
９０．０、１００℃，实验结果见图２。
由图２可知：随着温度升高，多糖提取率增加显
著，但升高至９０．０℃之后，多糖提取率有下降趋势，
其原因可能与多糖本身的稳定性有关。在碱液提取
时，较高温度可能破坏多糖结构，导致其提取率下
降。单因素实验结果显示，提取温度在８０．０℃左右
比较合适。
图２　提取温度对斜生栅藻多糖提取率的影响
Ｆｉｇ．２Ｅｆｅｃｔ　ｏｆ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｓｃｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ
２．１．３　提取时间对斜生栅藻多糖提取率的影响
提取时间是影响微藻多糖提取效率另一个较重
要的因素。固定碱液质量浓度为０．１７５ｍｏｌ／Ｌ，提
取温度为８０．０℃，设定碱液浸提时间分别为０．５０、
１．０、２．０、３．０、４．０、５．０ｈ，实验结果见图３。
图３　提取时间对斜生栅藻多糖提取率的影响
Ｆｉｇ．３Ｅｆｅｃｔ　ｏｆ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ
ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｓｃｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ
３７３　第３期　 　　　　　　　　　　贺莹莹，等：响应面法优化碱提斜生栅藻多糖的提取工艺
２．２　中心组合实验（ＢＢＤ）
２．２．１　Ｂｏｘ－Ｂｅｎｈｎｋｅｎ的中心组合设计及结果分析
影响微藻多糖提取率的因素并不是孤立发生作
用的，它们之间共同发生作用才最终影响微藻多糖
的提取率，因此，下面采用Ｂｏｘ－Ｂｅｎｈｎｋｅｎ中心组合
设计，以碱液质量浓度、提取温度和提取时间为自变
量，分别以Ｘ１、Ｘ２ 和 Ｘ３ 表示，以斜生栅藻多糖提
取率为因变量，即响应值，设计三因素三水平相应分
析实验，分别用－１、０、１表示三水平的高、中、低水
平。具体编码水平如表１所示，中心组合实验方案
及其实验结果如表２所示。
表１　Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ响应面设计实验因素及水平
Ｔａｂ．１Ｖａｒｉａｂｌｅｓ　ａｎｄ　ｌｅｖｅｌｓ　ｉｎ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｄｅｓｉｇｎ
自变量 变量符号
编码水平
－１　 ０　 １
碱液质量浓度／（ｍｏｌ／Ｌ） Ｘ１ ０．０７５　０．１２５　０．１７５
提取温度／℃ Ｘ２ ７０．０　８０．０　９０．０
提取时间／ｈ　 Ｘ３ １．０　 ２．０　 ３．０
表２　响应面实验设计及结果
Ｔａｂ．２Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ
ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
实验编号 Ｘ１ Ｘ２ Ｘ３ 实测值／％ 预测值／％
１ －１ －１　 ０　 １．６７　 １．７５
２　 １ －１　 ０　 ９．１４　 ８．８７
３ －１　 １　 ０　 ４．３１　 ４．５８
４　 １　 １　 ０　 １０．２１　 １０．１２
５ －１　 ０ －１　 ３．７２　 ３．５３
６　 １　 ０ －１　 １０．５６　 １０．７２
７ －１　 ０　 １　 ５．６５　 ５．４９
８　 １　 ０　 １　 １０．７６　 １０．９６
９　 ０ －１ －１　 ５．３０　 ５．４１
１０　 ０　 １ －１　 ８．０７　 ８．００
１１　 ０ －１　 １　 ６．９７　 ７．０５
１２　 ０　 １　 １　 ８．６６　 ８．５５
１３　 ０　 ０　 ０　 ８．０７　 ８．６４
１４　 ０　 ０　 ０　 ８．４０　 ８．６４
１５　 ０　 ０　 ０　 ９．２５　 ８．６４
１６　 ０　 ０　 ０　 ８．５６　 ８．６４
１７　 ０　 ０　 ０　 ８．９４　 ８．６４
通过Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｘｐｅｒｔ　７．１．６软件对实验结果进
行多元回归分析，得出碱提斜生栅藻多糖提取率的
二阶模型，方程如下：
Ｙ＝８．６４４２＋３．１６６　Ｘ１＋１．０２８２Ｘ２＋０．５４９１Ｘ３－
０．３９３９Ｘ１Ｘ２－０．４３１８Ｘ１Ｘ３－０．２７２０Ｘ２Ｘ３－
０．９４６５Ｘ１２－１．３６８７　Ｘ２２－０．０２２８　Ｘ３２。 （３）
式（３）中各变量对响应值影响的显著性由Ｆ检验
来判定，ｐ值越小，则相应变量的响应程度就越高。
由表３可知：上述模型可描述各因子与响应值
之间的关系，模型ｐ＜０．００１，表明该回归模型极其
显著；失拟项ｐ为０．６９１８，不显著；相关系数Ｒ２＝
０．９８９０，说明该模型拟合度良好，实验误差较小；
Ｒ２Ａｄｊ为０．９７４９，表明上述模型可以解释９７．４９％响
应值的变化。综上所述，此模型可分析和预测斜生
栅藻多糖提取率。此外，各因素中一次项Ｘ１、Ｘ２、
Ｘ３ 以及二次项Ｘ１２ 和Ｘ２２ 为极显著，因此，各实验
因素对响应值的影响并非简单的线性关系。
表３　斜生栅藻多糖提取预测回归模型的方差分析
Ｔａｂ．３Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｖａｒｉａｎｃｅ（ＡＮＯＶＡ）ｆｏｒ　ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ｅｑｕａｔｉｏｎ
方差
来源
平方和
自由
度ｄｆ
均方 Ｆ值
ｐ值
（Ｆ＞Ｆα）
显著性
模型１０４．９７１８　 ９　 １１．６６３５　６９．９９７７ ＜０．０００１ ＊＊
Ｘ１ ８０．１９５１　 １　 ８０．１９５１　４８１．２８３８ ＜０．０００１ ＊＊
Ｘ２ ８．３３６６　 １　 ８．３３６６　５０．０３１４　 ０．０００２ ＊＊
Ｘ３ ２．４１２５　 １　 ２．４１２５　１４．４７８５　 ０．００６７ ＊＊
Ｘ１Ｘ２ ０．６２０７　 １　 ０．６２０７　 ３．７２４８　 ０．０９４９
Ｘ１Ｘ３ ０．７４５８　 １　 ０．７４５８　 ４．４７５９　 ０．０７２２
Ｘ２Ｘ３ ０．２９６０　 １　 ０．２９６０　 １．７７６４　 ０．２２４３
Ｘ１２　 ３．７７２１　 １　 ３．７７２１　２２．６３８２　 ０．００２１ ＊＊
Ｘ２２　 ７．８８７８　 １　 ７．８８７８　４７．３３７７　 ０．０００２ ＊＊
Ｘ３２　 ０．００２２　 １　 ０．００２２　 ０．０１３１　 ０．９１２１
残差 １．１６６４　 ７　 ０．１６６６ － －
失拟 ０．３２６６　 ３　 ０．１０８９　 ０．５１８６　 ０．６９１８
误差 ０．８３９８　 ４　 ０．２０９９ － －
总和１０６．１３８２　 １６ － － －
　　注：＊＊表示差异极显著（ｐ＜０．０１）。
２．２．２　影响斜生栅藻多糖提取率的因素分析
响应面法的优势在于可以高效地确定自变量的
最优值，使得响应值最大化。各个因素及其交互作
用对斜生栅藻多糖提取率的影响结果可通过响应面
图和等高线图直观的反映出来，本实验响应面图和
等高线图见图４至６。
由图４至６可知：提取碱液质量浓度对斜生栅
藻多糖得率的影响最大，随着温度的增加，多糖得率
也随之增加，若提取温度超过８０．０℃，多糖得率反
而会降低；提取时间对多糖得率也有一定的影响，但
时间的增加对多糖得率影响较小，从节省成本和能
耗的角度考虑，增加提取时间并无益处。
采用Ｄｅｓｉｇｎ－ｅｘｐｅｒｔ软件对实验结果进行分析，
获得斜生栅藻多糖提取的最佳条件为：碱液质量浓
度０．１７５ｍｏｌ／Ｌ，提取温度为８０．８℃，提取时间２．１
ｈ，在此条件下，斜生栅藻多糖提取率理论值可达到
１０．９１％。
４７３ 　　　　　　　　　　　　　　石河子大学学报（自然科学版）　　　　　　　　　　　　　　　　第３１卷　
图４　碱液质量浓度和提取温度对斜生栅藻多糖提取率影响的响应面和等高线图
Ｆｉｇ．４Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｏｕｒ　ｐｌｏｔ　ｓｈｏｗｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　ｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ａｌｋａｌｉ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ
图５　碱液质量浓度和提取时间对斜生栅藻多糖提取率影响的响应面和等高线图
Ｆｉｇ．５Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｏｕｒ　ｐｌｏｔ　ｓｈｏｗｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　ｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ａｌｋａｌｉ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ
ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ
图６　提取温度和提取时间对斜生栅藻多糖提取率影响的响应面和等高线图
Ｆｉｇ．６Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｏｕｒ　ｐｌｏｔ　ｓｈｏｗｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　ｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ
ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ　ｏｂｌｉｑｕｕｓ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ
２．２．３　验证实验
１）根据拟合的最优工艺条件，以碱液质量浓度
０．１７５ｍｏｌ／Ｌ、提取温度８０．８℃、提取时间２．１ｈ对
斜生栅藻多糖进行提取，提取率达到１１．０８％，与模
５７３　第３期　 　　　　　　　　　　贺莹莹，等：响应面法优化碱提斜生栅藻多糖的提取工艺
型预测值接近，说明该模型预测性和可靠性很好。
２）与热水浸提［８］（９０．７℃５．１ｈ）斜生栅藻多糖
的提取率（１．９３％）相比，碱液浸提优化后的多糖提
取率提高了４．７４倍。碱提和热水浸提斜生栅藻多
糖的单位时间（ｈ）提取率分别为５．２８％ 和０．３７％，
前者是后者的１４．２７倍，说明碱液浸提法同时提高
了斜生栅藻多糖的提取效率。
３　结论
１）建立了响应值与各因素之间的数学模型，并
根据此二次回归模型，确定了斜生栅藻多糖的碱提
最佳工艺参数为碱液质量浓度０．１７５ｍｏｌ／Ｌ，提取
温度８０．８℃，提取时间２．１ｈ。此工艺条件下提取
斜生栅藻多糖的提取率达到１１．０８％，与模型预测
值接近，并且建立的数学模型（Ｒ２＝０．９８９０）能很好
地反映各因素与提取率之间的关系。
２）优化后的碱提斜生栅藻多糖提取率和提取效
率较热水浸提法分别提高了４．７４和１３．２７倍。表
明碱液有利于斜生栅藻多糖的提取，也验证了响应
面法优化碱提斜生栅藻多糖工艺是可行的。
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