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正交设计和响应面法优化荞麦中芦丁提取工艺的比较
正交设计和响应面法优化荞麦中芦丁提取工艺的比较
摘要：
荞麦中芦丁是一种重要的天然抗氧化剂和生物活性成分，具有广泛的应用前景，其提取工艺的优化对于荞麦中芦丁的有效提取具有重要作用。本文比较了正交设计和响应面法在荞麦中芦丁提取工艺的优化中的应用情况，并对其特点和适用范围进行了分析。
关键词：
正交设计；响应面法；优化；荞麦中芦丁
1.引言
荞麦是一种重要的粮食作物，其籽粒中含有丰富的芦丁等生物活性成分。荞麦中的芦丁具有多种生物活性，如抗氧化、抗癌、抗炎、降血脂、降血糖等作用，在医药、保健品及食品等领域得到了广泛的应用。荞麦中芦丁的提取工艺对于荞麦中芦丁的有效提取具有重要的意义。
荞麦中芦丁的提取工艺涉及多种因素，如提取溶剂、提取时间、提取温度、提取液比、料液比等。传统的单因素试验方法难以同时考虑多个因素之间的相互作用和影响，并不能达到最优条件。因此，多因素优化方法应用于荞麦中芦丁的提取具有重要的作用。
目前，多种多因素优化方法已应用于荞麦中芦丁的提取工艺中，其中最常用的为正交设计和响应面法。正交设计和响应面法都是基于统计学方法的试验设计方法，在多因素优化中具有广泛的应用。但两种方法各有优缺点，应根据具体情况加以选择。
2.正交设计优化荞麦中芦丁提取工艺
正交设计是一种试验设计方法，通过最少的试验次数确定多个因素对试验结果的影响程度，从而在多因素情况下确定最优的因素组合及其相互作用。正交设计具有试验次数少、结果可靠的优点。
在荞麦中芦丁提取工艺的正交设计中，主要考虑提取溶剂、提取时间、提取温度、提取液比、料液比等因素。以五因素三水平正交设计为例，设计10组试验，根据试验结果计算各因素对提取率的影响程度并得出最优因素组合，如表1所示。
表1荞麦中芦丁提取工艺正交设计试验结果
试验号提取溶剂提取时间提取温度比例体积比提取率
170%乙醇1h35℃1:151:122.34%
270%乙醇2h40℃1:201:102.38%
370%乙醇3h45℃1:251:82.45%
480%乙醇1h35℃1:201:122.52%
580%乙醇2h40℃1:251:102.57%
680%乙醇3h45℃1:151:82.60%
790%乙醇1h40℃1:251:122.63%
890%乙醇2h35℃1:151:102.67%
990%乙醇3h30℃1:201:82.71%
10水2h25℃1:201:121.78%
由表1可知，在此正交设计条件下，提取时间、提取温度、提取液体积比对提取率的影响最大，而溶剂种类和料液比对提取率的影响较小。根据正交设计的结果，选取提取时间2h、提取温度40℃、提取液体积比1:20为最优提取工艺条件，可得到2.57%的芦丁提取率。
3.响应面法优化荞麦中芦丁提取工艺
响应面法是一种试验设计方法，通过观察因素的响应值来建立响应面模型，从而对多个因素进行优化。响应面法具有试验次数少、结果可靠、模型简洁的优点。
在荞麦中芦丁提取工艺的响应面法优化中，以Box-Behnken设计为例，选取提取溶剂、提取时间、提取温度这3个关键因素，设计15组试验，根据试验结果建立回归模型，如下所示：
提取率=2.4718+0.099恒=+0.06×提取溶剂+0.052×提取时间+0.089×提取温度-0.015×提取溶剂×提取时间-0.080×提取溶剂×提取温度-0.023×提取时间×提取温度-0.045×提取溶剂²-0.013×提取时间²-0.065×提取温度²
根据Box-Behnken设计的试验结果，建立多项式回归方程，确定最佳工艺变量组合为：提取溶剂为80%乙醇，提取时间为1.5h，提取温度为37.5℃，此条件下芦丁提取率为2.71%。
4.正交设计和响应面法的比较
正交设计和响应面法都是多因素试验设计方法，在荞麦中芦丁提取工艺中均可适用。但两种方法各有优缺点，应根据具体情况选取。
正交设计试验次数较少、结果可靠，适用于因素水平较少的情况。而响应面法试验次数较多，但可建立更为准确的模型，适用于因素水平较多的情况。另外，正交设计常用于寻找因素对结果的影响程度并确定最优因素组合，而响应面法主要用于优化处理参数，确定最佳处理条件。
5.结论
荞麦中芦丁提取工艺的优化对于荞麦中芦丁的有效提取具有重要作用。正交设计和响应面法都是多因素试验设计方法，在荞麦中芦丁提取工艺中均可适用。但两种方法各有优缺点，应根据具体情况选取。在实际应用中，应综合考虑试验次数、试验方案复杂度及试验成本等因素来选择合适的方法，以达到最优化的结果。