韋學(xué)豐 羅靜

摘要：用響應(yīng)面法優(yōu)化甘薯（Ipomoea batatas）葉黃酮的微波提取工藝，研究了微波功率、微波時間、乙醇體積分?jǐn)?shù)、液固比4個因素對黃酮提取率的影響，并采用Box-Behnken設(shè)計對最佳提取工藝進行了優(yōu)化。結(jié)果表明，最佳工藝條件為微波功率200 W、微波時間4 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、液固比43∶1（V/m，mL∶g），在此條件下甘薯葉黃酮的提取率為8.082 7%，與預(yù)測值8.314 2%基本吻合。

關(guān)鍵詞：甘薯（Ipomoea batatas）葉；黃酮；微波；響應(yīng)面法

中圖分類號：TQ461 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）06-1391-04

廣西壯族自治區(qū)賀州市信都鎮(zhèn)甘薯（Ipomoea batatas）個大、皮細(xì)嫩、色澤光滑，年產(chǎn)量465萬t，暢銷區(qū)內(nèi)外。但甘薯莖葉除部分作為家畜的飼料外棄之田間，未能得到充分利用。據(jù)研究報道，甘薯葉中也有較多的活性成分，如黃酮類化合物[1，2]、類胡蘿卜素[3]、多糖[4，5]等，黃酮類化合物具有降血糖、降血脂、抗菌消炎、抗氧化、抗衰老、消除體內(nèi)自由基等藥理作用[6]。開發(fā)利用甘薯葉資源可以提高甘薯的綜合利用價值，對發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟、增加農(nóng)民收入、促進新農(nóng)村建設(shè)等具有重要意義。響應(yīng)面法是利用多元二次回歸方程擬合多個因素與試驗結(jié)果的關(guān)系，通過對回歸方程求極值的方法達到優(yōu)化參數(shù)的目的[7，8]，李佩艷等[9]和顧英等[10]分別用響應(yīng)面法優(yōu)化了甘薯葉黃酮的酶法提取和超聲波輔助提取工藝，運用微波提取技術(shù)提取甘薯葉中的黃酮類化合物未見報道，因此在單因素試驗的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法優(yōu)化提取甘薯葉黃酮的工藝條件，可為甘薯葉的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料與試劑 甘薯葉采自廣西壯族自治區(qū)賀州市信都鎮(zhèn)，鮮嫩、無腐爛，經(jīng)水洗、晾干后，于50 ℃烘干、粉碎過篩，保存?zhèn)溆谩ＬJ丁購自北京化學(xué)試劑公司，亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉、無水乙醇均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備 DGF30/14-ⅡAHG101-2A型電熱鼓風(fēng)干燥箱購自南京實驗儀器廠，P7021TP-6型格蘭仕微波爐（滿載700 W）購自賀州新時代百貨有限公司，VIS-723型分光光度計購自上海第三分析儀器廠，AR224CN型電子分析天平購自奧豪斯儀器（上海）有限公司。

1.2 方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 準(zhǔn)確稱取20 mg干燥后的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，用30%乙醇溶解，并全部轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中，用30%乙醇定容，搖勻，得0.2 mg/mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液。分別取上述蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL于6支25 mL容量瓶中，加1.0 mL 50 g/L亞硝酸鈉，搖勻，放置6 min，加入1.0 mL 100 g/L硝酸鋁，搖勻，放置6 min，加入10.0 mL 40 g/L氫氧化鈉，混勻，用30%乙醇稀釋至刻度，15 min后于波長510 nm處測定吸光度，以試劑空白為參比。用最小二乘法做線性回歸，得黃酮濃度C（mg/mL）與吸光度A的回歸方程：C=0.094 850 0A-0.000 127 5，r=0.999 0。

1.2.2 單因素試驗 ①微波功率對黃酮提取率的影響。稱取1 g甘薯葉，在微波時間3 min、液固比50∶1（V/m，mL∶g，下同）和乙醇體積分?jǐn)?shù)30%的條件下，設(shè)定微波功率為150、200、250、300、350和400 W，考察不同微波功率對黃酮提取率的影響。②微波時間對黃酮提取率的影響。稱取1 g甘薯葉，在微波功率250 W、液固比50∶1以及乙醇體積分?jǐn)?shù)30%的條件下，設(shè)定微波時間為2、3、4、5和6 min，考察不同微波時間對黃酮提取率的影響。③乙醇體積分?jǐn)?shù)對黃酮提取率的影響。稱取1 g甘薯葉，在微波功率250 W、微波時間3 min、液固比50∶1的條件下，設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為20%、30%、40%、50%和60%，考察不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對黃酮提取率的影響。④液固比對黃酮提取率的影響。稱取1 g甘薯葉，在微波功率250 W、微波時間3 min以及乙醇體積分?jǐn)?shù)30%的條件下，設(shè)定液固比為30∶1、40∶1、50∶1、60∶1和70∶1，考察不同液固比對黃酮提取率的影響。

1.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗 為了得到最佳的提取工藝，在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken設(shè)計，以甘薯葉黃酮的提取率為考察指標(biāo)，對微波時間、微波功率、乙醇體積分?jǐn)?shù)和液固比4個變量x1、x2、x3、x4進行響應(yīng)面分析。試驗因素與水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 微波功率對黃酮提取率的影響 由圖1可知，提取率隨微波功率的增大而增加，在微波功率為350 W時達到最大，而后有所下降。微波功率小于350 W時，微波功率增大對細(xì)胞的破壞力增強，細(xì)胞的溶出物增多，黃酮提取率增高，繼續(xù)增大微波功率，產(chǎn)生了暴沸現(xiàn)象，溶劑揮發(fā)，提取液明顯減少，提取率開始下降。因此選擇微波功率200、250、300 W進行響應(yīng)面試驗。

2.1.2 微波時間對黃酮提取率的影響 由圖2可知，當(dāng)微波時間小于5 min時，甘薯葉中黃酮的提取率隨微波時間的增加而增大，在微波時間為5 min時達到最大，繼續(xù)增加時間，提取率逐漸下降，而且微波時間為2～4 min時，提取率變化的幅度較大，微波時間為4～6 min時，提取率變化幅度較小。這可能是由于在一定的功率下，微波時間越長，溫度越高，對細(xì)胞破壞得越完全，溶出物也越多，但過長的微波時間也會使乙醇大量揮發(fā)，產(chǎn)生暴沸現(xiàn)象，因此選擇2、3、4 min進行響應(yīng)面試驗。

2.1.3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對黃酮提取率的影響 由圖3可知，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為20%～50%時，甘薯葉黃酮提取率逐漸增加，而且變化幅度較大，在50%達到最大后，開始下降，但變化幅度不大。這說明在一定范圍內(nèi)，增加乙醇體積分?jǐn)?shù)有利于黃酮的提取，所以選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)為30%、40%、50%進行響應(yīng)面試驗。

2.1.4 液固比對黃酮提取率的影響 由圖4可知，在液固比為40∶1時黃酮提取率達到最大，而后逐漸下降，在液固比大于50∶1后，提取率基本不變。這是由于增加溶劑量有利于黃酮的溶出，但繼續(xù)加大溶劑量，會影響提取體系的傳熱和傳質(zhì)，選擇液固比30∶1、40∶1、50∶1進行響應(yīng)面試驗。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗方案與結(jié)果 對微波時間、微波功率、乙醇體積分?jǐn)?shù)、液固比4個因素進行四因素三水平響應(yīng)面分析試驗，響應(yīng)面分析方案與試驗結(jié)果見表2。根據(jù)表2的試驗數(shù)據(jù)，利用 Design-Expert 7.0軟件分析，可得出4個因素與提取率之間的回歸關(guān)系式為■=7.15+0.046x1-0.055x2+0.42x3+ 0.47x4-0.67x1x2+0.005 9x1x3+0.68x1x4-0.52x2x3+0.73x2x4-0.25x3x4-0.14x12-0.38x22-0.058x32-0.26x42。

2.2.2 回歸方程可信度分析 回歸方程可信度分析見表3，其中R2為0.927 6，表明92.76%的試驗數(shù)據(jù)可用該模型進行解釋，說明方程可靠性較高。變異系數(shù)越低，顯示試驗穩(wěn)定性越好，本試驗的變異系數(shù)為3.98%，較低，說明試驗操作可信。綜上所述，該回歸方程為優(yōu)化微波提取甘薯葉黃酮的工藝條件提供了一個良好的模型。

2.2.3 回歸模型的方差分析 采用Design-Expert 7.0軟件對回歸方程各項的方差進行分析，結(jié)果見表4。由表4可知，x42項具有顯著性，x3、x4、x1x2、x2x3、x1x4、x2x4、x22項具有極顯著性。

2.2.4 響應(yīng)面法的優(yōu)化結(jié)果 利用Design Expert 7.0軟件對表4數(shù)據(jù)進行二次多元回歸擬合，所得到的二次回歸方程的響應(yīng)曲面圖見圖5至圖7。響應(yīng)面可直接反映各因素對響應(yīng)值的影響大小。由圖5可知，在乙醇體積分?jǐn)?shù)和液固比不變的情況下，微波時間與微波功率交互效應(yīng)顯著，在微波時間較小的情況下，需要較高的微波功率才能得到一個較高的黃酮提取率，反之也一樣。而在微波功率和微波時間都較高的情況下，提取率下降，這是由于微波功率高使提取液溫度升高，提取液揮發(fā)，微波時間的加長使提取液揮發(fā)較多。

由圖6可知，在微波功率和液固比不變的情況下，固定乙醇體積分?jǐn)?shù)，提取率隨微波時間的增加呈先上升后下降的趨勢，而固定微波時間，提取率隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加呈一直上升的趨勢，且增幅較大。這說明在兩者的交互作用中，乙醇體積分?jǐn)?shù)對黃酮提取率影響較大，在乙醇體積分?jǐn)?shù)較高時，只需較小的微波時間就可達到較高的提取率。

由圖7可知，在液固比和微波時間不變的情況下，提取率隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加而增加，隨微波功率的增加先上升后下降，這說明在一定的范圍內(nèi)，增加乙醇體積分?jǐn)?shù)和微波功率有利于黃酮的提取。

通過回歸模型預(yù)測微波提取甘薯葉黃酮的最佳工藝條件為微波功率200.01 W、微波時間4.00 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)50.00%、液固比43.34∶1，在此條件下甘薯葉黃酮的提取率為8.314 2%。

2.2.5 驗證試驗結(jié)果 為了檢測響應(yīng)面優(yōu)化試驗的結(jié)果，將預(yù)測工藝條件稍加優(yōu)化，按微波時間4 min、微波功率200 W、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、液固比43∶1進行了3次平行試驗，所得黃酮平均提取率為8.082 7%，比預(yù)測值8.314 2%低0.231 5個百分點，說明響應(yīng)面法優(yōu)化試驗的結(jié)果可靠。

3 結(jié)論

運用響應(yīng)面法優(yōu)化微波提取甘薯葉中黃酮的工藝條件，結(jié)果表明黃酮提取率與各項因素之間不是簡單的線性關(guān)系，而是二次項關(guān)系。最佳工藝條件為：微波時間4 min、微波功率200 W、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%，液固比43∶1，在此條件下黃酮提取率為8.082 7%，與預(yù)測值8.314 2%基本吻合。

由于本試驗微波提取所使用的微波爐為普通家用微波爐，不具備回流冷凝裝置，考慮到試驗過程中微波功率、微波時間和乙醇體積分?jǐn)?shù)都取最大值時會引起溶液暴沸等危險，所以在選擇因素水平時取值較低。

參考文獻：

[1] 蘭 丹，文 略，王小萍，等.紅薯葉中總黃酮提取工藝的研究[J].微量元素與健康研究，2007（1）：47-48.

[2] 王小華，鄧 斌，張曉軍，等.紅薯葉黃酮類化合物提取及其抗氧化作用研究[J].糧食與油脂，2008（12）：26-28.

[3] 王世寬，吳 平，許艷麗，等.甘薯葉的營養(yǎng)成份與應(yīng)用前景[J].四川理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，22（6）：57-62.

[4] 于立芹，劉 捷，盧 奎，等.紅薯葉多糖提取工藝的優(yōu)化[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，29（1）：37-41.

[5] 劉 捷，張體祥，于立芹，等.紅薯葉多糖的分離純化及其結(jié)構(gòu)鑒定[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，31（5）：46-50.

[6] 韋學(xué)豐.大肉姜總黃酮的超聲波提取工藝[J].中國調(diào)味品，2010， 35（8）：107-109.

[7] 韋學(xué)豐.響應(yīng)曲面法優(yōu)化微波提取桉樹葉黃酮的工藝[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（7）：183-185.

[8] 韋學(xué)豐.響應(yīng)面法優(yōu)化桉樹葉葉綠素的提取工藝[J].林業(yè)實用技術(shù)，2011（1）：8-11.

[9] 李佩艷，王 鋒，尹 飛，等.響應(yīng)面法優(yōu)化酶法提取紅薯葉總黃酮的工藝[J].食品工業(yè)科技，2012，33（1）：275-277，281.

[10] 顧 英，韓鳳麗，王洪洋.響應(yīng)面法優(yōu)化紅薯葉類黃酮提取工藝的研究[J].食品工業(yè)科技，2012，33（3）：286-289，333.