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      超聲波輔助提取癩葡萄總黃酮工藝的優(yōu)化

      2016-01-27 15:58:17袁曉晴李磊劉紅梅
      江蘇農(nóng)業(yè)科學 2015年11期
      關(guān)鍵詞:響應(yīng)面分析黃酮

      袁曉晴 李磊 劉紅梅

      摘要:為優(yōu)化癩葡萄中總黃酮的超聲波輔助提取工藝,通過單因素試驗確定乙醇體積分數(shù)、液固比、提取時間、提取溫度、超聲功率5個提取工藝參數(shù)的最適水平范圍,并通過響應(yīng)面分析法(RSM)對乙醇體積分數(shù)、提取溫度、提取時間進行優(yōu)化。結(jié)果表明,超聲波輔助提取癩葡萄總黃酮的最佳工藝條件為:乙醇體積分數(shù)72%、提取溫度68 ℃、提取時間34 min,此條件下黃酮提取率為2.53%;驗證試驗表明,黃酮提取率為2.54%,與理論值相符合。

      關(guān)鍵詞:癩葡萄;黃酮;超聲波輔助提取;響應(yīng)面分析

      中圖分類號: R284.2文獻標志碼: A文章編號:1002-1302(2015)11-0340-03

      收稿日期:2015-01-08

      基金項目:河南省科技攻關(guān)計劃(編號:142102110177)。

      作者簡介:袁曉晴(1977—),女,江蘇泰州人,博士,副教授,主要從事農(nóng)產(chǎn)品深加工研究。E-mail:yxq_yrd@163.com。癩葡萄(Momordica charantia L. var. abbreviata Ser.)別稱名金鈴子,是葫蘆科苦瓜屬(Momordica)的栽培種之一,其果實呈紡錘狀,果面呈不規(guī)則尖刺狀,長約4 cm、寬約3 cm、單果質(zhì)量25~30 g,未成熟果實呈淺綠色,成熟后呈金黃色。目前關(guān)于癩葡萄中活性肽、皂苷的研究較多[1-2],而對癩葡萄中黃酮的研究較少。癩葡萄的果實、葉中均富含黃酮,黃酮是一種強抗氧化劑,具有清除自由基、抗衰老、抗炎抑菌、降低膽固醇含量等多種生理功效[3-5]。

      提取植物中總黃酮的傳統(tǒng)方法是熱回流提取法。近年來,隨著提取技術(shù)的不斷發(fā)展,許多學者使用超聲波輔助法分別從黃花菜[6]、馬齒莧[7]、苦蕎[8]等植物中提取總黃酮。超聲波提取是利用超聲波破碎細胞(空化)和強化傳質(zhì)(機械)作用,使溶劑分子滲透到組織細胞中與溶質(zhì)分子充分接觸,從而使細胞中的可溶成分更快釋放出來,該方法具有提取速度快、得率高、對熱不穩(wěn)定物質(zhì)破壞少等特點[9]。本研究通過單因素試驗、響應(yīng)面分析法優(yōu)化超聲波輔助提取癩葡萄總黃酮的工藝,以期為癩葡萄黃酮的開發(fā)利用提供依據(jù)。

      1材料與方法

      1.1材料與儀器

      癩葡萄采自南京市郊區(qū),于70 ℃下烘干,冷卻后粉碎過40目篩,置于干燥器中保存?zhèn)溆?。蕓香苷購自中國醫(yī)藥(集團)上?;瘜W試劑公司;無水乙醇(AR)、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉均為分析純。

      XA-1型高速萬能粉碎機(江蘇省姜堰市銀河實驗儀器廠產(chǎn)品),WFJ7200型可見分光光度計(上海尤尼柯儀器有限公司產(chǎn)品),KQ-200VDE型雙頻數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品),SHZ-D型循環(huán)水式真空泵(鄭州市長城科工貿(mào)有限公司產(chǎn)品)。

      1.2試驗方法

      1.2.1標準曲線的制作精確稱取蕓香苷標準品0.01 g,用70%乙醇溶解并定容至100 mL,得到濃度為0.1 mg/mL的標準溶液。分別準確吸取蕓香苷標準溶液0.0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL于10 mL容量瓶中,加入0.5 mL質(zhì)量分數(shù)為5%的NaNO2溶液,搖勻并靜置6 min,加入0.5 mL質(zhì)量分數(shù)為10%的Al(NO3)3溶液,搖勻并靜置6 min,再加入 4.0 mL 質(zhì)量分數(shù)為4%的NaOH溶液,最后添加70%乙醇至刻度,搖勻并靜置15 min,于波長510 nm處測定吸光度,到得蕓香苷濃度C(mg/mL)與吸光度D之間的回歸方程:

      C=0.085 3D+0.002 5,r2 =0.998 8。

      1.2.2癩葡萄總黃酮的提取及測定精確稱取脫脂后的癩葡萄粉1.0 g,加入一定體積分數(shù)的乙醇溶液,按相應(yīng)條件進行超聲波輔助提取,減壓抽濾并將濾液移至燒杯中待測。吸取1.0 mL待測液于10 mL容量瓶中,按照“1.2.1”節(jié)的方法測定黃酮質(zhì)量,黃酮提取率的計算公式為:

      黃酮提取率=C×10×Vm×100%。

      式中:C為總黃酮濃度(mg/mL);m為癩葡萄粉質(zhì)量(mg);V為癩葡萄提取液體積(mL)。

      1.2.3單因素試驗分別考察乙醇體積分數(shù)、液固比、提取溫度、提取時間、超聲功率對癩葡萄黃酮提取率的影響。試驗中各考察因素的設(shè)定水平分別為:乙醇體積分數(shù)50%、60%、70%、80%、90%;液固比(mL ∶g)10 ∶1、20 ∶1、30 ∶1、40 ∶1、50 ∶1;提取溫度40、50、60、70、80、90 ℃;提取時間10、20、30、40、50 min;超聲功率120、140、160、180、200 W。除考察因素外,其他因素的條件為:乙醇體積分數(shù)70%、液固比30 mL ∶1 g、超聲功率180 W、提取溫度70 ℃、提取時間30 min。

      1.2.4響應(yīng)面優(yōu)化試驗在單因素試驗的基礎(chǔ)上,以乙醇體積分數(shù)、提取溫度、提取時間為因素,采用Design-Expert軟件的中心組合試驗Box-Behnken設(shè)計3因素3水平(表1)的中心旋轉(zhuǎn)組合試驗。

      2結(jié)果與分析

      2.1單因素試驗結(jié)果

      2.1.1乙醇體積分數(shù)的影響當乙醇體積分數(shù)低于70%

      時,癩葡萄黃酮提取率隨乙醇體積分數(shù)的提高逐漸增大;當乙醇體積分數(shù)高于70%時,黃酮提取率反而下降(圖1)??梢姡掖俭w積分數(shù)為70%左右時,溶劑與溶質(zhì)極性最相似;乙醇體積分數(shù)過高則葉綠素等脂溶性物質(zhì)的溶出量增多,不利于黃酮的提純[10],因此確定乙醇體積分數(shù)為70%。

      2.1.2液固比的影響當液固比小于30 mL ∶1 g時,癩葡萄黃酮提取率隨液固比的增加顯著提高;當液固比大于 30 mL ∶1 g 時,黃酮提取率的增幅降低(圖2)。液固比過高將增加溶劑成本,并加重后續(xù)的濃縮和干燥工作,因此確定液固比為30 mL ∶1 g。

      2.1.3提取時間的影響在提取的前30 min內(nèi),癩葡萄黃酮提取率隨提取時間的延長顯著提高;當提取時間繼續(xù)延長時,黃酮提取率的增幅降低(圖3)。為提高工作效率,確定提取時間為30 min。

      2.1.4提取溫度的影響當溫度低于70 ℃時,癩葡萄黃酮提取率隨溫度的升高顯著增大;當溫度高于70 ℃時,黃酮提取率反而降低(圖4)。溫度升高會加劇溶劑和溶質(zhì)分子運動,有利于黃酮浸出;而溫度過高會增加其他物質(zhì)的溶出,并可能破壞黃酮活性成分,因此確定提取溫度為70 ℃。

      2.1.5超聲功率的影響當超聲功率低于180 W時,癩葡萄黃酮提取率隨超聲功率的增加而增大;當超聲功率高于180 W時,黃酮提取率反而下降(圖5)。超聲功率增大則空化作用大,總黃酮傳質(zhì)速率高;超聲功率過高會使分子運動加劇、溶劑溫度升高,從而破壞黃酮組分并增加其他雜質(zhì)的溶出[11],使癩葡萄黃酮提取率降低,因此確定超聲功率為180 W。

      2.2響應(yīng)面優(yōu)化提取工藝條件

      2.2.1響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果確定超聲功率、液固比后,以乙醇體積分數(shù)(X1)、提取溫度(X2)、提取時間(X3)為變量,開展3因素3水平的響應(yīng)面試驗。本次提取工藝優(yōu)化試驗采取中心旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計,試驗設(shè)計和結(jié)果見表2。

      2.2.2回歸模型的建立及方差分析以黃酮提取率為響應(yīng)值,經(jīng)回歸擬合,各試驗因子對響應(yīng)值的影響可用回歸方程表示:

      Y=2.450+0.024X1+0.055X2+0.056X3-0.15X12-0.20X22-0.18X32+0.095X1X2-0.083X1X3-0.005X2X3。

      對該回歸方程進行方差分析及顯著性評價(表3),此模型的P<0.000 1,表明響應(yīng)面回歸模型達到極顯著水平;失擬項P值大于0.05,呈不顯著,表明該方程擬合3個參數(shù)與黃酮提取率之間的關(guān)系是可行的;較高的R2值(0.998 6)進一步表明,試驗方程式與實際數(shù)據(jù)之間具有非常好的擬合性。

      回歸方程系數(shù)的顯著性分析表明,乙醇體積分數(shù)、提取溫度、提取時間均對黃酮提取率具有顯著性影響(P<0.001),影響效果大小依次為:提取時間>提取溫度>乙醇體積分數(shù)。這3個因素的二次項X12、X22、X33對黃酮提取率也有顯著性

      影響(P<0.001)。

      顯著(P<0.001),表明乙醇體積分數(shù)與提取溫度、乙醇體積分數(shù)與提取時間的交互作用對黃酮提取率的影響極顯著;X2X3項的回歸系數(shù)不顯著(P= 0.197 3),表明提取溫度與提取時間的交互作用對黃酮提取率的影響不顯著。

      提取條件對癩葡萄黃酮提取率影響的響應(yīng)面見圖6,其作用均為上凸曲面,表明本試驗所選擇的區(qū)域范圍合理。隨著乙醇體積分數(shù)、提取溫度、提取時間的增大,黃酮提取率均呈先升高、后下降的變化趨勢,表明乙醇體積分數(shù)、提取溫度、提取時間對黃酮提取率的影響效果明顯。通過分析計算得到最佳提取條件: 乙醇體積分數(shù)72%、 提取溫度68 ℃、 提取時間34 min,此條件下黃酮提取率的理論值為2.53%。

      為檢驗響應(yīng)面分析法的可靠性,采用上述優(yōu)化參數(shù)進行提取試驗,實際測得癩葡萄黃酮提取率為2.54%,與理論預(yù)測值的相對誤差為0.4%,表明采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到的提取工藝參數(shù)準確可靠,具有實用價值。

      3結(jié)論

      為探討超聲波輔助提取癩葡萄總黃酮的工藝條件,首先通過單因素試驗確定乙醇體積分數(shù)、液固比、提取時間、提取表3回歸模型方差分析及顯著性檢驗

      溫度、超聲功率的最適水平范圍,再通過響應(yīng)面分析法對乙醇體積分數(shù)、提取溫度、提取時間進行優(yōu)化。結(jié)果表明,超聲波輔助提取癩葡萄總黃酮的最佳工藝條件為:乙醇體積分數(shù)72%、提取溫度 68 ℃、提取時間34 min,此條件下的黃酮提取率為253%。驗證試驗表明,黃酮提取率為2.54%,與理論值相符合。

      參考文獻:

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      :343-345.

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