侯敏娜，侯少平

（陜西國際商貿(mào)學院，陜西咸陽 712046）

響應面法優(yōu)化超聲輔助提取玉米須多酚工藝研究

侯敏娜，侯少平

（陜西國際商貿(mào)學院，陜西咸陽 712046）

利用響應面法優(yōu)化超聲輔助提取玉米須多酚的工藝條件。在單因素試驗的基礎上，選取超聲時間、乙醇濃度、料液比為自變量，以沒食子酸為對照，以多酚得率為響應值，應用中心組合設計試驗方法，研究各自變量及其交互作用對多酚得率的影響，建立二次多項回歸方程的數(shù)學模型。試驗研究表明，乙醇濃度對玉米須多酚得率的影響比較顯著。最終優(yōu)選的超聲波輔助提取玉米須多酚工藝為：乙醇濃度60%、料液比1∶25（g/mL）、超聲時間25 min，在此條件下，玉米須多酚得率為4.45%。

玉米須；多酚；超聲輔助提??；響應面法

玉米須（Corn silk，SM）是禾本科作物玉米（Zea mays L）的花柱和柱頭，全國大部分地區(qū)均產(chǎn)。夏、秋果實成熟時收集，除去雜質，鮮用或曬干生用。玉米須是我國傳統(tǒng)的中藥材，其性平，味甘、淡。對于許多疾病具有治療作用，據(jù)臨床研究證明玉米須多酚具有解熱利膽[1]、抗菌[2]、降血糖[3]、抗氧化[4-6]等方面的藥理作用。因此，本次研究有廣闊開發(fā)應用前景。

超聲波對細胞膜進行破壞是利用超聲的空化作用，在超聲波的不斷振蕩中使溶質進行擴散，并且超聲過程中會使水溫升高對原料有水浴作用。超聲波提取具有速度快，時間短，收益高等多方面優(yōu)點。響應面法（Response Surface Methodology，簡稱RSM）又稱回歸設計，是運用函數(shù)的面進行分析，討論因子與因子之間，響應值與因子之間的相互關系，并進行優(yōu)化。最后給出響應值與因素之間的回歸方程以及因素的最佳組合。響應面法與正交設計法和均勻設計法相比較，既保留了正交設計和均勻設計試驗次數(shù)少的優(yōu)點，又具有直觀、高效、方便以及可在短時間內(nèi)對所選試驗參數(shù)進行全面的研究等特點。所以該方法的試驗結果具有一定的使用價值和參考價值。

本文采用響應面法對超聲波輔助提取玉米須多酚工藝進行的優(yōu)化，其研究成果，為玉米須資源有效利用及其相關產(chǎn)品如化妝品、保健品等開發(fā)提供了一定的理論參考依據(jù)，同時也增加了玉米農(nóng)副產(chǎn)品的附加值。

1 材料

1.1 試劑及藥材

玉米須：購于陜西盛興飲片廠；95%乙醇：天津市河東區(qū)紅巖試劑廠；沒食子酸標準品（批號：2015011）：中國藥品生物制品鑒定所；無水碳酸鈉：天津市天力化學試劑有限公司；水為純化水；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

KQ5200DE超聲波：昆山市超聲儀器有限公司；FW135粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；TU-1810紫外分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；HH-2電熱恒溫水浴鍋：北京科偉永興儀器有限公司；RE-5286A旋轉蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠。

2 方法

2.1 供試品溶液制備

稱取粉碎后的玉米須放于錐形瓶中，加入一定量乙醇，進行超聲處理，取抽濾后溶液濃縮蒸干，精密稱取濃縮物0.05 g，用純化水定容至100 mL，從中吸取1 mL加入2 mL15%碳酸鈉溶液和1 mL福林酚試劑，再用純化水定容至10 mL，于50℃水浴保溫30 min后取出，測其760 nm吸光度。

2.2 多酚標準曲線的繪制[7-8]

吸取0.1 mg/mL沒食子酸標準溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL，分別置于10 mL容量瓶中，各加1 mL福林酚試劑和2 mL 15%碳酸鈉溶液，用純化水定容至10 mL，50℃水浴保溫30 min，并按2.1方法配置空白試劑，在最大吸收波長760 nm處測定吸光度。以吸光度（y）為縱坐標，濃度（x）為橫坐標，繪制標準曲線，見圖1。

圖1 沒食子酸標準曲線Fig.1 The standard curve of gallic acid

2.3 單因素考察[9-10]

超聲波輔助提取玉米須多酚的影響因素主要包括超聲時間、超聲溫度、超聲功率、料液比、乙醇濃度、pH值等。本研究主要考察超聲時間、乙醇濃度和料液比3個因素。

2.3.1 乙醇濃度對玉米須多酚得率的影響

稱取粉碎后的玉米須5份，每份各10g放于錐形瓶中，依次加入250 mL濃度為20%、40%、60%、80%、95%的乙醇溶液，進行超聲處理，超聲溫度為40℃，超聲功率為180 W，超聲時間為30 min。考察乙醇濃度對玉米須多酚得率的影響，試驗結果見圖2。

圖2 乙醇濃度對玉米須多酚得率的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on extraction rate of polyphenols from corn silk

由圖2可知，當乙醇濃度為20%～60%時，隨著乙醇濃度的增大，得率也增加，但隨著乙醇濃度繼續(xù)增加，得率開始降低。表明玉米須多酚的得率在乙醇濃度為60%時達到最高值。

2.3.2 料液比對玉米須多酚得率的影響

稱取粉碎后的玉米須5份，每份各10 g放于錐形瓶中，分別加入60%乙醇150、200、250、300、350 mL后進行超聲處理，超聲溫度為40℃，超聲功率為180W，超聲時間為30 min?？疾炝弦罕葘τ衩醉毝喾拥寐实挠绊?，試驗結果見圖3。

圖3 料液比對玉米須多酚得率的影響Fig.3 Effect of feed liquid ratio on extraction rate of polyphenols from corn silk

由圖3可知，玉米須多酚得率隨著料液比的增加呈上升趨勢之后有個最高點即1∶25（g/mL），當料液比超過這個點時得率開始隨著料液比的增加而降低。

2.3.3 超聲時間對玉米須多酚得率的影響

稱取粉碎后的玉米須5份，每份各10g放于錐形瓶中，分別加入250 mL濃度為60%的乙醇，之后進行超聲處理，超聲溫度為40℃，超聲功率為180 W，超聲時間分別為20、25、30、35、40 min。考察超聲時間對玉米須多酚得率的影響，試驗結果見圖4。

圖4 超聲時間對玉米須多酚得率的影響Fig.4 Effect of ultrasonic time on extraction rate ofpolyphenolsfrom corn silk

由圖4可知，在20 min～25 min內(nèi)，隨著時間的增加，得率也增加，但隨著時間繼續(xù)增加，得率開始降低，則表明玉米須多酚得率并不會隨著時間的增加而無限增加，而是在25 min時達到最高值。

2.4 響應面優(yōu)化

2.4.1 響應面優(yōu)選分析

在單因素的試驗基礎上，根據(jù)因素水平表1，按照響應面Box-Behnken的設計原理，共有17組試驗，試驗結果見表2。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels

對該模型進行回歸分析，得出分析結果見表3。

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

通過Design-Expert8.0.6軟件對所得數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到玉米須多酚得率對乙醇濃度（A），料液比（B），超聲時間（C）的二次多元回歸方程是：

得率（Y）=+4.49-0.15A-0.016B+0.030C+0.24AB-0.098AC-0.10BC-1.71A2-0.87B2-0.86C2。

由表2可知，回歸方程的R2為0.991 7，表明試驗值與預測值有很好的擬合度，因此回歸方程可以較好地分析各個因素與響應值之間的關系。由表3中F值可以得出乙醇濃度（A）對玉米須多酚得率的影響顯著，而且各個因素的二次項都呈顯著性。在各個因素的水平中，對玉米須多酚得率影響結果由大到小的順序為乙醇濃度（A）＞時間（C）＞料液比（B）。失擬項0.556 6＞0.01，不顯著則表明方程的模擬比較好，可以采用這種方法對玉米須多酚提取工藝進行預測和分析。

2.4.2 響應面圖譜與分析

為了直觀的考察幾個影響因素的交互作用對玉米須多酚得率的影響，固定一個因素在零水平上，研究另兩個因素間的交互作用。

圖5為料液比和乙醇濃度對玉米須多酚得率的響應面圖，由圖5可以看出乙醇濃度的坡面比料液比的陡，表明乙醇濃度的二次項對玉米須多酚得率具有明顯影響，而料液比對其的影響較小。由此可以確定兩因素最佳參數(shù)范圍：乙醇濃度56%～64%，料液比為1∶24（g/mL）～1∶26（g/mL）。在此范圍內(nèi)的玉米須多酚得率最大，當超過則降低。

圖6 乙醇濃度與超聲時間的三維圖和等高線Fig.6 Ethanol concentration and ultrasonic time of threedimensional map and contour line

圖6為乙醇濃度與超聲時間對玉米須多酚得率的響應面圖，由圖6可以得出當料液比一定時，玉米須多酚得率隨著乙醇濃度和超聲時間的增加，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。且乙醇濃度的坡面比超聲時間的陡，則是其得率受乙醇濃度二次項的影響比超聲時間的大。由此可以確定最佳參數(shù)范圍：乙醇濃度56%～64%，超聲時間24 min～26 min。在此范圍內(nèi)玉米須多酚的得率最大。

圖7 料液比與超聲時間的三維圖和等高線Fig.7 Material liquid ratio and ultrasonic time of threedimensional map and contour line

圖7為料液比與超聲時間對玉米須多酚得率的響應面圖，由圖7可以看出料液比與超聲時間的坡面都比較陡，則說明他們的二次項對玉米須多酚得率的影響都比較顯著，等高線趨于橢圓，說明超聲時間與料液比的交互項對玉米須多酚得率的影響顯著。由此可以確定兩因素的最佳參數(shù)范圍：料液比1∶24（g/mL）～1∶26（g/mL），超聲時間24 min～26 min。

根據(jù)試驗設計所得出的結果以及二次回歸模型的數(shù)學分析結果，使用Design-Expert8.0.6軟件計算可得到超聲波提取玉米須多糖的最優(yōu)工藝為：乙醇濃度為59.06%、料液比1∶24.91（g/mL）、超聲時間25.11 min，在此條件下，玉米須多酚得率的理論值為4.49%。

2.5 最佳試驗方案的驗證

為了驗證響應面法所得結果以及其可實施性，通過試驗對優(yōu)化后的最佳提取工藝參數(shù)進行確定。綜合考慮，將最終工藝條件調(diào)整為：乙醇濃度60%、料液比1∶25（g/mL）、超聲時間25 min。稱取玉米須粗粉10 g3份，置于錐形瓶中，分別加入250 mL 60%乙醇溶液，在超聲波中提取25 min，抽濾，濃縮至干。各精密稱取0.05 g，用純化水定容至100 mL容量瓶中，分別吸取1 mL藥液，加入1 mL福林酚試劑和2 mL15%碳酸鈉溶液，再用純化水定容至10 mL，放置于50℃水浴鍋中保溫30 min，然后取出冷卻至室溫。分別測其吸光度（A），結果見表4。

表4 試驗數(shù)據(jù)Table 4 Experimental data

試驗的平均得率為4.45%，由此可得出此方法具有可行性，則超聲法提取玉米須多酚的最佳工藝為：乙醇濃度60%、料液比1∶25（g/mL）、超聲時間25 min。經(jīng)修正后的工藝得率與理論值相差0.04%，基本吻合，這表明采用響應面法優(yōu)選的玉米須多酚的提取工藝方法穩(wěn)定、可行。

3 結論

本文在單因素試驗的基礎上，利用響應面法優(yōu)化超聲輔助提取玉米須多酚的工藝，經(jīng)放大試驗驗證后優(yōu)選的最佳提取工藝為：乙醇濃度60%、料液比1∶25（g/mL）、超聲時間25min。在此條件下，玉米須多酚得率為4.45%，與預測值4.49%相差0.04%。同時得到玉米須多酚得率與各超聲條件下的二次多項模型，該模型有很好的擬合度，這為后續(xù)的實際應用提供了一定的參考價值。

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Optimization of Ultrasonic Assisted Extraction of Polyphenols from Corn Silk by Response Surface Methodology

HOU Min-Na，HOU Shao-Ping
（Shaanxi Institute of International Trade&Commerce，Xianyang 712046，Shaanxi，China）

The response surface methodology was used to optimize the process conditions of corn silk polyphenols by ultrasonic.On the basis of single factor experiment，the ultrasonic time，ethanol concentration，and the solid-liquid ratio as the independent variables，taking gallic acid as the control，the yield of polyphenols was taken as the response value.It was used the central composite experimental method to study the effect of the variables and the interactions on the yield of polyphenolsthe and established the mathematical model of two multinomial regression equation.The results showed that it had significant effect on the extraction rate of corn silk polyphenols by the ethanol concentration.The optimal extraction process was as following：60%ethanol concentration，solid to liquid ratio of 1∶25（g/mL），concentration time was 25 min，under this condition，the extraction rate of the polyphenols in corn silk was 4.45%.

corn silk；polyphenols；ultrasonic assisted extraction extraction；response surface methodology

2016-11-29

陜西省教育廳項目（15jk2007）；陜西國際商貿(mào)學院科研項目（SMXY201505）

侯敏娜（1981—），女（漢），講師，碩士研究生，研究方向：中草藥中活性物質研究。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.16.010