響應(yīng)面法優(yōu)化超聲輔助提取紫洋蔥花色苷

褚銀玲，吳 春，代麗君

(1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，哈爾濱150076;2.哈爾濱商業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，哈爾濱150028)

花色苷(anthocyanins)是花青素與糖以糖苷鍵結(jié)合而成的一類化合物，屬于類黃酮，廣泛存在于植物的花、果實(shí)、莖、葉和根器官的細(xì)胞液中，是使其呈現(xiàn)由紅、紫紅到藍(lán)等不同顏色的物質(zhì)基礎(chǔ).花色苷類物質(zhì)由于其各種藥理活性及可作為天然色素的良好來(lái)源而備受關(guān)注[1].花色苷具有抗氧化、清除自由基、抗突變活性、減輕肝功能障礙、降血糖以及抗腫瘤的功能.紫洋蔥(red onion)富含花色苷，其花色苷提取物具有很強(qiáng)的抗氧化活性及其他功能性質(zhì)[2].

超聲輔助提取方法具有方便、快速、易操作、安全等優(yōu)點(diǎn)，因此本實(shí)驗(yàn)采用超聲輔助提取花色苷，并對(duì)影響提取因素進(jìn)行研究.同時(shí)，應(yīng)用響應(yīng)面法優(yōu)化其提取工藝條件，旨在提高紫洋蔥中花色苷的提取率[3].

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

1.1.1 原料與試劑

原料:紫洋蔥(購(gòu)于家樂福超市).

試劑:無(wú)水乙醇(天津市天力化學(xué)試劑有限公司)，36%～38%HCl(哈爾濱市新達(dá)化工廠)，氫氧化鈉(天津市天新精細(xì)化工開發(fā)中心)，鄰苯二甲酸氫鉀緩沖劑、四硼酸鈉緩沖劑(上海雷磁·創(chuàng)業(yè)儀器儀表有限公司).

1.1.2 儀器

KQ3200DE型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，PHS－25型酸度計(jì)(上海偉業(yè)儀器廠)，721E型可見分光光度計(jì)(上海光譜儀器有限公司)，R－205旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海申勝生物技術(shù)有限公司)，W201D恒溫水浴鍋(上海申勝生物技術(shù)有限公司)，SHB－III循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 預(yù)處理

將紫洋蔥剝開，切成小塊，60℃烘干，粉碎處理后過60目篩避光保存?zhèn)溆肹4].

1.2.2 提取方法

準(zhǔn)確稱取1.000 g預(yù)處理好的洋蔥粉，按一定的固液比，加入一定體積分?jǐn)?shù)的的乙醇，用鹽酸調(diào)至pH值為2，在一定的溫度，一定的時(shí)間下超聲提取.提取液抽濾，而后定容至100 mL，并在530 nm下測(cè)吸光度[5].

1.2.3 總花色苷含量計(jì)算

總花色苷含量(mg/100 g)=(吸光度值×稀釋倍數(shù)×浸提溶液的體積×100)/(原料質(zhì)量×98.2)，其中98.2是消光系數(shù)[6].

1.3 單因素實(shí)驗(yàn)[7]

1.3.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紫洋蔥中花色苷提取的影響

準(zhǔn)確稱取1.00 g紫洋蔥粉至100 mL磨口瓶中，加入乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為40%，50%，60%，70%，80%，90%的乙醇溶液，料液比為1∶30，提取時(shí)間為50 min，提取溫度為50℃.

1.3.2 料液比對(duì)紫洋蔥中花色苷提取的影響

準(zhǔn)確稱取1.00 g紫洋蔥粉至100 mL磨口瓶中，加入乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶液，料液比分別為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60，提取時(shí)間為50 min，提取溫度為50℃.

1.3.3 提取時(shí)間對(duì)紫洋蔥中花色苷提取的影響

準(zhǔn)確稱取1.00 g子洋蔥粉值100 mL磨口瓶中，加入乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶液，料液比為1∶30，提取時(shí)間分別為10、20、30、40、50、60 min，提取溫度為50℃.

1.3.4 提取溫度對(duì)紫洋蔥中花色苷提取的影響

準(zhǔn)確稱取1.00 g紫洋蔥粉至100 mL磨口瓶中，加入乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶液，料液比為1∶30，提取時(shí)間為50 min，提取溫度分別為10、20、30、40、50、60℃.

1.4 響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，綜合考慮各因素對(duì)花色苷含量的影響，根據(jù)Box－Benhnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用四因素三水平的響應(yīng)面分析方法[8]，實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1.

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與討論

2.1 花色苷提取的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)花色苷提取的影響

從圖1中可以看出，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大吸光度值也逐漸增大當(dāng)達(dá)到70%時(shí)達(dá)到最大值，當(dāng)大于70%時(shí)吸光度值逐漸減小.當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)小時(shí)，洋蔥中一些可溶水性物質(zhì)溶出不利于花色苷的提取，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)過高時(shí)極性低反而不利于花色苷提取.

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)洋蔥花色苷提取的影響

2.1.2 固液比對(duì)花色苷提取的影響

從圖2中可以看出，隨著固液比增加吸光度值也逐漸增大，當(dāng)固液比為30 mL/g時(shí)達(dá)到最大值，當(dāng)固液比再增大時(shí)吸光度值緩慢且趨于平穩(wěn)，考慮到花色苷的提取率及原料等因素，固液比在20～40 mL/g時(shí)較為理想.

圖2 固液比對(duì)洋蔥花色苷提取的影響

2.1.3 提取溫度對(duì)花色苷提取的影響

從圖3中可以看出當(dāng)溫度增高時(shí)吸光度值明顯增大.當(dāng)溫度達(dá)到50℃時(shí)達(dá)到最大值，高于50℃后吸光度值緩慢下降，從40℃后曲線變化平緩.由于隨著溫度升高有利于花色苷溶出和提取，當(dāng)溫度高于60℃時(shí)花色苷較不穩(wěn)定.

圖3 溫度對(duì)紫洋蔥花色苷提取的影響

2.1.4 提取時(shí)間對(duì)花色苷提取的影響

從圖4中可以看出，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，吸光度值逐漸增大，但當(dāng)時(shí)間大于30 min后吸光度值緩慢增大且變化不明顯.由于在提取時(shí)間為30 min時(shí)花色苷基本被提取出來(lái).考慮節(jié)能因素時(shí)間在20～40 min較為理想.

圖4 時(shí)間對(duì)紫洋蔥花色苷提取的影響

2.2 花色苷提取的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 花色苷提取響應(yīng)面法實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果

由Box－Behnken設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2，對(duì)表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合分析得到擬合方程模型為:Y=0.65+0.03A+0.01B－0.002 25C+0.007 916 667D－0.003 25AB+0.003 25AC－0.034 75AD－0.004BC+0.033BD－0.003 5CD－0.101 166 67A2－0.058 166 667B2－0.038 916 667C2－0.023 666 667D2.

2.2.2 顯著性分析

由表3可知，模型效果顯著回歸模型(P＜0.000 1)，誤差項(xiàng)不顯著表明擬合方程與實(shí)際試驗(yàn)情況較為接近，因此可用該方程代替實(shí)驗(yàn)真實(shí)值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析.該方程表明一次項(xiàng)二次項(xiàng)對(duì)實(shí)驗(yàn)影響都較為顯著.因此在一定范圍內(nèi)調(diào)整乙醇體積分?jǐn)?shù)、固液比、時(shí)間、溫度，可得到最佳提取條件[9－10].從表3中可知影響花色苷提取率的因素主次依次為乙醇體積分?jǐn)?shù)(A)＞固液比(B)＞時(shí)間(D)＞溫度(C).

表2 實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果

表3 方差分析表

2.2.3 紫洋蔥花色苷提取的響應(yīng)面分析

從圖5～10可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)和固液比交互作用顯著，乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%～70%，固液比為20～40mL/g的交互范圍內(nèi)吸光度值有最高值，溫度和乙醇體積分?jǐn)?shù)交互作用以及乙醇體積分?jǐn)?shù)和時(shí)間交互作用較為顯著.固液比和時(shí)間的交互作用不明顯，固液比和溫度，時(shí)間和溫度交互作用不明顯.

圖5 乙醇體積分?jǐn)?shù)固液比交互作用的曲面圖

圖6 溫度和乙醇體積分?jǐn)?shù)交互作用的曲面圖

圖7 乙醇體積分?jǐn)?shù)和時(shí)間交互作用的曲面圖

圖8 固液比和溫度交互作用的曲面圖

圖9 固液比和時(shí)間交互作用的曲面圖

圖10 溫度和時(shí)間交互作用的曲面圖

為確定最大吸光度值即最優(yōu)提取條件，通過對(duì)軟件分析和擬合方程計(jì)算得到最優(yōu)提取條件為:乙醇體積分?jǐn)?shù):72%，固液比:1∶30，溫度:55℃，時(shí)間55 min.通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(采用最優(yōu)條件并平行三次)得到吸光度值為0.674，此時(shí)花色苷得率為100.16 mg/g.

3 結(jié)語(yǔ)

通過響應(yīng)面法分析實(shí)驗(yàn)，對(duì)紫洋蔥花色苷最佳提取條件進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得到擬合模擬方程.結(jié)果表明乙醇含量和固液比對(duì)紫洋蔥花色苷提取顯著，時(shí)間和溫度對(duì)花色苷提取影響不明顯.通過擬合方程得到最佳提取條件為:乙醇體積分?jǐn)?shù)72%，固液比1∶30，溫度55℃，時(shí)間55 min，此時(shí)花色苷得率為100.16 mg/g.

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