響應(yīng)面分析法優(yōu)化超聲波提取干制紅棗中大位阻農(nóng)藥三唑錫工藝

田木星，王偉華*，涂 玲

（塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)南疆特色農(nóng)產(chǎn)品深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

響應(yīng)面分析法優(yōu)化超聲波提取干制紅棗中大位阻農(nóng)藥三唑錫工藝

田木星，王偉華*，涂 玲

（塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)南疆特色農(nóng)產(chǎn)品深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

以干制紅棗為材料，研究超聲波輔助法提取大位阻農(nóng)藥三唑錫的最佳條件?？疾斐曁崛」β省⑻崛囟?、提取時(shí)間、料液比及提取次數(shù)5 個(gè)單因素對(duì)三唑錫提取的影響，并在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行響應(yīng)面分析，得到三唑錫提取的最佳工藝條件為溫度45 ℃、頻率45 kHz、料液比1∶12（g/mL）、提取6次、提取時(shí)間50 min、超聲提取功率70 W，經(jīng)驗(yàn)證，此條件下三唑錫含量為0.15 mg/kg。

超聲提取；紅棗；三唑錫

新疆因地域遼闊，光熱資源豐富，發(fā)展特色林果有得天獨(dú)厚的自然優(yōu)勢(shì)，素有“瓜果之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。新疆已形成了南疆環(huán)塔里木盆地以紅棗、香梨、蘋(píng)果等 為主的特色林果主產(chǎn)區(qū)，果品總產(chǎn)量超過(guò)530萬(wàn) t。尤其是紅棗的發(fā)展無(wú)論從種植面積還是從產(chǎn)量、品質(zhì)上，都將河南、河北等紅棗傳統(tǒng)產(chǎn)地甩在了后頭。年產(chǎn)值可達(dá)150億 元，為新疆經(jīng)濟(jì)的騰飛做出了卓越的貢獻(xiàn)[1-2]。在巨大經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，食品安全隱患依然存在，不容忽視。在種植棗業(yè)上，超范圍使用農(nóng)藥及非法使用化學(xué)品的現(xiàn)象仍較為嚴(yán)重，通過(guò)調(diào)研了解到，南疆紅棗中目前使用的農(nóng)藥多數(shù)是針對(duì)蟲(chóng)害（螨蟲(chóng)、紅蜘蛛、棗癭蚊等）的，例如：噠螨靈、三唑錫及螨危等，這些農(nóng)藥使用范圍廣、降解速度慢、殘留時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重威脅人們健康[3]。

圖1 三唑錫結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of azocyclotin

三唑錫是一種有機(jī)錫類(lèi)的高效、廣譜、觸殺性殺螨劑，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，其化學(xué)名稱為三（環(huán)己基）-1H-1,2,4-三唑-1-基錫[4-6]。國(guó)際食品法典委員會(huì)規(guī)定三唑錫的最高殘留限量為0.1 mg/kg，GB 2763—2005《食品中農(nóng)藥最大殘留限量》規(guī)定水果中的最高殘留限量為2.0 mg/kg，法國(guó)規(guī)定為0.20 mg/kg，國(guó)際食品法典委員會(huì)規(guī)定為0.1 mg/kg，日本2006年開(kāi)始實(shí)施的“肯定列表制度”規(guī)定所有食品中均不得檢出三唑錫[7-12]。

三唑錫具有亞急性和慢性毒性、致敏性、致突變性、致畸性及致癌性。三唑錫對(duì)環(huán)境危害較大，攝入或與皮膚接觸可引起中毒[13-14]。

本實(shí)驗(yàn)以紅棗中使用面廣且危害較大的農(nóng)藥三唑錫為研究對(duì)象，考察提取時(shí)間、提取溫度、提取次數(shù)、超聲提取功率及料液比5 個(gè)單因素對(duì)其提取工藝的影響，采用響應(yīng)面法[15-16]，建立回歸分析模型，從而確立三唑錫的最佳提取條件，為建立該農(nóng)藥快速檢測(cè)方法提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅棗去核切碎之后于60 ℃恒溫干燥，待用。

甲醇、正丁醇、丙酮、氯仿、乙腈等均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TU-1900雙光束紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；KQ-100VDE雙頻數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；PL2002電子分析天平 梅特勒-托利多集團(tuán)；GZX-9246MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.3 方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)液配制

準(zhǔn)確稱取三唑錫標(biāo)準(zhǔn)品0.10 g，用甲醇溶解并定容于50 mL的容量瓶中，搖勻，得到0.2%的母液，用雙光束紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在190～400 nm波長(zhǎng)處進(jìn)行掃描從而確定三唑錫的最大吸收波長(zhǎng)。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

先將上述溶液稀釋100 倍后，分別取三唑錫標(biāo)準(zhǔn)液0、2.5、5.0、7.5、10.0 mL于10 mL容量瓶中用甲醇稀釋，用雙光束紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在213 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。

1.3.3 提取溶劑的選取

分別稱取已處理好的干制紅棗2.00 g，在超聲提取溫度45 ℃、時(shí)間30 min、功率70 W、料液比1∶6，提取次數(shù)3 次的條件下分別用甲醇、正丁醇、丙酮、氯仿及乙腈進(jìn)行提取。測(cè)定吸光度確定最佳提取溶劑。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

1.3.4.1 提取次數(shù)對(duì)超聲波提取的影響

稱取2.00 g處理好的樣品于三角瓶中，在溫度50 ℃、時(shí)間30 min、頻率45 kHz、功率70 W的條件下進(jìn)行提取，提取次數(shù)分別為1、2、3、4、5、6，在3 000 r/min條件下離心20 min，取上清液定容至50 mL，在分光光度計(jì)上測(cè)其吸光度。

1.3.4.2 提取時(shí)間對(duì)超聲波提取的影響

提取時(shí)間分別為10、20、30、40、50、60 min。稱取2.00 g處理好的樣品于三角瓶中，按料液比1∶6加入甲醇，溫度45 ℃、頻率45 kHz、提取功率70 W、提取次數(shù)6 次的條件下進(jìn)行超聲提取，在3 000 r/min條件下離心20 min，取上清液定容至50 mL，測(cè)量吸光度。

1.3.4.3 提取溫度對(duì)超聲波提取的影響

提取溫度分別為25、35、45、55、65 ℃條件下進(jìn)行提取。稱取2.00 g處理好的樣品于三角瓶中，按料液比1∶6加入甲醇、時(shí)間50 min、頻率45 kHz、功率70 W，在超聲儀上進(jìn)行提取，在3 000 r/min條件下離心20 min，取上清液定容至50 mL，在分光光度計(jì)上測(cè)其吸光度。

1.3.4.4 提取功率對(duì)超聲波提取的影響

將提取功率設(shè)為50、60、70、80、100 W的條件下提取。具體操作方法為：稱取2.00 g處理好的樣品于三角瓶中，按料液比1∶6加入甲醇，時(shí)間50 min、頻率45 kHz、提取溫度45 ℃在超聲提取器上進(jìn)行提取，在3 000 r/min條件下離心20 min，取上清液定容至50 mL，在213 nm波長(zhǎng)處測(cè)其吸光度。

1.3.4.5 提取料液比對(duì)超聲波提取的影響

將料液比設(shè)為1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14的條件下進(jìn)行提取（即加入甲醇的量為12、16、20、24 mL、28 mL）。稱取2.00 g處理好的樣品于三角瓶中，設(shè)置超聲提取器時(shí)間50 min、頻率45 kHz、提取溫度45 ℃、功率70 W條件下進(jìn)行提取。在3 000 r/min條件下離心20 min，取上清液定容至50 mL，在213 nm波長(zhǎng)處測(cè)其吸光度。

1.3.5 響應(yīng)面法的設(shè)計(jì)

根據(jù)SAS9.0中Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[17]，根據(jù)前期試驗(yàn)選擇3 個(gè)篩選的關(guān)鍵因素功率、時(shí)間、料液比為研究對(duì)象，以紅棗中提取的三唑錫的吸光度為響應(yīng)值，進(jìn)行了三因素三水平的二次響應(yīng)面回歸試驗(yàn)[18-20]（表1）。

表1 響應(yīng)面分析的因素與水平Table1 Factors and levels used for response surface analysis

2 結(jié)果與分析

2.1 最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定

圖2 三唑錫的吸收波長(zhǎng)Fig.2 Absorption wavelength of azocyclotin

由圖2可知，三唑錫的最大吸收波長(zhǎng)為213 nm。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

將配制好的溶液按進(jìn)行檢測(cè)，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.025 5X+0.002 4（R2=0.997）。

2.3 提取溶劑的選取

將超聲提取液進(jìn)行過(guò)濾，取上清液1 mL稀釋至25 mL，于213 nm波長(zhǎng)處測(cè)其吸光度。由表2可知，對(duì)三唑錫提取最好的有機(jī)溶劑為甲醇，故后期實(shí)驗(yàn)中選用甲醇作為三唑錫的提取溶劑。

表2 提取溶劑的影響Table2 Effect of extraction solvent type on the extraction rate of azocyclotin

2.4 單因素試驗(yàn)

圖3 不同因素對(duì)三唑錫提取的影響Fig.3 Effects of different factors on the extraction rate of azocyclotin

由圖3a可知，提取次數(shù)越多提取的總量越大，但也不是無(wú)限增大，當(dāng)提取近乎完全時(shí)，無(wú)需再增加提取次數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明提取5 次和6 次最高，且二者之間沒(méi)有顯著差異。提取次數(shù)到達(dá)5～6 次時(shí)，提取量增加不明顯，因此可以把第6次提取出的質(zhì)量看作2.00 g棗中的三唑錫的總質(zhì)量，故根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線公式可以得出2.00 g中總的三唑錫的量為0.3 mg。

由圖3b可知，提取時(shí)間越長(zhǎng)，所提取的三唑錫的量就越高，且變化較平緩。結(jié)果表明，一次的提取時(shí)間為50 min和60 min時(shí)是最佳水平，且二者之間無(wú)顯著差異。故為了節(jié)省能耗，選擇50 min作為提取時(shí)間。

由圖3c可知，45 ℃條件下提取的三唑錫是最多的，這可能是由于高溫有利于提取，但也不是隨著溫度的升高而增大的。因?yàn)闇囟仍礁呒状荚饺菀讚]發(fā)，因此選用45 ℃進(jìn)行提取。

由圖3d可知，功率大于70 W的各處理的三唑錫提取量無(wú)顯著差異，這說(shuō)明并不是功率越大越好，當(dāng)功率達(dá)到一定值時(shí)，有可能影響到三唑錫的結(jié)構(gòu)和形狀，故而提取出的三唑錫的量有所下降。

由圖3e可知，提取溶劑比例越大，達(dá)到飽和時(shí)能提取的三唑錫也越多。因此，隨著提取溶劑增加，所提取的三唑錫也是逐漸增加的。結(jié)果表明料液比1∶12和1∶14是最好的水平，兩者間無(wú)顯著差異。但是從節(jié)省溶劑考慮，可以選取料液比為1∶12。

2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)結(jié)果上，以X1、X2、X3為自變量，以三唑錫的吸光度為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面分析試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)分析方案及結(jié)果Table3 Program and experimental results for response surface analysis

表3中試驗(yàn)1～12為析因試驗(yàn)，13～15為中心試驗(yàn)。15 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分為析因點(diǎn)和零點(diǎn)，其中析因點(diǎn)為自變量取值在X1、X2、X3所構(gòu)成的三維頂點(diǎn)，零點(diǎn)為區(qū)域的中心點(diǎn)，零點(diǎn)試驗(yàn)重復(fù)3 次，用以估計(jì)試驗(yàn)誤差。采用SAS RSREG程序?qū)λ脭?shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果見(jiàn)表4，3 個(gè)因素經(jīng)過(guò)擬合得到如下方程：

Y=0.76—1.995X1+0.059X2+15.962X3—0.040X1X2+ 7.981X1X3—0.041X2X3+0.021X12—0.086X22—0.063X32

表4 響應(yīng)面方差分析結(jié)果Table4 ANOVA analysis of response surface model

從表4中SAS RSREG回歸分析結(jié)果可以知道，方程回歸顯著。由表4中的P值可知，X2、X22對(duì)Y值的影響顯著，表明試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，二次項(xiàng)對(duì)響應(yīng)值也有很大的關(guān)系，交互作用的影響相對(duì)較小。這和模型回歸中的線性和二次項(xiàng)影響顯著相對(duì)應(yīng)。

2.6 雙因素交互作用分析

按回歸方程分析進(jìn)行軟件編程計(jì)算，得到了交互因素的響應(yīng)面和等高線圖，從而得出2 個(gè)影響因素交互作用與響應(yīng)值之間的關(guān)系，從表4和圖4可知，其交互作用效應(yīng)均顯著。而料液比與提取時(shí)間的作用最為明顯。最優(yōu)點(diǎn)接近于提取功率70 W、提取時(shí)間50 min、料液比1∶12這3 個(gè)最優(yōu)工藝參數(shù)，經(jīng)驗(yàn)證，此條件下三唑錫的含量為0.15 mg/kg。

圖4 雙因素作用的響應(yīng)面與等高線圖Fig.4 Response surface and contour plots for the effects of factors on the extraction rate of azocyclotin

3 結(jié) 論

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將響應(yīng)面法應(yīng)用于優(yōu)化紅棗中三唑錫的提取。結(jié)果表明，提取時(shí)間的一次項(xiàng)和二次項(xiàng)對(duì)三唑錫提取率的影響顯著。說(shuō)明提取功率、提取時(shí)間和料液比對(duì)三唑錫提取率的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系?；貧w分析和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法合理可行。得到三唑錫提取的最佳條件為料液比1∶12（g/mL）、提取時(shí)間50 min、功率70 W，此條件下測(cè)得干制紅棗中三唑錫的含量為0.15 mg/kg。

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Optimization of Ultrasonic-assisted Solvent Extraction Process for Azocyclotin from Dried Jujube by Response Surface Analysis

TIAN Muxing, WANG Weihua*, TU Ling
(Xinjiang Production and Construction Corps Key Laboratory of Deep Processing of Agricultural Products in South Xinjiang, College of Life Science, Tarim University, Alar 843300, China)

The present work was undertaken to investigate optimal conditions for ultrasonic-assisted extraction azocyclotin from dried jujube. The effects of five factors including ultrasonic power, extraction temperature, extraction time, solid-toliquid ratio and extraction number on extraction efficiency were explored using a combination of single factor method and response surface methodology. An extraction temperature of 45 ℃, an ultrasonic frequency of 45 kHz, an ultrasonic power of 70 W and 50 min extractions performed six times with a solid-to-liquid ratio of 1:12 (g/mL) were selected as the optimal extraction conditions. Experiments conducted under these conditions resulted in an extraction rate of 0.15 mg/kg.

ultrasonic-assisted extraction; jujube; azocyclotin

TS207.7

A

1002-6630（2015）04-0058-05

10.7506/spkx1002-6630-201504011

2013-11-10

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)博士資金項(xiàng)目（2012BB012）；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2013107570010）

田木星（1990—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称焚|(zhì)量安全。E-mail：937828978@qq.com

*通信作者：王偉華（1977—），女，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称焚|(zhì)量安全。E-mail：wangweihua6688@163.com