響應(yīng)曲面法優(yōu)化微波提取花生殼中總黃酮工藝研究

崔建強,問娟娟

(陜西國際商貿(mào)學(xué)院 醫(yī)藥學(xué)院, 陜西 西安 710246)

花生是豆科植物(Arachis hypogoea L)我國主要的油料作物之一，這種植物的很多部分都含有對人體有益的物質(zhì)，例如花生仁、花生殼、花生葉等。通常我們處理花生植物主要使用的是花生仁，它本身可以食用，也可以用于榨油、磨粉等?；ㄉ鷼こ松贁?shù)被利用外，絕大部分廢棄掉或當(dāng)做燃料[1]。其實花生殼中含有很多有益的物質(zhì)，研究[2-3]表明，其提取物有抗癌、抗炎、抗氧化等作用，能夠產(chǎn)生這些作用主要是花生殼中含有黃酮類化合物的影響。因此，如何把黃酮類化合物從花生殼中提取出來對開發(fā)新藥具有重要的實用價值和學(xué)術(shù)意義?，F(xiàn)如今，提取總黃酮方式的很多，傳統(tǒng)提取法(水浸取法、索氏提取法等)有一些弊端，例如耗時、耗能、提取率低等[4-6]。為了改善這些不足，筆者使用微波輔助萃取法，是近幾年天然產(chǎn)物提取中使用較多的提取方法之一，其在能耗、時間、選擇性等方面對比傳統(tǒng)方法有很大的提高[7-8]。為了提高收率，采用單因素實驗結(jié)合響應(yīng)曲面優(yōu)化，得到較優(yōu)提取條件，為花生的綜合利用提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

花生殼，市售；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，上海源葉生物科技有限公司；無水乙醇，天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開發(fā)有限公司；石油醚(沸點60-90)，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；二次蒸餾水。微波催化合成/萃取儀,北京祥鵠科技發(fā)展有限公司；粉碎機GY-753，天津市泰斯特儀器有限公司；紫外一可見光度計，天津精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 花生殼中總黃酮提取及含量測定

花生殼洗凈，于干燥箱恒溫干燥，水分蒸發(fā)完全，使用粉碎機將其粉碎完全，過40目篩備用，加入石油醚脫脂兩次，然后進(jìn)行抽濾，取濾渣進(jìn)行干燥，備用。

取花生殼粉末，精密稱取1.0 g，并將其加入到規(guī)格為50 mL的燒杯中，分別在不同的乙醇濃度、微波功率、提取時間和液料比因素下提取，然后抽濾，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行旋轉(zhuǎn)制成浸膏，按照配比加入乙醇溶解，用離心機進(jìn)行離心，得到的溶液定容到容量瓶中，再進(jìn)行稀釋，配成待測溶液，測定其吸光度，計算收率。

1.3 總黃酮收率測定

測定總黃酮收率采用紫外分光光度法，制備單因素實驗所得樣品的供試品溶液。測量其吸光度，計算獲得收率。

線性回歸方程：A=10.542C-0.1386，相關(guān)系數(shù)R2=0.9982。(C：代表濃度 A：代表吸光度)

花生殼中總黃酮收率=(d·C·V/1 000 M)×100% (d：稀釋倍數(shù) C：測得的總黃酮的濃度(mg·mL-1)V：提取液體積(mL) M：代表花生殼樣品的質(zhì)量(g))

1.4 單因素實驗

分別考察乙醇濃度為40%、50%、60%、70%、80%；液料比為5∶1 mL·g-1、10∶1 mL·g-1、15∶1 mL·g-1、20∶1 mL·g-1、25∶1 mL·g-1；微波功率為200 W、300 W、400 W、500W、600 W；微波提取時間為20 min、30 min、40 min、50 min、60 min等條件對總黃酮收率的影響。

1.5 響應(yīng)面優(yōu)化實驗

由單因素實驗結(jié)束后，進(jìn)一步對單因素四個實驗條件考察，以總黃酮收率為響應(yīng)指標(biāo)，應(yīng)用Design-Expert8.0.6軟件，優(yōu)化實驗條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實驗結(jié)果

通過圖1可知,總黃酮的收率在乙醇濃度為60%、微波功率400 W、時間50 min、液料比10∶1 mL·g-1的條件下最大。

2.2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化試驗

2.2.1 響應(yīng)面分析因素水平的選取

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計條件

2.2.2 總黃酮得率回歸模型的建立和顯著性檢驗 根據(jù)相應(yīng)的試驗方案進(jìn)行試驗，試驗分析方案及結(jié)果見表2。

通過Design-Expert8.0.6軟件，對響應(yīng)值和各個影響因素進(jìn)行了擬合，之后，就得到了回歸方程：

花生殼中總黃酮收率(%)

=+3.81+5.833×10-3A+0.029B+0.044C+0.057D-5.000E-003AB-0.033AC+0.015AD-0.025BC+0.043BD-0.030CD-0.063A2-0.18B2-0.15C2-0.10D2

表2 Box-Behnken設(shè)計及響應(yīng)值結(jié)果

續(xù)表2 Box-Behnken設(shè)計及響應(yīng)值結(jié)果

表3 方差分析

注：＊＊表示極顯著，＊表示顯著。

從表3中可以得出，B、C、D、AC、BC、BD、CD、A2、B2、C2、D2對花生殼中總黃酮的收率存在不同程度影響(顯著或極顯著)，故證明不同影響因素與響應(yīng)值總黃酮收率之間顯示出比較明顯的非線性關(guān)系。此外，從表3中可知該回歸模型極顯著；失擬項(F=16.67，P=0.0215)不顯著，說明該模型的模擬性較好。由式(R2=0.9875)可知，模型具有高度顯著水平，此方程的決定系數(shù)R2adj=0.9750,代表97.50%響應(yīng)值的改變可由改模型解釋。綜合而言，此次針對總黃酮提取率與其各影響因素建立的回歸模型合理，適應(yīng)性好。

分析乙醇濃度、微波功率等四個因素對花生殼總黃酮收率的影響，結(jié)果見圖5。

(a)乙醇濃度與提取功率的交互作用 (b)乙醇濃度與提取時間的交互作用 (c)乙醇濃度與液料比的交互作用

(d)提取功率與提取時間的交互作用 (e)提取功率與液料比的交互作用 (f)提取時間與液料比的交互作用

圖2 等高線圖和三維圖

由圖2中的3D響應(yīng)面開口，并且都是向下，指示A(乙醇濃度)，B(提取的功率)，C(提取時間)，D(液料比)與花生殼中總黃酮收率具有拋物線關(guān)系，可知與BC、BD、CD均存在一定交互作用，因為從趨勢圖來看，都呈圓形趨勢，且趨勢線連接的并不緊密；但與BC、BD、CD相比，AB、AC、AD都呈橢圓形趨勢，且趨勢線連接的較緊密；交互對花生殼中總黃酮的收率具有顯著影響。

2.2.3 最優(yōu)提取工藝選擇及可靠性驗證 根據(jù)響應(yīng)面圖得出的最佳實驗方案是：乙醇濃度58.63%，提取功率401.88 W，提取時間52.06 min，液料比11.03 mL·g-1，當(dāng)實驗在最優(yōu)提取工藝以及最佳工藝條件下的預(yù)收率為3.82206 %。將實驗系數(shù)修正為乙醇濃度60 %，提取功率400 W，提取時間50 min，液料比10：1mL·g-1，以最優(yōu)工藝條件提取，設(shè)三次重復(fù)，得出花生殼總黃酮平均收率為3.807 %，接近預(yù)測值。因此，此響應(yīng)面模型較為合理，為以后這方面的研究提供參考。

3 結(jié)論

筆者以花生殼為材料，通過對花生殼的前處理，微波方式提取花生殼中的總黃酮，運用紫外分光光對法對其含量測定。在提取的過程中根據(jù)單因素的分析以及響應(yīng)曲面法的優(yōu)化，得出當(dāng)液料比為10∶1 mL·g-1時，在濃度為60 %的乙醇中，以400 W的提取功率提取50 min為最佳工藝條件。