郭慶啟，黃雨洋，王振宇，2，*，張 娜

（1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150086；3.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150076）

BOX-BEHNKEN響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)化微波輔助提取大豆胚芽黃酮的工藝

郭慶啟1，黃雨洋1，王振宇1，2，*，張 娜3

（1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150086；3.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150076）

以大豆胚芽為原料，以乙醇為浸提溶劑，通過微波輔助提取及Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)化大豆胚芽黃酮的提取工藝，得到最優(yōu)工藝參數(shù)為：提取時間162s，功率687W，料液比1∶18，乙醇濃度68%。經(jīng)回歸分析表明：回歸方程的R2=94%，R2Adj=87.99%，預(yù)測值為16.33mg/g。經(jīng)驗證，在最優(yōu)提取工藝條件下，大豆胚芽總黃酮得率為16.16mg/g，回歸模型的預(yù)測值與實測值的相對誤差＜1%。

大豆胚芽，總黃酮，微波輔助，響應(yīng)面設(shè)計，提取

大豆胚芽是大豆制油和蛋白工業(yè)的副產(chǎn)品之一，占大豆總重的2.5%［1］，富含黃酮、油脂、皂甙、β-谷甾醇、VE等生理活性成分［2］。1998年Yoshida對大豆胚芽和子葉中的營養(yǎng)成分進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明大豆黃酮在大豆胚芽中的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大豆子葉和種皮中的含量，一般高出3～15倍［3］。大豆胚芽中總黃酮含量一般為1.4%～1.74%，所以大豆胚芽是提取大豆黃酮的很好原料［4］。國內(nèi)外學(xué)者研究已證實，黃酮類化合物具有很好的生理活性及藥理、保健功能。對乳腺腫瘤、血小板凝集具有抑制作用［5-6］，高濃度黃酮能夠抑制血管滲透性因子誘導(dǎo)的冠狀動脈舒張［7］，且具有抗氧化［8-9］，抗炎，抗微生物及提高免疫功能的作用［10］。響應(yīng)面分析法是采用多元二次回歸方法作為函數(shù)估計的工具，將多因子實驗中因素與指標(biāo)的相互關(guān)系用多項式近似擬合，依此可對函數(shù)的響應(yīng)面和等高線進(jìn)行分析，研究因子與響應(yīng)面之間、因子與因子之間的相互關(guān)系。本文應(yīng)用響應(yīng)面法考察乙醇提取脫脂大豆胚芽總黃酮工藝中各因素對得率的影響，對提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，旨在為大豆胚芽的進(jìn)一步開發(fā)利用提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

大豆胚芽 黑龍江九三油脂公司提供；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品 中國藥品生物制品檢定所；乙醇、三氯化鋁、石油醚等化學(xué)試劑 均為分析純。

1810型紫外分光光度計 北京普析通用；MG085S-2B微波實驗儀 南京匯研微波系統(tǒng)工程有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大豆胚芽原料的去油處理 由于大豆胚芽中含有大量的油脂，過多的油脂在提取黃酮的過程中影響總黃酮得率，所以在提取大豆胚芽中的黃酮類化合物前必須去除多余油脂。以石油醚為溶劑對大豆胚芽進(jìn)行去油處理，工藝參數(shù)為：大豆胚芽粒度40目，料液比1∶20、萃取時間5h，此條件下大豆胚芽的去油率為10.46%。

1.2.2 提取工藝優(yōu)化的研究 參考 Wang等和Proestos等的方法［11-12］，采用微波輔助提取法進(jìn)行大豆胚芽黃酮提取，取5.0g脫脂大豆胚芽粉置于三角瓶中，按一定條件（提取時間、功率、液料比、乙醇濃度）在微波反應(yīng)器內(nèi)浸提大豆胚芽黃酮，測定吸光值，計算黃酮得率。

在單因素實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上選取提取時間、功率、液料比、乙醇濃度4個因素為自變量，分別表示為x1，x2，x3，x4，以大豆胚芽總黃酮得率Y（mg/g）為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計原理設(shè)計響應(yīng)面分析實驗，因素與水平編碼表見表1。

表1 因素與水平編碼表

1.2.3 總黃酮含量的測定 采用三氯化鋁法測定總黃酮含量［13］。

2 結(jié)果與討論

2.1 響應(yīng)面實驗方案及實驗結(jié)果

利用Design-Expert7.0設(shè)計響應(yīng)面實驗方案，以x1、x2、x3、x4為自變量，以總黃酮得率為響應(yīng)值y1，測定結(jié)果見表2。其中實驗序號1～24為析因?qū)嶒灒?5～29為5個中心實驗，用以估計實驗誤差。

2.2 響應(yīng)面實驗結(jié)果分析

通過統(tǒng)計分析軟件Design-Expert7.0對表2中實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項式回歸擬合，建立二次多元回歸方程，對該方程的回歸分析與方差分析結(jié)果見表3。

表2 響應(yīng)面分析法實驗方案及實驗結(jié)果

表3 回歸與方差分析結(jié)果

由表3可知，方程因變量與自變量之間的線性關(guān)系明顯，該模型回歸顯著（P＜0.01），失擬項不顯著，并且該模型R2=94.00%=87.99%，說明該模型與實驗擬合良好，自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著，可以用于該反應(yīng)的理論推測。由F檢驗可以得到因子貢獻(xiàn)率為：x2＞x3＞x1＞x4，即功率＞料液比＞提取時間＞乙醇濃度。x2、x1x3、x1x4、x2x4、、、項達(dá)到了極顯著的水平，其中提取時間和料液比、提取時間和乙醇濃度、功率和乙醇濃度之間存在著交互作用，具體交互作用如圖1所示。

應(yīng)用響應(yīng)面分析方法對回歸模型進(jìn)行分析，尋找最優(yōu)響應(yīng)結(jié)果為：微波輔助提取法對大豆胚芽總黃酮提取時間162s，功率687W，料液比1∶18，乙醇濃度68%，響應(yīng)面最優(yōu)值為16.33mg/g。在響應(yīng)面分析法優(yōu)化的最佳條件下進(jìn)行3次平行實驗，得到大豆胚芽總黃酮得率為16.16mg/g，預(yù)測值與實際測量值非常接近，說明響應(yīng)值的實驗值與回歸方程預(yù)測值吻合良好。

圖1 各因素交互作用對黃酮得率的影響規(guī)律

3 結(jié)論

通過Design-Expert7.0軟件采用Box-Behnken實驗設(shè)計法對大豆胚芽黃酮的提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明，提取功率對大豆胚芽黃酮提取影響最顯著，并且提取時間和料液比、提取時間和乙醇濃度、功率和乙醇濃度之間存在著交互作用。通過Design-Expert7.0軟件建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并且得到乙醇提取工藝條件為：提取時間162s，功率687W，料液比1∶18，乙醇濃度68%。經(jīng)過驗證實驗可知在最優(yōu)提取工藝條件下總黃酮得率可達(dá)到16.16mg/g，回歸模型的預(yù)測值與實測值的相對誤差＜1%，為以后的中試以及工業(yè)化生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

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Optimization of technology for microwave-assisted extraction of soybean embryo flavonoids using Box-Behnken response surface analysis

GUO Qing-qi1，HUANG Yu-yang1，WANG Zhen-yu1，2，*，ZHANG Na3
（1.College of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China；2.Food Science and Technology College，Harbin Institute of Technology，Harbin 150086，China；3.College of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin 150076，China）

Extracting flavonoids from the soybean embryo，the best extracting method is microwave assisted ethanol extracting method.With the Box-Behnken response surface analytical method，the regressive model through the optimization of main technical parameters was obtained.The best technical parameters were as followed：extracting time was 162s，extracting power was 687W，the proportion of material to liquid was 1∶18，the concentration of ethanol was 68%.The regressive analysis indicated that in the equation R2=94%，R2Adj=87.99%.The estimating data was 16.33mg/g.Through the validating test，under the best extracting conditions，the yield of total flavonoids from soybean embryo was 16.16mg/g.The relative error between the estimating data of regressive model and actual data was less than 1%.

soybean embryo；total flavonoids；microwave-assisted；RSM；extraction

TS201.2

B

1002-0306（2011）02-0214-03

2010-03-10 *通訊聯(lián)系人

郭慶啟（1978-），男，在讀博士，講師，主要從事林產(chǎn)化學(xué)方面的研究。