陳 程，王海坤，張存勞，羅國平，姜 寧

(1.西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，西安 710021； 2.陜西興森源生物科技有限公司，陜西 咸陽 712099)

綜合利用

響應(yīng)面法優(yōu)化超聲輔助提取牡丹籽粕中多酚工藝

陳 程1，王海坤2，張存勞1，羅國平1，姜 寧1

(1.西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，西安 710021； 2.陜西興森源生物科技有限公司，陜西 咸陽 712099)

采用超聲輔助提取牡丹籽粕中多酚，分別考察液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲時(shí)間、超聲溫度、超聲功率對多酚提取量的影響，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝。結(jié)果表明，超聲輔助提取牡丹籽粕中多酚的最佳工藝條件為：超聲功率300 W，液料比20∶1，超聲時(shí)間98 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，超聲溫度50℃。在最佳工藝條件下，牡丹籽粕中多酚提取量為17.42 mg/g。

響應(yīng)面法；超聲輔助提取；牡丹籽粕；多酚

牡丹籽為毛茛科芍藥屬灌木牡丹干燥成熟的種子[1]。牡丹籽主要用于榨油，出油率達(dá)27%～32%[2]。牡丹籽油中不飽和脂肪酸含量達(dá)90%，其中亞油酸含量達(dá)22.19%，亞麻酸含量達(dá)35.70%，二者均是人體必需脂肪酸，具有增強(qiáng)免疫力、降血脂、預(yù)防心腦血管疾病等作用[3-5]。牡丹籽油2011年已被衛(wèi)生部批準(zhǔn)為新資源食品[6]。牡丹籽粕是牡丹籽榨油后的固體渣粕，目前作為低價(jià)飼料或廢棄，資源利用率低，其潛在的價(jià)值未被開發(fā)利用。因此，研究牡丹籽粕中功能性成分對牡丹資源合理利用具有重要意義。

植物多酚是一類多元酚類化合物，廣泛存在于植物的根、葉、果實(shí)中，是其次生代謝產(chǎn)物，具有增強(qiáng)免疫力、防止心腦血管疾病、抗氧化等功效和生理活性[7-8]。多酚常用的提取方法為溶劑浸提法、微波輔助提取法、超聲輔助提取法等[9]。超聲輔助提取法具有節(jié)能、高效等特點(diǎn)[10]。Box-Behnken設(shè)計(jì)是響應(yīng)面法常用的一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，在醫(yī)藥、食品領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，具有試驗(yàn)次數(shù)少、精度高等特點(diǎn)[11]，適用于多因素三水平的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用多元二次方程擬合因素和響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，通過回歸方程的分析優(yōu)化工藝參數(shù)[12-13]。目前關(guān)于牡丹籽粕中多酚研究未見報(bào)道，因此本文選用牡丹籽粕為試驗(yàn)對象，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)響應(yīng)面法優(yōu)化超聲輔助提取牡丹籽粕中多酚類成分的工藝參數(shù)，為下一步研究提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

牡丹籽粕由陜西興森源生物科技有限公司提供；沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品，上海源葉生物科技有限公司，純度≥99%；Folin-ciocalteu試劑，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇、無水碳酸鈉等均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

Cary 60型紫外可見分光光度計(jì)，SQP型電子分析天平，CP2102電子天平，SB-5200DT超聲波清洗機(jī)，TD5M型低速大容量離心機(jī)，GZ9147電熱鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 牡丹籽粕中多酚的提取

精密稱取牡丹籽粕5.0 g，按照設(shè)計(jì)安排選取相應(yīng)的乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比、超聲溫度、超聲時(shí)間、超聲功率進(jìn)行提取。提取液置于離心機(jī)中離心分離(3 000 r/min，15 min)，上清液定容至250 mL，按照測定方法測定多酚含量。

1.2.2 多酚含量測定方法[14]

采用福林酚法測定牡丹籽粕中多酚。精密稱取沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品5.2 mg，置于10 mL容量瓶中，用蒸餾水溶解并定容至刻度，搖勻。取此原液1 mL稀釋定容至25 mL，即得質(zhì)量濃度為20.8 μg/mL的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。精密移取沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液2、4、6、8、10 mL于25 mL容量瓶中，加入福林酚試劑1 mL，搖勻，再加入10%碳酸鈉溶液3 mL，蒸餾水定容至刻度，避光1 h后，以蒸餾水為空白，在745 nm處測定吸光度，以吸光度(Y)為縱坐標(biāo)，沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度(X)為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程為：Y=101.82X+0.047 73，r=0.999 6。樣品含量測定時(shí)，吸取提取液0.25 mL于25 mL容量瓶中，按照上述方法進(jìn)行吸光度的測定，進(jìn)而計(jì)算多酚提取量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對牡丹籽粕中多酚提取量的影響

選取液料比20∶1、超聲時(shí)間60 min、超聲溫度60℃、超聲功率250 W，考察乙醇體積分?jǐn)?shù)對牡丹籽粕中多酚提取量的影響，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，多酚提取量逐漸增大，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，多酚提取量達(dá)到最大值，之后多酚提取量隨乙醇體積分?jǐn)?shù)增加而減小，原因是脂溶性成分增加，影響多酚類成分的溶出。故選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對牡丹籽粕中多酚提取量的影響

2.1.2 液料比對牡丹籽粕中多酚提取量的影響

選取乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、超聲時(shí)間60 min、超聲溫度60℃、超聲功率250 W，考察液料比對牡丹籽粕中多酚提取量的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 液料比對牡丹籽粕中多酚提取量的影響

由圖2可知，隨著液料比的增加，多酚提取量呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)液料比達(dá)20∶1時(shí)，多酚提取量逐漸趨于飽和狀態(tài)，原因可能是多酚基本被溶出。故選擇液料比為20∶1。

2.1.3 超聲時(shí)間對牡丹籽粕中多酚提取量的影響

選取乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、液料比20∶1、超聲溫度60℃、超聲功率250 W，考察超聲時(shí)間對牡丹籽粕中多酚提取量的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 超聲時(shí)間對牡丹籽粕中多酚提取量的影響

由圖3可知，隨著超聲時(shí)間的延長，多酚提取量逐漸增加，100 min后變化趨勢不明顯?？紤]減少內(nèi)耗和雜質(zhì)溶出，故選擇超聲時(shí)間為100 min。

2.1.4 超聲溫度對牡丹籽粕中多酚含量的影響

選取乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、液料比20∶1、超聲時(shí)間60 min、超聲功率250 W，考察超聲溫度對牡丹籽粕中多酚提取量的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 超聲溫度對牡丹籽粕中多酚提取量的影響

由圖4可知，隨著超聲溫度的升高，多酚提取量總體呈先增大后減小的趨勢。其原因?yàn)闇囟壬?，分子運(yùn)動(dòng)加速，利于多酚類成分溶出，當(dāng)溫度超過50℃時(shí)多酚提取量逐漸減小，可能與高溫條件下多酚類成分降解有關(guān)。故選擇超聲溫度為50℃。

2.1.5 超聲功率對牡丹籽粕中多酚提取量的影響

選取乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、液料比20∶1、超聲時(shí)間60 min、超聲溫度50℃，考察超聲功率對牡丹籽粕中多酚提取量的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 超聲功率對牡丹籽粕中多酚提取量的影響

由圖5可知，多酚提取量隨超聲功率的增大呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)超聲功率為300 W時(shí)多酚提取量最大。故選擇超聲功率為300 W。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，固定超聲功率為300 W，選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比、超聲時(shí)間、超聲溫度為試驗(yàn)因素，以多酚提取量(Y)為響應(yīng)值，進(jìn)行四因素三水平的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共有29個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，因素水平編碼見表1，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表1 因素水平編碼

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)表2試驗(yàn)結(jié)果，利用Design-Expert 8.0.5軟件進(jìn)行多元回歸方程擬合和方差分析?；貧w方程為：Y=16.21+2.07A+0.52B-0.12C-0.003 3D+0.25AB-0.45AC-0.19AD+0.25BC+0.35BD+0.050CD-0.80A2-3.27B2-2.52C2-2.45D2。方差分析結(jié)果見表3。

表3 回歸模型方差分析

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

利用Design-Expert 8.0.5軟件分析得出最佳工藝條件為超聲功率300 W、液料比20.4∶1、超聲時(shí)間98.8 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、超聲溫度49.5℃，在此條件下多酚提取量最大理論預(yù)測值為17.55 mg/g?？紤]到試驗(yàn)的可操作性，將工藝條件優(yōu)化為：超聲功率300 W，液料比20∶1，超聲時(shí)間98 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，超聲溫度50℃。在優(yōu)化條件下進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)(n=3)，多酚提取量平均值為17.42 mg/g，RSD為0.38%，與理論預(yù)測值17.55 mg/g 的相對誤差為0.74%，說明Box-Behnken 設(shè)計(jì)響應(yīng)面法得到的提取條件可靠。

3 結(jié) 論

本文以牡丹籽粕中多酚類成分為研究對象，選用超聲輔助提取法，通過Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)和Design-Expert 8.0.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，所建立的模型擬合度高，試驗(yàn)誤差小，預(yù)測工藝條件通過驗(yàn)證性試驗(yàn)。結(jié)果表明，牡丹籽粕中多酚提取最佳工藝條件為：超聲功率300 W，液料比20∶1，超聲時(shí)間98 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，超聲溫度50℃。在最佳工藝條件下，牡丹籽粕中多酚提取量為17.42 mg/g。

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Optimization of ultrasound-assisted extraction of polyphenols from peony seed meal by response surface methodology

CHEN Cheng1， WANG Haikun2， ZHANG Cunlao1， LUO Guoping1， JIANG Ning1

(1.Pharmaceutical Institute， Xi’an Medical University， Xi’an 710021， China；2.Shaanxi Xingsenyuan Bioscience Ltd.， Xianyang 712099， Shaanxi， China)

Polyphenols from peony seed meal were extracted by ultrasound-assisted technology. The effects of ratio of liquid to material， ethanol volume fraction， ultrasonic power， ultrasonic time and ultrasonic temperature on extraction quantity of polyphenols were studied by response surface methodology.The results showed that the optimal ultrasound-assisted extraction conditions of polyphenols from peony seed meal were obtained as follows：ultrasonic power 300 W， ratio of liquid to material 20∶1， ultrasonic time 98 min， ethanol volume fraction 80% and ultrasonic temperature 50℃.Under the optimal conditions， the extraction quantity of polyphenols from peony seed meal was 17.42 mg/g.

response surface methodology； ultrasound-assisted extraction； peony seed meal； polyphenols

2016-06-13；

2016-11-18

陜西省教育廳2016自然專項(xiàng)(16JK1650)；西安醫(yī)學(xué)院2016本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目(2016JG-21)

陳 程(1987)，男，講師，碩士，研究方向?yàn)橹兴幩幮镔|(zhì)基礎(chǔ)和劑型改革研究 (E-mail)xayxychencheng@163.com。

TS229；Q58

A

1003-7969(2017)03-0127-04