劉英翠

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，太原 030012)

超聲波輔助提取沙棘果渣黃酮工藝研究

劉英翠

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，太原 030012)

以山西沙棘果渣為原料，用超聲波輔助優(yōu)化沙棘果渣中黃酮的提取工藝，以超聲溫度、超聲時(shí)間、液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取次數(shù)5個(gè)因素為自變量，黃酮提取率為因變量。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用超聲溫度、超聲時(shí)間、乙醇體積分?jǐn)?shù)三個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化研究。用Design Expert 8.06軟件對(duì)黃酮提取率進(jìn)行多元回歸模型擬合分析。分析表明：超聲溫度為52 ℃，提取時(shí)間為38 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)55%，黃酮的提取率為3.19%。

沙棘；果渣；黃酮；超聲波提取；響應(yīng)面

我國含有豐富的沙棘資源，作為藥食同源的中藥材之一，具有止咳化痰、健胃消食、活血散瘀、提高人體免疫機(jī)能之功效[1]，其中所含的黃酮化合物存在于沙棘所有部位[2]。沙棘果渣作為沙棘加工過程中的一種廢棄物，也含有豐富的黃酮類物質(zhì)?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)表明，沙棘黃酮具有抗心肌缺血、降血脂、抗腫瘤、抗衰老等作用[3]。黃酮的提取方法一般有水提法、索氏提取法、微波輔助提取法、超聲輔助提取法、酶法輔助提取法[4]，其中超聲技術(shù)是近年來天然產(chǎn)物提取中發(fā)展較快的一種提取手段，具有有機(jī)溶劑用量少，提取時(shí)間較短等特點(diǎn)[5]。目前中國國內(nèi)沙棘果渣提取黃酮的研究報(bào)道較少。本文以山西岢嵐沙棘飲料廠廢棄果渣為研究材料，采用超聲波輔助提取沙棘黃酮，研究各單因素對(duì)黃酮提取率的影響，采用Design-Exper8.06軟件優(yōu)化選出最佳工藝參數(shù)，以期為沙棘研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為沙棘黃酮的進(jìn)一步開發(fā)利用開辟新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

沙棘果渣(山西省岢嵐沙棘飲料廠廢棄果渣)；蘆丁、無水乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉等試劑皆為市售國產(chǎn)分析純。

BS110S型電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；GZX-9246鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊事業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；LSY電熱恒溫水浴鍋 北京醫(yī)療設(shè)備廠；KQ-100DB超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；UV-1100紫外可見分光光度計(jì) 上海美譜達(dá)儀器有限公司；RJ-TDL-40C低速臺(tái)式離心機(jī) 無錫市瑞江分析儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 配置0.2 mg·mL-1蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別吸取0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL于25 mL容量瓶中，各加30%乙醇至6 mL，加入5% NaNO2溶液1 mL，搖勻靜置6 min，加入30% Al(NO3)3溶液1 mL，搖勻靜置6 min，加10% NaOH溶液10 mL，加30%乙醇至刻度，搖勻靜置15 min。于510 nm處測定吸光度。以X軸為蘆丁濃度，Y軸為吸光度，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn) 以超聲溫度、超聲時(shí)間、液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取次數(shù)5個(gè)因素進(jìn)行單因素設(shè)計(jì)，設(shè)定超聲溫度30、40、50、60、70℃；設(shè)定提取時(shí)間10、20、30、40、50 min；液料比20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1；乙醇體積分?jǐn)?shù)30%、40%、50%、60%、70%；浸提次數(shù)為1、2、3、4次。分析各單因素對(duì)沙棘黃酮提取率的影響。

1.2.3 沙棘黃酮提取響應(yīng)面優(yōu)化 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，由超聲溫度、超聲時(shí)間、乙醇體積分?jǐn)?shù)三個(gè)因素對(duì)黃酮提取率影響比較顯著，則利用這三個(gè)因素進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化研究，用Design Expert 8.06軟件對(duì)黃酮提取率進(jìn)行二次多元回歸模型擬合分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及回歸方程的建立

從圖1可知，在 510 nm 處蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度與其濃度呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2=0.999。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1 超聲溫度對(duì)沙棘黃酮提取率的影響 由圖2可知，黃酮提取率隨著超聲溫度的升高先升高后降低，在50℃時(shí)提取率最佳，這主要是因?yàn)闇囟鹊陀?0℃時(shí)，黃酮不能有效溶出；而溫度超過50℃時(shí)，不利于超聲“空化”作用，且溫度太高，提取液乙醇發(fā)生沸騰，使得其他雜質(zhì)溶出增多，黃酮類物質(zhì)溶出受阻[6-7]，提取率降低。因此最佳提取溫度50℃。

圖1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖2 超聲溫度對(duì)沙棘黃酮提取率的影響

2.2.2 超聲時(shí)間對(duì)沙棘黃酮提取率的影響 由圖3可知，超聲時(shí)間40 min時(shí)，黃酮提取率最佳，繼續(xù)延長超聲時(shí)間到50 min，黃酮提取率反而下降；這主要因?yàn)?，超聲時(shí)間低于40 min時(shí)，黃酮類物質(zhì)不能充分溶解在乙醇中，超聲時(shí)間太長，會(huì)使黃酮結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，使得黃酮提取率降低[8-9]。

圖3 超聲時(shí)間對(duì)沙棘黃酮提取率的影響

2.2.3 液料比對(duì)沙棘黃酮提取率的影響 由圖4可知，液料比在30∶1時(shí)，黃酮提取率最佳，繼續(xù)增大液料比到35∶1和40∶1，黃酮提取率下降；液料比低于30∶1時(shí)，黃酮溶出很容易達(dá)到飽和，不能使黃酮全部溶出，液料比高于30∶1時(shí)，使得黃酮類物質(zhì)稀釋[10]，提取率下降。

2.2.4 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)沙棘黃酮提取率的影響 由圖5可知，黃酮提取率隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加現(xiàn)增大后降低，乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，黃酮提取率最佳，高于50%或低于50%黃酮提取率均較低；這主要是因?yàn)辄S酮與乙醇的極性越相似，黃酮溶出越多[11]，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)50%時(shí)，與黃酮極性最相似。

圖4 液料比對(duì)沙棘黃酮提取率的影響

圖5 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)沙棘黃酮提取率的影響

2.2.5 提取次數(shù)對(duì)沙棘黃酮提取率的影響 從圖6可知，隨著浸提次數(shù)的增加，黃酮提取率逐漸增加，而提取4次與提取3次相比，黃酮提取率增加幅度不大，因此從節(jié)約能耗、減少工序和生產(chǎn)時(shí)間以及節(jié)約成本的角度來考慮，浸提次數(shù)為3次最佳。

圖6 浸提次數(shù)對(duì)沙棘黃酮提取率的影響

2.3 沙棘黃酮提取工藝參數(shù)優(yōu)化

2.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 結(jié)合單因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用三因素三水平(表1)的響應(yīng)面分析，采用軟件Design Expert 8.06來處理分析數(shù)據(jù)，共17組試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表1 因素水平及編碼

利用Design Expert 8.06軟件對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析，得出黃酮提取率(Y)對(duì)超聲溫度(A)、超聲時(shí)間(B)、乙醇體積分?jǐn)?shù)(C)的二次多項(xiàng)回歸模型為：

黃酮提取率Y=+2.83+0.11A-0.11B+0.36C+0.22AB+0.28AC+0.05BC-0.74A2-0.71B2-0.42C2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

對(duì)該二次多元回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3。

2.3.2 模型的建立及其顯著性檢驗(yàn) 由表3方差分析可知，F(xiàn)回歸=13.86gt;F0.05，Plt;0.0001，說明回歸方程極其顯著，F(xiàn)失擬=3.65lt;F0.05，Pgt;0.05，表明失擬不顯著，由模型可知R2=0.9877，R2Adj=0.9687，該模型的擬合度良好，表明采用該響應(yīng)面法所得的回歸方程模型是可行的，可以對(duì)沙棘黃酮提取優(yōu)化試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測[12-13]。

由表4可知，單因素A與B對(duì)測定黃酮提取率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯著，而C不顯著；二次型A2、B2和C2均對(duì)測定多酚提取量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯著；交互項(xiàng)AB和AC顯著，而BC不顯著。由單因素F值可知單因素對(duì)多酚提取量的影響順序?yàn)镃gt;Agt;B，即乙醇體積分?jǐn)?shù)gt;超聲溫度gt;超聲時(shí)間[14]。

2.3.3 兩因素間的交互影響 根據(jù)表4的結(jié)果，做超聲溫度與超聲時(shí)間、超聲溫度與乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲時(shí)間與乙醇體積分?jǐn)?shù)之間交互作用的三維空間響應(yīng)面圖和等高線圖(圖7-9)。

表3 回歸模型方差分析表

表4 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)

(1)超聲溫度與超聲時(shí)間交互作用

由圖7可知，隨著超聲溫度與超聲時(shí)間的增加，黃酮的提取率顯著增加，之后呈緩慢下降趨勢；從圖中可以看出，超聲溫度與超聲時(shí)間對(duì)黃酮提取率的影響表現(xiàn)出較為光滑的曲線；由等高線的形狀是橢圓形，所以超聲溫度與超聲時(shí)間的交互作用顯著。

圖7 超聲溫度與超聲時(shí)間對(duì)沙棘黃酮提取率的響應(yīng)面圖和等高線圖

(2)微波溫度與乙醇體積分?jǐn)?shù)交互作用

由圖8可知，超聲時(shí)間一定時(shí)，隨著超聲溫度與乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，黃酮的提取率顯著增加，之后呈緩慢下降趨勢；由等高線的形狀是橢圓形，所以超聲溫度與乙醇體積分?jǐn)?shù)的交互作用顯著。

圖8 超聲溫度與乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)沙棘黃酮提取率的響應(yīng)面圖和等高線圖

(3)超聲波時(shí)間與乙醇體積分?jǐn)?shù)交互作用

由圖9可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)黃酮提取率影響比較顯著，表現(xiàn)為曲線較陡，而超聲時(shí)間對(duì)黃酮提取率影響不顯著，表現(xiàn)為較為光滑的曲線；由等高線的形狀是圓形，所以超聲時(shí)間與乙醇體積分?jǐn)?shù)的交互作用不顯著。

圖9 超聲時(shí)間與乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)沙棘黃酮提取率的響應(yīng)面圖和等高線圖

3 結(jié)論

通過單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)，對(duì)超聲溫度、超聲時(shí)間、乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比、浸提次數(shù)對(duì)沙棘黃酮提取率的影響進(jìn)行探討；得出最佳的提取工藝參數(shù)為：超聲溫度為52℃，提取時(shí)間為38 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)55%，液料比30∶1，浸提次數(shù)3次，黃酮的提取率為3.19%；在此條件下進(jìn)行三次平行驗(yàn)證，沙棘黃酮提取率為3.13%、3.16%、3.22%，平均得率3.17%，與理論值相差0.02%，說明該模型能很好的預(yù)測沙棘黃酮的提取。

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StudyonExtractionofFlavonoidsfromHippophaerhamnoidesResiduebyUltrasonic

LIU Ying-cui

(ShanxiAcademyofForestry,Taiyuan,Shanxi030012)

WithHippophaerhamnoidesresidue in Shanxi province as raw material, ultrasonic was applied to optimize the extraction technology of flavonoids fromHippophaerhamnoidesresidue by, ultrasonic temperature, ultrasonic time, the rate of liquid to solid, ethanol volume fraction, extraction times as independent variable, the extraction rate of flavonoids was dependent variable in the experiment. In the single factor test, extraction ofHippophaerhamnoidesflavonoids was optimized by response surface method with ultrasonic temperature, ultrasonic time, ethanol volume fraction as test factors. The results were analyzed by Design Expert 8.06 software. It was shown that the optimum extraction conditions were ultrasonic temperature at 52℃, extraction time for 38min,ethanol volume fraction at 55%,based on that extraction rate ofHippophaerhamnoidesflavonoids reached 3.19%.

Hippophaerhamnoides; residue; flavonoids; ultrasonic-assisted extraction; response surface

S793.6

A

1001-2117(2017)05-0015-05

2017-08-11

劉英翠(1974-)，女，工程師，研究方向：食用林產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測。