崔建強,劉 榮

(陜西國際商貿學院 醫(yī)藥學院,陜西 西安 710246)

隨著社會的不斷發(fā)展進步，經濟水平的提高，人們對生活的質量品質也提出了更高的要求[1]。木犀草素具有許多生理活性如抑菌性、抗氧化性，故可以用作食品的防腐，用于抑制油脂的腐敗變質[2～6]。但由于木犀草素的生產量低，達不到工業(yè)所需的量產要求，故并未被應用于食品的防腐中去，從而有必要進一步對木犀草素的提取工藝進行研究。以花生殼為原材料提取木犀草素，不僅成本低廉，還可以提高花生殼的利用價值。因此，本課題利用響應面法就超聲法提取花生殼中木犀草素進行研究，對影響木犀草素提取率的因素進行考察，確定超聲提取法提取花生殼中木犀草素的最優(yōu)提取工藝，為今后花生殼開發(fā)利用提供有效數據，并為今后實踐提供借鑒。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

花生殼，市售；木犀草素標準品(純度98%)，南京森貝伽生物科技有限公司；無水乙醇，陜西潤泰化工科技有限公司；石油醚(沸程60-90)，陜西慈緣生物技術有限公司。

KQ2200DB型超聲波清洗器，上海精密儀器儀表有限公司；SHZ-D(Ш)循環(huán)式多用真空泵，上海圣科儀器設備有限公司。FW-100D型高速萬能粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司。離心機TGL-15B,濟南來寶實驗室設備有限公司。

1.2 花生殼前處理

首先準備花生殼，進行簡單挑選，確保沒有霉變部分；用水進行沖洗，直到完全干凈；將處理好的花生殼自然晾干，去除上面水分；準備粉碎機，將完全干燥的花生殼投入，充分粉碎。

1.3 木犀草素提取

在不同的乙醇濃度下，調節(jié)超聲波參數，調節(jié)溫度、時間和液固比，提取，過濾，將溶劑分濾出，對殘余物質進行擠壓，再次去除水分；沉淀，清除雜質，純化后得到木犀草素成品，稱取一定量木犀草素成品，并加入一定量的無水乙醇在超聲波的條件下進行溶解，配成待測溶液，測定其吸光度，計算獲得提取率。

1.4 木犀草素提取率測定

本文主要采用紫外分光光度法對木犀草素的提取率進行測定，制備單因素實驗所得樣品的供試品溶液。測定其吸光度，計算獲得提取率R。

y=79.1x+0.031 (x：代表濃度 y：代表吸光度)

R=(d·C·V/1 000 M)×100% (d：代表稀釋倍數 C：代表測得的木犀草素的濃度(mg·mL-1)V：代表樣液體積(mL) M：代表花生殼樣品的質量(g))

1.5 提取工藝優(yōu)化

1.5.1 單因素實驗 在乙醇用量為100 mL、分別考察乙醇濃度(50%、60%、70%、80%、90%)、液料比(10∶ 1 mL·g-1、15∶ 1 mL·g-1、20∶ 1 mL·g-1、25∶ 1 mL·g-1，30∶ 1 mL·g-1)、超聲功率(120 W、140 W、160 W、180 W、200 W)、提取時間(20 min、30 min、40 min、50 min、60 min)對提取率的影響。

1.5.2 響應曲面法實驗 響應曲面法實驗設計是統(tǒng)計學的處理實驗數據的方法。據上述實驗結果，行三水平Box-Behnken實驗，獲最優(yōu)提取工藝[7～10]。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗結果

通過圖1可知，隨著超聲時間(圖1 d)的延長，木犀草素的提取率開始時緩慢上升，在40min后逐漸下降，但總體的波動情況不大。故超聲時間對提取率波動較小。因此，考慮到高效、節(jié)能等因素，選擇40min為最優(yōu)超聲時間，其它3個因素通過響應曲面法優(yōu)化。

圖1 單因素實驗結果

2.2 響應曲面法實驗結果

2.2.1 實驗設計 根據單因素的試驗結果，選取對木犀草素提取率影響最為明顯的3個因素為乙醇的濃度、液料比、超聲功率作為自變量，以木犀草素的提取率作為因變量，根據Box-Behnken實驗原理，獲取最優(yōu)提取工藝，因素與水平見表1，響應曲面法優(yōu)化見表2。

表1 實驗因素與水平

表2 響應曲面實驗結果

2.2.2 檢驗結果 通過Design-Expert8.0.6軟件對實驗所得數據進行多元回歸擬合分析，可以得到木犀草素提取率對乙醇濃度(A)、液料比(B)、超聲功率(C)的二次多元回歸方程式：Y=0.42+5.000×10-3A+2.500×10-3B+0.020C-7.500×10-3AB-2.500×10-3AC-7.500×10-3BC-0.030A2-0.020B2-0.075C2,(R2=0.9950，P<0.0001)。通過采用ANOVA軟件分析，結果如表3。

表3 方差分析

(注：“***”為P<0.0001，差異極顯著；“**”為P<0.05，差異較顯著；)

2.2.3 交互作用 乙醇的濃度、液料比和超聲功率這三個實驗參數兩兩交互作用對提取率作用結果分別見下面圖2、圖3、圖4。

圖2 A與B的響應面圖和等高線

圖2為 A與B對花生殼中木犀草素提取率響應曲面圖。由三維圖可知，液料比的坡面比乙醇濃度的坡面稍緩，說明液料比的二次項對提取率的影響小于乙醇濃度。由右圖可以確定的最優(yōu)條件范圍為：乙醇濃度65%～75%，液料比為19:1-21:1(mL·g-1)。

圖3 A與C的響應面圖和等高線

由圖3三維圖可以看出，超聲功率的坡面比乙醇濃度的坡面陡峭，說明超聲功率的二次項對提取率有明顯的影響，而乙醇濃度相對來說影響較小。由右圖可以確定的最佳參數范圍為：超聲功率為156 W-172 W，乙濃度65%～75%。

圖4 B與C的響應面圖和等高線

由圖4可以看出，液料比的坡面比超聲功率的坡面緩，說明液料比的二次項對提取率的影響小于超聲功率。由等高線圖可以確定的最佳參數范圍為：超聲功率為156 W-172 W，液料比為19∶ 1-21∶ 1(mL·g-1)。由響應面得出的最佳的方案：乙醇濃度為70.74%、液料比20.12∶ 1(mL·g-1)、超聲功率為162.62 W，在此方案下提取率為0.42%。

2.2.4 回歸模型驗證 為了檢驗該回歸模型是否準確，將實驗系數修正為乙醇濃度為70%、液料比20∶ 1 mL·g-1、超聲功率為180 W。進行5次驗證試驗，木犀草素的提取率值為0.43%，與預測的值擬合，證明該模型設計的合理。

表4 驗證實驗

3 結論

本課題首先通過單因素的實驗選取乙醇的濃度、液料比、超聲功率三個因素。然后用響應面法對這三個因素進行了三因素三水平的實驗設計，構造了關于木犀草素提取率的二次多項式回歸方程的模型。運用該模型進行軟件的分析和計算，獲最優(yōu)提取工藝為：乙醇濃度70%，液料比為20：1 mL·g-1，超聲功率為180 W，時間為40 min。并進行了驗證，結果與預測值相似。