超聲提取長白楤木嫩芽中皂苷的工藝優(yōu)化*

孟憲軍，潘璇，李天來，馮穎

1(沈陽農(nóng)業(yè)大學食品學院，遼寧沈陽，110161) 2(沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院，遼寧沈陽，110161)

超聲提取長白楤木嫩芽中皂苷的工藝優(yōu)化*

孟憲軍1，潘璇1，李天來2，馮穎1

1(沈陽農(nóng)業(yè)大學食品學院，遼寧沈陽，110161) 2(沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院，遼寧沈陽，110161)

研究響應面法超聲提取長白楤木中皂苷的工藝。在單因素實驗的基礎上，利用minitab15軟件設計了響應面實驗，研究乙醇濃度、料液比、超聲提取時間和超聲功率等因素對皂苷提取量的影響并確定最佳提取工藝參數(shù)。結果表明:長白楤木中皂苷類化合物的最佳超聲提取工藝為乙醇體積分數(shù)為90%，料液比為1∶60(g∶mL)，超聲時間40 min，功率為250 W。預測模型所得提取量為45.14 mg/g，實際驗證提取量為41.35 mg/g。

長白楤木嫩芽，皂苷，響應面，超聲波提取

長白楤木(Aralia continentalis Kitag)為五加科多年生草本植物，又名草本刺嫩芽、東北土當歸、土當歸、舌秸顆、狗苦龍芽、牛尾大活等。長白楤木的根、葉、花含揮發(fā)油，其中根含2%，葉含0.58%;葉和嫩芽有皂苷、香豆素等［1－2］。

本實驗以長白楤木嫩芽為原料，探索了超聲波功率、乙醇濃度、料液比、處理時間4個因素對皂苷提取的影響，通過響應面分析法優(yōu)化了超聲波提取長白楤木嫩芽中皂苷的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

長白楤木嫩芽，沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院提供;無水乙醇、香草醛冰醋酸、高氯酸、乙酸乙酯，均為分析純試劑。

KQ-250DB型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司;UV-1600紫外分光光度計，尤尼柯(上海)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品中皂苷含量的測定方法

標準曲線的測定［1］:精密稱取齊敦果酸標準品2 mg，置10 mL容量瓶中，加甲醇溶解，并定容至刻度，搖勻，即得0.2 mg/mL的標準品溶液。精密吸取齊敦果酸標準品溶液 0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL分別加入7只具塞試管中，揮干甲醇，隨后加入0.2 mL新配制的5%香草醛冰醋酸溶液(現(xiàn)用現(xiàn)配)、0.8 mL高氯酸，搖勻，于60℃水浴加熱15 min，取出，冰浴冷卻中止反應;加入4 mL乙酸乙酯，搖勻，于556 nm下測定吸光度，隨行試劑做出空白。計算回歸方程為:y=8.447 1x－0.058 8，R2=0.998 1，其中y為吸光度，x為皂苷濃度(mg/g)。

準確稱取樣品1 g，放入三角瓶中加入一定體積、一定濃度的乙醇溶液，在一定溫度下超聲輔助提取一定時間，抽濾，以相應提取溶液定容，準確吸取0.1 mL加入具塞試管中，揮干乙醇，隨后加入0.2 mL新配制的5%香草醛冰醋酸溶液(現(xiàn)用現(xiàn)配)、0.8 mL高氯酸，搖勻，于60℃水浴加熱15 min，取出，冰浴冷卻中止反應;加入4 mL乙酸乙酯，搖勻，于556 nm下測定吸光度A556，隨行試劑做出空白。然后帶入回歸方程中。

皂苷提取量/(mg·g－1)=Q/R

式中:Q，提取液中皂苷的質量(mg);R，干物料質量(g)。

1.2.2 響應面實驗設計［2］

選擇乙醇體積分數(shù)、提取時間、液固比、超聲功率進行單因素實驗，確定其對超聲波提取皂苷的影響關系，并采用Box-Behnken設計法(表1)，設計響應面實驗(采用真實值代碼)，對提取工藝進行優(yōu)化實驗。

表1 Box-Behnken設計因素及水平表

模型通過最小二乘法擬合，二次多項方程可表達為:

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果與分析

圖1 乙醇體積分數(shù)對皂苷提取量的影響

2.1.1 乙醇體積分數(shù)對皂苷提取的影響由圖1可見，隨著乙醇體積分數(shù)的增加，長白楤木嫩芽中皂苷的提取量也隨之增大，故將乙醇體積分數(shù)選定在90%左右。

2.1.2 料液比對皂苷提取的影響

圖2 料液比對皂苷提取量的影響

圖2 可見，隨著料液比的增大，皂苷的提取量也隨之成上升趨勢，但是當料液比大于1∶40時皂苷的提取量的增加緩慢，固液比太小皂苷提取不充分，太大則浪費試劑，綜合考慮，選擇固液比為1∶40左右為佳。

2.1.3 超聲功率對皂苷提取的影響

圖3 功率對皂苷提取量的影響

超聲波提取主要是超聲波有強烈的生物學效應，進行超聲波處理時，超聲波的高頻震動與微生物細胞的振動不協(xié)調(diào)，造成細胞周圍環(huán)境局部真空，使細胞膜產(chǎn)生空穴作用，從而使之破碎。由圖3可見，隨著超聲波提取功率的增加，皂苷提取量也隨著增高，當功率大于200 W時，皂苷提取量的增加趨勢減緩，所以功率取200 W左右為佳。

2.1.4 超聲時間對皂苷提取的影響

由圖4可見，隨著時間的延長，皂苷提取量也隨之增大，但是當時間超過30 min時，長白楤木嫩芽中皂苷提取量的增加減緩，考慮綜合因素，取時間為30 min左右為佳。

圖4 提取時間對皂苷提取量的影響

2.2 擬合模型的建立及方差分析

對表2數(shù)據(jù)進行回歸分析，獲得二次多元回歸方程:

由表3可以看出，回歸方程的P﹤0.01，說明皂苷提取量所建立的二次多項模型具有高度顯著性。模型的總決定系數(shù)達0.929 3，說明該模型能解釋92.93%的響應值的變化。失擬項的P=0.997不顯著，表明方程對試驗有較好的精確度和可靠性，方程對實驗擬合良好，可以用該回歸模型代替真實試驗點對實驗結果進行分析和預測。

回歸方程顯著性檢驗見表4。結果表明，X1(乙醇體積分數(shù))、X3(功率)、X4(時間)、X32、X1X3、X1X4和X2X3項對皂苷的提取量影響極顯著;模型一次項X2(料液比)，模型二次項X12、X22、X42，交互項 X1X2、X2X4、X3X4不顯著。

2.3 響應面分析

如果一個響應曲面坡度相對平緩，表明其可以忍受處理條件的變異，而不影響到相應值的大小，相反，如果一個響應曲面坡度非常陡峭，表明響應值對于處理條件的改變非常敏感［3］。

表2 響應面法設計與試驗結果

表3 回歸模型方差分析

從圖5可以看出，功率對皂苷提取量的影響變化趨勢受乙醇濃度的交互作用的影響。當功率較小時，皂苷提取量隨乙醇體積分數(shù)增大而增加，當功率較大時，提取量隨乙醇體積分數(shù)增大而減小。

表4 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗

圖5 提取量與乙醇濃度、功率的曲面圖

從圖6可以看出，功率對皂苷提取量的影響變化趨勢受料液比的交互作用的影響。當功率為較小時隨著料液比的增加提取量減小，當功率較大時隨著料液比增大提取量也隨之增加。

圖6 提取量與料液比與功率的曲面圖

從圖7可以看出，乙醇濃度對皂苷提取量的影響變化趨勢受時間的交互作用的影響。當乙醇濃度較小時隨著時間的延長提取量減小，當乙醇濃度較大時隨著時間延長提取量也隨之增加。

通過對模型中響應面優(yōu)化，確定提取皂苷最佳條件是乙醇體積分數(shù)90%，料液比1∶60(g∶mL)，功率250 W，時間40 min，預測最高理論值為45.14 mg/g。在最佳條件下進行3次平行試驗，實際測得皂苷提取量為41.35 mg/g，達到理論模型的91.6%。

圖7 提取量與乙醇濃度和時間曲面圖

3 結論

在單因素的基礎上用響應曲面法對長白楤木嫩芽中皂苷的超聲波提取工藝條件進行優(yōu)化，實驗結果表明，乙醇濃度，功率和時間對超聲提取有顯著影響，乙醇濃度與超聲功率、乙醇濃度與超聲時間、料液比和時間都對超聲提取皂苷有顯著的交互作用。超聲輔助提取長白楤木嫩芽中皂苷的最佳提取工藝為乙醇體積分數(shù)90%，料液比1∶60(g∶mL)，功率250 W，時間40 min，預測最高理論值為45.14 mg/g。對結果進行驗證，在最佳條件下進行3次平行試驗，實際測得皂苷提取量為 41.35 mg/g，達到理論模型的91.6%。

［1］ 潘小燕，長白楤木主要生長生態(tài)特性和營養(yǎng)成分研究［D］，沈陽:沈陽農(nóng)業(yè)大學碩士學位論文，2007.

［2］ 董艷紅，李姝婧，鄭慧華，等.響應曲面優(yōu)化超聲提取靈芝多糖工藝研究［J］，食品科學，2009，30(16):98－101.

［3］ 陳莉，屠康，王海，等.采用響應曲面法對蔡侯紅富士蘋果熱處理條件的優(yōu)化［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2006，22(2):159－163.

Optimizing Ultrasonic-assisted Extraction of Saponin from Aralia continentalis Kitag

Meng Xian-jun1，Pan Xuan1，Li Tian-lai2，F(xiàn)eng Ying1
1(Food College，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110161，China)2(Horticulture College，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110161，China)

The ultrasonic-assisted extraction process of saponin from Aralia continentalis Kitag was studied.On the basis of single factor tests，response surface methodology was designed by minitab software 15，and the effects of ethanol concentration，ratio of solid to liquid，extraction time and extraction power on the extraction amount was studied.The result showed that the optimum extraction conditions were as follow:with 90%ethanol as the extraction solven and a ratio of solid to liquid of1/60，extraction power at 250 W for 40 min.The predicted extraction amount was 45.14 mg/g，close to the practical extraction amount of 41.35 mg/g.

Aralia continentalis Kitag，saponin，response surface methodology，ultrasonic-assisted extraction

教授(馮穎教授為通訊作者)。

*中國博士后科學基金面上資助項目(20080431155)

2010－04－09，改回日期:2010－06－09