響應(yīng)面法優(yōu)化毛竹筍筍頭中β-谷甾醇提取工藝的研究

林麗靜，呂國(guó)提，2，李積華，*，朱德明，朱冰清，2，陳宣年

（1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣東湛江 524001；

2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北武漢 430070；

3.閩西豐農(nóng)食品有限公司，福建龍巖 364204）

響應(yīng)面法優(yōu)化毛竹筍筍頭中β-谷甾醇提取工藝的研究

林麗靜1，呂國(guó)提1，2，李積華1，*，朱德明1，朱冰清1，2，陳宣年3

（1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣東湛江 524001；

2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北武漢 430070；

3.閩西豐農(nóng)食品有限公司，福建龍巖 364204）

采用響應(yīng)面分析法研究了乙醇濃度、時(shí)間、溫度和料液比對(duì)毛竹筍筍頭中β-谷甾醇得率的影響。結(jié)果表明，β-谷甾醇提取的最佳工藝條件為：乙醇濃度95%、提取時(shí)間20min、料液比15∶1、提取溫度55℃，在此條件下，β-谷甾醇提取含量為365.52mg/100g。

筍頭，β-谷甾醇，提取工藝，響應(yīng)面分析

β-谷甾醇作為最常見(jiàn)的植物甾醇之一，其含量較高，廣泛分布于植物油、種子、堅(jiān)果、蔬菜和水果中，研究表明，β-谷甾醇具有重要的藥理活性和生理功能，如降膽固醇，抗氧化，消炎，治療乳腺癌、結(jié)腸癌和前列腺癌等，在醫(yī)藥、食品和化妝品等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1-4]。毛竹筍筍頭中含有一定量的β-谷甾醇，對(duì)其進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)可以使廢棄的筍頭資源合理利用。β-谷甾醇一般采用皂化、結(jié)晶法從植物油脫臭餾出物中制得[3]。本實(shí)驗(yàn)采用Box-Behnken響應(yīng)面分析法對(duì)乙醇溶劑萃取過(guò)程中影響β-谷甾醇的關(guān)鍵因素（料液比、提取溫度、提取時(shí)間、乙醇濃度）進(jìn)行分析，以β-谷甾醇得率為考察指標(biāo)，探討并驗(yàn)證其最佳提取工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

毛竹筍筍頭干粉 閩西豐農(nóng)食品有限公司；β-谷甾醇（≧97%）、乙醇 均為分析純；甲醇 為色譜級(jí)。

LC-10A型高效液相色譜儀 島津公司；AL204型電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；電熱恒溫水浴鍋 南通凱達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器公司。

1.2 β-谷甾醇的提取工藝

毛竹筍筍頭干粉→105℃烘干→加乙醇振蕩提取→過(guò)濾→檢測(cè)

1.3 β-谷甾醇的分析測(cè)定方法

采用高效液相色譜法；標(biāo)準(zhǔn)曲線方程：Y= 4353978.17X-8836.6（R2=0.9998）。

β-谷甾醇提取含量（mg/100g）=[β-谷甾醇濃度（mg/m L）×體積（m L）]/原料質(zhì)量（g）

1.4 響應(yīng)面法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，毛竹筍筍頭中β-谷甾醇提取影響較顯著的因素為：乙醇濃度、提取時(shí)間、料液比、提取溫度。根據(jù)Box-Behnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用四因素三水平的響應(yīng)曲面分析法，各因子編碼值見(jiàn)表1。

表1 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和水平編碼值表Table 1 Factors and levels of Box-Behnken

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果如表2所示，實(shí)驗(yàn)重復(fù)5次，用以估算實(shí)驗(yàn)誤差。

表2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Design and results of Box-Behnken experiment

2.2 模型的建立及其顯著性檢驗(yàn)

利用Design-Expert 8.0.5.0軟件對(duì)表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到毛竹筍頭中β-谷甾醇提取含量對(duì)乙醇濃度（X1）、提取時(shí)間（X2）、料液比（X3）和提取溫度（X4）的二次多項(xiàng)回歸模型：

對(duì)模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3，回歸模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

由表3可知，模型極顯著（p＜0.0001）；失擬項(xiàng)p= 0.1484＞0.05，不顯著；復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.9921，R2Adj= 0.9842，說(shuō)明該模型與實(shí)際情況擬合度良好，實(shí)驗(yàn)誤差較小，信噪比=12.341＞4，說(shuō)明用此模型可以得到足夠強(qiáng)的響應(yīng)信號(hào)。因此可以用此模型分析和預(yù)測(cè)β-谷甾醇提取工藝的結(jié)果。

由表4回歸模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知，一次項(xiàng)X3極顯著，X4非常顯著，X1顯著，X2不顯著，二次項(xiàng)X12、X22、X32、X42均極顯著。交互相除X2X4外均影響顯著，對(duì)得率的影響依次為X3＞X4＞X1＞X2，即料液比＞提取溫度＞乙醇濃度＞提取時(shí)間。

表3 回歸模型方差分析Table 3 Analysis of regressionmodel

表4 回歸模型系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of the regressionmodel

2.3 β-谷甾醇提取工藝的響應(yīng)面分析

根據(jù)回歸模型做出的響應(yīng)曲面見(jiàn)圖1～圖6。

圖1顯示了料液比15∶1，乙醇濃度90%時(shí)，提取溫度與提取時(shí)間之間的交互作用對(duì)β-谷甾醇提取含量的影響。等高線的形狀反映交互作用的強(qiáng)弱大小，圓形表示兩因素的交互作用不顯著，橢圓形表示交互作用顯著[5]。由圖1可知，提取時(shí)間和提取溫度交互作用不顯著。

圖1 提取時(shí)間與提取溫度交互作用對(duì)β-谷甾醇得率的影響Fig.1 Effect of extracting time and temperature on extraction results

圖2 乙醇濃度與料液比交互作用對(duì)β-谷甾醇提取含量的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration and ratio of liquid to solid on extraction results

圖2顯示了提取時(shí)間30min，提取溫度55℃時(shí)乙醇濃度和料液比交互作用對(duì)β-谷甾醇提取含量的影響顯著。隨著料液比的增大，β-谷甾醇提取含量略增大后呈下降趨勢(shì)，隨著乙醇濃度的增大先顯著增加而后下降。這可能是因?yàn)楫?dāng)料液比增加到一定程度時(shí)，β-谷甾醇和乙醇溶劑接觸面達(dá)到飽和，乙醇溶劑富余而揮發(fā)掉，已經(jīng)無(wú)助于提取[6]。二者交互作用非常顯著（p=0.0012＜0.01），乙醇濃度在87%～91%之間，料液比在12.5∶1～14.5∶1之間時(shí)，β-谷甾醇提取含量達(dá)到本次實(shí)驗(yàn)的最大值。

由圖3可知，提取時(shí)間30m in，料液比15∶1時(shí)，乙醇濃度和提取溫度的交互作用對(duì)β-谷甾醇提取含量影響極顯著，隨著提取溫度的升高，β-谷甾醇提取含量呈現(xiàn)出先增加后顯著下降的趨勢(shì)。當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，隨著乙醇濃度的增大呈現(xiàn)出緩慢增大而后顯著降低趨勢(shì)，這是因?yàn)闇囟容^高時(shí)，高濃度的乙醇變成蒸氣揮發(fā)掉，不利于β-谷甾醇的提取。

圖3 乙醇濃度與提取溫度交互作用對(duì)β-谷甾醇提取含量的影響Fig.3 Effectof ethanol concentration and temperature on extraction results

由圖4可知，乙醇濃度90%，提取溫度55℃時(shí)，提取時(shí)間和料液比交互作用對(duì)β-谷甾醇提取含量的影響極顯著。隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，提取含量呈現(xiàn)出緩慢增大再顯著降低的趨勢(shì)，當(dāng)提取時(shí)間較短時(shí)，提取含量隨著料液比的增大顯著降低。提取時(shí)間在20～ 30m in，料液比在12.5∶1～14.5∶1之間時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提取含量達(dá)到最大值[7]。

由圖5可知，料液比15∶1，提取溫度55℃時(shí)，乙醇濃度和提取時(shí)間的交互作用對(duì)β-谷甾醇提取含量的影響顯著（p=0.0122＜0.05）。乙醇濃度在89%～93%，提取時(shí)間在20～30m in之間時(shí)，β-谷甾醇得率可以到達(dá)最大值。

圖4 提取時(shí)間與料液比交互作用對(duì)β-谷甾醇提取含量的影響Fig.4 Effectof extracting time and ratio of liquid to solid on extraction results

圖5 乙醇濃度與提取時(shí)間交互作用對(duì)β-谷甾醇提取含量的影響Fig.5 Effectof ethanol concentration and extracting time on extraction results

圖6 提取溫度與料液比交互作用對(duì)β-谷甾醇提取含量的影響Fig.6 Effectof temperature and ratio of liquid to solid on extraction results

圖6顯示了在乙醇濃度為90%，提取時(shí)間為30m in時(shí)，提取溫度和料液比的交互作用對(duì)β-谷甾醇得率的影響。由圖6可知，它們的交互作用對(duì)提取含量的影響極顯著（p=0.0008＜0.001）。

2.4 提取條件優(yōu)化

通過(guò)Design-Expert 8.0.5.0軟件分析，得到毛竹筍筍頭中β-谷甾醇提取的最佳工藝為：乙醇濃度95%，提取時(shí)間20m in，料液比15∶1，提取溫度55℃。實(shí)際測(cè)得的平均提取含量為365.52mg/100g，與理論預(yù)測(cè)值相比，其相對(duì)誤差＜1.25%。因此，基于響應(yīng)曲面法所得的優(yōu)化提取工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論

3.1 基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件Design-Expert 8.0.5.0，通過(guò)二次回歸設(shè)計(jì)得到了β-谷甾醇提取含量與乙醇濃度、提取時(shí)間、料液比和提取溫度的回歸模型，經(jīng)檢驗(yàn)證明該模型準(zhǔn)確可靠，可以用來(lái)預(yù)測(cè)毛竹筍筍頭中β-谷甾醇的提取含量。

3.2 利用模型的響應(yīng)面，對(duì)影響β-谷甾醇提取含量的關(guān)鍵因素及其相互作用進(jìn)行探討，得到的最優(yōu)工藝參數(shù)為乙醇濃度95%，提取時(shí)間20m in，料液比15∶1，提取溫度55℃，在此條件下，β-谷甾醇提取含量為365.52mg/100g。

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Study on optim ization of solventextraction ofβ-sitosterol from Phyllostachys pubescens bamboo shoothead using response surface analysis

LIN Li-jing1，LV Guo-ti1，2，LIJi-hua1，*，ZHU De-m ing1，ZHU Bing-qing1，2，CHEN Xuan-nian3
（1.Agricultural Products Processing Research Institute，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，Zhanjiang 524001，China；
2.College of Food Science and Technology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China；3.West Fujian Food Co.，Ltd.，Longyan 364204，China）

The cond itions inc luding the ethanol solution concentration，time，tem perature and solid-liquid ratio of β-sitosterol from Phyllostachys pubescens bamboo shoot head was stud ied by response surface analysis.The results showed the op timalextraction cond itions were 95%ethanol，extrac ting time 20m in，ratio of liquid to solid 15∶1，tem perature 55℃.Under this cond ition，the yield ofβ-sitosterolwas 365.52mg/100g.

bamboo shoot head；β-sitosterol；extraction technology；response surface analysis

TS221

B

1002-0306（2012）22-0269-04

2012－08－16 *通訊聯(lián)系人

林麗靜（1978-），男，博士，研究方向：天然產(chǎn)物化學(xué)。

農(nóng)業(yè)部948項(xiàng)目（2012-Z10）；國(guó)家工程技術(shù)研究中心再建項(xiàng)目（2011FU125Z09）。