南昆山毛葉茶花色苷提取優(yōu)化工藝研究

陳 瓊，陳忠正，陸瑞瓊，李 斌

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642）

南昆山毛葉茶花色苷提取優(yōu)化工藝研究

陳 瓊，陳忠正，陸瑞瓊，李 斌*

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642）

為優(yōu)化超聲輔助提取南昆山毛葉茶紫芽花色苷的工藝，本研究對(duì)主要提取工藝參數(shù)進(jìn)行三因素三水平實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用二次回歸旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn)，確定超聲輔助提取優(yōu)化條件。研究結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，各因素對(duì)南昆山毛葉茶紫芽提取量影響程度從大到小依次為超聲提取時(shí)間、超聲功率、料液比，確定超聲波提取的最佳工藝條件為超聲時(shí)間25min，超聲功率158W，料液比1∶33（g/mL），在此條件下，花色苷提取量為8.092mg/g。

南昆山毛葉茶，花色苷，提取，響應(yīng)面法

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南昆山毛葉茶 廣東省南昆山采集春夏季毛葉茶紫芽1芽2～3葉，微波干燥固樣；酸性甲醇溶液 85mL無(wú)水甲醇加15mL 1.5mol/L鹽酸混勻，分析純。

SB-5200DTD型超聲輔助提取儀 寧波新芝生物科技股份有限公司；UV1200型紫外分光光度計(jì)HITACHI公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 南昆山毛葉茶紫芽花色苷的提取 取3.0g茶粉，按一定料液比加入1%鹽酸甲醇溶液浸提1h。置于超聲發(fā)生裝置中進(jìn)行超聲處理，搖床振蕩10min（60r/min）后，過(guò)濾除濾渣，取上清液4mL，用1%鹽酸甲醇溶液定容至10mL，平衡30min后，在535nm處測(cè)定其吸光值。以1%鹽酸甲醇為對(duì)照樣，參考茶葉中花色苷量測(cè)定方法[6]，確定花色苷提取量。

式中：A：試液吸光值；V：吸取上清液量，mL；X：液料比；W：樣品干重，g；A對(duì)照：用1%鹽酸甲醇代替試樣測(cè)定；101.83：換算系數(shù)；50：稀釋倍數(shù)。

1.2.2 南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取工藝二次回歸旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 根據(jù)前期單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以影響南昆山毛葉茶紫芽花色苷量的主要因素為輸入變量，以花色苷提取量為指標(biāo)，采用二次回歸旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化提取工藝。

1.2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素及編碼水平 選擇提取溫度30℃，選用對(duì)花色苷溶出影響較大的料液比、超聲波提取時(shí)間、超聲波功率共3個(gè)因素，進(jìn)行二次回歸旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn)，各因素水平及編碼按表1所示。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平編碼表Table 1 Coded variables and their coded levels in response surface analysis

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Design Expert 8.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

采用響應(yīng)面法對(duì)提取工藝參數(shù)進(jìn)行三因素三水平實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表2所示。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Experimental design and corresponding results for response surface analysis

2.2 回歸方程的建立與檢驗(yàn)

利用Design Expert軟件對(duì)表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到南昆山毛葉茶花色苷提取量預(yù)測(cè)值對(duì)編碼自變量A、B和C的二次多項(xiàng)回歸方程：

對(duì)上述回歸模型進(jìn)行方差分析（見(jiàn)表3），結(jié)果表明，模型是顯著的（p＜0.0001），回歸模型的決定系數(shù)為0.9887，說(shuō)明該模型能夠解釋98.87%的變化，因此可用此模型對(duì)南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取量進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，對(duì)實(shí)踐具有指導(dǎo)意義。

2.3 各因素影響程度和因素間交互作用分析

由表3的方差分析結(jié)果可知，模型的一次項(xiàng)對(duì)南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取的線(xiàn)性效應(yīng)極顯著，二次項(xiàng)A2、C2對(duì)南昆山毛葉茶花色苷提取的曲面效應(yīng)極顯著，B2項(xiàng)對(duì)南昆山毛葉茶花色苷提取的曲面效應(yīng)不顯著，交互項(xiàng)BC交互效應(yīng)較顯著，交互項(xiàng)AB、AC交互效應(yīng)不顯著，各因素對(duì)紫芽花色苷提取量的影響從大到小依次為提取時(shí)間、超聲功率、料液比。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果的方差分析Table 3 Analysis variance of the constructed regression equation

超聲功率和超聲時(shí)間對(duì)花色苷提取量的影響響應(yīng)曲面見(jiàn)圖1。由圖1可知，提取時(shí)間與超聲功率的交互作用顯著，在料液比為1∶30，超聲功率為90W時(shí)，要得到較高含量的花色苷，提取時(shí)間要大于25min，而當(dāng)超聲功率為150W時(shí)，提取時(shí)間只需20min。這表明在本實(shí)驗(yàn)水平范圍內(nèi)，適當(dāng)提高超聲功率有利于花色苷的溶出并縮短提取時(shí)間。

圖1 超聲功率和超聲時(shí)間對(duì)花色苷提取量的影響響應(yīng)曲面Fig.1 Response surface maps of the changes of anthocyanins with ultrasonic power and time

超聲功率和料液比對(duì)花色苷提取量的影響見(jiàn)圖2。由圖2可知，在提取時(shí)間為20min時(shí)，超聲功率與料液比對(duì)南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取量的交互作用不顯著。在料液比一定的情況下，紫芽花色苷的提取量含量先隨著超聲功率的增大而增加，當(dāng)功率大于150W時(shí)，繼續(xù)增大超聲功率，提取量下降。當(dāng)超聲功率一定時(shí)，花色苷提取量隨料液比增大呈先增加后降低的趨勢(shì)，過(guò)高的超聲功率會(huì)導(dǎo)致花色苷的分解，造成損失。因此，當(dāng)料液比、提取時(shí)間和超聲功率合理搭配時(shí)才能獲得較好的提取效果。

圖2 超聲功率和料液比對(duì)花色苷提取量的影響響應(yīng)曲面Fig.2 Response surface maps of the changes of anthocyanins with ultrasonic power and solid-liquid ratio

料液比和超聲時(shí)間對(duì)花色苷提取量的影響響應(yīng)曲面見(jiàn)圖3。由圖3可知，在本實(shí)驗(yàn)水平范圍內(nèi)，在超聲功率為150W時(shí)，提取時(shí)間與料液比對(duì)南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取量的交互作用不顯著。在一定的料液比范圍內(nèi)，隨著料液比的增大，花色苷的提取量增加，料液比超過(guò)一定范圍后，花色苷的提取量反而下降。當(dāng)料液比一定時(shí)，花色苷提取量隨著超聲時(shí)間的增加而增大。當(dāng)提取時(shí)間一定時(shí)，適當(dāng)加大料液比，能提高紫芽花色苷的提取量。

圖3 料液比和超聲時(shí)間對(duì)花色苷提取量的影響響應(yīng)曲面Fig.3 Response surface maps of the changes of anthocyanins with time and ultrasonic power

2.4 工藝參數(shù)的優(yōu)化及驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取量的二次項(xiàng)數(shù)學(xué)模型解逆矩陣，得出南昆山毛葉茶紫芽中花色苷最優(yōu)組合方案的提取條件為：料液比1∶33（g/mL），超聲功率158W，超聲時(shí)間25min。按最優(yōu)組合方案進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)3次，由表4驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可知，該條件下的最大提取含量預(yù)測(cè)值為7.876mg/g，在最優(yōu)條件下，驗(yàn)證花色苷提取量為8.092mg/g，與理論預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為2.7%。在此條件下的花色苷提取量比單因素得出的最佳提取條件下的產(chǎn)量高出6.03%。說(shuō)明基于響應(yīng)面法所得優(yōu)化工藝參數(shù)可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Verifying test results

3 結(jié)論與討論

本實(shí)驗(yàn)曾對(duì)提取溶劑濃度、超聲提取溫度、超聲功率、提取時(shí)間、料液比等單因素進(jìn)行考察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甲醇提取效果優(yōu)于乙醇，甲醇濃度增大有利于南昆山毛葉茶紫芽花色苷的提取，而且加入少量鹽酸有利于花色苷的穩(wěn)定，但鹽酸濃度較大時(shí)，濃縮蒸發(fā)時(shí)濃度過(guò)高，會(huì)降解花色苷，不利于提取，因此選用1%鹽酸甲醇作為提取溶劑。最終確定超聲功率、提取時(shí)間、料液比作為響應(yīng)面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的考察因素。由于花色苷對(duì)高溫和光照較為敏感，因此提取過(guò)程適宜在室溫下避光進(jìn)行。

本實(shí)驗(yàn)采用響應(yīng)面分析法進(jìn)行南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取工藝的研究，三因素對(duì)花色苷提取含量的影響程度大小依次為提取時(shí)間、超聲功率、料液比，確定超聲波提取的最佳工藝條件為料液比1∶33（g/mL），超聲功率158W，超聲時(shí)間25min，在該優(yōu)化條件下，花色苷提取量為8.092mg/g。該工藝提取得量高、操作簡(jiǎn)便，為南昆山毛葉茶紫芽花色苷的提取提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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Study on optimizing conditions for anthocyanins extraction from Camellia ptilophylla chang

CHEN Qiong，CHEN Zhong-zheng，LU Rui-qiong，LI Bin*
（College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）

In this experiment，optimization for anthocyanins extraction from purple leaves of Camellia ptilophylla chang was investigated using response surface methodology.The optimization strategy used was a threefactor three-level quadratic regression rotary combination design.The importance of three process parameters affecting extraction yield of anthocyanins in the order from highest to lowest was：ultrasonic treatment time，ultrasonic power，liquid-to-solid ratio.Ultrasonic treatment time of 25min，ultrasonic power 158W，liquid-tosolid ratio 1∶33（g/mL）were found optimum for anthocyanins extraction from Camellia ptilophylla chang.Under the optimum technology，the extraction of anthocyanins was 8.092mg/g.

Camellia ptilophylla chang；anthocyanins；extraction；response surface methodology

TS272

B

1002-0306（2012）22-0309-03

南昆山毛葉茶（Camellia ptilophylla chang）是20世紀(jì)80年代初，中山大學(xué)著名植物分類(lèi)學(xué)家張宏達(dá)教授在中國(guó)廣東境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一種天然無(wú)或低咖啡堿的茶樹(shù)品種資源[1-2]。該茶樹(shù)體內(nèi)生物堿的組成由3%～6%的可可堿替代了3%～5%的咖啡堿，在藥理和生理功能上，避免了咖啡堿引起的不適癥狀，具有強(qiáng)心，保護(hù)缺氧心肌，提高機(jī)體動(dòng)態(tài)耐力，抗腫瘤等特殊的功能活性，是珍稀的天然茶樹(shù)品種資源[2]。除了特殊的生物堿代謝模式外，南昆山毛葉茶紅紫色芽葉發(fā)生率高達(dá)60%～70%，花色苷含量遠(yuǎn)高于黃綠色芽葉[3]。在傳統(tǒng)的茶葉加工中，紫色芽葉由于滋味苦澀、色澤深暗等不良品質(zhì)被剔除[4]。然而，隨著植物花色苷在抗炎、調(diào)節(jié)血脂、改善胰島素抵抗、抗腫瘤等一系列生物活性研究的不斷深入，茶葉紫色芽葉的研究開(kāi)始受到關(guān)注。超聲波輔助提取技術(shù)與傳統(tǒng)的浸提法相比，大大縮短了提取時(shí)間，提高了提取效率，而且不會(huì)改變被浸泡的化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在提取花色苷類(lèi)熱敏性物質(zhì)時(shí)顯示出優(yōu)越的性能[5]。本研究擬采用響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助提取南昆山毛葉茶紫芽花色苷的工藝參數(shù)，旨在為南昆山毛葉茶這一特色種質(zhì)資源的深入研究及開(kāi)發(fā)利用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

2012-08-17 *通訊聯(lián)系人

陳瓊（1974-），女，在讀博士，研究方向：食品生物技術(shù)。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)資金資助（CARS-23）。