響應(yīng)面法優(yōu)化石榴皮中原花青素提取工藝

摘要：以原花青素提取液的吸光度（Ａ５５０ ｎｍ）為指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用響應(yīng)面試驗(yàn)考察乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取時(shí)間和提取溫度對石榴（Ｐｕｎｉｃａ ｇｒａｎａｔｕｎ）皮中原花青素提取率的影響。結(jié)果表明，石榴皮中原花青素的最佳提取工藝為乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)７３％、料液比１∶２８（ｍ∶Ｖ，ｇ／ｍＬ）、提取時(shí)間７３ ｍｉｎ、提取溫度８０ ℃，采用高效液相色譜法測得此條件下所得石榴皮中原花青素的提取率為１２６．６８ ｍｇ／ｇ。

關(guān)鍵詞：石榴（Ｐｕｎｉｃａ ｇｒａｎａｔｕｎ）皮；原花青素；提??；響應(yīng)面法

中圖分類號(hào)：Ｒ２８４．２ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：0439－８114（２０12）17－3816-05

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Oligomeric Ｐｒｏａｎｔｈｏ-ｃｙａｎｉｄｉｎｓ ｆｒｏｍ

Ｐｕｎｉｃａ ｇｒａｎａｔｕｎ Ｐｅｅｌ Ｕｓｉｎｇ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ

ＬＯＵ Ｂｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｎａｎ，ＹＯＵ Ｊｉａｎｇ－zｈｏｕ，ＬＩ Ｊｉｎｇ，ＫＡＮＧ Ｈｕｉ－mｉｎ，ＬＩＵ Ｘｉｎ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｕｂｌｉｃ Ｈｅａｌｔｈ， Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００８３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｔｈａｎｏｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ， ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏ ｓｏｌｖｅｎｔ ｒａｔｉｏ， ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ ｏｆ oligomeric ｐｒｏａｎｔｈｏ-ｃｙａｎｉｄｉｎｓ（OPC） ｆｒｏｍ Ｐｕｎｉｃａ ｇｒａｎａｔｕｎ ｐｅｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｉｎｇ Ａ５５０ ｎｍ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｓ ａｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ， volume fraction of ｅｔｈａｎｏｌ solution， ７３％； ｓｏｌｉｄ ｔｏ ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ １∶２８（ｍ∶Ｖ，ｇ／ｍＬ）， ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ， ７３ ｍｉｎ； ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ８０ ℃． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ＨＰＬＣ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｔｈａｔ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ OPC ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗａｓ １２６．６８ ｍｇ／ｇ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｐｕｎｉｃａ ｇｒａｎａｔｕｎ ｐｅｅｌ； oligomeric ｐｒｏａｎｔｈｏ-ｃｙａｎｉｄｉｎｓ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ； ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ

原花青素（Ｏｌｉｇｏｍｅｒｉｃ ｐｒｏａｎｔｈｏ-ｃｙａｎｉｄｉｎｓ，ＯＰＣ）是一種有著特殊分子結(jié)構(gòu)的生物類黃酮，是植物中廣泛存在的一大類多酚化合物的總稱，主要由不同數(shù)量的兒茶素和表兒茶素的單體、二聚體、三聚體到十聚體組合而成。ＯＰＣ擁有較強(qiáng)的抗氧化能力、清除自由基能力和改善人體微循環(huán)等功效，還具有抗炎、抗腫瘤、抗輻射、抗衰老、改善免疫力、改善骨的形成、抗糖尿病、降血脂、降血壓，促進(jìn)傷口愈合和組織修復(fù)活性等作用［１］。石榴皮是石榴科植物石榴（Ｐｕｎｉｃａ ｇｒａｎａｔｕｎ）的干燥果皮，性酸、味澀，具有澀腸、止血、殺蟲等功效。近年來研究表明，石榴皮富含沒食子酸、兒茶素和花色素等多種酚類化合物，具有抗氧化、清除氧自由基、抑制動(dòng)脈粥樣硬化和抗腫瘤等多種功能，在食品、醫(yī)藥和日用化學(xué)品等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用價(jià)值［２－４］。本研究用恒溫振蕩儀提取石榴皮中原花青素，設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)考察乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取時(shí)間和提取溫度對石榴皮中原花青素提取率的影響，在此基礎(chǔ)上采用Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，利用響應(yīng)面法對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化并得出最佳提取工藝參數(shù)，旨在為石榴皮中原花青素的提取提供參考，為進(jìn)一步開發(fā)利用石榴資源提供理論依據(jù)。

１ 材料與方法

１．１ 材料與儀器

石榴皮取自四川省會(huì)理縣產(chǎn)軟子甜石榴，購買于會(huì)理縣城，剝?nèi)⌒迈r的石榴皮，置于４０ ℃干燥４８ ｈ，粉碎、過６０目標(biāo)準(zhǔn)篩、石油醚脫脂、陰干備用。

原花青素標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥９５％），天津尖峰天然產(chǎn)物開發(fā)公司生產(chǎn)；石油醚（沸程３０～６０ ℃），無水乙醇、硫酸鐵銨、鹽酸、正丁醇均為分析純，成都市科龍化工試劑廠生產(chǎn)。甲醇，色譜純，Ｆｉｓｈｅｒ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＵＳ。

ＵＶ－１１０２紫外可見光分光光度計(jì)（天美科技有限公司）、１／１ ０００電子天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）、ＤＨＧ－９０５３Ａ型鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科技有限公司）、ＳＺＦ－００６索氏提取器（上海華睿儀器有限公司）、ＦＹ－１３５萬能粉碎機(jī)（天津泰斯特儀器有限公司）、６０目標(biāo)準(zhǔn)篩（浙江省上虞篩具總廠）、低速離心機(jī)（科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司）、ＴＨＺ－８２恒溫振蕩儀（金壇市瑞華儀器有限公司）；超聲波清洗機(jī)（寧波新芝生物科技股份有限公司）、高效液相色譜（日立公司）（ＵＶ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：Ｌ－２４００，Pｕｍｐ：Ｌ－２１３０）。

１．２ 試驗(yàn)方法

１．２．１ 石榴皮中原花青素的提取 ?。埃?ｇ脫脂干燥后的石榴皮粉末，加入一定量乙醇溶液在一定溫度下提取一段時(shí)間，取提取液１ ｍＬ過濾、４０ ℃揮干，加１ ｍＬ無水甲醇超聲溶解，得原花青素提取液。采用原花青素鹽酸—正丁醇比色法和高效液相色譜法測定提取液中的原花青素濃度。

１．２．２ 單因素試驗(yàn) 設(shè)置單因素試驗(yàn)考察乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取時(shí)間和提取溫度對石榴皮中原花青素提取率的影響。①乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)。取6份０．５ ｇ脫脂干燥后的石榴皮粉末，按１∶１２的料液比（ｍ∶Ｖ，ｇ／ｍＬ，下同）分別加入體積分?jǐn)?shù)０％（超純水）、２０％、４０％、６０％、８０％和１００％的乙醇溶液作提取溶劑，在ｐＨ ５．０、５０ ℃的條件下提取４０ ｍｉｎ。②料液比。取7份０．５ ｇ脫脂干燥后的石榴皮粉末，分別按１∶５、１∶１０、１∶１５、１∶２０、１∶２５、１∶３０、１：３５的料液比加入體積分?jǐn)?shù)７０％的乙醇溶液，在ｐＨ ５．０、５０ ℃的條件下提取４０ ｍｉｎ。③提取時(shí)間。取7份０．５ ｇ脫脂干燥后的石榴皮粉末，按１∶２０的料液比加入體積分?jǐn)?shù)７０％的乙醇溶液，在ｐＨ ５．０、５０ ℃的條件下分別提?。保?、１５、３０、４５、６０、７５、９０ ｍｉｎ。④提取溫度。取5份０．５ ｇ脫脂干燥后的石榴皮粉末，按１∶２０的料液比加入體積分?jǐn)?shù)７０％的乙醇溶液，調(diào)ｐＨ為５．０，分別在２０、３５、５０、６５、８０ ℃提?。叮?ｍｉｎ。

１．２．３ 響應(yīng)面試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基于Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ中心組合試驗(yàn)原理設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，進(jìn)一步考察乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取時(shí)間和提取溫度４個(gè)因素對石榴皮原花青素提取率的影響，響應(yīng)面試驗(yàn)的因素和水平見表１。

１．３ 原花青素含量的檢測

１．３．１ 鹽酸—正丁醇比色法 吸取石榴皮原花青素提取液１ ｍＬ，加入１０ ｍＬ帶蓋試管中，依次加入６ ｍＬ正丁醇—鹽酸（體積比９５∶５）及０．２ ｍＬ 0.1 g/mL硫酸鐵銨溶液［５］，搖勻后旋好試管蓋，（９９±１）℃水浴加熱４０ ｍｉｎ后立即取出，用４ ℃水冷卻５ ｍｉｎ，恢復(fù)至室溫后在５５０ ｎｍ處以試劑空白為對照，測定其吸光度。原花青素濃度與Ａ５５０ ｎｍ呈正比，Ａ５５０ ｎｍ越大表示原花青素提取液濃度越高，相應(yīng)的原花青素提取率也越高。

１．３．２ 高效液相色譜法［６］ 精確稱取原花青素標(biāo)準(zhǔn)品１０．００ ｍｇ，用甲醇定容至１０ ｍＬ，制得濃度為１．００ ｍｇ／ｍＬ的標(biāo)準(zhǔn)液。再用甲醇稀釋成濃度為１０、５０、１００、１５０、２００、２５０ μｇ／ｍＬ的原花青素標(biāo)準(zhǔn)系列使用液。色譜條件：色譜柱為Ａｌｌｓｐｈｅｒｅ ＯＤＳ－２５ｕ柱（４．６ ｍｍ×２５０ ｍｍ，５ μｍ），流動(dòng)相為甲醇—０．４％磷酸水溶液（體積比９０∶１０），流速１ ｍＬ／ｍｉｎ，檢測波長２８０ ｎｍ，柱溫２０ ℃，進(jìn)樣量１０ μＬ。結(jié)果顯示原花青素濃度在１０～２５０ μｇ／ｍＬ范圍內(nèi)進(jìn)樣濃度（Ｃ）與峰面積（Ｙ）呈良好的線性關(guān)系，回歸方程為Ｙ＝２．５８４ ６４７×１０６Ｃ－０．１１５ ７６３，r＝０．９９９ ４。取優(yōu)化后工藝提取所得的原花青素提取液１０ μＬ，在上述色譜條件下進(jìn)樣３次，測定提取液中原花青素的含量，并計(jì)算其提取率（以每克脫脂干燥的石榴皮粉末中所得原花青素的質(zhì)量計(jì)，單位為ｍｇ／ｇ）。

２ 結(jié)果與分析

２．１ 單因素試驗(yàn)結(jié)果

２．１．１ 乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)對原花青素提取液Ａ５５０ ｎｍ的影響 原花青素提取液的Ａ５５０ ｎｍ隨提取劑乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)的增加而呈逐漸升高的趨勢（圖１），但當(dāng)乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)大于８０％時(shí)，原花青素提取液的Ａ５５０ ｎｍ變化趨于平緩。乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)過小，會(huì)使水溶性雜質(zhì)溶出增多，提取溶液變渾濁，給原花青素的分離、提純增加負(fù)擔(dān)。

２．１．２ 料液比對原花青素提取液Ａ５５０ ｎｍ的影響 原花青素提取液的Ａ５５０ ｎｍ隨料液比的變化呈波動(dòng)變化（圖２），料液比為１∶２０時(shí)Ａ５５０ ｎｍ最大。理論上，當(dāng)提取溶劑足夠多時(shí)，從原料中溶解出的原花青素不變，原花青素的提取率應(yīng)該為恒值［７］。但在提取過程中會(huì)有原料和成品的損失，一般而言，料液比越大損失越大。

２．１．３ 提取時(shí)間對原花青素提取液Ａ５５０ ｎｍ的影響 原花青素提取液Ａ５５０ ｎｍ隨提取時(shí)間變化的趨勢見圖３。由圖３可知，原花青素提取液的Ａ５５０ ｎｍ隨提取時(shí)間的延長而升高，但提取時(shí)間長于３０ ｍｉｎ時(shí)原花青素提取液的Ａ５５０ ｎｍ隨時(shí)間的延長而升高的趨勢變緩。

２．１．４ 提取溫度對原花青素提取液Ａ５５０ ｎｍ的影響 原花青素提取液的Ａ５５０ ｎｍ隨著提取溫度的升高而增大（圖４）。一般來說，溫度升高分子運(yùn)動(dòng)加速，有利于有效成分的溶出，但提取溫度過高會(huì)破壞原花青素的分子結(jié)構(gòu)。

２．２ 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

以原花青素提取液的Ａ５５０ ｎｍ為響應(yīng)值，響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表２，方差分析見表３，模型的校正系數(shù)為Ｒ２ａｄｊ＝０．８９５ ７，說明該模型可以解釋８９．５７％的響應(yīng)值的變化。模型的Ｐ＜０．００１，失擬項(xiàng)Ｆ＝０．２８１，失擬項(xiàng)相對于絕對誤差不顯著［８－１１］，表明該模型可靠。其中乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間和提取溫度對響應(yīng)值具有極顯著的影響，料液比對響應(yīng)值的影響不顯著。將所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到各因素對石榴皮原花青素提取液吸光度Ｙ（Ａ５５０ ｎｍ）的回歸方程：Ｙ＝０．９５０＋０．０８６Ａ－０．０１０Ｂ＋０．２００Ｃ＋０．１６０Ｄ－０．０５１ＡＣ＋０．０３０ＢＣ＋０．０４３ＢＤ－０．１３０ＣＤ－０．２３０Ａ２－０．０２５Ｂ２＋０．０５６Ｃ２－０．０６７Ｄ２。根據(jù)回歸方程，以原花青素提取液的Ａ５５０ ｎｍ為指標(biāo)，使用Ｄｅｓｉｇｎ－Ｅｘｐｅｒｔ ８．０．６軟件優(yōu)化石榴皮中原花青素的提取工藝，得到最佳工藝參數(shù)為乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)７３．２２％（實(shí)際取值７３％）、料液比１∶２７．９６（實(shí)際取值１∶２８）、提取溫度７９．９５ ℃（實(shí)際取值８０ ℃）、提取時(shí)間７２．３９ ｍｉｎ（實(shí)際取值７３ ｍｉｎ），預(yù)計(jì)原花青素提取液的Ａ５５０ ｎｍ可達(dá)１．２２７（圖５）。由響應(yīng)面回歸分析擬合繪制響應(yīng)面圖見圖６至圖８。

準(zhǔn)確稱?。埃?ｇ粉碎脫脂的石榴皮粉末３份，在料液比１∶２８、乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)７３％、提取溫度８０ ℃、ｐＨ ５．０的條件下提?。罚?ｍｉｎ，重復(fù)３次，所得石榴皮原花青素提取液Ａ５５０ ｎｍ平均值為１．１７８，為預(yù)測值的９6．01％。因此，基于Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ試驗(yàn)設(shè)計(jì)所得的最佳提取工藝可靠，具有實(shí)用價(jià)值［１２－１５］。

取在最佳工藝條件下提取所得的石榴皮原花青素提取液進(jìn)行高效液相色譜檢測（圖９），計(jì)算得到原花青素的提取率為１２６．６８ ｍｇ／ｇ。

３ 結(jié)論

本研究以原花青素提取液在５５０ ｎｍ處的吸光度為指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)考察乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取時(shí)間和提取溫度對石榴皮中原花青素提取率的影響。結(jié)果表明，乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)、提取溫度和提取時(shí)間對原花青素提取率的影響顯著，且不是簡單的線性關(guān)系。通過回歸分析和驗(yàn)證試驗(yàn)得到石榴皮中原花青素的最佳提取工藝為乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)７３％、料液比１∶２８、提取時(shí)間７３ ｍｉｎ、提取溫度８０ ℃，此條件下所得石榴皮中原花青素的提取率為１２６．６８ ｍｇ／ｇ。本研究可為石榴皮中原花青素的開發(fā)利用提供一定的參考。

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