響應(yīng)曲面法優(yōu)化微波輔助提取茶多酚工藝研究

朱媛

摘要：試驗(yàn)采用微波法輔助提取茶多酚。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)曲面法優(yōu)化提取條件，建立多元二次回歸方程模型。結(jié)果表明，乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比等因素對(duì)茶多酚得率的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。在原料粒度為80目，微波功率為300 W時(shí)，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比（g/mL）1∶35.47、提取溫度70 ℃、提取時(shí)間3 min時(shí)，茶多酚得率為16.169%，測(cè)驗(yàn)值與理論值接近，模型預(yù)測(cè)可靠。

關(guān)鍵詞：茶多酚；微波法；響應(yīng)曲面法

中圖分類號(hào)：TQ914.1；TS202.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）03-0631-04

茶樹（Camellia sinensis）在中國(guó)的種植范圍大，有著豐富的自然資源。茶樹樹葉含具保健、藥效功能的茶多酚和咖啡因，其中茶多酚是茶樹樹葉中多酚類化合物的總稱。茶多酚化學(xué)結(jié)構(gòu)中帶有多個(gè)活性羥基，研究表明茶多酚具有抗氧化、防癌、抗癌、抗輻射、抗衰老、預(yù)防心血管疾病、降低血糖和血脂等多種生理活性[1]，因此在食品、油脂、醫(yī)藥、日化、精細(xì)化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

目前，國(guó)內(nèi)外茶多酚產(chǎn)品的提取方法主要有溶劑提取法、離子沉淀法、樹脂吸附分離法等方法。傳統(tǒng)的方法均存在提取率低，產(chǎn)品具有潛在危害等缺點(diǎn)[2]。微波法輔助提取技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新方法，具有快速、高效、安全、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。近年來，微波萃取技術(shù)在天然產(chǎn)物中化學(xué)成分的提取方面取得了較大的進(jìn)展，廣泛用于揮發(fā)油、苷類、多糖、萜類、生物堿、黃酮、單寧、甾體等天然化合物的提取[3]。

本試驗(yàn)以茶樹樹葉為原料，加以微波法輔助提取茶多酚，結(jié)合單因素試驗(yàn)，利用響應(yīng)曲面法設(shè)計(jì)優(yōu)化微波法輔助提取茶多酚的工藝條件，為茶樹樹葉利用與深加工提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

茶樹樹葉，采自南京市江寧區(qū)方山茶場(chǎng)。

1.2 微波法輔助提取茶多酚工藝

稱取一定粉碎粒度的茶樹樹葉約1.0 g，按料液比（g/mL，下同）1∶35加入體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液于微波專用的三頸燒瓶中，置于微波反應(yīng)器內(nèi)，調(diào)節(jié)微波時(shí)間為3 min、微波溫度為65 ℃、微波功率為300 W進(jìn)行萃取。將萃取液趁熱過濾，在3 000 r/min下離心10 min，量取上清液體積。

1.3 茶多酚含量的測(cè)定

浸提液中茶多酚含量的測(cè)定參照文獻(xiàn)[4]采用酒石酸亞鐵比色法進(jìn)行。

1.4 單因素試驗(yàn)

依次改變?cè)狭６?、乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、微波時(shí)間、微波提取溫度5個(gè)因素，分別考察其對(duì)茶多酚得率的影響。

1.5 響應(yīng)曲面法優(yōu)化茶多酚提取工藝試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，篩選出液料比、提取溫度、微波時(shí)間、乙醇體積分?jǐn)?shù)4個(gè)因素，采用Design-expert V8.0進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析。其因素與水平如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 原料粒度對(duì)茶多酚得率的影響 由圖1可知，隨著原料粒度的增加，茶多酚得率逐漸增加，當(dāng)原料粒度超過80目后，茶多酚得率略有下降，故原料粒度以80目為宜。

2.1.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)茶多酚得率的影響 由圖2可知，隨著已醇體積分?jǐn)?shù)的提高，茶多酚得率先增加后降低，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%時(shí)達(dá)到最大。表明乙醇體積分?jǐn)?shù)的改變可導(dǎo)致提取液極性的改變，從而影響提取效果。

2.1.3 料液比對(duì)茶多酚得率的影響 由圖3可知，隨著溶劑比例的增加，茶多酚得率先增加后降低，當(dāng)料液比為1∶35時(shí)達(dá)到最大。說明溶劑量的增加有助于擴(kuò)散過程的進(jìn)行，但當(dāng)溶劑量過大時(shí)，微波的熱效應(yīng)、空化效應(yīng)等強(qiáng)度減弱[5]，影響了提取的效果。

2.1.4 微波時(shí)間對(duì)茶多酚得率的影響 由圖4可知，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，茶多酚得率先增加后降低，在3 min時(shí)達(dá)到最大。

2.1.5 提取溫度對(duì)茶多酚得率的影響 由圖5可知，溫度的升高有助于茶多酚的提取，當(dāng)提取溫度為70 ℃時(shí)茶多酚的得率最高，繼續(xù)提高溫度則茶多酚被氧化而不利于其得率的提高。

2.2 響應(yīng)曲面法對(duì)茶多酚提取工藝的優(yōu)化

試驗(yàn)運(yùn)用Design-expert V8.0軟件生成了29個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，在各自的試驗(yàn)條件下得到的相應(yīng)茶多酚得率見表2。

2.2.1 模型方差分析 對(duì)表2數(shù)據(jù)運(yùn)用 Design-expert V8.0軟件進(jìn)行模型選定與方差分析，結(jié)果見表3、表4。

P（概率>F值）如果小于0.05，說明對(duì)應(yīng)的因素對(duì)響應(yīng)值影響顯著，本試驗(yàn)中由于所選擇模型顯著，失擬項(xiàng)不顯著，表明所選擇的模型可靠。從表3可以看出諸因素的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，從單因素來看B和D對(duì)茶多酚得率的影響顯著，其次為C，最后為A。在4個(gè)因素的交互作用下，對(duì)茶多酚得率的影響效果依次為AD>BC>AB>CD>AC>BD。從表4可以看出，R2預(yù)測(cè)=0.966 3，R2校正=0.932 7， R2預(yù)測(cè)與R2校正較為接近，信噪比為17.919（>4），可知回歸方程擬合度和可信度均很高，試驗(yàn)誤差較小，故可用此模型對(duì)微波法輔助提取茶多酚工藝結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

利用Design-expert V8.0軟件對(duì)表2所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析，獲得微波法提取茶多酚的多元二次回歸方程模型為：茶多酚得率=16.130+0.049 A-0.130 B+0.069 C+0.170 D-0.085 AB+0.020 AC+0.110 AD-0.092 BC+0.002 5 BD-0.025 CD-0.510 A2-0.220 B2-0.320 C2-0.700 D2。

2.2.2 響應(yīng)曲面法分析各因素對(duì)茶多酚得率的影響 固定其他因素條件，考察兩兩因素之間的交互作用對(duì)茶多酚得率的影響，可得一組動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲面圖（圖6至圖8），從而確定各因素的最佳水平范圍，結(jié)果選擇影響顯著的AB、AD、BC加以說明。

1）料液比和提取溫度對(duì)茶多酚得率的交互影響。由圖6可見，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)和微波時(shí)間為最佳值時(shí)，隨著溶劑比例的增加，茶多酚得率先增加后降低；隨著微波提取溫度的增加，茶多酚得率也呈先增加后降低的趨勢(shì)。其最佳水平范圍為：料液比1∶（32.6～38.2），提取溫度64.0～72.6 ℃。

2）料液比和乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)茶多酚得率的交互影響。由圖7可見，當(dāng)微波時(shí)間和提取溫度為最佳值時(shí)，隨著料液比中溶劑的增加或乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，茶多酚得率先逐漸增加后逐漸降低。其最佳水平范圍為：料液比1∶32.6～38.0，乙醇體積分?jǐn)?shù)77.0%～85.5%。

3）提取溫度和微波時(shí)間對(duì)茶多酚得率的交互影響。由圖8可見，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)和料液比為最佳值時(shí)，隨著微波時(shí)間或提取溫度的增加，茶多酚得率先增加后降低。該圖中曲面變化幅度不大。其最佳水平范圍為：微波時(shí)間1.8～4.7 min，提取溫度64.0～72.6 ℃。

2.2.3 預(yù)測(cè)優(yōu)化條件 通過Design-expert軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析可得理論最佳條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、在68.2 ℃下提取3.31 min，茶多酚理論得率可達(dá)16.175%。受微波反應(yīng)器條件的限制，試驗(yàn)選擇了乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下茶多酚得率為16.169%，測(cè)驗(yàn)值與理論值接近，表明模型預(yù)測(cè)可靠。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用微波法輔助提取了茶葉中的茶多酚，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、微波時(shí)間、料液比4個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)試驗(yàn)。通過Design-Expert軟件分析，建立了4因素相互作用的數(shù)學(xué)模型，模型預(yù)測(cè)最佳提取條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、提取溫度68.2 ℃、微波時(shí)間3.31 min。試驗(yàn)選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下，茶多酚得率為16.169%，與模型預(yù)測(cè)值非常接近，表明模型預(yù)測(cè)可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸愛霞，姚 開，呂遠(yuǎn)平，等. 茶多酚提取和應(yīng)用研究進(jìn)展[J].食品科技，2003（2）：53-55.

[2] 王玉春. 茶多酚的提取方法及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，22（3）：52-56.

[3] 張彩文.微波萃取在天然產(chǎn)物化學(xué)成分提取中的應(yīng)用研究[J].周口師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，25（5）：56-61.

[4] 羅曉明.茶多酚提取新工藝研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2002.

[5] 李 超，王衛(wèi)東，鄭 義，等.響應(yīng)曲面法優(yōu)化原花青素的超聲波協(xié)同微波提取工藝[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2009，35（10）：167-171.

1）料液比和提取溫度對(duì)茶多酚得率的交互影響。由圖6可見，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)和微波時(shí)間為最佳值時(shí)，隨著溶劑比例的增加，茶多酚得率先增加后降低；隨著微波提取溫度的增加，茶多酚得率也呈先增加后降低的趨勢(shì)。其最佳水平范圍為：料液比1∶（32.6～38.2），提取溫度64.0～72.6 ℃。

2）料液比和乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)茶多酚得率的交互影響。由圖7可見，當(dāng)微波時(shí)間和提取溫度為最佳值時(shí)，隨著料液比中溶劑的增加或乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，茶多酚得率先逐漸增加后逐漸降低。其最佳水平范圍為：料液比1∶32.6～38.0，乙醇體積分?jǐn)?shù)77.0%～85.5%。

3）提取溫度和微波時(shí)間對(duì)茶多酚得率的交互影響。由圖8可見，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)和料液比為最佳值時(shí)，隨著微波時(shí)間或提取溫度的增加，茶多酚得率先增加后降低。該圖中曲面變化幅度不大。其最佳水平范圍為：微波時(shí)間1.8～4.7 min，提取溫度64.0～72.6 ℃。

2.2.3 預(yù)測(cè)優(yōu)化條件 通過Design-expert軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析可得理論最佳條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、在68.2 ℃下提取3.31 min，茶多酚理論得率可達(dá)16.175%。受微波反應(yīng)器條件的限制，試驗(yàn)選擇了乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下茶多酚得率為16.169%，測(cè)驗(yàn)值與理論值接近，表明模型預(yù)測(cè)可靠。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用微波法輔助提取了茶葉中的茶多酚，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、微波時(shí)間、料液比4個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)試驗(yàn)。通過Design-Expert軟件分析，建立了4因素相互作用的數(shù)學(xué)模型，模型預(yù)測(cè)最佳提取條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、提取溫度68.2 ℃、微波時(shí)間3.31 min。試驗(yàn)選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下，茶多酚得率為16.169%，與模型預(yù)測(cè)值非常接近，表明模型預(yù)測(cè)可靠。

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1）料液比和提取溫度對(duì)茶多酚得率的交互影響。由圖6可見，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)和微波時(shí)間為最佳值時(shí)，隨著溶劑比例的增加，茶多酚得率先增加后降低；隨著微波提取溫度的增加，茶多酚得率也呈先增加后降低的趨勢(shì)。其最佳水平范圍為：料液比1∶（32.6～38.2），提取溫度64.0～72.6 ℃。

2）料液比和乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)茶多酚得率的交互影響。由圖7可見，當(dāng)微波時(shí)間和提取溫度為最佳值時(shí)，隨著料液比中溶劑的增加或乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，茶多酚得率先逐漸增加后逐漸降低。其最佳水平范圍為：料液比1∶32.6～38.0，乙醇體積分?jǐn)?shù)77.0%～85.5%。

3）提取溫度和微波時(shí)間對(duì)茶多酚得率的交互影響。由圖8可見，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)和料液比為最佳值時(shí)，隨著微波時(shí)間或提取溫度的增加，茶多酚得率先增加后降低。該圖中曲面變化幅度不大。其最佳水平范圍為：微波時(shí)間1.8～4.7 min，提取溫度64.0～72.6 ℃。

2.2.3 預(yù)測(cè)優(yōu)化條件 通過Design-expert軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析可得理論最佳條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、在68.2 ℃下提取3.31 min，茶多酚理論得率可達(dá)16.175%。受微波反應(yīng)器條件的限制，試驗(yàn)選擇了乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下茶多酚得率為16.169%，測(cè)驗(yàn)值與理論值接近，表明模型預(yù)測(cè)可靠。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用微波法輔助提取了茶葉中的茶多酚，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、微波時(shí)間、料液比4個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)試驗(yàn)。通過Design-Expert軟件分析，建立了4因素相互作用的數(shù)學(xué)模型，模型預(yù)測(cè)最佳提取條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、提取溫度68.2 ℃、微波時(shí)間3.31 min。試驗(yàn)選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下，茶多酚得率為16.169%，與模型預(yù)測(cè)值非常接近，表明模型預(yù)測(cè)可靠。

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