響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取蘋(píng)果皮中總黃酮的工藝研究

張曉靜，龔婷，扶慶權(quán)，潘春梅

(1.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院生物工程系，河南 鄭州　450046；2.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)生處，河南 鄭州　450046；

3.南京曉莊學(xué)院生物化工與環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 南京　211171)

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響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取蘋(píng)果皮中總黃酮的工藝研究

張曉靜1，龔婷2，扶慶權(quán)3，潘春梅1

(1.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院生物工程系，河南 鄭州450046；2.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)生處，河南 鄭州450046；

3.南京曉莊學(xué)院生物化工與環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 南京211171)

摘要：以果汁廠副產(chǎn)物蘋(píng)果皮為原料，考察乙醇體積分?jǐn)?shù)、微波溫度、微波時(shí)間和料液比對(duì)蘋(píng)果皮總黃酮得率的影響，在此單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面分析法進(jìn)行回歸分析，優(yōu)化微波提取總黃酮的最佳工藝條件.結(jié)果表明：乙醇體積分?jǐn)?shù)、微波溫度、微波時(shí)間與總黃酮得率存在顯著的相關(guān)性，回歸模型擬合顯著，可對(duì)蘋(píng)果皮總黃酮得率進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析；微波輔助提取蘋(píng)果皮中總黃酮的最佳工藝條件是：微波溫度50 ℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，微波時(shí)間3 min，料液比1∶50 (g∶mL).在此試驗(yàn)條件下，蘋(píng)果皮中總黃酮得率為3.37%，與優(yōu)化前相比總黃酮得率提高了7%.

關(guān)鍵詞：蘋(píng)果皮； 黃酮； 微波輔助； 響應(yīng)面法

第一作者：張曉靜(1976-)，女，碩士，講師，研究方向?yàn)榛钚晕镔|(zhì)提取及食品添加劑應(yīng)用.E-mail:zhangxj228@163.com

蘋(píng)果為薔薇科蘋(píng)果屬多年生落葉喬木，在我國(guó)華北、東北、西北等地廣泛栽培，是我國(guó)面積最大、產(chǎn)量最多的水果品種[1-2].隨著我國(guó)中西部地區(qū)蘋(píng)果汁加工業(yè)的迅猛發(fā)展，每年會(huì)產(chǎn)生約10～15萬(wàn)噸蘋(píng)果皮等副產(chǎn)物[3].蘋(píng)果皮中富含黃酮類(lèi)化合物等多種生物活性物質(zhì)，黃酮類(lèi)化合物具有清除氧自由基、抗癌抗腫瘤、防治心血管疾病、抗氧化抗衰老、抑菌抗病毒、調(diào)節(jié)免疫、增強(qiáng)機(jī)體免疫功能、調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)等多種生理功能[4-6].但是，目前絕大多數(shù)的蘋(píng)果皮沒(méi)有得到有效的利用而被廢棄，如能將蘋(píng)果皮中的黃酮類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行高效提取，既能增加蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的附加值，又能減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染.

迄今為止，有關(guān)蘋(píng)果皮中黃酮類(lèi)物質(zhì)提取的研究少有報(bào)道，提取工藝僅局限于有機(jī)溶劑提取法和超聲輔助提取法.薛蒙偉等[7]利用有機(jī)溶劑回流提取蘋(píng)果皮總黃酮，在乙醇體積分?jǐn)?shù)65%，提取溫度45 ℃，料液比1∶45(g∶mL)、提取時(shí)間210 min的條件下，總黃酮得率達(dá)到3.52%，焦巖等[8]采用超聲波輔助法對(duì)蘋(píng)果皮中的總黃酮進(jìn)行提取，在乙醇體積分?jǐn)?shù)50.3%，液固比28.9∶1，時(shí)間49.1 min的最佳條件下，總黃酮得率為19.32 mg/g.傳統(tǒng)有機(jī)溶劑提取法提取率較高，但提取時(shí)間長(zhǎng)，超聲提取法耗時(shí)較短，但提取收率相對(duì)較低，這2種方法都有較大的局限性.

微波輔助法是提取植物有效成分常用的一種手段，具有操作簡(jiǎn)單，節(jié)省時(shí)間和試劑，加熱效率高，穿透力強(qiáng)，選擇性好，提取率高及產(chǎn)物純度高等諸多優(yōu)勢(shì)[9-10].微波輔助提取蘋(píng)果皮總黃酮尚未見(jiàn)報(bào)道，鑒于此，本研究采用微波輔助法從蘋(píng)果皮中提取黃酮類(lèi)化合物，運(yùn)用響應(yīng)面法探討其提取工藝的最優(yōu)條件，開(kāi)發(fā)一種經(jīng)濟(jì)可行、提取率高的蘋(píng)果皮黃酮類(lèi)化合物的提取工藝，為蘋(píng)果價(jià)值的全面開(kāi)發(fā)提供科學(xué)的依據(jù).

1材料與方法

1.1材料和試劑

蘋(píng)果皮，由河南靈寶某果汁有限公司提供，將皮曬干粉碎后備用.

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，中國(guó)食品藥品檢定研究院；亞硝酸鈉、無(wú)水乙醇、氫氧化鋁，南京化學(xué)試劑有限公司，分析純；硝酸鋁，上海中試化工總公司，分析純；氫氧化鈉，天津永大化學(xué)試劑有限公司，分析純.

1.2試驗(yàn)設(shè)備

微波快速制樣儀(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)；AUY120型電子天平(日本島津公司)；7230G可見(jiàn)分光光度計(jì)(上海精密科學(xué)有限公司)；GZX-9070MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱(上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)；SHB-III循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)；TDL-4型臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠).

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1樣品液的制備取粉碎的蘋(píng)果皮粉1.000 0 g置于微波用三口燒瓶中，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的料液比加入一定體積分?jǐn)?shù)乙醇溶液后，在一定溫度下微波提取一定時(shí)間.提取完畢后趁熱抽濾，所得濾液離心，取上清液待測(cè).

1.3.2樣品液中總黃酮含量的測(cè)定量取2 mL樣品液于25 mL容量瓶中，移取70%乙醇溶液10 mL，先加入5%亞硝酸鈉溶液1.00 mL，搖勻，靜置6 min；再加入10%硝酸鋁溶液1.00 mL，搖勻，靜置6 min；最后加入4%NaOH溶液5.00 mL，搖勻后用70%乙醇溶液定容至刻度，搖勻，放置15 min[11-13].用空白液作參比，此溶液于510 nm處測(cè)定吸光度，查蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品液中總黃酮含量.

1.3.3蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作精密稱(chēng)取于105 ℃條件下干燥至恒質(zhì)量的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品100 mg，用70%乙醇溶液溶解并定容，配制成0.1 mg/mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液，備用.分別準(zhǔn)確吸取0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液于25 mL容量瓶中，按照1.3.2試驗(yàn)方法測(cè)定510 nm處的吸光度.根據(jù)所得數(shù)據(jù)，制作出描述蘆丁濃度C與吸光度A關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線.其線性回歸方程為：A=7.873 7C+0.000 9，R2=0.999 2.

1.3.4總黃酮得率的計(jì)算總黃酮得率按下式計(jì)算：

式中：c為樣品液中總黃酮質(zhì)量濃度(mg/mL)；v為樣品提取液的體積(mL)；n為稀釋倍數(shù)；m為蘋(píng)果皮粉的質(zhì)量(g).

1.3.5單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)以乙醇溶液為提取試劑，固定乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、提取溫度60 ℃、提取時(shí)間5 min、料液比1∶40，分別考察不同的乙醇體積分?jǐn)?shù)、微波溫度、微波時(shí)間和料液比進(jìn)行單因素試驗(yàn).按照1.3.2試驗(yàn)方法測(cè)定總黃酮含量，計(jì)算得率，研究上述四項(xiàng)因素對(duì)蘋(píng)果皮總黃酮得率的影響.

1.3.6響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析本研究采用Box-Behnken設(shè)計(jì)對(duì)總黃酮提取工藝條件進(jìn)行四因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，以獲得最佳提取條件.以微波溫度(A)、乙醇體積分?jǐn)?shù)(B)、料液比(C)和微波時(shí)間(D)為自變量，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1.采用Design Expert 8.0軟件對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸和方差分析，通過(guò)考察F值(P<0.05)確定模型及因素的顯著性，并根據(jù)響應(yīng)曲面圖及等高線圖分析出各因素間交互作用的顯著性，以得出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析[14-15].

表1　響應(yīng)面Box-Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素與水平

2結(jié)果與討論

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)蘋(píng)果皮中總黃酮得率的影響圖1顯示的是料液比1∶40，60 ℃條件下微波處理5 min，不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)蘋(píng)果皮總黃酮得率的影響.由圖1可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，總黃酮得率隨之提高，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)升至70%時(shí)，總黃酮得率達(dá)到峰值，之后隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)再增加，總黃酮得率反而下降.這可能是因?yàn)楫?dāng)乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí)，其溶液沸點(diǎn)降低(乙醇沸點(diǎn)79 ℃)，導(dǎo)致?lián)]發(fā)性過(guò)大，同時(shí)一些醇溶性的其他物質(zhì)大量溶出，從而導(dǎo)致黃酮類(lèi)物質(zhì)的得率降低[7,11].因此，確定乙醇體積分?jǐn)?shù)70%作為最佳提取濃度.

圖1　乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)總黃酮得率的影響Fig.1　Effects of concentration of ethanol onextraction ratio of total flavonoid

2.1.2微波溫度對(duì)蘋(píng)果皮中總黃酮得率的影響圖2顯示的是蘋(píng)果皮粉中按照料液比1∶40加入70%乙醇溶液，微波處理5 min條件下，不同的微波溫度對(duì)蘋(píng)果皮總黃酮得率的影響.由圖2可知，當(dāng)微波溫度在30～50 ℃之間時(shí)，總黃酮得率隨著微波溫度的升高不斷提高.當(dāng)超過(guò)50 ℃后，伴隨著微波溫度的繼續(xù)上升，總黃酮得率勻速下降，這可能是由于溫度過(guò)高，使得黃酮類(lèi)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)被破壞導(dǎo)致得率下降，故確定50 ℃作為最佳微波提取溫度.

圖2　微波溫度對(duì)總黃酮得率的影響Fig.2　Effects of microwave temperature onextraction ratio of total flavonoid

2.1.3微波時(shí)間對(duì)蘋(píng)果皮中總黃酮得率的影響圖3顯示的是蘋(píng)果皮粉中按照料液比1∶40加入70%乙醇溶液，60 ℃微波處理，不同的微波時(shí)間對(duì)蘋(píng)果皮總黃酮得率的影響.由圖3可知，隨著微波時(shí)間的延長(zhǎng)，總黃酮得率隨之提高，當(dāng)微波時(shí)間為3 min時(shí)，總黃酮得率達(dá)到峰值，隨著微波時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，總黃酮得率開(kāi)始緩慢下降.分析得率下降的原因可能是：微波時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致黃酮類(lèi)物質(zhì)分解；長(zhǎng)時(shí)間微波造成乙醇損失量增加，使得提取能力下降.因此，確定出3 min作為最佳微波提取時(shí)間.

圖3　微波時(shí)間對(duì)總黃酮得率的影響Fig.3　Effects of microwave time on extractionratio of total flavonoid

2.1.4料液比對(duì)蘋(píng)果皮中總黃酮得率的影響圖4顯示的是蘋(píng)果皮粉中加入70%乙醇溶液，60 ℃微波處理5 min，不同的料液比對(duì)蘋(píng)果皮總黃酮得率的影響.由圖4可知，隨著料液比的增大，總黃酮得率不斷提高，當(dāng)料液比1∶50時(shí)，總黃酮得率達(dá)到峰值，隨著料液比繼續(xù)增加，總黃酮得率則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，故確定1∶50作為最佳提取料液比.

圖4　料液比對(duì)總黃酮得率的影響Fig.4　Effects of solid-liquid ratio on extractionratio of total flavonoid

2.2響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1二次響應(yīng)面回歸模型的建立與分析 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表2.

通過(guò)Design Expert 8.0軟件進(jìn)行多元回歸擬合分析，得到提取因素與總黃酮得率之間的二次多項(xiàng)式模型為：

Y=3.32+0.15A-0.086B+0.038C-0.066D+0.083AB+0.13AC+0.022AD+0.14BC-0.065BD+0.030CD-0.31A2-0.32B2-0.15C2-0.23D2

式中：Y為蘋(píng)果皮粉總黃酮得率的預(yù)測(cè)值；A、B、C、D分別代表微波溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、微波時(shí)間的編碼值.

F檢驗(yàn)反映回歸模型的有效性，包括回歸方程顯著性檢驗(yàn)和失擬性檢驗(yàn).方差分析結(jié)果如表3所示，該模型F值=34.84，P<0.000 1，說(shuō)明該模型具有高度的顯著性；該模型失擬性P=0.158 8差異不顯著，R2=0.972 1，Radj2=0.944 2，Adeq Precision=21.56，表明該模型擬合效果理想.因此，本模型可適用于預(yù)測(cè)總黃酮得率.

表2　響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

由表3可以看出，因素A、B、D、AC、BC、A2、B2、C2、D2對(duì)蘋(píng)果皮總黃酮得率有極顯著的影響(P<0.01)；因素AB對(duì)總黃酮得率有顯著影響(0.010.05).由F值可知，對(duì)蘋(píng)果皮總黃酮得率的影響因素依次為：A微波溫度>B乙醇體積分?jǐn)?shù)>D微波時(shí)間>C料液比.

通過(guò)響應(yīng)曲面對(duì)蘋(píng)果皮中總黃酮得率的解析，得出最佳的提取條件是：微波溫度為51.37 ℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)為69.78%，微波時(shí)間為2.94 min，料液比1∶51.04 (g∶mL).此條件下，蘋(píng)果皮中總黃酮得率預(yù)測(cè)值可達(dá)3.35%.

表3　響應(yīng)曲面二次多項(xiàng)式模型的方差分析

*表示差異顯著(P<0.05)；**表示差異極顯著(P<0.01).

2.2.2兩因素間交互作用的分析模型的響應(yīng)面立體分析圖及相應(yīng)等高線，見(jiàn)圖5～10.各圖顯示微波溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、微波時(shí)間中任意2個(gè)變量保持在最佳條件時(shí)，其余2個(gè)變量對(duì)蘋(píng)果皮總黃酮得率的影響.

2.2.2.1微波溫度和乙醇體積分?jǐn)?shù)的交互作用圖5顯示的是料液比為1∶51.04(g∶mL)，微波時(shí)間2.94 min時(shí)，微波溫度和乙醇體積分?jǐn)?shù)的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響.從等高線圖和3D曲面圖可明顯發(fā)現(xiàn)，等高線圈為橢圓形，其交互作用顯著；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)一定時(shí)，隨著微波溫度的升高，總黃酮得率呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)；當(dāng)固定微波溫度不變時(shí)，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)提高，總黃酮得率也呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì).提取率在溫度48～54 ℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)66%～73%的區(qū)間內(nèi)較突出，在上述范圍之外提取率明顯下降.

微波溫度和乙醇體積分?jǐn)?shù)交互作用顯著的原因可能是：由于乙醇沸點(diǎn)較低，溫度變化對(duì)其影響顯著.溫度不斷升高時(shí)，乙醇揮發(fā)加劇伴隨吸熱過(guò)程造成提取溫度不穩(wěn)定，同時(shí)使得體系中的實(shí)際乙醇濃度也未達(dá)到試驗(yàn)值，從而影響提取率.溫度過(guò)低時(shí)，黃酮類(lèi)物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)較慢也不利于提取.

2.2.2.2微波溫度和料液比的交互作用圖6顯示的是乙醇體積分?jǐn)?shù)69.78%、微波時(shí)間2.94 min時(shí)，微波溫度和料液比的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響.從等高線圖和3D曲面圖可以發(fā)現(xiàn)，等高線圈為橢圓形，其交互作用極顯著.當(dāng)料液比一定時(shí)，隨著微波溫度的升高，總黃酮得率呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)；當(dāng)固定微波溫度不變時(shí)，隨著料液比的增大，總黃酮得率也呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì).當(dāng)微波溫度在47～55 ℃，料液比在1∶45～1∶55(g∶mL)這一區(qū)間內(nèi)，提取率較高；在此范圍之外，提取率明顯下降.

由3D曲面圖走勢(shì)可以看出，高收率區(qū)域正向著微波溫度和料液比共同增加的方向偏移形成橢圓；微波溫度和料液比低時(shí)，收率較低.其可能的原因如下.首先，溫度過(guò)低時(shí)黃酮類(lèi)物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)；其次，料液比過(guò)低時(shí)提取液體積小，黃酮類(lèi)物質(zhì)溶出不充分.因此，低溫、小料液比區(qū)域的得率較低.

2.2.2.3微波溫度與微波時(shí)間的交互作用圖7顯示的是乙醇體積分?jǐn)?shù)69.78%、料液比為1∶51.04 (g∶mL)時(shí)，微波溫度和微波時(shí)間的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響.從圖7可發(fā)現(xiàn)，等高線圈趨于圓形，3D曲面圖中頂端凸面較為均勻圓潤(rùn)，其交互作用不顯著.當(dāng)微波溫度在48～54 ℃、微波時(shí)間在2.5～3.3 min范圍內(nèi)，提取率維持在一個(gè)較高的水平.在這個(gè)范圍之外的提取率則明顯下降.

2.2.2.4乙醇體積分?jǐn)?shù)和料液比的交互作用圖8顯示的是微波溫度51.37 ℃、微波時(shí)間2.94 min時(shí)，乙醇體積分?jǐn)?shù)和料液比的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響.由圖8可以看出，等高線圈為橢圓形，其交互作用極顯著；當(dāng)料液比一定時(shí)，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的提高，總黃酮得率呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)；當(dāng)固定乙醇體積分?jǐn)?shù)不變時(shí)，隨著料液比的增大，總黃酮得率也呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì).提取率在乙醇體積分?jǐn)?shù)66%～73%，料液比1∶46(g∶mL)～1∶55(g∶mL)區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定在一個(gè)較高的數(shù)值上.在此范圍之外，提取率明顯下降.

圖5　微波溫度和乙醇濃度的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響Fig.5　Effects of the interaction of microwave temperature and concentration of ethanol on extraction ratio of total flavonoid

圖6　微波溫度和料液比的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響Fig.6　Effects of the interaction of microwave temperature and solid/liquid ratio on extraction ratio of total flavonoid

圖7　微波溫度和微波時(shí)間的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響Fig.7　Effects of the interaction of microwave temperature and microwave time on extraction ratio of total flavonoid

圖8　乙醇體積分?jǐn)?shù)和料液比的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響Fig.8　Effects of the interaction of concentration of ethanol and solid/liquid ratio on extractionratio of total flavonoid

圖9　乙醇體積分?jǐn)?shù)和微波時(shí)間的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響Fig.9　Effects of the interaction of concentration of ethanol and microwave time on extraction ratio of total flavonoid

圖10　料液比和微波時(shí)間的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響Fig.10　Effects of the interaction of solid/liquid ratio and microwave time on extraction ratio of total flavonoid

由3D曲面圖走勢(shì)可以看出，高收率區(qū)域正向著乙醇體積分?jǐn)?shù)和料液比共同增加的方向偏移形成橢圓.乙醇體積分?jǐn)?shù)的增高使得乙醇的揮發(fā)量增加，導(dǎo)致整個(gè)體系發(fā)生兩方面的變化，一是乙醇體積分?jǐn)?shù)和料液比并未達(dá)到試驗(yàn)值，實(shí)際值接近單因素試驗(yàn)峰值，二是乙醇揮發(fā)過(guò)程中吸收大量熱，使得整個(gè)體系的溫度保持在一個(gè)較為溫和的狀態(tài)之下.上述兩種可能性改變了因料液比增加導(dǎo)致的黃酮類(lèi)物質(zhì)損失量增加而使得提取率下降的趨勢(shì)，形成一個(gè)總黃酮得率的動(dòng)態(tài)平衡，最終使得此交互作用極顯著.

2.2.2.5乙醇體積分?jǐn)?shù)和微波時(shí)間的交互作用圖9顯示的是微波溫度51.37 ℃、料液比為1∶51.04(g∶mL)時(shí)，乙醇體積分?jǐn)?shù)和微波時(shí)間的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響.從圖9可發(fā)現(xiàn)，等高線圈趨于圓形，3D曲面圖中頂端凸面較為均勻圓潤(rùn)，其交互作用不顯著.當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)在66%～73%，微波時(shí)間介于2.5～3.3 min之間時(shí)，提取率維持在一個(gè)較高的水平.在此范圍之外提取率都大幅降低.

2.2.2.6料液比和微波時(shí)間的交互作用圖10顯示的是微波溫度51.37 ℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)69.78%時(shí)，料液比和微波時(shí)間的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響.從圖10可發(fā)現(xiàn)，等高線圈趨于圓形，3D曲面圖中頂端凸面較為均勻圓潤(rùn)，其交互作用不顯著.當(dāng)料液比在1∶46(g∶mL)～1∶55(g∶mL)之間，微波時(shí)間介于2.5～3.3 min之間時(shí)，提取率維持在一個(gè)較高的水平.在此范圍之外，提取率都大幅降低.

2.3模型的驗(yàn)證性試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)此方法的可靠性，根據(jù)實(shí)際的操作條件，將蘋(píng)果皮中總黃酮提取的最佳條件修正為：微波溫度50 ℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，微波時(shí)間3 min，料液比1∶50(g∶mL)，實(shí)際測(cè)定總黃酮得率為3.37%，與響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)值3.35%相比，其相對(duì)誤差為0.597%.表明建立的模型與實(shí)際情況基本吻合，將響應(yīng)面法應(yīng)用于蘋(píng)果皮中總黃酮提取工藝的優(yōu)化準(zhǔn)確可靠，具有一定的應(yīng)用價(jià)值.

優(yōu)化前，微波溫度60 ℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，微波時(shí)間5 min，料液比1∶40(g∶mL)條件下，總黃酮得率最高為3.15%.優(yōu)化后，處理時(shí)間縮短40%，總黃酮得率提高了7%.

3結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助法提取蘋(píng)果皮總黃酮的最佳工藝條件為：微波溫度50 ℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，微波時(shí)間3 min，料液比1∶50(g∶mL)，在最佳提取條件下經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，總黃酮得率達(dá)到3.37%，與響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)值3.35%相比，其相對(duì)誤差為0.597%.

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(責(zé)任編輯李辛)

Technology of flavone from apple pericarp with microwave-

assisted extraction optimized by response surface method

ZHANG Xiao-jing1，GONG Ting2，F(xiàn)U Qing-quan3，PAN Chun-mei1

(1.Department of Biotechnology,Henan University of Animal Husbandry and Economy,Zhengzhou 450046,China;

2.Students Affairs,Henan University of Animal Husbandry and Economy，Zhengzhou 450046,China;

3.School of Biochemical and Environmental Engineering,Nanjing

Xiaozhuang College，Nanjing 211171,China)

Abstract：Apple pericarp from juicing is used as raw material to study the effects of volume fraction of ethanol,microwave temperature,microwave time and solvent/material ratio on extraction of total flavone.Based on above single-factor experiment,Box-Behnken experiment was designed and regression analysis applying response surface method to optimize technical condition by microwave-assisted ethanol extraction of flavones from apple pericarp.The results indicated that concentration of ethanol,microwave temperature and microwave time all significantly correlated to the extraction rate of flavones,regression model fitting was significant,which could be used to predict and analyze the extraction rate of total flavonoid.The optimum technological conditions were microwave temperature 50 ℃,concentration of ethanol 70%,microwave time 3 minutes and solvent/material ratio 1∶50(g∶mL).Under the conditions,the average extraction rate of total flavonoid reaches 3.37%,increased by 7% compared with previous extraction technology.

Key words：apple pericarp;flavone;microwave-assisted;response surface method

收稿日期：2014-12-15；修回日期：2015-04-15

基金項(xiàng)目：河南省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(122102110130)；河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目.

通信作者：潘春梅，女，博士，教授，主要從事發(fā)酵工程的研究與教學(xué)工作.E-mail:pancm7570@163.com

中圖分類(lèi)號(hào)：TS 255.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1003-4315(2015)06-0148-08