響應(yīng)曲面法優(yōu)化蓮房原花青素提取工藝研究

李媛++張友維++盧菁

摘 要：基于單因素實(shí)驗(yàn)，采取4因素3水平的響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)化了從蓮房中原花青素的乙醇提取工藝條件。筆者研究了各自變量間的交互作用如何影響蓮房原花青素提取量。希望這篇本文能夠?yàn)橄嚓P(guān)方面提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：響應(yīng)曲面法；蓮房；原花青素；提取工藝

中圖分類號：TS201.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20150733009

蓮房是成熟的花托，它是蓮科藥用植物蓮的重要組成部分，它的原花青素（簡稱為LSPC）非常豐富，含量高達(dá)7.8%。人們能夠從蓮房中提取出原花青素，原花青素是一類多酚化合物的統(tǒng)稱，它是由數(shù)量不同的表兒茶素或兒茶素縮合而來的。筆者選擇的原料是廢棄物蓮房，提取劑是乙醇，借助響應(yīng)面分析法，對蓮房中原花青素的最佳提取工藝的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1 材料和方法

筆者選取了干燥蓮房，原花青素標(biāo)準(zhǔn)品、乙醇、濃鹽酸香草醛以及甲醇，此外還有相關(guān)儀器。

1.1 提取蓮房原花青素

稱取2.00g脫脂蓮房，按照一定料液比將其添加到乙醇水溶液中，在設(shè)定溫度中恒溫攪拌浸提一定時間后，抽濾以及保存相關(guān)濾液，提取2次濾渣，然后合并濾液，在定容稀釋后將蓮房原花青素的濃度測出來，還要計算原花青素的提取量。

1.2 測定原花青素的含量

運(yùn)用濃鹽酸——香草醛顯色法來測定原花青素含量。

1.3 設(shè)計單因素以及響應(yīng)曲面法的相關(guān)試驗(yàn)

將提取溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時間以及液料比當(dāng)成相關(guān)影響因素。以單因素實(shí)驗(yàn)的相關(guān)結(jié)果為依據(jù)，設(shè)計3水平4因素的響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。為了更好地考察，提取次數(shù)都是1次，試驗(yàn)都設(shè)定為3次重復(fù)，取平均值。

2 結(jié)果以及分析

2.1 選定所必需的實(shí)驗(yàn)條件

乙醇的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了50%，溫度維持在50℃，時間長達(dá)2h，液料比達(dá)到了20mL/g。在確保其中3項(xiàng)因素不變的情況下，改變其中1個因素，依次監(jiān)測提取溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時間以及液料比的具體變化，研究這些因素如何影響蓮房原花青素的相關(guān)提取量。從上述研究可以看到，隨著乙醇的體積分?jǐn)?shù)、提取時間、液料比以及提取溫度逐步增加，原花青素的提取量也出現(xiàn)了與之對應(yīng)的增加態(tài)勢。在乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了50%，液料比達(dá)到了20mL/g，提取溫度維持在55℃，提取時間達(dá)到了50min的情況下，蓮房原花青素的提取量是最大的。所以，乙醇的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了40%～60%、液料比維持在15～25mL/g、提取溫度維持在45～65℃的范圍內(nèi)、提取時間達(dá)到了40～60min，在上述范圍內(nèi)開展響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)。

2.2 響應(yīng)曲面法設(shè)計的相關(guān)方案以及相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果

按照Box-Behnken試驗(yàn)的相關(guān)設(shè)計原理，以單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ)，選取了下列4大因素為研究過程中的自變量：分別是乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、液料比以及提取時間，依次運(yùn)用X1、X2、X3、X4來表示，將蓮房原花青素提取量當(dāng)成所需要的響應(yīng)值Y，而且把1、0、-1以此代表每個自變量的高水平、中間水平以及低水平，因素編碼和每個變量水平可以具體地統(tǒng)計和計算出來，能夠設(shè)計出所需要的試驗(yàn)方案和獲得相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果。

2.3 二元回歸方程擬合以及方差分析

運(yùn)用DesignExpert7.1.6軟件分析相關(guān)數(shù)據(jù)，對其開展二次多元回歸擬合，從而獲得了蓮房原花青素提取量預(yù)測值對相關(guān)編碼自變量的二次多項(xiàng)回歸方程。能夠充分地運(yùn)用這個回歸方程，將蓮房原花青素所需要的最佳提取工藝條件計算出來。

2.4 最優(yōu)工藝條件和開展具體的驗(yàn)證試驗(yàn)

最大限度地運(yùn)用DesignExpert7.1.6軟件，按照構(gòu)建好的數(shù)學(xué)模型，對其進(jìn)行參數(shù)最佳化分析，從而獲得了最優(yōu)的提取工藝條件：乙醇的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了50%，液料比是25mL/g，提取溫度維持在55℃，提取時間達(dá)到了60min，提取數(shù)量為1次，驗(yàn)證試驗(yàn)要重復(fù)4次，能夠檢測到蓮房原花青素的提取量，達(dá)到了6.678mg/100g，非常接近理論上的預(yù)測值6.693mg/100g。所以，運(yùn)用響應(yīng)面分析法進(jìn)行優(yōu)化，能夠獲得可行性較強(qiáng)的提取工藝，而且相關(guān)參數(shù)也非常可靠、準(zhǔn)確，具有較強(qiáng)的實(shí)用價值。

3 結(jié)束語

在開展單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用響應(yīng)面分析法完成了實(shí)驗(yàn)設(shè)計，進(jìn)一步優(yōu)化了蓮房原花青素的相關(guān)提取工藝參數(shù)。而且還密切聯(lián)系具體生產(chǎn)實(shí)踐，，得到提取蓮房原花青素的最佳工藝條件，乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50%、液料比達(dá)到25mL/g、提取溫度維持在55℃、提取時間為60min，提取數(shù)量1次，實(shí)際提取產(chǎn)量為6.678mg/100g，非常接近理論預(yù)測值6.693mg/100g。希望該研究能夠?yàn)楣I(yè)化充分地運(yùn)用數(shù)量眾多的蓮房資源提取原花青素提供可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 高羽，董志.原花青素的藥理學(xué)研究現(xiàn)狀[J].中國中藥雜志，2009，34（6）.

作者簡介：李媛（1987-），女，江蘇淮安人，助教，碩士研究生，研究方向：生物化學(xué)。