金銀木葉總黃酮提取工藝的響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化

金銀木葉總黃酮提取工藝的響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化

趙小珍， 黃 瀟

(山西省分析科學(xué)研究院，山西太原 030006)

摘要[目的]優(yōu)化并確定金銀木葉中總黃酮的最佳提取工藝。[方法]在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選用乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、液料比作為研究對(duì)象，通過(guò)3因素、3水平的Box-Behnken響應(yīng)面法確定金銀木葉總黃酮提取的最佳工藝。[結(jié)果]試驗(yàn)表明，金銀木葉總黃酮的最佳提取工藝為，乙醇體積分?jǐn)?shù)68%，提取溫度67 ℃，液料比27∶1 ml/g，在此條件下，黃酮提取率可達(dá)到12.88%。[結(jié)論]研究可為金銀木的充分利用以及新的抗氧化藥物的開發(fā)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞響應(yīng)面法；金銀木葉；黃酮；提取

中圖分類號(hào)S789.4;TS255.36;TS218

作者簡(jiǎn)介趙小珍(1982- )，女，山西柳林人，工程師，碩士，從事食品中微生物、添加劑和農(nóng)藥殘留的檢測(cè)研究。

收稿日期2015-06-11

OptimizationofExtractionConditionsforFlavonoidsfromLoniceramaackiiMaximLeavesbyResponseSurfaceMethod

ZHAOXiao-zhen,HUANGXiao(ShanxiAcademyofAnalyticalScience,Taiyuan,Shanxi030006)

Abstract[Objective] To optimize and determine the extraction techniques for total flavonoids in Loniceramaackii Maxim leaves. [Method]To explore the optimal processing techniques of extraction of flavonoids from Loniceramaackii Maxim, ethanol concentration, temperatureand the ratio of volume of solventtoweight of the dry leaf powder (V/W) were identified asmain affecting parameters and optimized using response surface analysis basedon a three-variable, three-level Box-Behnken design. [Result] The optimal extraction conditionswere determined asethanol concentration of 68%,temperature of 67 ℃, V/W of 27∶1 ml/g.Under these conditions, the extraction rate of flavonoids from Loniceramaackii Maxim was up to 12.88%. [Conclusion] The study can provide reference basis for full use of Loniceramaackii Maxim and development of new anti-oxidative drugs.

KeywordsResponsesurfacemethodology; LoniceramaackiiMaximleaves;Flavonoids;Extraction

金銀木(LoniceramaackiiMaxim)是忍冬科植物，耐寒、耐旱、耐半蔭，易繁殖，抗病蟲，是優(yōu)良的觀花觀果灌木，在我國(guó)種植十分廣泛。金銀木不同生長(zhǎng)時(shí)期的花葉果均含有黃酮，而以葉中含量最高[1-2]。黃酮類化合物主要指以2-苯基色原酮為基核的一類化合物，以游離的苷原或以與糖結(jié)合的苷類等形式存在于很多植物中。研究表明，黃酮類化合物具有多種生物活性，是許多中草藥的有效成分之一，可以保護(hù)心血管系統(tǒng)，抗癌，抗病毒，治療慢性支氣管炎、冠心病、動(dòng)脈硬化及淋巴結(jié)核等病，還具有較強(qiáng)的抗氧化和清除自由基的能力[3-5]，因此在食品領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。筆者對(duì)金銀木葉中總黃酮的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定了最佳工藝條件，為金銀木的充分利用以及新的抗氧化藥物的開發(fā)提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料供試金銀木葉采集于山西大學(xué)院內(nèi)。蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、氯化鋁、醋酸、醋酸鈉、乙醇，均為分析純?cè)噭?52N型紫外可見分光光度計(jì)，恒溫水浴鍋。

1.2方法

1.2.1蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。準(zhǔn)確吸取20μg/ml的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0ml于10ml容量瓶中，加入0.1mol/L的氯化鋁1.0ml，醋酸-醋酸鈉緩沖液1.5ml，最后用50%乙醇定容至刻度，搖勻。測(cè)定上述標(biāo)準(zhǔn)溶液在408nm波長(zhǎng)處的吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2金銀木葉中黃酮類化合物的提取。稱取1.000g金銀木干葉于具塞錐形瓶中，分別加入不同濃度的乙醇，在恒溫水浴中浸提一定時(shí)間，趁熱過(guò)濾，冷卻后用同濃度乙醇定容至刻度。

1.2.3黃酮提取的單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)。分別以不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇、不同的料液比、不同的提取溫度、不同的提取時(shí)間作為單因素，考察各因素對(duì)黃酮提取率的影響。

1.2.4響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取影響顯著的乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比、提取溫度3個(gè)因素作為Box-Behnken設(shè)計(jì)的自變量，以黃酮提取率作為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化組合[6]，因素水平設(shè)計(jì)見表1。

表1　響應(yīng)面分析因素水平設(shè)計(jì)

2結(jié)果與分析

2.1蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1，回歸方程為y=0.036 7x-0.011 3，R2=0.999 9。

2.2黃酮提取的單因素試驗(yàn)

2.2.1乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響。精確稱取1.000g金銀木葉于具塞錐形瓶中, 分別加入體積分?jǐn)?shù)為30.0%、40.0%、50.0%、60.0%、70.0%、80.0%的乙醇各30ml，在 60 ℃恒溫水浴中浸提3h，趁熱過(guò)濾，冷卻后用同濃度乙醇定容至刻度，然后按照“1.2.1”試驗(yàn)步驟對(duì)黃酮類化合物進(jìn)行測(cè)定(平行取樣3次，提取率取平均值，以下同)，結(jié)果見圖1。由圖1可知，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，黃酮提取率最高，繼續(xù)加大乙醇體積分?jǐn)?shù)，黃酮提取率反而下降。

2.2.2液料比的影響。精確稱取1.000g金銀木葉，分別加入70.0%的乙醇20、25、30、35、40ml，在 60 ℃恒溫水浴中浸提3h，按上述步驟測(cè)定總黃酮提取率。由圖2可知，液料比上升到25∶1ml/g之后，黃酮提取率達(dá)到最大并保持穩(wěn)定，再增加乙醇量，提取率基本不變。故從經(jīng)濟(jì)角度考慮，最佳液料比應(yīng)為25∶1ml/g。

2.2.3提取溫度的影響。精確稱取1.000g金銀木葉，分別加入70.0%的乙醇30ml，浸提3h，提取溫度分別為：30、40、50、60、70、80 ℃，按照上述步驟測(cè)定總黃酮提取率。由圖3可知，提取溫度為70 ℃時(shí)，黃酮提取率最高，溫度升到80 ℃，提取率下降。分析是由于溫度高于70 ℃時(shí)乙醇揮發(fā)嚴(yán)重，影響了黃酮提取率，所以最佳提取溫度應(yīng)為70 ℃。

2.2.4提取時(shí)間的影響。精確稱取1.000g金銀木葉，分別加入70.0%的乙醇30ml，提取溫度為60 ℃，浸提時(shí)間分別1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5h，按照上述步驟測(cè)定總黃酮提取率。由圖3可知，提取時(shí)間對(duì)黃酮提取率影響并不大，因此在響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)中選取了乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比、提取溫度3個(gè)因素。

2.3黃酮最佳提取工藝條件的響應(yīng)面試驗(yàn)分析以乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比、提取溫度作為響應(yīng)面設(shè)計(jì)的單因素，黃酮提取率為響應(yīng)值，應(yīng)用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)[7-9]進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2。利用Minitab15.0軟件對(duì)表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到三元二次回歸方程如下：Y=12.50-0.58A-0.33B+1.71C-0.12AB+0.075AC-0.15BC-1.09A2-0.64B2-2.26C2?；貧w方程中二次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)值，表明回歸方程所對(duì)應(yīng)拋物線開口向下，有最大值。

表2　響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

對(duì)方程的回歸系數(shù)顯著性分析表明，A、B、C、A2、B2、C2這幾個(gè)因素影響顯著(P<0.05)，表明提取溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)和液料比對(duì)金銀木葉中黃酮的提取率有顯著影響。A2、B2、C2影響顯著說(shuō)明試驗(yàn)因子對(duì)響應(yīng)值的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

通過(guò)上述二次多項(xiàng)回歸方程所做的響應(yīng)面圖和等高線圖見圖6～8，該組圖反映了3個(gè)因素中任何2因素交互影響黃酮提取率的效果。從圖6～8可以看出，黃酮提取率在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)存在最大值，它隨著2個(gè)因素值的不斷升高而升高，達(dá)到最大值后又逐漸下降。

2.4黃酮最佳提取工藝的確定和驗(yàn)證根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)所得的結(jié)果和二次多項(xiàng)回歸方程，利用Minitab15.0軟件獲得金銀木葉黃酮提取率最高時(shí)的最佳條件為：乙醇體積

分?jǐn)?shù)67.63%、提取溫度67.16 ℃、液料比26.91∶1ml/g。在此條件下，黃酮提取率預(yù)測(cè)值為12.95%。為了驗(yàn)證此模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)68%、提取溫度67 ℃、液料比27∶1ml/g進(jìn)行驗(yàn)證，共試驗(yàn)3次，黃酮提取率分別為12.84%、12.92%、12.89%，平均值為12.88%，與預(yù)測(cè)值接近，證明該模型能較好地預(yù)測(cè)金銀木葉中總黃酮的提取率。

3結(jié)論

響應(yīng)面分析法是研究幾個(gè)因素間交互作用的分析方法，它克服了正交設(shè)計(jì)只能處理離散的水平值，而無(wú)法找到整個(gè)區(qū)域上因素的最佳組合和響應(yīng)值的最優(yōu)值的缺陷，是尋找最優(yōu)加工工藝參數(shù)的有效方法。該研究在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選用乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、液料比作為研究對(duì)象，通過(guò)3因素、3水平的Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化提取金銀木葉總黃酮的最佳工藝條件，即乙醇體積分?jǐn)?shù)68%，提取溫度67 ℃，液料比27∶1ml/g。在此條件下，黃酮提取率可達(dá)到12.88%。試驗(yàn)證明，采用此響應(yīng)面法優(yōu)化得到的提取條件準(zhǔn)確可靠，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]李春華.金銀木葉中黃酮類化合物的提取[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，26(3)：65-68.

[2]陳月開,王美素,李紅孩，等.金銀花和金銀木蘆丁成分分析[J].山西大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31(4)：612-616.

[3]李楠,劉元,侯濱濱.黃酮類化合物的功能特性[J].食品研究與開發(fā),2005,26(6):139-141.

[4]魯曉翔.黃酮類化合物抗氧化作用機(jī)制研究進(jìn)展[J].食品研究與開發(fā),2012,33(3):220-224.

[5]孟雪蓮,徐成斌.黃酮類化合物的藥理學(xué)作用研究進(jìn)展[J].寧夏農(nóng)林科技,2012,53(2):63-64.

[6]BOXGEP,BEHNKENDW.Somenewthreeleveldesignforthestudyofquantitativevariables[J].Technometrics, 1960, 2(4): 455-475.

[7]范三紅,毛強(qiáng)強(qiáng),王亞云，等.響應(yīng)面法優(yōu)化制備南瓜籽抗氧化鈦的工藝[J].食品科學(xué)，2012，33(11)：241-246.

[8]梁彬,李娟,余杰，等.響應(yīng)面法優(yōu)化海篷子皂苷提取工藝條件與生物活性研究[J].食品科學(xué)，2014，35(2)：102-107.

[9]LIUY，WEIS，LIAOM.OptimizationofultrasonicextractionofphenoliccompoundsfromEuryaleferoxseedshellsusingresponsesurfacemethodology[J].IndustrialCropsandProducts, 2013,49：837-843.