響應面法優(yōu)化黃山貢菊浸提工藝

王琦，郭艷明，韓建群，李明霞，張公杭，董明,2*

1(安徽農業(yè)大學 茶與食品科技學院，安徽 合肥，230036)　2(合肥市農產品加工研究院，安徽 合肥，230036)3(安徽黃山樹德堂食品飲料有限公司，歙縣，245200)

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響應面法優(yōu)化黃山貢菊浸提工藝

王琦1，郭艷明1，韓建群1，李明霞1，張公杭3，董明1,2*

1(安徽農業(yè)大學 茶與食品科技學院，安徽 合肥，230036)2(合肥市農產品加工研究院，安徽 合肥，230036)3(安徽黃山樹德堂食品飲料有限公司，歙縣，245200)

摘要以黃山貢菊為材料，以浸提溫度、料液比、浸提時間為主要影響因素，對貢菊浸提工藝進行探索。在單因素試驗基礎上，通過Box-Benhnken中心組合設計試驗，以浸提液中總黃酮含量(R1)、綠原酸含量(R2)、香氣成分百分含量(R3)為響應值對浸提工藝優(yōu)化。響應面法分析結果表明最佳浸提溫度為92 ℃、料液比為1∶75(g∶mL)，浸提時間為24 min，在此條件下進行驗證試驗，浸提液中的總黃酮、綠原酸、香氣成分百分含量分別達到4.917 g/100 g、0.417 g/100 g和85.024%。

關鍵詞黃山貢菊；水浸提；響應面法分析；總黃酮；綠原酸；香氣成分

菊花為菊科菊屬宿根性草本植物[1]，全國各地均有分布。除觀賞外，亦具有藥用、食用價值。其中，黃山貢菊因具有疏風散熱、抗菌消炎、養(yǎng)肝明目的功能，可治傷風感冒、療瘡腫毒、血壓偏高等癥[2-5]，其藥食同源的特性，深受人們喜愛。

經多年來研究發(fā)現，貢菊含有較豐富的功能性成分，其中具有代表性的黃酮類化合物多達6.35 g/100 g、綠原酸為0.38 g/100 g[6]，其氨基酸[7-8]種類豐富且含量較高。此外，貢菊香氣成分豐富，主要含烯萜類化合物如石竹烯、金合歡烯、β-欖香烯等，其次還有芳烴類衍生物、醛酮類、雜環(huán)類化合物等[9-10]。

浸提技術是植物飲料加工過程中的關鍵技術之一[11]，此步驟中有效成分的提取率直接影響成品飲料中營養(yǎng)成分和產品質量。已有報道的菊花原料浸提研究，多為杭白菊和滁菊，一般采用水浸提或醇浸提；浸提溫度過高、浸提時間過長會導致原料的營養(yǎng)成分破壞，反之會出現營養(yǎng)成分溶出不完全的情況[12]，尤其是浸提溫度、時間、料液比對菊花的香氣成分有很大影響，導致原料中營養(yǎng)成分和香氣成分的提取率無法達到最大化。目前，對黃山貢菊為原料的浸提技術研究報道甚少。因此，本文通過對浸提溫度、料液比、浸提時間3種工藝參數的優(yōu)化，探尋最佳浸提工藝參數，使得貢菊提取液中總黃酮、綠原酸和香氣成分的含量最大，為后續(xù)制作功能性成分高、貢菊香氣濃郁的成品飲料提供技術基礎。

1材料與方法

1.1實驗材料

菊花：黃山貢菊，由安徽黃山樹德堂食品飲料有限公司提供，密封包裝冷庫貯存。

蘆丁標準品，綠原酸標準品，NaNO2、Al(NO2)3、NaOH、無水乙醇(均為分析純)，乙腈、乙酸(均為色譜純)。

分析天平(MS205DU METTLER TOLEDO)；HH-6數顯恒溫水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；DC-NSG-05多功能提取濃縮機組，上海達程實驗設備有限公司；離心機(Anke DL-5-B)；UV-5800PC可見分光光度計；高效液相色譜儀(Waters 1525)，附紫外檢測器(Waters 2489)；7890 GC-System氣相色譜儀，美國安捷倫公司；5975C質譜儀，美國安捷倫公司。

1.2單因素試驗設計

本次浸提試驗在實驗室中進行，利用水浴鍋加熱達到試驗所需溫度，通過不同的浸提溫度、保持不同的浸提時間、向燒杯中添加不同料液比來進行水浸提。

單因素試驗研究過程中，每次改變1個單因素，其他因素條件不變。以浸提液的總黃酮含量和綠原酸含量為評價指標，每因素每水平重復檢測3次。

(1)浸提溫度的影響：以料液比為1∶75(g∶mL)，浸提時間為20 min，來探索貢菊在75、80、85、90、95 ℃下的最佳浸提溫度。

(2)浸提時間的影響：以料液比為1∶75，浸提溫度為90 ℃，來探索貢菊在20、22、24、26、28 min下的最佳浸提時間。

(3)料液比的影響：以浸提溫度為90 ℃，浸提時間為24 min，來探索貢菊在1∶65、1∶70、1∶75、1∶80、1∶85下的最佳浸提料液比。

1.3響應面試驗設計

根據單因素試驗結果，采用Design-Expert8.0軟件中Box-Benhnken中心組合試驗設計，對浸提溫度、料液比、浸提時間(分別以A、B、C表示)進行3因素進行3水平試驗，具體試驗水平及編碼見表1。以浸提液中總黃酮含量(R1)、綠原酸含量(R2)、香氣成分百分含量(R3)為響應值來評價浸提效果的好壞。

表1　實驗因素與水平表

以響應面法分析得出的最佳浸提條件，在多功能提取機上浸提，進行驗證試驗，并檢測浸提液中的R1、R2、R3含量。

1.4檢測方法

1.4.1總黃酮測定[13]

精密稱取蘆丁對照品0.01 g，用60%乙醇溶解并定容于10 mL容量瓶中，混勻。依次配成濃度為0、50、100、150、200、250、 300、 350、 400、 450、 500、 550、 600、650 μg/mL的對照品溶液。取待測溶液(或對照品溶液) 1 mL，參照DB13/T385—1998方法進行檢測，用1 mL 60%乙醇代替待測溶液配制成空白溶液。510 nm下測吸光度，平行3次取平均值。以測得Y吸光度對蘆丁濃度X(μg/ml)進行線性回歸，回歸方程為Y=0.000 5X-0.0021，R2=0.999 4。方法的線性范圍為0～80 μg/mL。

(1)

1.4.2綠原酸檢測方法[14]

參照GB/T 22250—2008制備綠原酸標準溶液及對液體試樣的處理方式進行HPLC檢測。以測得Y峰面積對綠原酸標準溶液濃度X(μg/mL)進行線性回歸，回歸方程為Y=20 731X-13 433，R2=0.999 5。方法的線性范圍為0～80 μg/mL。色譜條件為：Gemini C18色譜柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；紫外檢測器，檢測波長327 nm；流速1.0 mL/min；柱溫：30 ℃；進樣量：10 μL；流動相A：0.5%CH3COOH/H2O，流動相B：CH3CN，流動相梯度條件見表2。綠原酸對照品及貢菊浸提液中綠原酸的出峰時間見圖1和圖2。

表2　流動相梯度條件

(2)

圖1　綠原酸對照品Fig.1　Chlorogenic acid reference substance

圖2　貢菊浸提液Fig.2　Chrysanthemums extracting liquor

1.4.3香氣成分檢測[9]

稱取0.5 g樣品于采樣瓶中，按照響應面中浸提時間、浸提溫度、料液比來提取浸提液。采用頂空固相微萃取法，用空固相微萃取頭吸附40 min，在GC-MS進樣口處解吸附5 min后參考沈維治[9]等檢測菊花香氣成分的GC-MS條件進行GC-MS檢測分析。

結合NIST11.L譜庫和CAS編碼對質譜圖進行檢索和人工分析，確定各峰名稱。以各香氣成分的總峰面積與所測得的總峰面積之比表示香氣成分的百分含量。

2結果與分析

2.1單因素試驗結果

2.1.1浸提溫度的影響

圖3反映的是總黃酮含量和綠原酸含量隨浸提溫度變化的影響趨勢。由圖3可知，隨著浸提溫度的升高，浸提液中總黃酮含量隨溫度的升高先升高后下降，在90 ℃時含量最高；隨著溫度的升高，浸提液中綠原酸含量先呈上升趨勢，在85 ℃時上升速率明顯加快，在90 ℃時含量達到最高，然后小幅下降。綜合比較，浸提溫度為90 ℃為最佳，此時，黃酮含量與綠原酸含量均為最高。

圖3　浸提溫度對總黃酮含量和綠原酸含量的影響Fig.3　Extraction temperature influence on total flavones and chlorogenic acid content

2.1.2浸提時間的影響

圖4為浸提時間對總黃酮含量和綠原酸含量的影響。

圖4　浸提時間對總黃酮含量和綠原酸含量的影響Fig.4　Extraction time influence on total flavones and chlorogenic acid content

如圖4所示，總黃酮含量隨著時間的增加先上升后下降然后趨近于平穩(wěn)，在24 min時浸提液中總黃酮含量達到最大；綠原酸含量隨著時間的增加呈現先上升后下降的趨勢，且趨勢幅度較大，于24 min時到達最大值。綜合結果，確定浸提時間24 min為最佳。

2.1.3浸提料液比的影響

圖5反映料液比對浸提液中總黃酮含量和綠原酸含量的影響。如圖5所示，總黃酮含量隨料液比的加大而先升高后基本趨于平穩(wěn)并伴隨緩慢下降，在1∶75和1∶80處含量基本一致并達到最大；而綠原酸含量隨料液比的加大呈明顯的先上升后下降趨勢，在1∶75時達到最大值。綜合考慮，選取1∶75為浸提的最佳料液比。

圖5　料液比對總黃酮含量和綠原酸含量的影響Fig.5　Ratio of material and water influence on total flavones and chlorogenic acid content

2.2響應面試驗結果

根據單因素試驗結果，浸提溫度選擇85、90、95 ℃共3個水平，料液比選擇1∶70、1∶75、1∶80共3個水平，浸提時間選擇22、24、26 min共3個水平。以總黃酮含量、綠原酸含量、香氣成分(百分比)為評價指標進行響應面試驗。表3為試驗設計的方案及實驗結果。3個響應值的方差分析見表4～表6。3個響應值的3因素交互作用的響應面圖見圖6～圖8。

表4～表6的方差分析顯示，模型的P值分別為0.003 5、0.003 3、0.008 8，均為極顯著(P<0.01),失擬相均為不顯著(P>0.05)，可知此3個響應值對模型的影響極顯著，有統(tǒng)計學意義。由表4和圖6可知，影響浸提液中總黃酮含量的3個因素由大到小為C(浸提時間)、A(浸提溫度)、B(料液比)，其中A、C因素影響顯著，交互項BC、B2極顯著，C2影響顯著；由表5和圖7分析可知，影響浸提液中綠原酸含量的因素從大至小為A、B、C，其中A、B為極顯著，C為影響顯著，交互項AB、B2、C2對響應值影響顯著，而A2對其影響為極顯著。由表6及圖8分析可知，影響浸提液的香氣成分百分含量的因素從大到小為A、B、C，其中A為極顯著，B、C為顯著影響，交互項AC對香氣成分百分比的影響為極顯著，AB、A2達到顯著影響。

表3　貢菊浸提液總黃酮含量、綠原酸含量和香氣

表4　R1總黃酮含量實驗結果方差分析表

經Design-Expert.V.8軟件分析，3因素擬合后總黃酮含量(R1)、綠原酸含量(R2)和香氣成分百分含量(R3)的回歸方程如下：

總黃酮含量(R1)=+5.00+0.26×A+0.16×B+0.27×C+0.16×A×B+0.11×A×C+0.86×B×C-0.26A2-0.54×B2-0.38×C2

綠原酸含量(R2)=+0.43+0.033×A-0.026×B+0.018×C+0.025×A×B-0.011×A×C-3.250E-003×B×C-0.041×A2-0.026×B2-0.028×C2

香氣成分百分含量(R3)==+85.76-1.48×A-1.06×B-1.02×C-1.34×A×B+2.29×A×C-0.60×B×C+1.37×A2+1.18×B2+0.35×C2

3個方程的R2分別為0.925 0、0.926 0和0.900 3，均接近1，說明模型與試驗擬合度好，可以用此方程對試驗的響應值進行預測。

表5　R2綠原酸含量實驗結果方差分析表

表6　R3香氣成分百分含量實驗結果方差分析表

圖6　R1=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C)的響應面圖Fig.6　R1=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C) response surface

圖7　R2=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C)的響應面圖Fig.7　R2=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C) response surface

圖8　R3=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C)的響應面圖Fig.8　R3=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C) response surface

3結論

經響應面軟件分析，貢菊飲料最佳浸提工藝為浸提溫度91.91 ℃、料液比1∶75.19、浸提時間為24.06 min。從方便控制條件與實際操作角度考慮，最佳的浸提工藝為浸提溫度92 ℃、料液比1∶75、浸提時間24 min。此條件下進行驗證試驗，測得R1值為4.917 g/100 g、R2值為0.417 g/100 g、R3值為85.024%，與模擬值5.036 g/100 g、0.436 g/100 g和85.595%接近，可證明此模型可靠。

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The optimization of HuangshanChrysanthemumsextraction by response surface method

WANG Qi1, GUO Yan-ming1， HAN Jian-qun1, LI Ming-xia1,ZHANG Gong-hang3, DONG Ming1，2*

1(Tea and Food Technology Academy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)2(Hefei Agricultural products processing research, Hefei 230036, China)3(AnhuiHuangshan Shuter Tong Food and Beverage Limited Company,Shexian 245200,China)

ABSTRACTWith Huangshan Chrysanthemums as the raw material, and extraction temperature, ratio of material to water, and extraction time were selected as the main influence factors. Based on the single factor experiment and Box-Benhnken core combination, the total flavones content (R1), the chlorogenic acid content (R2) and the aroma component content (R3) were used as the response values to optimum extracting technology. The optimal extraction conditions were: temperature 92 ℃, the ratio of material and water 1∶75 , the extraction time 24 min. Under these conditions, conducting the verification test, the content of the total flavones, the chlorogenic acid and the aroma component content in the extracting liquor reached to 4.917, 0.417 g/100g and 85.024% , respectively.

Key wordsHuangshan Chrysanthemum; water extracting technology; response surface methodology; total flavones; chlorogenic acid; aroma component

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201606036

基金項目：安徽省大別山區(qū)農林特色產業(yè)協同創(chuàng)新中心項目資助

收稿日期：2015-10-21，改回日期：2015-12-22

第一作者：碩士研究生(董明副教授為通訊作者，E-mail:dongm58@163.com)。