響應(yīng)面微波輔助提取金花茶花多糖工藝研究

劉　茜，許子競(jìng)，胡旭飛

(1.梧州學(xué)院化學(xué)工程與資源再利用學(xué)院，中國(guó) 梧州　543000；2.賀州學(xué)院食品研究院，中國(guó) 賀州　542800)

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響應(yīng)面微波輔助提取金花茶花多糖工藝研究

劉茜1，許子競(jìng)2*，胡旭飛1

(1.梧州學(xué)院化學(xué)工程與資源再利用學(xué)院，中國(guó) 梧州543000；2.賀州學(xué)院食品研究院，中國(guó) 賀州542800)

為優(yōu)化金花茶花中水溶性多糖微波提取工藝，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面分析法建立了金花茶花多糖(CCFP)微波提取的二次響應(yīng)曲面方程.試驗(yàn)的三因素(溫度、時(shí)間和液料比)對(duì)CCFP提取有不同的影響.結(jié)果表明，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，通過方差分析得出,微波提取溫度對(duì)CCFP影響最大，其次為提取時(shí)間，液料比對(duì)CCFP提取率影響最小.試驗(yàn)因素的最佳條件為：提取溫度77 ℃，時(shí)間10 min，液料比為26 mL∶1 g.在此條件下，CCFP提取率可達(dá)3.40%，與模型預(yù)測(cè)值3.56%很接近.

金花茶花；微波輔助浸提；多糖；響應(yīng)面分析

山茶科山茶屬的金花茶(Camelliachrysantha(Hu)Tuyama)為常綠灌木至小喬木，是我國(guó)珍稀瀕危植物，其葉為深綠色，皮灰黃色，花蠟質(zhì)金黃，金瓣玉蕊，耀眼奪目，晶瑩而油潤(rùn)，呈杯狀、壺狀或碗狀，有“植物界大熊貓”、“茶族皇后”之美稱，國(guó)外則稱之為“幻想中的黃色山茶花”，僅分布于我國(guó)廣西的西南部[1-2].金花茶的藥用在《本草綱目》中有記載，在廣西壯族民間是一種傳統(tǒng)中草藥， 臨床實(shí)驗(yàn)研究表明，金花茶花水提物可降血壓、降血脂、降低膽固醇，可在某種程度上抑制轉(zhuǎn)移性惡性腫瘤的生長(zhǎng)，防止動(dòng)脈粥樣硬化等[3-4].藥理研究也指出，表現(xiàn)金花茶生理活性的重要組成部分是其所含的多糖[5-7]，對(duì)于金花茶花多糖(Camelliachrysantha(Hu)Tuyamaflowers polysaccharide(CCFP))的提取工藝研究，目前國(guó)內(nèi)外未見報(bào)道.

微波輔助提取具有快速、簡(jiǎn)單、安全、低耗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于植物有效成分的提取.本實(shí)驗(yàn)采用微波輔助提取CCFP[8-9]. 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面分析法建立回歸方程，計(jì)算出影響因子與影響因子、影響因子與指標(biāo)(花多糖提取率)之間的相互關(guān)系，根據(jù)得出的結(jié)果優(yōu)化CCFP提取工藝條件.

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)試劑、材料及儀器

金花茶花由廣西合浦佳永金花茶開發(fā)有限公司提供；丙酮、無水乙醇、甲醇、葡萄糖、濃硫酸、苯酚等均為分析純.

微波提取器(廣州興興微波能技術(shù)有限公司)，2102PCS紫外-可見分光光度計(jì)(尤尼科(上海)儀器有限公司)，F(xiàn)D-1-80冷凍真空干燥器(北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，RE-52 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化有限公司)， DLSD-500低溫冷卻循環(huán)泵(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)，AL204電子天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)，KA-1000臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠).

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1CCFP的提取工藝流程金花茶花→陰干→粉碎→無水乙醇、丙酮脫除蠟脂→烘干→粉碎過0.282 mm(50目)篩→稱重→微波提取3次→合并濾液→減壓濃縮到體積1/5 →離心→取上清液→Sevag法脫蛋白→減壓濃縮后加乙醇至含醇80%→于4 ℃冰箱過夜靜置→離心→沉淀物用無水乙醇、丙酮洗滌→冷凍干燥→CCFP.

1.2.2CCFP含量及提取率測(cè)定采用苯酚-硫酸法測(cè)多糖：以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品(采用0.9的系數(shù)校正)，測(cè)定總糖含量，再采用DNS法測(cè)定還原糖含量[10].CCFP含量=總糖含量-還原糖含量；CCFP提取率=[多糖干品質(zhì)量(g)/原料質(zhì)量(g)] × 100%.

1.2.3單因素試驗(yàn)CCFP的提取率主要受微波提取時(shí)間、溫度和液料比3個(gè)因素影響.試驗(yàn)在固定微波功率(600 W)下進(jìn)行，考察不同的液料比、提取溫度、提取時(shí)間對(duì)CCFP提取率的影響.

1.2.4CCFP最優(yōu)提取工藝的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)以1.2.3單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，根據(jù)Benhnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，確定響應(yīng)面分析法所建立的二次響應(yīng)曲面方程的3個(gè)自變量[11]：提取時(shí)間(Z1)、提取溫度(Z2)、液料比(Z3),以提取率(Y)為響應(yīng)值，試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1.通過響應(yīng)曲面分析(response surface analysis, RSA)得出最佳的提取條件[12-14]，根據(jù)優(yōu)化條件進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，取3次實(shí)驗(yàn)所得提取率的平均值，并與理論預(yù)測(cè)值比較.

表1　響應(yīng)面分析因素與水平

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1微波提取時(shí)間對(duì)CCFP提取率的影響把預(yù)處理原料固定液料比25 mL∶1 g，提取溫度75 ℃，改變提取時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，考察微波提取時(shí)間對(duì)CCFP得率的影響.從圖1可知，CCFP提取率隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生變化，當(dāng)微波提取時(shí)間增至10 min時(shí)，提取率達(dá)到最大值，隨著提取時(shí)間延長(zhǎng)，提取率無明顯提高，綜合考慮CCFP的提取率和功效關(guān)系，確定試驗(yàn)的最佳提取時(shí)間為10 min.

2.1.2提取溫度對(duì)CCFP提取率的影響把預(yù)處理的原料固定液料比為25 mL∶1 g，提取時(shí)間為10 min，改變提取溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，考察溫度與CCFP提取率的關(guān)系.如圖2所示,在75 ℃之前, CCFP的提取率幾乎與溫度成線性關(guān)系，在溫度上升到80 ℃以后，CCFP提取得率略有減少，可能是溫度低于80 ℃時(shí)，微波對(duì)多糖的結(jié)構(gòu)與活性破壞較小，而較高溫度時(shí)微波對(duì)多糖結(jié)構(gòu)有影響.故確定試驗(yàn)的提取溫度為75 ℃.

圖1　提取時(shí)間(Z1)與CCFP提取率的關(guān)系Fig.1　The influence of extraction time (Z1) on the yield of CCFP

圖2　提取溫度(Z2)與CCFP提取率的關(guān)系Fig.2　The influence of extraction temperature (Z2) on the yield of CCFP

圖3　液料比(Z3)與CCFP提取率的關(guān)系　Fig.3　The influence of solvent to material ratio(Z3)on the yield of CCFP

2.1.3液料比對(duì)CCFP提取率的影響把預(yù)處理原料固定提取溫度75 ℃，時(shí)間10 min，以不同的液料比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，研究液料比對(duì)CCFP提取率的影響.如圖3所示,隨著液料比的增加，CCFP提取率提高明顯，這是因?yàn)樵黾犹崛∪軇?，?duì)CCFP有稀釋的效果，但當(dāng)液料比達(dá)到25 mL∶1 g后，這種效果不明顯，而隨著液料比增加反而會(huì)影響后續(xù)的工作，故確定試驗(yàn)的液料比為25 mL∶1 g.

2.2響應(yīng)曲面法優(yōu)化CCFP的提取工藝條件

2.2.1響應(yīng)曲面分析方案與結(jié)果研究在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過Design-expert 8.2軟件程序，采用提取溫度、時(shí)間和液料比三因素和三水平SAS的分析方法，通過二次響應(yīng)曲面分析，對(duì)CCFP提取的微波條件進(jìn)行優(yōu)化.

對(duì)時(shí)間(Z1)、溫度(Z2)和 液料比(Z3)作如下變換：設(shè)X1=(Z1-10)/2,X2=(Z2-75)/10,X3=(Z3-25)/5，以因素X1，X2，X3作自變量，CCFP的提取率為響應(yīng)值(Y)，試驗(yàn)方案及相應(yīng)結(jié)果如表2所示.

表2　響應(yīng)面分析方案及試驗(yàn)結(jié)果

注：共有15個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中12個(gè)為析因?qū)嶒?yàn)，3個(gè)為中心實(shí)驗(yàn)以估計(jì)誤差.

2.2.2方差分析和回歸方程根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)條件的結(jié)果，回歸擬合后所得的模擬方程為：

對(duì)該模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3.根據(jù)上述回歸方程作出響應(yīng)曲面和等高線圖，如圖4～6所示.等高線的形狀反映出兩交互因素效應(yīng)的大小，橢圓形表示兩交互因素作用強(qiáng)，而圓形則相反.

表3　方差分析表

注：*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01).

(a) 響應(yīng)面　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b) 等高線圖4　X1，X2兩因素交互效應(yīng)的響應(yīng)曲面(a)和等高線圖(b)Fig.4　Effect relationship of extraction time X1 and temperature X2 on response surface plot (a) and contour plot (b)

圖5　X1，X3兩因素交互效應(yīng)的響應(yīng)曲面(a)和等高線圖(b)Fig.5　Effect relationship of extraction time X1 and solvent to material ratio X3 on response surface plot (a) and contour plot (b)

圖6　X2,X3兩因素交互效應(yīng)的響應(yīng)曲面(a)和等高線圖(b)Fig.6　Effect relationship of extraction temperature X2 and solvent to material ratio X3 on response surface plot (a) and contour plot (b)

表4　典型分析表

從表4可知，三條件的X值為：X1=0.141 8，X2=0.178 3，X3=0.161 4，根據(jù)公式(X優(yōu)-X中)/X間=X值求得，該方法的優(yōu)化工藝條件為：Z1=10.283 6 min，Z2=76.783 ℃，Z3=25.807∶1， 即微波輔助提取金花茶花多糖的最優(yōu)工藝條件為：提取時(shí)間10 min,提取溫度 77 ℃，液料比26 mL∶1 g.用此工藝參數(shù)進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，實(shí)際提取率的平均值為3.40%，而在此條件下，提取率的理論值為3.56%，實(shí)際得率與理論預(yù)測(cè)得率僅差0.16%，說明回歸模型具有較高的可靠性.

3　結(jié)論

以金花茶花粉末為原料，水為溶媒，借助微波輔助提取CCFP，效率快，溫度低，提取率高，適宜于金花茶花中的多糖及熱敏性成分提取.利用響應(yīng)面對(duì)CCFP的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，得最佳條件為：溫度77 ℃，時(shí)間10 min和液料比26 mL∶1 g.在此條件下，CCFP提取率理論值為3.56%，實(shí)際提取率可達(dá)3.40%.

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(編輯WJ)

Study on the Microwave-assisted Extraction of Polysaccharides fromCamelliaChrysantha(Hu)TuyamaFlowers by Response Surface Analysis

LIU Qian1, XU Zi-jing2*, HU Xu-fei1

(1.School of Chemical Engineering and Resource Recovery, Wuzhou University, Wuzhou 543002, China;2. Food Research Institute, Hezhou University, Hezhou 542800, China)

In order to optimize the conditions of microwave-assisted extraction method of polysaccharides fromCamelliaChrysantha(Hu)Tuyamaflowers( CCFP), an equation for the microwave extraction was obtained on the basis of single-factor experiments. Our results show that the extraction temperature, extraction time and solvent to material ratio have different effects on the yield of CCFP. Our study indicates that the order of importance of these factors affecting on the extraction yield is as follows: microwave treatment temperature, microwave treatment time and solvent to material ratio. The optimal condition of the microwave extraction of CCFP is at 77 ℃ for 10 min with 1∶26(g/mL) as the solvent to material ratio. The extraction rate of CCFP can be up to 3.40%, agreeing well with the predicted value of 3.56%.

Camelliachrysantha(Hu)Tuyamaflowers; microwave-assisted extraction technology; polysaccharides; response surface analysis

10.7612/j.issn.1000-2537.2016.03.008

2016-01-13基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201511354001);廣西高校青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目(KY2016YB441);梧州學(xué)院重點(diǎn)科研項(xiàng)目(2014B011);梧州學(xué)院教改工程項(xiàng)目(wygj2011A001)*通訊作者,E-mail：fjmxjqz@163.com

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1000-2537(2016)03-0040-06