響應(yīng)面法優(yōu)化苦瓜甾醇超聲提取工藝

摘要：采用響應(yīng)面法優(yōu)化苦瓜（Momordica charantia L.）甾醇超聲輔助提取最佳工藝條件，對(duì)提取溶劑種類、料液比、超聲功率、超聲時(shí)間分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)，并利用響應(yīng)面法對(duì)苦瓜甾醇超聲輔助提取的主要工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，苦瓜甾醇超聲提取最佳工藝條件為料液比9.7∶1（mL∶g），提取功率589 W，提取時(shí)間45.5 min，此工藝條件下苦瓜甾醇得率為48.39 mg/g。

關(guān)鍵詞：苦瓜（Momordica charantia L.）；甾醇；超聲提??；響應(yīng)面法

中圖分類號(hào)：S642.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）15-3961-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.15.041

Abstract： Ultrasonic extraction techniques of phytosterols from balsam pear（Momordica charantia L.） by response surface methodology was optimized. Single factor experiments were conducted on extraction solvent types，solid-liquid ratio， extraction time，ultrasonic power， on the basis of this， response surface method were adopted to determine the optimal technique of phytosterols extraction. The results showed that the best technological conditions of phytosterols extraction from balsam pear were the ratio of solid to liquid 9.7∶1（mL∶g）， ultrasonic power 589 W， extraction time 45.5 min. Yield of the phytosterols was 48.39 mg/g.

Key words：balsam pear（Momordica charantia L.）；phytosterols；ultrasonic extraction；response surface methodology

植物甾醇是存在于植物根、莖、葉、果實(shí)和種子中的天然活性物質(zhì)，是一類以環(huán)戊烷全氫菲（甾核）為骨架的類似于環(huán)狀醇結(jié)構(gòu)的化合物[1，2]，其在結(jié)構(gòu)上與膽甾醇相比，僅是側(cè)鏈不同。大量研究表明，植物甾醇具有抗氧化效能，可通過降低膽固醇降低心血管病的風(fēng)險(xiǎn)及其他慢性病的發(fā)生率。近年來，隨著生命科學(xué)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，在醫(yī)藥、食品、化工和飼料等領(lǐng)域植物甾醇的使用得到了越來越多的重視和關(guān)注[3-5]。

苦瓜（Momordica charantia L.），隸屬于葫蘆科植物，除了有食用價(jià)值之外，還有明顯的藥用功能，素有“藥用蔬菜”之稱[6]。大量研究表明，苦瓜富含苦瓜甙、苦瓜素、多肽、糖類、維生素、氨基酸等多種活性成分，具有降血糖、抗癌、抗病毒、抗生育、增強(qiáng)免疫力等功效[7-11]，但鮮有關(guān)于苦瓜中植物甾醇的報(bào)道。本研究采用超聲輔助提取的方法[12，13]，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化苦瓜植物甾醇提取工藝，旨在為苦瓜的進(jìn)一步開發(fā)利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

苦瓜，產(chǎn)地蘇州；植物甾醇混合標(biāo)準(zhǔn)品，上海奧宇生物科技有限公司；無水乙醇、乙酸乙酯、正己烷、丙酮等均為分析純。

1.2 儀器

電子天平（LP502B型），廈門欣銳儀器儀表有限公司；雙光束紫外可見分光光度計(jì)（TU-1901型），北京普析通用器材有限公司；高速中藥粉碎機(jī)（DFT-200型），溫嶺市林大機(jī)械有限公司制造；超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)（FQ-IID型），南京菲齊工貿(mào)有限公司；烘箱（202-3型），上海實(shí)驗(yàn)儀器廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料預(yù)處理 將苦瓜洗凈、切片、烘干、粉碎備用。

1.3.2 苦瓜甾醇含量測(cè)定 利用Lid-Bur比色法測(cè)定提取液中甾醇含量。植物甾醇可與乙酸酐-濃硫酸的混合溶液發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物在650 nm波長(zhǎng)處有最大光吸收度，繪制吸光度-甾醇濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線[14]，得到回歸方程為y=0.349 68x-0.002 87，R2=0.997（圖1）。

1.3.3 最適提取溶劑 在超聲輔助提取固定工藝參數(shù)的條件下，選取無水乙醇、乙酸乙酯、正己烷、丙酮為溶劑比較提取苦瓜甾醇的得率，確定最適提取溶劑。

1.3.4 單因素試驗(yàn) 精確稱取苦瓜粉末2 g，以“1.3.3”確定的最適溶劑為提取溶劑，分別考察不同液料比（5∶1、8∶1、10∶1、12∶1、15∶1、20∶1，mL∶g，下同）、超聲功率（400、480、560、640、720 W）、超聲時(shí)間（30、35、40、45、50、55、60 min）對(duì)苦瓜甾醇得率的影響。

1.3.5 響應(yīng)面法試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法分析液料比、超聲功率、超聲時(shí)間3因素3水平對(duì)苦瓜甾醇得率的影響，響應(yīng)面法因素和水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 最適提取溶劑選擇

從圖2可知，苦瓜甾醇超聲輔助提取工藝參數(shù)為液料比15∶1，超聲功率480 W，提取時(shí)間40 min時(shí)，以乙酸乙酯作為提取溶劑，苦瓜植物甾醇的提取量最高，提取率為42.73 mg/g，其次是丙酮，提取率為38.45 mg/g，確定乙酸乙酯作為苦瓜甾醇超聲輔助提取溶劑。

2.2 苦瓜甾醇超聲輔助提取單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 液料比對(duì)苦瓜甾醇得率的影響 由圖3可見，苦瓜甾醇得率隨著液料比中溶劑用量的增大而增大，這主要是由于隨著液料比中溶劑用量增大，浸提溶液中甾醇含量降低，固液兩相甾醇濃度梯度增加，進(jìn)而甾醇溶出速度提高，得率增大。但當(dāng)液料比大于10∶1時(shí)，植物甾醇得率卻隨著液料比中溶劑用量增大而減少。因此，選取10∶1為最適液料比。

2.2.2 超聲功率對(duì)苦瓜植物甾醇得率的影響 由圖4可見，在超聲功率小于560 W時(shí)，超聲提取苦瓜甾醇得率隨著超聲功率的增大而增大。超聲功率越大，細(xì)胞分子運(yùn)動(dòng)加劇，加速了甾醇的溶解和釋放，所以苦瓜甾醇得率增大。當(dāng)超聲功率大于560 W時(shí)，苦瓜甾醇得率反而下降，分析原因主要是超聲功率增大，大量雜質(zhì)溶出，提取液黏稠對(duì)甾醇產(chǎn)生吸附，不利于甾醇快速擴(kuò)散溶出，從而導(dǎo)致甾醇得率下降。因此，選取560 W為最適超聲功率。

2.2.3 超聲時(shí)間對(duì)苦瓜植物甾醇得率的影響 由圖5可見，當(dāng)超聲時(shí)間小于45 min時(shí)，苦瓜甾醇得率隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，但當(dāng)超聲時(shí)間超過45 min后，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，甾醇得率反而下降。這是因?yàn)殡S著時(shí)間的延長(zhǎng)，乙酸乙酯因揮發(fā)而損耗，苦瓜甾醇得率下降。因此，選取45 min為最適超聲時(shí)間。

2.3 響應(yīng)面法苦瓜甾醇超聲提取試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上選取料液比、超聲功率、超聲時(shí)間3個(gè)因素，采用響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化苦瓜甾醇超聲輔助提取工藝參數(shù)。試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。采用Design Expert 8.0軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，得到以甾醇得率為目標(biāo)關(guān)于液料比、超聲功率、超聲時(shí)間的二次多項(xiàng)式回歸模型為Y=48.29-1.40X1+2.45X2+0.48X3-0.88X1X2+0.15X1X3+0.41X2X3-5.18X12-3.63X22-2.95X32?；貧w模型方程中各項(xiàng)系數(shù)絕對(duì)值大小表示該因素對(duì)指標(biāo)值的影響程度，正負(fù)表示影響方向。超聲功率、超聲功率和液料比的交互項(xiàng)以及液料比的二次項(xiàng)對(duì)甾醇得率影響最大。

由表3可見，模型失擬檢驗(yàn)不顯著，說明試驗(yàn)中其他未知因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較小。模型回歸檢驗(yàn)F為27.62，F(xiàn)>f0.01（9，7）=5.61，模型R2=0.972 6，說明模型回歸方程擬合程度較高，能較好地預(yù)測(cè)苦瓜甾醇提取得率隨各因素的變化規(guī)律[15]。

圖6、圖7、圖8分別是3個(gè)因素交互作用的響應(yīng)曲面圖及其等高線圖，3個(gè)響應(yīng)面圖均是開口朝下的凸曲面，X1、X2和X3 3個(gè)因素與甾醇得率呈拋物線關(guān)系，且響應(yīng)值的極高值存在于試驗(yàn)范圍內(nèi)。在試驗(yàn)所設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)，預(yù)測(cè)甾醇得率最大是48.87 mg/g，對(duì)應(yīng)工藝參數(shù)是液料比9.67∶1，超聲功率589.03 W，超聲時(shí)間45.51 min。為了檢驗(yàn)響應(yīng)面法的可靠性，將提取條件修正為液料比9.7∶1，超聲功率589 W，超聲時(shí)間45.5 min進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，甾醇得率為48.39 mg/g，與理論預(yù)測(cè)值基本一致，說明所建模型與實(shí)際情況擬合較好，響應(yīng)面法對(duì)苦瓜甾醇超聲輔助提取工藝的回歸分析和參數(shù)優(yōu)化是可靠的[15]。

3 小結(jié)

通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法對(duì)苦瓜甾醇超聲輔助提取工藝進(jìn)行研究，響應(yīng)面回歸方程擬合檢驗(yàn)極顯著，能較好地預(yù)測(cè)苦瓜甾醇得率隨各參數(shù)的變化規(guī)律，優(yōu)化得到的最佳工藝條件為液料比9.7∶1，超聲功率589 W，超聲時(shí)間45.5 min，在該工藝條件下苦瓜甾醇得率為48.39 mg/g，與預(yù)測(cè)值48.87 mg/g的差距較小。

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