響應(yīng)面法優(yōu)化超聲提取獨(dú)行菜綠原酸的工藝

摘要：以綠原酸提取得率為考察對(duì)象，研究乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比及超聲時(shí)間對(duì)獨(dú)行菜（Lepidium apetalum Willd.）綠原酸提取得率的影響。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，應(yīng)用響應(yīng)面法對(duì)獨(dú)行菜綠原酸提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，超聲波法提取獨(dú)行菜綠原酸的最佳工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)79%，液料比35∶1（mL∶g），超聲時(shí)間30 min；該條件下，綠原酸實(shí)際提取得率為1.033%，與模型預(yù)測(cè)值（1.029%）相近。

關(guān)鍵詞：獨(dú)行菜（Lepidium apetalum Willd.）；超聲輔助；綠原酸；響應(yīng)面法

中圖分類號(hào)：TS202.3；S58 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）13-3450-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.13.045

獨(dú)行菜（Lepidium apetalum Willd.）為十字花科獨(dú)行菜屬植物，在中國(guó)北方廣為分布，為常見(jiàn)的田間雜草。獨(dú)行菜的嫩葉可作野菜食用，種子為中藥“葶藶子”，有利尿、止咳、化痰的功效[1]，也可榨油用于生物柴油的生產(chǎn)。獨(dú)行菜還具有廣泛的環(huán)境適應(yīng)性，抗逆性強(qiáng)，生長(zhǎng)期短，是油菜進(jìn)行抗逆性及生育期育種的優(yōu)良遺傳資源[2，3]。

綠原酸為植株光合作用的副產(chǎn)物，具有抗菌消炎、抗病毒、清除自由基等功效[4，5]，是杜仲、金銀花等中草藥的主要效應(yīng)成分之一[6，7]。近年來(lái)，在保健食品以及美容護(hù)膚產(chǎn)品的研發(fā)中，綠原酸也往往作為重要的功能成分進(jìn)行添加[8，9]。綠原酸對(duì)癌細(xì)胞的增殖具有一定的抑制作用[10，11]。因此，綠原酸的市場(chǎng)應(yīng)用前景十分廣闊。本研究在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法對(duì)獨(dú)行菜綠原酸的超聲波輔助提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期為獨(dú)行菜的進(jìn)一步加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

獨(dú)行菜，采自唐山地區(qū)。

綠原酸標(biāo)準(zhǔn)品，中國(guó)國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無(wú)水乙醇（分析純），山東利爾康醫(yī)療科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA1204B型電子天平，上海精科天美科學(xué)儀器有限公司；DHG-9070A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，中儀國(guó)科科技有限公司；不銹鋼分選篩，浙江上虞市華豐五金儀器有限公司；KQ-250DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；SHB-III型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；752型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海光譜儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 獨(dú)行菜綠原酸的提取工藝 獨(dú)行菜洗凈→ 60 ℃烘干→粉碎、過(guò)篩→超聲處理→抽濾→稀釋→測(cè)定。

1.3.2 綠原酸提取得率的測(cè)定 以綠原酸標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程Y=0.062 7x-0.001 6，r2=0.997 4。綠原酸提取得率按照以下公式計(jì)算：

綠原酸提取得率=C×N×V/m×100%。式中，C為綠原酸質(zhì)量濃度（μg/mL）；N為樣品溶液稀釋倍數(shù)50；V為樣品溶液體積（mL）；M為試驗(yàn)樣品質(zhì)量0.5 g。

1.3.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)選取3個(gè)主要影響綠原酸提取得率的因素，乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比和超聲時(shí)間，首先進(jìn)行單因素試驗(yàn)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案[12]，并利用響應(yīng)面法對(duì)超聲輔助提取獨(dú)行菜綠原酸的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。

單因素試驗(yàn)：①乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、60%、70%、80%、90%、100%，液料比20∶1（mL∶g，下同），超聲時(shí)間20 min，粒度100目，超聲溫度30 ℃，超聲功率250 W，考察乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)獨(dú)行菜綠原酸提取得率的影響；②乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，液料比15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1，超聲時(shí)間20 min，粒度100目，超聲溫度30 ℃，超聲功率250 W，考察液料比對(duì)綠原酸提取得率的影響；③乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，液料比30∶1，超聲時(shí)間10、20、30、40、50、60 min，粒度100目，超聲溫度30 ℃，超聲功率250 W，考察超聲時(shí)間對(duì)綠原酸提取得率的影響。

根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用3因素3水平響應(yīng)面法優(yōu)化獨(dú)行菜綠原酸的提取工藝，響應(yīng)值為綠原酸的提取得率（Y）。試驗(yàn)因素與水平如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)綠原酸提取得率的影響 由圖1可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%時(shí)，獨(dú)行菜綠原酸提取得率最高。可能是當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)小時(shí)提取能力低，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)大于80%時(shí)，乙醇容易揮發(fā)導(dǎo)致提取得率降低，因此選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%。

2.1.2 液料比對(duì)綠原酸提取得率的影響 由圖2可知，液料比為30∶1時(shí)，獨(dú)行菜綠原酸提取得率最高。液料比過(guò)小時(shí)，綠原酸不易溶出；而液料比過(guò)大，綠原酸的總量過(guò)少。所以最佳的提取液料比為30∶1。

2.1.3 超聲時(shí)間對(duì)綠原酸提取得率的影響 由圖3可知，超聲時(shí)間為40 min時(shí)，獨(dú)行菜綠原酸提取得率最高；超聲時(shí)間過(guò)短，綠原酸沒(méi)有完全溶出；超聲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，綠原酸可能會(huì)發(fā)生水解，從而影響綠原酸的獲取。故超聲時(shí)間選擇40 min為宜，此時(shí)綠原酸的提取得率為1.018%。

2.2 獨(dú)行菜綠原酸提取工藝的響應(yīng)面優(yōu)化

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2。采用Design-Expert 8.0.6 軟件對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，并通過(guò)逐步回歸法去掉不顯著項(xiàng)，得到回歸模型。其多元回歸方程為=-7.262 00+0.142 47A+0.041 92B+0.113 00C-0.000 37AC+0.000 84BC-0.000 82A2-0.000 22B2-0.000 77C2。

由表3可知，該回歸模型P=0.003 3<0.01，表現(xiàn)為極顯著，R2=0.895 1，調(diào)整后R2=0.790 2；失擬項(xiàng)P=0.147 6，為不顯著，均說(shuō)明該回歸模型擬合情況較好，可以用該回歸模型來(lái)分析并預(yù)測(cè)獨(dú)行菜綠原酸的最佳提取工藝條件。影響?yīng)毿胁司G原酸提取得率的各因素一次項(xiàng)均不顯著，按影響大小排序依次為液料比（C）、超聲時(shí)間（B）、乙醇體積分?jǐn)?shù)（A）。二次項(xiàng)中A2影響最為突出，表現(xiàn)為極顯著?；貧w模型中的交互項(xiàng)BC影響顯著，存在明顯的相互作用。

2.2.2 響應(yīng)面分析 根據(jù)擬合回歸方程得到交互項(xiàng)的響應(yīng)面圖，以考察其對(duì)綠原酸提取得率的影響。由圖4可以看出，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%時(shí)綠原酸提取得率最高；乙醇體積分?jǐn)?shù)增加或減少，綠原酸提取得率都會(huì)降低。在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，隨著液料比增大，綠原酸提取得率緩慢增加；乙醇體積分?jǐn)?shù)為90%時(shí)，隨著液料比增大，綠原酸提取得率卻表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢(shì)。

由圖5可以看出，超聲時(shí)間和液料比二者的交互作用使響應(yīng)面表現(xiàn)為向下彎曲的斜面。在超聲時(shí)間較短時(shí)，液料比的增加會(huì)提高綠原酸的提取得率；而隨著提取時(shí)間的增加，液料比增加使綠原酸提取得率降低。在斜面的頂端可以得到綠原酸提取得率的最大值。

通過(guò)軟件的優(yōu)化分析，得到獨(dú)行菜綠原酸提取最佳工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)78.74%、超聲時(shí)間30.00 min、液料比35∶1。在此條件下，獨(dú)行菜綠原酸的最高提取得率為1.029%?？紤]實(shí)際可操作性，將上述最佳條件更改為乙醇體積分?jǐn)?shù)79%、超聲時(shí)間30.00 min、液料比35∶1，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)3次隨機(jī)重復(fù)試驗(yàn)，獨(dú)行菜綠原酸提取得率的平均值為1.033%，與預(yù)測(cè)值（1.029%）相近。

3 小結(jié)

本研究采用超聲輔助法提取獨(dú)行菜綠原酸，通過(guò)單因素試驗(yàn)考察了乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲時(shí)間和料液比對(duì)綠原酸提取得率的影響。通過(guò)響應(yīng)面法得到最佳提取條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)79%、超聲時(shí)間30 min、液料比35∶1，在此條件下，綠原酸提取得率為1.033%。經(jīng)響應(yīng)面分析優(yōu)化后的綠原酸提取得率比單因素試驗(yàn)的最高值1.018%提高了0.015個(gè)百分點(diǎn)。

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