響應(yīng)面優(yōu)化苦蕎黃酮超聲波提取工藝

曹婭，錢志偉

河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院食品工程學(xué)院（鄭州 451450）

蕎麥?zhǔn)且环N寒帶植物，有很強(qiáng)的生存能力[1]。蕎麥富含多種抑制腫瘤、癌細(xì)胞的成分，這類物質(zhì)有較高的醫(yī)藥價(jià)值。除了有抗癌功效之外，還能清理人體內(nèi)自由基，降低血糖、血脂等[2]。黃酮傳統(tǒng)提取方法有2種，即熱水或堿水浸提法[3]。這2種方法提取工藝較長、耗時(shí)較多，提取效率不理想。超聲波輔助提取法主要借助超聲波原理，可以提高蕎麥中黃酮溶出率，不管是提取效率還是時(shí)間成本都十分顯著[4]。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，這種提取法應(yīng)用日益廣泛。試驗(yàn)研究從苦蕎中提取黃酮，同時(shí)對優(yōu)化蕎殼黃酮提取工藝進(jìn)行研究，為提高苦蕎黃酮提取效率提供理論參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

苦蕎（市售）。

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、乙醇、氯化鈉、NaOH等（實(shí)驗(yàn)室提供）。

1.2 儀器與設(shè)備

超聲波清洗器（旭眾機(jī)械設(shè)備有限公司）；紫外分光光度計(jì)（島津公司）；分析天平（北京新陽儀器設(shè)備有限公司）；真空抽濾裝置（天津昌盛科學(xué)儀器廠）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（安徽高博科學(xué)儀器有限公司）等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 苦蕎黃酮超聲波提取工藝[5]

1.3.2 苦蕎黃酮的測定

采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH比色法[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 加酶比（果膠酶與纖維素酶質(zhì)量比）對苦蕎黃酮提取率的影響

從圖1中可以看出，隨著加酶比不斷上升，苦蕎黃酮提取率相應(yīng)增加，加酶比3∶1時(shí)，苦蕎黃酮提取率處于最高水平；加酶比繼續(xù)上升，苦蕎黃酮提取率不會繼續(xù)增長，這主要是苦蕎細(xì)胞壁的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，以及果膠酶和纖維素酶影響溶液酸堿性。此外，加酶比繼續(xù)上升，酶解產(chǎn)物對酶解反應(yīng)的抑制效果增強(qiáng)。因此，加酶比選擇3∶1比較合適。

圖1 加酶比（果膠酶與纖維素酶質(zhì)量比）對苦蕎黃酮提取率的影響

2.2 加酶量對苦蕎黃酮提取率的影響

如果加酶量不斷增加，苦蕎黃酮提取率會逐漸上升。當(dāng)加酶量達(dá)到0.3%時(shí)，苦蕎黃酮提取率較大。如果繼續(xù)增加加酶量，苦蕎黃酮提取上升緩慢，當(dāng)加酶量達(dá)到0.3%時(shí)，酶分子接近飽和。綜上，加酶量在0.3%比較合適。

2.3 酶解時(shí)間對苦蕎黃酮提取率的影響

從圖3中可以看出，如果酶解時(shí)間不斷延長，苦蕎黃酮提取率會逐漸上升。酶解時(shí)間22 min后，繼續(xù)延長酶解時(shí)間后，苦蕎黃酮提取率上升較慢，酶解時(shí)間22 min后，酶解反應(yīng)十分充分。如果繼續(xù)增加酶解時(shí)間，酶解反應(yīng)不明顯，只有少量黃酮溶出，苦蕎黃酮提取率增速大幅下降。因此，酶解時(shí)間22 min比較合適。

圖3 酶解時(shí)間對苦蕎黃酮提取率的影響

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化苦蕎黃酮超聲波提取工藝

2.4.1 液料比選擇

從圖4中可以看出，隨著溶劑用量不斷增加，苦蕎黃酮含量會相應(yīng)增長。但苦蕎黃酮超聲波提取過程中，液料比達(dá)到24∶1（mL/g）后，苦蕎黃酮提取率增速較慢。在實(shí)際中，如果溶劑用量偏低，提取液較少，這對后續(xù)過濾分離會產(chǎn)生較大影響；但是隨著溶劑用量不斷增加，后續(xù)濃縮工藝耗時(shí)增加，成本消耗上升。因此液料比控制在24∶1（mL/g）比較適合。

2.4.2 超聲波功率選擇

從圖5中可以看出，苦蕎黃酮超聲波提取過程中，超聲波功率240 W后，隨著超聲功率不斷上升，瞬間熱效應(yīng)反應(yīng)十分突出，反應(yīng)體系溫度快速上升，溶劑乙醇揮發(fā)速度加快，大幅降低提取效率，黃酮轉(zhuǎn)化效率偏低。因此，苦蕎黃酮超聲波提取過程中超聲波功率選擇240 W比較合適。

圖4 液料比選擇

圖5 超聲波功率選擇

2.4.3 超聲波時(shí)間選擇

從圖6中可以看出，隨著超聲波時(shí)間不斷延長，苦蕎黃酮提取率也會上升，超聲波時(shí)間36 min時(shí)，苦蕎黃酮提取率達(dá)到最高，此后，隨著時(shí)間延長，料液溫度不斷上升，同時(shí)溶劑中乙醇加速揮發(fā)，黃酮提取率開始減少。因此，苦蕎黃酮超聲波提取過程中超聲波時(shí)長選擇36 min比較合適。

圖6 超聲波時(shí)間選擇

2.4.4 乙醇體積分?jǐn)?shù)選擇

乙醇水溶劑是一種極性溶劑，乙醇體積分?jǐn)?shù)與其極性成反比，黃酮是一種比較定性的極性物質(zhì)。如圖7所示，給出在不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下對苦蕎黃酮提取率的影響變化。乙醇體積分?jǐn)?shù)＜70%時(shí)，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)不斷上升，極性逐漸下降，這是黃酮溶出率不斷上升，提取率增長；乙醇體積分?jǐn)?shù)＞70%時(shí)，乙醇體積分?jǐn)?shù)不斷上升時(shí)，其極性開始下降，這時(shí)候會出現(xiàn)一些雜質(zhì)，這會減少黃酮的溶出量，黃酮提取率不斷下降。因此，苦蕎黃酮超聲波提取過程中選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)70%比較合適。

圖7 乙醇體積分?jǐn)?shù)選擇

2.4.5 苦蕎黃酮超聲波提取的工藝條件優(yōu)化試驗(yàn)

表1 響應(yīng)面優(yōu)化苦蕎黃酮超聲波提取的工藝因素和水平

表2 苦蕎黃酮超聲波提取條件試驗(yàn)結(jié)果

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

響應(yīng)面優(yōu)化苦蕎黃酮超聲波提取的工藝因素和水平試驗(yàn)安排見表1。苦蕎黃酮超聲波提取條件中，液料比、超聲波功率、超聲波時(shí)間、乙醇體積分?jǐn)?shù)對結(jié)果影響顯著，結(jié)果見表2。提取率二次回歸擬合方程：提取率=2.18+0.32A-0.21B-0.065C-0.086D+0.12AB+0.055AC-0.34AD+0.067BC+0.30BD-0.12CD-0.23A2-0.26B2-0.15C2-0.34D2（其中，A是液料比，B是超聲波功率，C是超聲波時(shí)間，D是乙醇體積分?jǐn)?shù)）。

苦蕎黃酮超聲波提取試驗(yàn)失擬項(xiàng)不顯著，p=0.080 6，模型極顯著，p＜0.000 1，所以能對苦蕎黃酮超聲波提取的條件進(jìn)行預(yù)測。得到苦蕎黃酮超聲波提取的最佳條件為：液料比29∶1（mL/g），超聲波功率242 W，超聲波時(shí)間34 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%。

2.4.6 驗(yàn)證

設(shè)計(jì)表4來驗(yàn)證響應(yīng)面優(yōu)化得到的苦蕎黃酮超聲波提取的最佳條件的可靠性。從表4看出，試驗(yàn)4的提取率最高，因此苦蕎黃酮超聲波提取的最佳條件是：液料比29∶1（mL/g），超聲波功率242 W，超聲波時(shí)間34 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%。

表4 結(jié)果驗(yàn)證

3 結(jié)論

苦蕎黃酮提取過程中，加酶比（果膠酶與纖維素酶質(zhì)量比）3∶1，加酶量為0.3%，酶解時(shí)間22 min?？嗍w黃酮超聲波提取的最佳條件是：液料比29∶1（mL/g），超聲波功率242 W，超聲波時(shí)間34 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%。