應(yīng)面法優(yōu)化微波提取苦丁茶總黃酮的工藝研究

1、應(yīng)面法優(yōu)化微波提取苦丁茶總黃酮的工藝研究【摘要】目的研究微波提取苦丁茶總黃酮的最佳提取條件。方法通過二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到了微波提取苦丁茶中黃酮的數(shù)學(xué)回歸方程；利用模型的響應(yīng)曲面圖及等高線圖，對(duì)影響微波提取苦丁茶黃酮提取率的關(guān)鍵因素及相互作用進(jìn)行探討，得到最佳提取工藝條件。結(jié)果最佳提取工藝條件：乙醇濃度69%，微波功率782 W，萃取時(shí)間4.5 min，料液比115，苦丁茶黃酮提取率為9.10%。結(jié)論該工藝條件可為工業(yè)生產(chǎn)提供參考數(shù)據(jù)。 【關(guān)鍵詞】 響應(yīng)面法 苦丁茶 黃酮 微波提取Study on the Techniques of Microwave Extraction of

2、Flavonoids from Kudincha Using Response Surface MethodLIU Zhixiang, HAN Lei, ZENG Chaozhen(College of Life Science and Technology,Central South University of Forestry and Technology, Changsha, 410004, China)Abstract:ObjectiveTo study the extraction conditions of flavonoids from Kudincha using microw

3、ave technology.MethodsBy means of orthogonally rotational combination design, microwave extraction mathematical simulation model was concluded by the linear regression analysis. In order to obtain the optimum extraction of flavonoids, the regression equation of the relationship between the four fact

4、ors were established. ResultsThe optimum extractive conditions for flavonoids were microwave power 782W, ethanol 69%, ratio of solid to liquid 115, extraction time 4.5min.The extraction rate could reach up to 9.10% under these conditions. ConclusionThe procedure of the extraction can be helpful to t

5、he factory-scale production.Key words:Response surface method(RSM); Kudincha; Flavonoids; Microwave extraction 苦丁茶中含有大量的黃酮、蒽酮類化合物、生物活性多糖、香豆素類內(nèi)酯、特種氨基酸、芳香成分。它具有消炎、擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈、增加冠脈流量、影響血壓、改善微循環(huán)、解痙、抑菌、抗肝炎病毒、抗腫瘤等功效1，2。 響應(yīng)面法(RSM)是采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，通過對(duì)函數(shù)響應(yīng)面和等高線的分析，能夠精確地研究各因子與響應(yīng)值之間的關(guān)系，尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，解決多變量問題的一

6、種統(tǒng)計(jì)方法3。它具有實(shí)驗(yàn)次數(shù)少、周期短、精度高等優(yōu)點(diǎn)4，已經(jīng)在食品、醫(yī)藥、生物工程、天然物提取等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用響應(yīng)面法對(duì)苦丁茶總黃酮的微波提取工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，取得較高的提取效率。1 材料與方法1.1 材料湖南產(chǎn)冬青大葉苦丁茶。1.2 方法1.2.1 工藝流程苦丁茶粉碎80目過篩按一定料液比加溶劑和原料微波處理過濾定容鋁鹽反應(yīng)波長(zhǎng)510 nm處測(cè)吸光度。1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作5回歸方程為：A=9.503 6C-0.023 1（R2=0.995 8） （1）1.2.3 四元二次通用旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案本實(shí)驗(yàn)選擇微波功率（Z1）、乙醇濃度（Z2）、萃取時(shí)間（Z3）、液料比（Z4）

7、為參試因子，每個(gè)因子的各個(gè)水平列于表1。表1 四元二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)因素水平（略）1.2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，采用SPSS11.5統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行回歸分析，并對(duì)回歸模型及回歸模型中各項(xiàng)的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，剔除非顯著項(xiàng)，確定簡(jiǎn)化回歸模型方程。同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)中各參試因子進(jìn)行方差分析，并利用Statistica 6.0軟件繪出3D曲面圖，分析各參試因子對(duì)微波提取苦丁茶中的總黃酮效果的影響。2 結(jié)果2.1 提取工藝條件優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立與統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)見表2。 對(duì)表2的數(shù)據(jù)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行線性回歸分析，檢驗(yàn)回歸模型擬合度及其顯著性，同時(shí)對(duì)回歸模型方程中各項(xiàng)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表34。 由表34可

8、知，回歸模型擬合度較好，復(fù)相關(guān)系數(shù)（R2 = 0.924）表明回歸模型較好地?cái)M合了黃酮得率與各參試因子之間的關(guān)系，模型得出的結(jié)論較為可靠。剔除不顯著項(xiàng)，得到以黃酮提取率為目標(biāo)函數(shù)的二次回歸數(shù)學(xué)模型： Y=0.297X1-0.174X2-0.231X3+0.158X1X2-0.173X12-0.232X22-0.178X32+0.142X42+8.32 （2）2.2 主因子效應(yīng)分析由于方程是經(jīng)無量綱線性編碼代換后所得，方程中各項(xiàng)回歸系數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此可以直接比較其絕對(duì)值的大小來判斷各因子的重要性。從線性項(xiàng)看，B1 B3B2B4，說明微波功率對(duì)黃酮的提取率影響最大，其次是提取時(shí)間、乙醇濃度、料液

9、比。2.3 單因子效應(yīng)分析由回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知，微波功率、提取時(shí)間、乙醇濃度對(duì)黃酮提取率有極顯著影響。因此選取這3因子進(jìn)行單因子效應(yīng)分析。采用降維分析方法，將其它因子固定在0水平，可得到單因子的效應(yīng)方程，來描述此因子變動(dòng)對(duì)Y值的影響。單因子效應(yīng)曲線如圖1所示。表2 四元二次通用旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn)結(jié)果（略）X1=(Z1-590)/236；X2= (Z2-70)/10；X3=(Z3-5)/1；X4=(Z4-25)/5表3 回歸模型的方差分析（略）表4 回歸模型各項(xiàng)方差分析（略）*表示極顯著；*表示顯著 由表5可以發(fā)現(xiàn)，微波功率、乙醇濃度、萃取時(shí)間的單因子效應(yīng)方程均為二次曲線型，說明微波功率、乙醇

10、濃度、萃取時(shí)間對(duì)黃酮提取率的影響都表現(xiàn)為曲線變化。當(dāng)碼值為表5中的X時(shí)各個(gè)方程對(duì)應(yīng)的Y有最大值Ymax，當(dāng)碼值小于X時(shí)，微波功率、乙醇濃度、萃取時(shí)間的值升高黃酮提取率增加，呈正效應(yīng)，當(dāng)碼值大于表中的X時(shí)則呈負(fù)效應(yīng)。碼值X對(duì)應(yīng)的微波功率、乙醇濃度、萃取時(shí)間分別為792.5w，66.27%，4.35 min，此時(shí)黃酮提取率最高，即表中的Ymax。圖1 單因子效應(yīng)曲線（略）表5 主因子的單因子效應(yīng)方程（略）2.4 因子邊際效應(yīng)分析將單因子效應(yīng)方程求一階偏導(dǎo)數(shù)，得到單因子的邊際效應(yīng)方程，邊際效應(yīng)可反映目標(biāo)函數(shù)(Y) 隨自變量變化而變化的速率。選取微波功率、提取時(shí)間、乙醇濃度進(jìn)行因子邊際效應(yīng)分析，其邊際

11、效應(yīng)方程如下： dY/dX1= 0.297-0.346X1 dY/dX2=-0.174-0.464X2 dY/dX3= -0.231-0.356X3 根據(jù)方程作圖，得到邊際效應(yīng)曲線圖（見圖2）。圖2 單因子邊際效應(yīng)曲線（略） 由圖2可以看出，當(dāng)微波功率編碼值小于0.858時(shí)，隨著微波功率的升高，黃酮的提取率在增加，但增加的速率逐漸降低；當(dāng)微波功率碼值大于0.858時(shí)，隨微波功率的升高，黃酮的提取率下降，而且下降的速率逐漸增大。 當(dāng)乙醇濃度編碼值小于-0.375時(shí)，隨著乙醇濃度的升高，黃酮的提取率在增加，但增加的速率逐漸降低；當(dāng)乙醇濃度碼值大于-0.375時(shí)，隨乙醇濃度的增加，黃酮的提取率下降，

12、而且下降的速率逐漸增大。 當(dāng)提取時(shí)間編碼值小于-0.649時(shí)，隨著料液比的升高，黃酮的提取率在增加，但增加的速率逐漸降低，當(dāng)料液比碼值大于-0.649時(shí)，隨提取時(shí)間的升高，黃酮的提取率下降，而且下降的速率逐漸增大。2.5 因子交互效應(yīng)分析由回歸方程偏回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)可知，微波功率（X1）和乙醇濃度（X2）之間存在顯著交互作用，其它因子間的交互作用均不顯著。因此只分析X1和X2之間的互作效應(yīng)。 X1與X2的交互效應(yīng)曲線如圖3所示。從圖3中可以看出，當(dāng)X1的碼值在0.21.4 間時(shí)，X2的碼值為-0.60.4間時(shí)，其交互效應(yīng)達(dá)到最大。圖3 微波功率乙醇濃度的交互作用響應(yīng)曲面圖及等高線圖（略）2.

13、6 回歸方程局部最優(yōu)點(diǎn)的尋找利用Lindo軟件，使各個(gè)參試因子在-22范圍內(nèi)，對(duì)回歸方程進(jìn)行規(guī)劃求解，得到黃酮的提取率（Y）的最大值以及各參試因子的具體取值：X1= 0.814；X2=-0.098；X3= -0.649；X4= -2。然后通過式（3）代入原編碼水平求出該模型中各參試因子的具體取值。 Zj = Z0j+ Xj j （3） 故微波提取苦丁茶中黃酮的理論最優(yōu)條件是，微波功率782.1 W，乙醇濃度69.02%，提取時(shí)間4.5 min，液料比151，微波提取黃酮的理論提取率可達(dá)9.10%。2.7 最優(yōu)工藝條件驗(yàn)證以乙醇濃度69%，微波功率782 W，萃取時(shí)間4.5 min，液料比151

14、為萃取條件，進(jìn)行微波提取最優(yōu)工藝的驗(yàn)證試驗(yàn)，并與理論值相比較，微波提取理論得率與驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果基本一致，理論值為9.10%，驗(yàn)證試驗(yàn)值為(9.130.052)%，由此表明試驗(yàn)中所設(shè)模型與實(shí)際情況相符，回歸模型可靠。3 結(jié)論 實(shí)驗(yàn)表明微波功率、乙醇濃度、萃取時(shí)間、液料比對(duì)苦丁茶總黃酮得率的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，一次項(xiàng)和二次項(xiàng)對(duì)苦丁茶總黃酮得率影響顯著，交互項(xiàng)影響較小。 響應(yīng)面法優(yōu)化微波提取苦丁茶總黃酮的最佳工藝條件為：乙醇濃度69%，微波功率782 W，萃取時(shí)間4.5 min，液料比151，苦丁茶黃酮提取率為9.10%?；貧w分析和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明了該響應(yīng)面法的合理性和可行性?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】 1 姚曉敏,孫向軍,張 英.苦丁