響應面法優化五倍子單寧酸的超聲波提取工藝

摘要：采用超聲波法提取五倍子單寧酸，根據中心組合（Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ）試驗設計原理，以響應面分析法優化提取工藝條件。結果表明，五倍子單寧酸的最佳提取工藝條件為乙醇體積分數４８％、料液比1∶２３（m/V，g/ｍＬ）、提取溫度５9 ℃和提取時間２９ ｍｉｎ，在此條件下單寧酸提取率達７．３２％。

關鍵詞：五倍子；單寧酸；超聲波提取；響應面分析

中圖分類號：ＴＱ９１４．１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）15－3169-03

Ｕｓｉｎｇ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｅｔｈｏｄ （ＲＳＭ） ｔｏ Ｏｐｔｉｍｉｚｅ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ Ｔａｎｎｉｃ Ａｃｉｄ ｆｒｏｍ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｇａｌｌｎｕｔ

ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇ，ＬＩ Ｙｏｎｇ－ｘｉａ，Ｌ?譈 Ｊｉａ－ｆｅｉ，ＬＩＵ Ｊｕｎ－ｈａｉ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈａｎｚｈｏｎｇ ７２３００１， Ｓｈａａｎｘｉ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｅｘｔｒａｃｔｉng ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔａｎｎｉｃ ａｃｉｄ ｆｒｏｍ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｇａｌｌｎｕｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ（Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ） ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉng ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｔｈａｎｏｌ ４８％（V/V）， ｒａｔｉｏ ｏｆｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏ ｓｏｌｖｅｎｔ 1∶２３（m/V，g/ｍＬ）， ｅｘｔｒａｃｔｉng ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ５9 ℃ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉng ｔｉｍｅ ２９ ｍｉｎ． Ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｔａｎｎｉｃ ａｃｉｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｐ ｔｏ ７．３２％ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｃｈｉｎｅｓｅ ｇａｌｌｎｕｔ； ｔａｎｎｉｃ ａｃｉｄ； ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ； ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ

單寧酸又稱鞣酸，是一種水溶性多酚化合物，具有抗氧化、抗菌、抗病毒、抗腫瘤等活性［１，２］，被廣泛用于醫藥、食品、日用化工等行業［３］。中國五倍子（Ｃｈｉｎｅｓｅ ｇａｌｌｎｕｔ）資源豐富，是常用的中藥材，具有斂肺、澀腸、止血、解毒之功效［４］，含有豐富的單寧酸，其質量和產量均比較高，是我國生產單寧酸的主要原料之一。本研究采用超聲波提取五倍子單寧酸，采用響應面分析法優化提取工藝，為五倍子單寧酸的進一步開發利用提供參考。

１材料與方法

１．１材料與儀器

五倍子（市售）；單寧酸標準品（購自國藥集團化學試劑有限公司）；無水乙醇、鎢酸鈉、磷鉬酸、碳酸鈉、磷酸等均為分析純。ＫＱ５２００ＤＢ型數控超聲波清洗機（昆山市超聲儀器有限公司）；Ｃａｒｙ ５０紫外-可見分光光度計（美國瓦里安公司）；ＴＤＬ－５臺式離心機（上海安亭科學儀器廠）等。

１．２試驗方法

１．２．１五倍子單寧酸的提取五倍子經干燥至恒重，去蟲尸、粉碎后過６０目篩。準確稱取５．０００ ０ ｇ五倍子干粉末于錐形瓶中，按各種設定條件（乙醇體積分數、料液比、提取溫度和時間）進行超聲提取，待超聲波清洗機停止后，取出錐形瓶將提取液移入離心管，３ ０００ ｒ／ｍｉｎ離心３０ ｍｉｎ，真空抽濾，收集濾液定容至１００ ｍＬ即為待測樣品溶液。

１．２．２單寧酸含量的測定采用Ｆｏｌｉｎ－Ｄｅｎｉｓ法測定單寧酸含量［５］，以單寧酸為標準品，得到吸光度（Ａ）與單寧酸質量濃度（Ｃ）的回歸方程：Ａ＝０．１４１Ｃ＋０．０９５，Ｒ２＝０．９９９ ３。精確吸取１．２．１所得的待測樣品液２．００ ｍＬ，測定６５０ ｎｍ處吸光度值，得到單寧酸的質量濃度，按下式計算五倍子單寧酸提取率：

１．３響應面法試驗

根據中心組合（Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ）試驗設計原理［６］，選取乙醇體積分數、料液比、提取溫度和提取時間４個對單寧酸提取率影響顯著的因素，采用４因素３水平的響應面進行試驗設計，試驗因素及水平見表１。

２結果與分析

２．１響應值分析

以單寧酸提取率為響應值（Ｙ），響應面試驗結果見表２。對其進行方差分析（表３），回歸方程的Ｆ值為７．７５０，Ｐ＜０．０１，說明所擬合的二次回歸方程合適；相關系數Ｒ２＝０．９００ ４，說明響應值的變化有９０．０４％來源于所選變量乙醇體積分數、料液比、提取溫度和提取時間。同時，表３表明Ｘ２、Ｘ３Ｘ３、Ｘ４２是極顯著的（Ｐ＜０．０１），Ｘ３、Ｘ４、Ｘ１Ｘ３、Ｘ２２是顯著的（Ｐ＜０．０５），Ｘ１、Ｘ１２、Ｘ１Ｘ２、Ｘ１Ｘ４、Ｘ２Ｘ３、Ｘ２Ｘ４、Ｘ３Ｘ４是不顯著的（Ｐ＞０．０５），表明試驗因素對響應值的影響不是簡單的線性關系。

采用ＳＡＳ的Ｐｒｏｃ Ｒｅｇ程序的逐步排除法（ｓｔｅｐｗｉｓｅ）剔除顯著水平較高的回歸方程項，得到的回歸方程為：Ｙ＝７．１０７－０．２７６Ｘ１＋０．８２７Ｘ２－０．４９５Ｘ３－０．４３３Ｘ４－０．４３８Ｘ１２－０．８４５Ｘ１Ｘ３－０．７４５Ｘ２２－１．３６５Ｘ３２－１．４５３Ｘ４２，此回歸方程的Ｆ值為１２．４８，相關系數Ｒ２＝０．８６９，且方程是高度顯著的。其中一次項Ｘ１和二次項Ｘ１２為顯著項，其余一次項、二次項以及交互項Ｘ１Ｘ３為高度顯著項。方程可以較好地描述各因素與響應值之間的真實關系，可以利用該回歸方程確定最佳提取工藝條件。

對回歸方程取一階偏導并等于零，再求解方程組得Ｘ１＝－０．１９９ ２８８ ２４５、 Ｘ２＝０．５５５ １２５、 Ｘ３＝

－０．１１９ ６７０ ９６７、Ｘ４＝－０．１４８ ７９６，由此得到最佳提取工藝條件為：乙醇體積分數４８．０１％，料液比1∶２２．７８ （m/V，g∶ｍＬ），提取溫度５８．80 ℃和提取時間２８．５１ ｍｉｎ，預測值為７．４３％。

２．２響應面圖和等高線圖

由響應面回歸分析擬合繪制響應面圖和等高線圖，以研究自變量的交互作用對因變量的影響（圖１～圖６）。

分析圖１～圖６可知，圖２中的等高線為橢圓形，證明乙醇體積分數（Ｘ１）與提取溫度（Ｘ３）的交互作用顯著，這與２．1分析的結果吻合；料液比（Ｘ２）和提取溫度（Ｘ３）對單寧酸提取率較為顯著，表現為曲線較陡峭（圖４）。因此采用超聲波輔助提取五倍子單寧酸過程中，要嚴格控制好料液比、提取溫度和提取時間；若提取溫度改變時，則應適當調節乙醇體積分數。

２．３驗證試驗

在最佳工藝提取條件，即乙醇體積分數４８．０１％（取４８％），料液比1∶２２．７８（取1∶２３），提取溫度５８．80 ℃（取５9 ℃）和提取時間２８．５１ ｍｉｎ（取２９ ｍｉｎ），進行驗證試驗，重復３次取平均值，實際測得單寧酸提取率為７．３２％，與預測值７．４３％的相對誤差為１．５％。因此采用響應面法得到的提取條件參數可靠，且具有實用價值。

３結論

采用中心組合試驗設計對影響超聲波提取五倍子單寧酸的關鍵因素及其相互作用進行探討，優化出超聲波提取五倍子單寧酸的最佳工藝參數為：乙醇體積分數４８％，料液比1∶２３，提取溫度５9 ℃和提取時間２９ ｍｉｎ。在該條件下實際測得單寧酸提取率為７．３２％。超聲波法提取五倍子單寧酸，具有提取時間短、條件溫和等優點，是一種非常有效的方法，用于單寧酸的提取，具有極大的發展潛力。

參考文獻：

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［２］ 秦亮，郭延生，胡俊杰，等． 正交試驗法優選甘肅沙棗總鞣質的最佳提取工藝［Ｊ］． 湖北農業科學，２０１０，４９（６）：１４４７－１４４９．

［３］ 翟文俊，岳紅． 微波輔助提取石榴皮中單寧的研究［Ｊ］． 食品科技，２００９，３４（６）：２０３－２０５．

［４］ 張霞，孫寶忠，哈斯格根，等． 五倍子抑菌物質的提取及其抑菌作用的研究［Ｊ］． 食品工業科技，２０１０，３１（７）：２９０－２９４．

［５］ 李鵬，張海生，牛國霞． 柿葉單寧提取技術研究［Ｊ］． 食品工業科技，２００９（９）：２２０－２２２．

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