響應面法優化徽州大黃菊總黃酮提取工藝

韓成云，趙志剛，鄒磊（1.江西省天然藥物活性成分研究重點實驗室，江西宜春336000；.宜春學院化學與生物工程學院，江西宜春336000；3.宜春學院生命科學與資源環境學院，江西宜春336000）

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響應面法優化徽州大黃菊總黃酮提取工藝

韓成云1，2，趙志剛3，*，鄒磊2
（1.江西省天然藥物活性成分研究重點實驗室，江西宜春336000；2.宜春學院化學與生物工程學院，江西宜春336000；3.宜春學院生命科學與資源環境學院，江西宜春336000）

利用響應面法優化徽州大黃菊總黃酮的提取條件，以純水為溶劑，選取料液比、浸提時間和浸提溫度進行三因素多水平分析，用紫外分光光度計法測量樣品中總黃酮的含量。結果顯示，在料液比為1∶68（g/mL），浸提時間在38min，浸提溫度為87℃時菊花中總黃酮含量最高，其含量是28.609 mg/g，為徽州大黃菊功能活性成分的提取及綜合利用提供理論參考。

菊花；水提取法；總黃酮；響應面分析

菊花是屬于菊科多年生草本植物菊（Chrysanthemum morifolium ramat）的干燥頭狀花序［1］，我國主要栽培的品種有滁菊、杭菊、懷菊、濟菊、貢菊、黃菊、祁菊、亳菊等八大種類，主產于河南、安徽和浙江等省份［2-3］。本文所研究的徽州大黃菊（黃菊），原產安徽省黃山市歙縣深山，花朵大，顏色黃，既具有觀賞價值，又具有一定的藥用功能。該品種集色、香、味、型于一體，味道清香甘爽，具有養肝明目、生津止渴、寧心安神、清涼解毒之功能。

利用菊花沖泡中溶解的黃酮類物質是一類主要的有效成分，它是包括木犀草素（Luteohn）、刺槐苷（A－caciaglucoside）、矢車薄苷（Chrysan themin glucoside）等的混合物質，這些物質具有抗氧化、防治心血管疾病以及抗腫瘤等多種藥理功效［4-6］。

一般提取物質最佳條件找尋中，常會用到響應面分析（response surface method，RSM）法［7-8］，該方法是在多因素數量處理試驗的分析中，通過分析試驗指標（因變量）與多個試驗因素（自變量）間的回歸關系，并采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應值之間的函數關系，通過對回歸方程的分析來尋求最優工藝參數，解決多變量問題的一種統計方法［9］。

目前關于菊花總黃酮提取方法的文獻報導，研究多采用乙醇做溶劑浸提［10-13］，依據阮俊等［14］的研究報道，采用乙醇提取法的總黃酮含量（3.37%）略優于水提法（3.29%）。綜合成本與生產實踐，及菊花主要作為飲品原料等特質因素，采用水提法可以更好地進行工藝操作。因此本研究選取徽州大黃菊作為研究對象，以純水為溶劑，選取料液比、浸提時間和浸提溫度等因素，利用響應面法對菊花總黃酮含量進行分析，分析結果可為徽州大黃菊功能活性成分的提取及綜合利用提供理論參考。

1　試驗材料、試劑及儀器

1.1材料與試劑

徽州大黃菊：由江西隆平有機農業有限公司提供。

70%C2H5OH：量取無水C2H5OH 70 mL，加30 mL去離子水，搖勻，室溫保存；30%C2H5OH：量取無水C2H5OH 30mL，加70mL去離子水，搖勻，室溫保存；5% NaNO2對照液：稱取NaNO25.00 g，加95 mL去離子水，溶解，室溫保存；4%NaOH：稱取NaOH 4.00 g，加96 mL去離子水，溶解，室溫保存；10%Al（NO3）3：稱取Al（NO3）310.00 g，加90 mL去離子水，溶解，室溫保存；蘆丁對照品：用60%C2H5OH配制0.1 mg/mL的對照液。試劑均為分析純。

1.2主要儀器

表1　主要實驗儀器設備Table 1　The main experimental apparatus and equipment

1.3方法

1.3.1響應面試驗設計

在菊花產品的浸提過程中，料液比、浸提時間、以及浸提溫度都會影響浸提溶液中菊花有效物質總黃酮含量的提取率。因此，本試驗首先選取菊花沖泡過程常見的浸提溫度（70℃～100℃）、浸提時間（10 min～40 min）和料液比［1∶30（g/mL）～1∶70（g/mL）］3個因素分別進行單因素試驗，研究其對總黃酮提取率的影響。再根據單因素試驗結果，以料液比（A）、浸提時間（B）、浸提溫度（C）3個因素做響應面分析試驗（表2），找出浸提工藝最佳條件。

表2　響應面設計方案Table 2　Response surface experimental design

1.3.2菊花總黃酮含量檢測方法

1.3.2.1標準曲線的繪制［3］

用60%C2H5OH配制0.1 mg/mL的蘆丁對照液。分別精確吸取蘆丁對照液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL于試管中：

1）加入5%NaNO2溶液0.30mL，搖勻，靜置6.0min；

2）加10%Al（NO3）3溶液0.30 mL，搖勻，靜置6.0 min；

3）加入4%NaOH溶液4.00 mL；

4）依次分別加入5.40、4.90、4.40、3.40、2.40、1.40、0.40 mL 60%C2H5OH使反應液體積達到10 mL，搖勻，靜置12.0 min；

5）測定510 nm處吸光值。

選取對照樣液濃度做X軸，樣液在510 nm處的吸光度（OD510nm）做Y軸，如圖1所示。

圖1　蘆丁標準曲線Fig.1　The standard curve of rutin

由此算出回歸方程，y=10.153x+0.016 6（R2=0.9985）結果顯示蘆丁在0～0.05 mg/mL范圍內與吸光值有比較理想的線性關系。

1.3.2.2總黃酮含量的測定［15］

1）準確稱取菊花樣品1.0 g，加入超純水30 mL，在一定溫度水浴鍋中分別浸提一定時間后抽濾，用70% C2H5OH溶液洗滌到100 mL的容量瓶中，定容，搖勻震蕩后備用；

2）精確吸取供試樣品溶液3 mL于10 mL容量瓶中，用30%的C2H5OH溶液定容至刻度；

3）分別精確吸取2mL于10mL試管中，加5%NaNO2溶液0.3 mL，震蕩搖勻放置6 min，加10%Al（NO3）30.3 mL，震蕩搖勻，放置6 min；

4）加4%NaOH溶液4 mL，震蕩搖勻，用30%C2H5OH溶液定容至刻度，震蕩搖勻；

5）放置15 min后置于比色皿中在510 nm處測定吸光值，以30%C2H5OH溶液做空白對照，再由標準曲線計算出總黃酮含量。

6）重復兩次上述試驗，控制單因素料液比，改加50、70 mL超純水。

2　結果與分析

2.1單因素分析

2.1.1浸提時間對總黃酮含量的影響

在浸提溫度80℃，料液比1∶30（g/mL）的條件下，將浸提時間分別設定為5、10、15、20、25、30、40 min進行試驗，結果見圖2。

圖2　浸提時間對總黃酮含量的影響Fig.2　Effect of extraction time on total flavonoids content

通過圖2可以看出，總黃酮含量隨著時間的延長呈不斷上升趨勢，這主要是隨著時間的增加，浸提液中菊花的總黃酮等物質不斷析出，時間在30 min～40 min時，趨勢基本穩定，表明在30 min左右總黃酮含量析出達到最大水平，因此，響應面設計的浸提時間初步定在10 min～40 min較為合適。

2.1.2浸提溫度對總黃酮含量的影響

在浸提時間25 min，料液比1∶30（g/mL）的條件下，將浸提溫度分別設定為70、75、80、85、90、100℃進行試驗，結果見圖3。

圖3　浸提溫度對總黃酮含量的影響Fig.3　Effect of extraction temperature on total flavonoids content

通過圖3可以看出，總黃酮含量隨著溫度的升高先表現不斷升高，在90℃后呈快速下降的趨勢，這表明在一定溫度下，總黃酮類物質隨溫度升高分子運動加劇，析出的量因此不斷增加，超過一定溫度后，隨溫度升高總黃酮含量降低，可能是由于高溫造成了總黃酮類物質某些成分降解，因此，響應面設計的浸提時間初步定在70℃～100℃較為合適。

2.1.3料液比對總黃酮含量的影響

在浸提溫度80℃，浸提時間25 min的條件下，將料液比分別設定為1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70（g/ mL）進行試驗，結果見圖4。

圖4　料液比對總黃酮含量的影響Fig.4　Effect of solid-liquid ratio on total flavonoids content

通過圖4可以看出，總黃酮含量隨著料液比的增加呈現先升高后下降的趨勢，數據顯示，在料液比為1∶60（g/mL）處達到最高值，這表明在設定浸提溫度和時間下，隨著料液比的增加，菊花總黃酮溶出速率增加，溶出的量相應增加，在料液比1∶60（g/mL）左右條件下有效成分浸出比較充分，而繼續增加溶液會相應稀釋總黃酮量，出現下降趨勢。因此，響應面設計的料液比初步定在1∶30（g/mL）～1∶70（g/mL）較為合適。

2.2響應面分析

在以上單因素試驗的基礎上選取料液比（A）、浸提時間（B）和浸提溫度（C）作為自變量，黃菊花總黃酮含量（Y）作為響應值，利用Design-Expert 8.0.5軟件，按照Box-Behnken進行響應面分析試驗，試驗設計方案及結果見表3所示。

表3　響應面試驗設計方案及結果Table 3　Response surface experimental design and results

對表3的試驗結果進行響應面分析，經回歸擬合，各因素對響應值的影響可用以下公式表示：

Y=24.91+3.54A+2.11B+5.23C+1.35AB-4.03AC+ 0.4BC-0.75A2-2.68B2-8.40C2

并對回歸模型進行方差分析，結果見表4。

表4　回歸分析結果Table 4　Results of regression analysis

根據回歸分析結果可以看出，模型回歸R2=0.950 7，表明該模型與實際擬合較好，自變量（液料比、浸提時間和浸提溫度）與響應值（總黃酮含量）之間線性關系顯著。同時結果還表明，浸提溫度的一次項、二次項和液料比的一次項均達到極顯著水平（P＜0.01）；浸提時間的一次項和料液比與浸提溫度的交互作用影響也較為顯著（P＜0.05）；此外，各因素對總黃酮含量提取的影響次序分別為：浸提溫度二次項＞浸提溫度一次項＞液料比一次項＞料液比與浸提溫度的交互作用＞浸提時間一次項。

保持試驗條件的3個變量中的1個變量在0水平不變，另外2個變量在相應范圍內變化，作響應面圖進行分析。

圖5　料液比和浸提時間交互作用響應面Fig.5　Response surface plots of interaction between solid-liquid ratio and extraction time

圖6　料液比和浸提溫度交互作用響應面Fig.6　Response surface plots of interaction between solid-liquid ratio and extraction temperature

圖7　浸提時間和浸提溫度交互作用響應面Fig.7　Response surface plots of interaction between extraction time and temperature

由圖5～圖7可以看出，當浸提溫度一定時，總黃酮含量隨料液比和浸提時間的增大出現先升高后下降的趨勢；當浸提時間一定時，總黃酮含量隨料液比和浸提溫度的增大出現快速上升后略有下降的趨勢；當料液比一定時，總黃酮含量隨浸提時間和浸提溫度的增大先升高后緩慢下降。為進一步確定最佳點，再對回歸模型求一階偏導，解得最優參數為：A=0.92、B= 0.89、C=0.14；帶入之前的變換公式得出：料液比1∶68.4（g/mL）、時間38.35 min、溫度87.10℃，此時總黃酮含量為28.609 mg/g。表明該條件下總黃酮含量提取效果最佳。考慮到實際操作，將工藝參數修正為料液比1∶68（g/mL）、時間38 min、溫度87℃，在此條件下總黃酮含量為28.595 mg/g，與理論值很接近，表明該數學模型對優化徽州大黃菊總黃酮含量的提取工藝是可行的。

3　結論

本研究以徽州大黃菊為原料，以純水作為浸提溶劑提取，采用單因素試驗為基礎，并借助響應面分析法，選取料液比、浸提時間和浸提溫度進行三因素多水平分析，優化總黃酮的提取工藝，確定最優提取參數為：料液比1∶68（g/mL）、時間38 min、溫度87℃，在此條件下總黃酮含量為28.609 mg/g，為大黃菊功能活性成分的提取及綜合利用提供理論參考。

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Optimization of Extraction for Flavonoids from Huizhou Chrysanthemum by Response Surface Method

HAN Cheng-yun1，2，ZHAO Zhi-gang3，*，ZOU Lei2
（1.Key Laboratory of Natural Active Pharmaceutical Constituents of Jiangxi Province，Yichun 336000，Jiangxi，China；2.College of Chenmistry and Biology Engineering，Yichun University，Yichun 336000，Jiangxi，China；3.Life Science and Resources and Environment，Yichun University，Yichun 336000，Jiangxi，China）

Response Surface Method（RSM）was applied to optimize the extraction condition of flavonoids from Chrysanthemum.With pure water as a solvent，the influence factors of ratio of liquid to solid，extraction time，extraction temperature were evaluated.Total flavonoid content of the sample was measured by UV spectrophotometer.The optimum extraction conditions were confirmed as follows：1∶68（g/mL）in solid-liquid ratio，extraction time 38 min，extraction temperature was 87℃.The extraction rate of flavonoids under this condition was the highest.Its content was 28.609 mg/g.The results provide a theoretical basis for the extraction and utilization of the active ingredient of Huizhou Chrysanthemum.

Chrysanthemum；water extracts；flavonoids；response surface analysis

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.13.009

江西省高校十二五重點學科基礎研究資助項目（作物遺傳育種學）；2013國家園藝綜合改革項目（ZG0273）

韓成云（1981—），女（漢），副教授，博士，主要從事植物活性成分提取及開發等研究工作。

2015-07-04