響應(yīng)面法優(yōu)化超聲輔助提取豆腐柴多酚的工藝

黃玲艷，黃宏軼，張海燕，李京雨，孫翌，彭景

（揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225127）

響應(yīng)面法優(yōu)化超聲輔助提取豆腐柴多酚的工藝

黃玲艷，黃宏軼，張海燕，李京雨，孫翌，彭景*

（揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225127）

為確定豆腐柴多酚的最佳提取工藝條件，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，研究乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲溫度、提取時(shí)間對(duì)多酚提取率的影響，得到最佳提取工藝條件為液料比40 mL/g、乙醇體積分?jǐn)?shù)52%、超聲溫度74℃、提取時(shí)間33min，在此條件下豆腐柴多酚提取率為（42.43±1.38）mg/g。

豆腐柴；多酚；響應(yīng)面法；超聲；提取

豆腐柴（Premna microphylla Turcz）又名腐婢、觀音草，為馬鞭草科豆腐柴屬多年生落葉灌木[1]，在中國(guó)有悠久的食用和藥用歷史，是一種重要的植物資源。現(xiàn)代研究證明，豆腐柴葉具有高蛋白、低脂肪、富含果膠、膳食纖維的特性[2-3]，且富含維生素C、β胡蘿卜素、過(guò)氧化物酶、黃酮等化學(xué)成分及微量元素等[4-5]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，豆腐柴具有增肌、增強(qiáng)免疫、抗疲勞、抗炎、抗菌、抗氧化等作用[6-8]。

植物多酚在自然界廣泛存在植物的皮、葉、根、果中，其在抗氧化、抗炎、抗輻射、預(yù)防心腦血管疾病等方面具有重要的生理活性作用，可廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)藥領(lǐng)域[9-10]。本研究首次將超聲波技術(shù)和Design-8.0.6軟件應(yīng)用于豆腐柴多酚的提取，為豆腐柴的綜合開發(fā)利用提供一定參考。

1 材料與儀器

豆腐柴：采摘自浙江省浦江縣仙華山，經(jīng)水洗、干燥、粉碎、過(guò)100目篩，密封儲(chǔ)存于陰涼干燥處；沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品：北京索萊寶科技有限公司；無(wú)水乙醇、鎢酸鈉、鉬酸鈉、碳酸鈉、過(guò)氧化氫、磷酸、硫酸等均為分析純。

Spectrumlab755s紫外可見分光光度計(jì)：上海棱光技術(shù)有限公司；BS224S電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；BL3-120C超聲清洗器：上海比朗儀器有限公司；GT10-2臺(tái)式高速離心機(jī)：北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司。

2 方法

2.1 豆腐柴多酚的提取工藝

精確稱量0.2 g豆腐柴于大試管中，加入一定量的提取溶劑，放入功率200 W，頻率59 Hz的超聲波清洗器中，在不同條件下超聲輔助提取多酚。提取后，3 000 r/min離心取上清液，用蒸餾水定容至25 mL。首先，對(duì)液料比（10、20、40、60、80、100 mL/g），乙醇體積分?jǐn)?shù)（20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%），超聲溫度（40、50、60、70、80 ℃），提取時(shí)間（10、20、30、40、50 min）進(jìn)行單因素考察。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，固定液料比40 mL/g，以乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度為考察因素，采用Design Expert軟件的Box-Behnken模型響應(yīng)面方法進(jìn)行三因素三水平優(yōu)化試驗(yàn)，因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)分析因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface experient

2.2 豆腐柴多酚的測(cè)定

采用福林酚比比色法測(cè)定[11]。精密稱量5 mg沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品，用水定容至50 mL，分別吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 mL 于 25 mL 容量瓶中，加入15 mL蒸餾水，加入1.5 mL稀釋一倍的福林酚試劑，靜置5 min，加入4 mL 20%的碳酸鈉溶液，用蒸餾水定容至25 mL，40℃室溫避光40 min后，于755 nm測(cè)其吸光度，得到?jīng)]食子酸質(zhì)量濃度ρ（mg/mL）與吸光度A的回歸方程為 ρ=4.510 4A+0.026 3（R2=0.997 0）。用同樣方法測(cè)定待測(cè)定豆腐柴多酚提取液的吸光度值。

式中：M為每g豆腐柴中多酚的含量，mg；C為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出的待測(cè)液的多酚含量，mg；V為待測(cè)液體積，mL；m為豆腐柴的質(zhì)量，g；N為豆腐柴多酚提取液的體積，mL。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析見圖1。

由圖1（a）可知，固定其它因素（乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、超聲溫度60℃、提取時(shí)間20 min），豆腐柴多酚提取率隨液料比增大而提高，但從40 mL/g后提取率增長(zhǎng)趨勢(shì)緩慢，說(shuō)明多酚的溶出量已較完全，從節(jié)約容積角度考慮，將液料比固定為40 mL/g。

圖1 不同提取條件對(duì)多酚提取率的影響Fig.1 Effect of different factors on the yield of polyphenol

由圖1（b）可知，固定其它因素（超聲溫度60℃、提取時(shí)間20 min、液料比40 mL/g）乙醇體積分?jǐn)?shù)在20%～50%時(shí)，多酚提取率隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加而增加，在50%～80%呈降低趨勢(shì)，因此將乙醇體積分?jǐn)?shù)的考察范圍定為40%～70%。

由圖1（c）可知，固定其它因素（液料比40 mL/g、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、提取時(shí)間20 min），隨溫度的升高，豆腐柴多酚提取率逐漸增大，但60℃后，多酚提取率增加較小，因此，將超聲溫度的考察范圍定為60℃～80℃。

由圖1（d）可知，固定其它因素（液料比40 mL/g、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、超聲溫度60℃），隨提取時(shí)間的增加，豆腐柴多酚提取率先增大后減小，在20 min～40 min提取率最大，因此將提取時(shí)間的考察范圍定為20 min～40 min。

3.2 響應(yīng)面優(yōu)化豆腐柴多酚提取工藝結(jié)果與分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)豆腐柴多酚提取率顯著影響因素進(jìn)行響應(yīng)面分析，Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2，得到總多酚（Y）對(duì)乙醇體積分?jǐn)?shù)（X1）、超聲溫度（X2）、提取時(shí)間（X3）的多元二次回歸模型方程式：

利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面分析，得出回歸模型的方差分析見表3。

表3 方差分析結(jié)果Table 3 Analysis of variance

由表可知，模型的P＜0.01，表明模型高度顯著；失擬項(xiàng)P＝0.555 1＞0.05，表明差異不顯著，說(shuō)明殘差是由隨機(jī)誤差引起，各因素中一次項(xiàng)（X1、X2、X3）和二次項(xiàng)（X12、X22、X32）的 P 值均小于 0.01，說(shuō)明其對(duì)結(jié)果影響不顯著，交互項(xiàng)X1X2＜0.05，可能是因?yàn)闇囟雀叨蚱湟掖紦]發(fā)造成體積減小引起的。

超聲溫度和乙醇體積分?jǐn)?shù)的交互作用響應(yīng)曲面見圖2，提取時(shí)間和乙醇體積分?jǐn)?shù)的交互作用相應(yīng)曲面見圖3，提取時(shí)間和超聲溫度的交互作用相應(yīng)曲面見圖4。

圖2 超聲溫度和乙醇體積分?jǐn)?shù)的交互作用響應(yīng)曲面Fig.2 Response surface for the effect of ultrasonic temperature and ethanol concentration

圖3 提取時(shí)間和乙醇體積分?jǐn)?shù)的交互作用相應(yīng)曲面Fig.3 Response surface for the effect of extraction time and ethanol concentration

圖4 提取時(shí)間和超聲溫度的交互作用相應(yīng)曲面Fig.4 Response surface for the effect of extraction time and ultrasonic temperature

由圖2、圖3、圖4中各因素對(duì)響應(yīng)面的變化情況可知，豆腐柴多酚提取率Y值均隨著超聲溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間的變化表現(xiàn)為開口向下的拋物線，說(shuō)明響應(yīng)面設(shè)計(jì)的考察范圍選取得當(dāng)，包含了3個(gè)因素的最佳水平。同時(shí)可以看出，乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)多酚提取率的影響最大，超聲溫度和提取時(shí)間次之。

3.3 最佳條件的確定及驗(yàn)證試驗(yàn)

由Design-Expert8.0.6軟件分析得，最佳提取條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)51.6%、超聲溫度73.99℃、提取時(shí)間32.86min，此條件下理論多酚提取率達(dá)42.11mg/g。考慮到試劑操作方便，將各因素改為乙醇體積分?jǐn)?shù)52%、超聲溫度74℃、提取時(shí)間33 min，在修正條件下進(jìn)行3 次試驗(yàn)，豆腐柴多酚的提取率為（42.43±1.38）mg/g，與理論預(yù)測(cè)值相對(duì)比誤差為0.76%。該值與預(yù)測(cè)值基本吻合，證實(shí)采用響應(yīng)面優(yōu)化得到的提取條件準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)論

響應(yīng)面優(yōu)化超聲輔助提取豆腐柴多酚的最佳工藝件為：液料比40 mL/g、乙醇體積分?jǐn)?shù)52%、超聲溫度74℃、提取時(shí)間33 min。在此條件下，多酚提取率為（42.43±1.38）mg/g。結(jié)果表明，建立的回歸模型模擬良好，理論值和預(yù)測(cè)值基本一致。

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Optimization of Ultrasonic-assisted Extraction of Total Polyphenol from Premna microphylla Turcz by Response Surface Methodology

HUANG Ling-yan，HUANG Hong-yi，ZHANG Hai-yan，LI Jing-yu，Sun Yi，PENG Jing*
（College of Food Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225127，Jiangsu，China）

In order to achieve the optimum extraction conditions of total polyphenol from Premna microphylla Turcz by response surface methodology.On the basis of single factor tests，the response surface of three factorsand three levels test optimization design method was used to study ethanol concentration，ultrasonic temperature，extraction time these factors'impact on polyphenol yield.The optimum extraction conditions were：liquid to material ratio 40 mL/g，ethanol concentration 52%，ultrasonic temperature 74℃，extraction time 33 min.Under these conditions，the yield of extracted polyphenol could be up to（42.43±1.38）mg/g.

Premna microphylla Turcz；polyphenol；response surface methodology；ultrasonic；extraction

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.016

黃玲艷（1993—），女（漢），碩士研究生在讀，研究方向：基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)學(xué)。

*通信作者：彭景（1952—），女（漢），副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)學(xué)。

2016-03-23