響應面法優化苦瓜甾醇超聲提取工藝

摘要：采用響應面法優化苦瓜（Momordica charantia L.）甾醇超聲輔助提取最佳工藝條件，對提取溶劑種類、料液比、超聲功率、超聲時間分別進行單因素試驗，并利用響應面法對苦瓜甾醇超聲輔助提取的主要工藝參數進行優化。結果表明，苦瓜甾醇超聲提取最佳工藝條件為料液比9.7∶1（mL∶g），提取功率589 W，提取時間45.5 min，此工藝條件下苦瓜甾醇得率為48.39 mg/g。

關鍵詞：苦瓜（Momordica charantia L.）；甾醇；超聲提??；響應面法

中圖分類號：S642.5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）15-3961-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.15.041

Abstract： Ultrasonic extraction techniques of phytosterols from balsam pear（Momordica charantia L.） by response surface methodology was optimized. Single factor experiments were conducted on extraction solvent types，solid-liquid ratio， extraction time，ultrasonic power， on the basis of this， response surface method were adopted to determine the optimal technique of phytosterols extraction. The results showed that the best technological conditions of phytosterols extraction from balsam pear were the ratio of solid to liquid 9.7∶1（mL∶g）， ultrasonic power 589 W， extraction time 45.5 min. Yield of the phytosterols was 48.39 mg/g.

Key words：balsam pear（Momordica charantia L.）；phytosterols；ultrasonic extraction；response surface methodology

植物甾醇是存在于植物根、莖、葉、果實和種子中的天然活性物質，是一類以環戊烷全氫菲（甾核）為骨架的類似于環狀醇結構的化合物[1，2]，其在結構上與膽甾醇相比，僅是側鏈不同。大量研究表明，植物甾醇具有抗氧化效能，可通過降低膽固醇降低心血管病的風險及其他慢性病的發生率。近年來，隨著生命科學領域的迅速發展，在醫藥、食品、化工和飼料等領域植物甾醇的使用得到了越來越多的重視和關注[3-5]。

苦瓜（Momordica charantia L.），隸屬于葫蘆科植物，除了有食用價值之外，還有明顯的藥用功能，素有“藥用蔬菜”之稱[6]。大量研究表明，苦瓜富含苦瓜甙、苦瓜素、多肽、糖類、維生素、氨基酸等多種活性成分，具有降血糖、抗癌、抗病毒、抗生育、增強免疫力等功效[7-11]，但鮮有關于苦瓜中植物甾醇的報道。本研究采用超聲輔助提取的方法[12，13]，通過單因素試驗和響應面法優化苦瓜植物甾醇提取工藝，旨在為苦瓜的進一步開發利用提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

苦瓜，產地蘇州；植物甾醇混合標準品，上海奧宇生物科技有限公司；無水乙醇、乙酸乙酯、正己烷、丙酮等均為分析純。

1.2 儀器

電子天平（LP502B型），廈門欣銳儀器儀表有限公司；雙光束紫外可見分光光度計（TU-1901型），北京普析通用器材有限公司；高速中藥粉碎機（DFT-200型），溫嶺市林大機械有限公司制造；超聲波細胞粉碎機（FQ-IID型），南京菲齊工貿有限公司；烘箱（202-3型），上海實驗儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料預處理 將苦瓜洗凈、切片、烘干、粉碎備用。

1.3.2 苦瓜甾醇含量測定 利用Lid-Bur比色法測定提取液中甾醇含量。植物甾醇可與乙酸酐-濃硫酸的混合溶液發生反應，產物在650 nm波長處有最大光吸收度，繪制吸光度-甾醇濃度標準曲線[14]，得到回歸方程為y=0.349 68x-0.002 87，R2=0.997（圖1）。

1.3.3 最適提取溶劑 在超聲輔助提取固定工藝參數的條件下，選取無水乙醇、乙酸乙酯、正己烷、丙酮為溶劑比較提取苦瓜甾醇的得率，確定最適提取溶劑。

1.3.4 單因素試驗 精確稱取苦瓜粉末2 g，以“1.3.3”確定的最適溶劑為提取溶劑，分別考察不同液料比（5∶1、8∶1、10∶1、12∶1、15∶1、20∶1，mL∶g，下同）、超聲功率（400、480、560、640、720 W）、超聲時間（30、35、40、45、50、55、60 min）對苦瓜甾醇得率的影響。

1.3.5 響應面法試驗 在單因素試驗的基礎上，利用響應面法分析液料比、超聲功率、超聲時間3因素3水平對苦瓜甾醇得率的影響，響應面法因素和水平見表1。

2 結果與分析

2.1 最適提取溶劑選擇

從圖2可知，苦瓜甾醇超聲輔助提取工藝參數為液料比15∶1，超聲功率480 W，提取時間40 min時，以乙酸乙酯作為提取溶劑，苦瓜植物甾醇的提取量最高，提取率為42.73 mg/g，其次是丙酮，提取率為38.45 mg/g，確定乙酸乙酯作為苦瓜甾醇超聲輔助提取溶劑。

2.2 苦瓜甾醇超聲輔助提取單因素試驗結果

2.2.1 液料比對苦瓜甾醇得率的影響 由圖3可見，苦瓜甾醇得率隨著液料比中溶劑用量的增大而增大，這主要是由于隨著液料比中溶劑用量增大，浸提溶液中甾醇含量降低，固液兩相甾醇濃度梯度增加，進而甾醇溶出速度提高，得率增大。但當液料比大于10∶1時，植物甾醇得率卻隨著液料比中溶劑用量增大而減少。因此，選取10∶1為最適液料比。

2.2.2 超聲功率對苦瓜植物甾醇得率的影響 由圖4可見，在超聲功率小于560 W時，超聲提取苦瓜甾醇得率隨著超聲功率的增大而增大。超聲功率越大，細胞分子運動加劇，加速了甾醇的溶解和釋放，所以苦瓜甾醇得率增大。當超聲功率大于560 W時，苦瓜甾醇得率反而下降，分析原因主要是超聲功率增大，大量雜質溶出，提取液黏稠對甾醇產生吸附，不利于甾醇快速擴散溶出，從而導致甾醇得率下降。因此，選取560 W為最適超聲功率。

2.2.3 超聲時間對苦瓜植物甾醇得率的影響 由圖5可見，當超聲時間小于45 min時，苦瓜甾醇得率隨著提取時間的延長而增大，但當超聲時間超過45 min后，隨著超聲時間的延長，甾醇得率反而下降。這是因為隨著時間的延長，乙酸乙酯因揮發而損耗，苦瓜甾醇得率下降。因此，選取45 min為最適超聲時間。

2.3 響應面法苦瓜甾醇超聲提取試驗結果

在單因素試驗基礎上選取料液比、超聲功率、超聲時間3個因素，采用響應面法試驗設計優化苦瓜甾醇超聲輔助提取工藝參數。試驗方案及結果見表2。采用Design Expert 8.0軟件對試驗結果進行回歸分析，得到以甾醇得率為目標關于液料比、超聲功率、超聲時間的二次多項式回歸模型為Y=48.29-1.40X1+2.45X2+0.48X3-0.88X1X2+0.15X1X3+0.41X2X3-5.18X12-3.63X22-2.95X32。回歸模型方程中各項系數絕對值大小表示該因素對指標值的影響程度，正負表示影響方向。超聲功率、超聲功率和液料比的交互項以及液料比的二次項對甾醇得率影響最大。

由表3可見，模型失擬檢驗不顯著，說明試驗中其他未知因素對試驗結果影響較小。模型回歸檢驗F為27.62，F>f0.01（9，7）=5.61，模型R2=0.972 6，說明模型回歸方程擬合程度較高，能較好地預測苦瓜甾醇提取得率隨各因素的變化規律[15]。

圖6、圖7、圖8分別是3個因素交互作用的響應曲面圖及其等高線圖，3個響應面圖均是開口朝下的凸曲面，X1、X2和X3 3個因素與甾醇得率呈拋物線關系，且響應值的極高值存在于試驗范圍內。在試驗所設定的參數范圍內，預測甾醇得率最大是48.87 mg/g，對應工藝參數是液料比9.67∶1，超聲功率589.03 W，超聲時間45.51 min。為了檢驗響應面法的可靠性，將提取條件修正為液料比9.7∶1，超聲功率589 W，超聲時間45.5 min進行試驗驗證，結果表明，甾醇得率為48.39 mg/g，與理論預測值基本一致，說明所建模型與實際情況擬合較好，響應面法對苦瓜甾醇超聲輔助提取工藝的回歸分析和參數優化是可靠的[15]。

3 小結

通過單因素試驗和響應面法對苦瓜甾醇超聲輔助提取工藝進行研究，響應面回歸方程擬合檢驗極顯著，能較好地預測苦瓜甾醇得率隨各參數的變化規律，優化得到的最佳工藝條件為液料比9.7∶1，超聲功率589 W，超聲時間45.5 min，在該工藝條件下苦瓜甾醇得率為48.39 mg/g，與預測值48.87 mg/g的差距較小。

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