響應面法優化超聲提取獨行菜綠原酸的工藝

摘要：以綠原酸提取得率為考察對象，研究乙醇體積分數、液料比及超聲時間對獨行菜（Lepidium apetalum Willd.）綠原酸提取得率的影響。在單因素試驗的基礎上，根據Box-Behnken試驗設計原理，應用響應面法對獨行菜綠原酸提取工藝進行優化。結果表明，超聲波法提取獨行菜綠原酸的最佳工藝條件為乙醇體積分數79%，液料比35∶1（mL∶g），超聲時間30 min；該條件下，綠原酸實際提取得率為1.033%，與模型預測值（1.029%）相近。

關鍵詞：獨行菜（Lepidium apetalum Willd.）；超聲輔助；綠原酸；響應面法

中圖分類號：TS202.3；S58 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）13-3450-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.13.045

獨行菜（Lepidium apetalum Willd.）為十字花科獨行菜屬植物，在中國北方廣為分布，為常見的田間雜草。獨行菜的嫩葉可作野菜食用，種子為中藥“葶藶子”，有利尿、止咳、化痰的功效[1]，也可榨油用于生物柴油的生產。獨行菜還具有廣泛的環境適應性，抗逆性強，生長期短，是油菜進行抗逆性及生育期育種的優良遺傳資源[2，3]。

綠原酸為植株光合作用的副產物，具有抗菌消炎、抗病毒、清除自由基等功效[4，5]，是杜仲、金銀花等中草藥的主要效應成分之一[6，7]。近年來，在保健食品以及美容護膚產品的研發中，綠原酸也往往作為重要的功能成分進行添加[8，9]。綠原酸對癌細胞的增殖具有一定的抑制作用[10，11]。因此，綠原酸的市場應用前景十分廣闊。本研究在單因素試驗的基礎上，采用響應面法對獨行菜綠原酸的超聲波輔助提取工藝進行優化，以期為獨行菜的進一步加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

獨行菜，采自唐山地區。

綠原酸標準品，中國國藥集團化學試劑有限公司；無水乙醇（分析純），山東利爾康醫療科技股份有限公司。

1.2 儀器與設備

FA1204B型電子天平，上海精科天美科學儀器有限公司；DHG-9070A型電熱鼓風干燥箱，中儀國科科技有限公司；不銹鋼分選篩，浙江上虞市華豐五金儀器有限公司；KQ-250DE型數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；SHB-III型循環水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司；752型紫外可見分光光度計，上海光譜儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 獨行菜綠原酸的提取工藝 獨行菜洗凈→ 60 ℃烘干→粉碎、過篩→超聲處理→抽濾→稀釋→測定。

1.3.2 綠原酸提取得率的測定 以綠原酸標準品繪制標準曲線，得到線性回歸方程Y=0.062 7x-0.001 6，r2=0.997 4。綠原酸提取得率按照以下公式計算：

綠原酸提取得率=C×N×V/m×100%。式中，C為綠原酸質量濃度（μg/mL）；N為樣品溶液稀釋倍數50；V為樣品溶液體積（mL）；M為試驗樣品質量0.5 g。

1.3.3 試驗設計 試驗選取3個主要影響綠原酸提取得率的因素，乙醇體積分數、液料比和超聲時間，首先進行單因素試驗，在單因素試驗的基礎上，采用Box-Behnken試驗設計方案[12]，并利用響應面法對超聲輔助提取獨行菜綠原酸的工藝條件進行優化。

單因素試驗：①乙醇體積分數50%、60%、70%、80%、90%、100%，液料比20∶1（mL∶g，下同），超聲時間20 min，粒度100目，超聲溫度30 ℃，超聲功率250 W，考察乙醇體積分數對獨行菜綠原酸提取得率的影響；②乙醇體積分數80%，液料比15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1，超聲時間20 min，粒度100目，超聲溫度30 ℃，超聲功率250 W，考察液料比對綠原酸提取得率的影響；③乙醇體積分數80%，液料比30∶1，超聲時間10、20、30、40、50、60 min，粒度100目，超聲溫度30 ℃，超聲功率250 W，考察超聲時間對綠原酸提取得率的影響。

根據Box-Behnken試驗設計原理，結合單因素試驗結果，采用3因素3水平響應面法優化獨行菜綠原酸的提取工藝，響應值為綠原酸的提取得率（Y）。試驗因素與水平如表1所示。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 乙醇體積分數對綠原酸提取得率的影響 由圖1可知，乙醇體積分數為80%時，獨行菜綠原酸提取得率最高。可能是當乙醇體積分數小時提取能力低，當乙醇體積分數大于80%時，乙醇容易揮發導致提取得率降低，因此選擇乙醇體積分數為80%。

2.1.2 液料比對綠原酸提取得率的影響 由圖2可知，液料比為30∶1時，獨行菜綠原酸提取得率最高。液料比過小時，綠原酸不易溶出；而液料比過大，綠原酸的總量過少。所以最佳的提取液料比為30∶1。

2.1.3 超聲時間對綠原酸提取得率的影響 由圖3可知，超聲時間為40 min時，獨行菜綠原酸提取得率最高；超聲時間過短，綠原酸沒有完全溶出；超聲時間過長，綠原酸可能會發生水解，從而影響綠原酸的獲取。故超聲時間選擇40 min為宜，此時綠原酸的提取得率為1.018%。

2.2 獨行菜綠原酸提取工藝的響應面優化

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析 響應面試驗設計及結果見表2。采用Design-Expert 8.0.6 軟件對表2中的數據進行多元回歸擬合，并通過逐步回歸法去掉不顯著項，得到回歸模型。其多元回歸方程為=-7.262 00+0.142 47A+0.041 92B+0.113 00C-0.000 37AC+0.000 84BC-0.000 82A2-0.000 22B2-0.000 77C2。

由表3可知，該回歸模型P=0.003 3<0.01，表現為極顯著，R2=0.895 1，調整后R2=0.790 2；失擬項P=0.147 6，為不顯著，均說明該回歸模型擬合情況較好，可以用該回歸模型來分析并預測獨行菜綠原酸的最佳提取工藝條件。影響獨行菜綠原酸提取得率的各因素一次項均不顯著，按影響大小排序依次為液料比（C）、超聲時間（B）、乙醇體積分數（A）。二次項中A2影響最為突出，表現為極顯著。回歸模型中的交互項BC影響顯著，存在明顯的相互作用。

2.2.2 響應面分析 根據擬合回歸方程得到交互項的響應面圖，以考察其對綠原酸提取得率的影響。由圖4可以看出，在乙醇體積分數為80%時綠原酸提取得率最高；乙醇體積分數增加或減少，綠原酸提取得率都會降低。在乙醇體積分數為70%時，隨著液料比增大，綠原酸提取得率緩慢增加；乙醇體積分數為90%時，隨著液料比增大，綠原酸提取得率卻表現為先增加后減少的趨勢。

由圖5可以看出，超聲時間和液料比二者的交互作用使響應面表現為向下彎曲的斜面。在超聲時間較短時，液料比的增加會提高綠原酸的提取得率；而隨著提取時間的增加，液料比增加使綠原酸提取得率降低。在斜面的頂端可以得到綠原酸提取得率的最大值。

通過軟件的優化分析，得到獨行菜綠原酸提取最佳工藝條件為乙醇體積分數78.74%、超聲時間30.00 min、液料比35∶1。在此條件下，獨行菜綠原酸的最高提取得率為1.029%。考慮實際可操作性，將上述最佳條件更改為乙醇體積分數79%、超聲時間30.00 min、液料比35∶1，并進行試驗驗證。經3次隨機重復試驗，獨行菜綠原酸提取得率的平均值為1.033%，與預測值（1.029%）相近。

3 小結

本研究采用超聲輔助法提取獨行菜綠原酸，通過單因素試驗考察了乙醇體積分數、超聲時間和料液比對綠原酸提取得率的影響。通過響應面法得到最佳提取條件為乙醇體積分數79%、超聲時間30 min、液料比35∶1，在此條件下，綠原酸提取得率為1.033%。經響應面分析優化后的綠原酸提取得率比單因素試驗的最高值1.018%提高了0.015個百分點。

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