響應面法優(yōu)化微波提取南瓜皮葉黃素的工藝研究

郭艷萍， 許 沖， 吳云海

(太原工業(yè)學院環(huán)境與安全工程系，山西 太原 030008)

引 言

南瓜(cucurbita moschata duch)，屬于葫蘆科南瓜屬的一個種，其種類有三十幾種。南瓜栽培的條件簡單、易于儲存、便于運輸，另外,南瓜不僅可以作為食物而且有許多醫(yī)用功效。葉黃素是一種脂溶性類胡蘿卜素，為橙黃色粉末，不溶于水，能夠溶于乙醇等有機溶劑[1-3]。響應面法是指經過一系列確定性的實驗，得出多次實驗數據，采用多元二次回歸方程來擬合一組函數關系的模型，最后通過對回歸方程的分析得出一組最優(yōu)的參數。本研究采用微波輔助技術提取南瓜皮粉中的葉黃素，通過單因素實驗后運用響應面法分析多組影響因素的交互作用，最后得出微波輔助提取南瓜皮葉黃素的最優(yōu)工藝條件，旨在為南瓜皮葉黃素的生產工藝改良提供一定的理論依據和數據支持[5-7]。

1 實驗儀器與方法

1.1 實驗儀器

電子天平、pH儀、752N型紫外可見分光光度計、TGL-16G-C高速冷凍離心機及電熱恒溫水浴鍋。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準曲線的繪制[7]

運用葉黃素標準品繪制標準曲線，精確稱取葉黃素標準品，并且配制出不同濃度梯度的葉黃素溶液，通過紫外分光光度計測得在不同的葉黃素濃度下溶液的吸光度，記為Ax，最后通過Origin 8.0繪制標準曲線，從圖中得出葉黃素濃度c與吸光度的比例關系。

1.2.2 南瓜皮粉的制備

取一個牛腿南瓜洗干凈備用→切開南瓜從南瓜內去掉南瓜瓤→取其南瓜皮→低溫烘干→粉碎后過篩→收集過篩的南瓜皮粉→制得所需的南瓜皮粉。

1.2.3 微波提取南瓜皮葉黃素單因素實驗

以有機萃取劑類型、液固比、微波時間、微波功率為變量進行單因素實驗。

1) 選用的有機萃取劑分為3種，如表1。

2) 選用的液固比分為5種，如表2。

表2 5種不同的液固比

3) 微波的處理時間分別有7組，如表3。

表3 7種不同的微波處理時間

4) 微波的功率設置為5組，如表4。

表4 5種不同的微波功率 (W)

1.2.4 響應面實驗設計

根據單因素實驗得出最佳的各單因素條件，再根據最佳值選取各個因素的三個水平，用軟件Design-Expert設計響應面實驗。

2 結果與分析

2.1 繪制標準曲線及結果

精確稱取葉黃素標準品，并且配制出不同濃度梯度的葉黃素溶液。通過紫外分光光度計測得在不同的葉黃素質量濃度下溶液的吸光度，記為Ax，最后通過Origin 8.0繪制標準曲線，如圖1。

圖1 葉黃素質量濃度與吸光度A的關系圖

從圖1分析可得，葉黃素質量濃度與吸光度的關系為：A=162.5c+0.01065

2.2 單因素實驗結果

以有機萃取劑類型、液固比、微波時間、微波功率為變量進行單因素實驗。通過對單因素實驗的分析得出最優(yōu)的參數為：有機萃取劑為無水乙醇、液固比為40∶1、微波時間為25 min、微波功率為231 W。

2.3 響應面法實驗結果

根據單因素實驗得出最佳的各單因素條件，分析得出影響比較顯著的3個因素為液固比、微波時間、微波功率。

根據這3個因素的最佳值選取3個水平，用軟件Design-Expert設計響應面實驗，如表5。

表5 響應面設計組

通過響應面實驗得出的實驗數據如表6及第9頁圖2～圖7。

通過軟件Design-Expert設計出一系列實驗組，然后進行實驗得出數據，通過響應面軟件分析建立如下數學模型：

吸光度=0.71-0.005 239×A+0.003 943×B+0.005 5×C+0.000 25×AB+0.003 301×AC-0.000 727 8×BC-0.017×A2-0.015×B2-0.009 634×C2

通過對這個二次回歸模型進行方差分析(見表7)，得出最佳的提取條件為：有機提取劑為無水乙醇、微波處理的功率為286.452 W、微波處理得到時間為25.620 min、有機溶劑與南瓜皮粉的比例為38.681∶1。根據該軟件提示表明，在這組數據的條件下，測得提取液的吸光度為0.714。

表6 響應面實驗數據及分析結果

表7 回歸方程分析表及各項方差

3 結論

通過對運用響應面法優(yōu)化微波輔助提取葉黃素的系統(tǒng)研究得到以下結論：

1) 運用微波輔助提取南瓜皮粉中葉黃素的最佳工藝條件為：有劑萃取劑為無水乙醇、萃取劑與南瓜皮粉的比例為38.6∶1、微波處理功率為286 W、微波處理時間為25.6 min。

圖2 微波處理時間和料液比的響應面圖

圖3 微波處理時間和料液比的等高線圖

圖4 微波處理功率和料液比的等高線圖

圖5 微波處理功率和料液比的響應面圖

圖6 微波處理功率和微波處理時間的等高線圖

圖7 微波處理功率和微波處理時間的響應面圖

2) 在上述實驗參數中得出，葉黃素提取液的吸光度為0.715，再根據標準曲線圖可以得出，提取液中葉黃素的質量濃度為0.004 3 mg/mL，從而得出提取的葉黃素為0.107 5 mg，求得提取率為0.021 5%。