響應曲面法優化微波提取花生殼中總黃酮工藝研究

崔建強,問娟娟

(陜西國際商貿學院 醫藥學院, 陜西 西安 710246)

花生是豆科植物(Arachis hypogoea L)我國主要的油料作物之一，這種植物的很多部分都含有對人體有益的物質，例如花生仁、花生殼、花生葉等。通常我們處理花生植物主要使用的是花生仁，它本身可以食用，也可以用于榨油、磨粉等。花生殼除了少數被利用外，絕大部分廢棄掉或當做燃料[1]。其實花生殼中含有很多有益的物質，研究[2-3]表明，其提取物有抗癌、抗炎、抗氧化等作用，能夠產生這些作用主要是花生殼中含有黃酮類化合物的影響。因此，如何把黃酮類化合物從花生殼中提取出來對開發新藥具有重要的實用價值和學術意義。現如今，提取總黃酮方式的很多，傳統提取法(水浸取法、索氏提取法等)有一些弊端，例如耗時、耗能、提取率低等[4-6]。為了改善這些不足，筆者使用微波輔助萃取法，是近幾年天然產物提取中使用較多的提取方法之一，其在能耗、時間、選擇性等方面對比傳統方法有很大的提高[7-8]。為了提高收率，采用單因素實驗結合響應曲面優化，得到較優提取條件，為花生的綜合利用提供科學理論依據。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

花生殼，市售；蘆丁標準品，上海源葉生物科技有限公司；無水乙醇，天津市北聯精細化學品開發有限公司；石油醚(沸點60-90)，天津科密歐化學試劑有限公司；二次蒸餾水。微波催化合成/萃取儀,北京祥鵠科技發展有限公司；粉碎機GY-753，天津市泰斯特儀器有限公司；紫外一可見光度計，天津精密科學儀器有限公司。

1.2 花生殼中總黃酮提取及含量測定

花生殼洗凈，于干燥箱恒溫干燥，水分蒸發完全，使用粉碎機將其粉碎完全，過40目篩備用，加入石油醚脫脂兩次，然后進行抽濾，取濾渣進行干燥，備用。

取花生殼粉末，精密稱取1.0 g，并將其加入到規格為50 mL的燒杯中，分別在不同的乙醇濃度、微波功率、提取時間和液料比因素下提取，然后抽濾，用旋轉蒸發儀進行旋轉制成浸膏，按照配比加入乙醇溶解，用離心機進行離心，得到的溶液定容到容量瓶中，再進行稀釋，配成待測溶液，測定其吸光度，計算收率。

1.3 總黃酮收率測定

測定總黃酮收率采用紫外分光光度法，制備單因素實驗所得樣品的供試品溶液。測量其吸光度，計算獲得收率。

線性回歸方程：A=10.542C-0.1386，相關系數R2=0.9982。(C：代表濃度 A：代表吸光度)

花生殼中總黃酮收率=(d·C·V/1 000 M)×100% (d：稀釋倍數 C：測得的總黃酮的濃度(mg·mL-1)V：提取液體積(mL) M：代表花生殼樣品的質量(g))

1.4 單因素實驗

分別考察乙醇濃度為40%、50%、60%、70%、80%；液料比為5∶1 mL·g-1、10∶1 mL·g-1、15∶1 mL·g-1、20∶1 mL·g-1、25∶1 mL·g-1；微波功率為200 W、300 W、400 W、500W、600 W；微波提取時間為20 min、30 min、40 min、50 min、60 min等條件對總黃酮收率的影響。

1.5 響應面優化實驗

由單因素實驗結束后，進一步對單因素四個實驗條件考察，以總黃酮收率為響應指標，應用Design-Expert8.0.6軟件，優化實驗條件。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗結果

通過圖1可知,總黃酮的收率在乙醇濃度為60%、微波功率400 W、時間50 min、液料比10∶1 mL·g-1的條件下最大。

2.2 響應曲面法優化試驗

2.2.1 響應面分析因素水平的選取

表1 響應面試驗設計條件

2.2.2 總黃酮得率回歸模型的建立和顯著性檢驗 根據相應的試驗方案進行試驗，試驗分析方案及結果見表2。

通過Design-Expert8.0.6軟件，對響應值和各個影響因素進行了擬合，之后，就得到了回歸方程：

花生殼中總黃酮收率(%)

=+3.81+5.833×10-3A+0.029B+0.044C+0.057D-5.000E-003AB-0.033AC+0.015AD-0.025BC+0.043BD-0.030CD-0.063A2-0.18B2-0.15C2-0.10D2

表2 Box-Behnken設計及響應值結果

續表2 Box-Behnken設計及響應值結果

表3 方差分析

注：＊＊表示極顯著，＊表示顯著。

從表3中可以得出，B、C、D、AC、BC、BD、CD、A2、B2、C2、D2對花生殼中總黃酮的收率存在不同程度影響(顯著或極顯著)，故證明不同影響因素與響應值總黃酮收率之間顯示出比較明顯的非線性關系。此外，從表3中可知該回歸模型極顯著；失擬項(F=16.67，P=0.0215)不顯著，說明該模型的模擬性較好。由式(R2=0.9875)可知，模型具有高度顯著水平，此方程的決定系數R2adj=0.9750,代表97.50%響應值的改變可由改模型解釋。綜合而言，此次針對總黃酮提取率與其各影響因素建立的回歸模型合理，適應性好。

分析乙醇濃度、微波功率等四個因素對花生殼總黃酮收率的影響，結果見圖5。

(a)乙醇濃度與提取功率的交互作用 (b)乙醇濃度與提取時間的交互作用 (c)乙醇濃度與液料比的交互作用

(d)提取功率與提取時間的交互作用 (e)提取功率與液料比的交互作用 (f)提取時間與液料比的交互作用

圖2 等高線圖和三維圖

由圖2中的3D響應面開口，并且都是向下，指示A(乙醇濃度)，B(提取的功率)，C(提取時間)，D(液料比)與花生殼中總黃酮收率具有拋物線關系，可知與BC、BD、CD均存在一定交互作用，因為從趨勢圖來看，都呈圓形趨勢，且趨勢線連接的并不緊密；但與BC、BD、CD相比，AB、AC、AD都呈橢圓形趨勢，且趨勢線連接的較緊密；交互對花生殼中總黃酮的收率具有顯著影響。

2.2.3 最優提取工藝選擇及可靠性驗證 根據響應面圖得出的最佳實驗方案是：乙醇濃度58.63%，提取功率401.88 W，提取時間52.06 min，液料比11.03 mL·g-1，當實驗在最優提取工藝以及最佳工藝條件下的預收率為3.82206 %。將實驗系數修正為乙醇濃度60 %，提取功率400 W，提取時間50 min，液料比10：1mL·g-1，以最優工藝條件提取，設三次重復，得出花生殼總黃酮平均收率為3.807 %，接近預測值。因此，此響應面模型較為合理，為以后這方面的研究提供參考。

3 結論

筆者以花生殼為材料，通過對花生殼的前處理，微波方式提取花生殼中的總黃酮，運用紫外分光光對法對其含量測定。在提取的過程中根據單因素的分析以及響應曲面法的優化，得出當液料比為10∶1 mL·g-1時，在濃度為60 %的乙醇中，以400 W的提取功率提取50 min為最佳工藝條件。