用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)確定枇杷葉中熊果酸提取時(shí)間*

孫益民，焦容容，孫若瓊，張繼紅

1(安徽省功能性分子固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽蕪湖，241000) 2(安徽師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，安徽蕪湖，241000)3(安徽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽蕪湖，241000) 4(安徽師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)學(xué)院，安徽蕪湖，241000)5(安徽省天然產(chǎn)物超臨界提取工程技術(shù)研究中心，安徽蕪湖，241007)

熊果酸(ursolic acid)是枇杷葉的有效成分之一，又名烏蘇酸、烏索酸，是多種植物的功能成分，具有抗炎抗菌、抗肝損傷［1－2］、抗氧化［3］、降血糖、降血脂、止咳等多種藥理活性［4］。近年來(lái)又發(fā)現(xiàn)熊果酸是很好的免疫增強(qiáng)劑［5］，具有較顯著的免疫和抗致癌作用。同時(shí)，熊果酸及其衍物還對(duì)病毒具有抑制活性，可望成為低毒、有效的新型抗癌和抗愛滋病毒藥物［6］。日本專利顯示熊果酸在抗癌保健食品、飲料和護(hù)發(fā)素、頭發(fā)生長(zhǎng)劑等方面也有一定的應(yīng)用［7］。可見，熊果酸有著廣闊的應(yīng)用前景和十分重要的開發(fā)利用價(jià)值。

目前，對(duì)熊果酸提取多采用溶劑提取法。其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成本低廉。作者曾對(duì)超聲波輔助提取熊果酸進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究，運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)法安排試驗(yàn)［8－9］，以高效液相色譜測(cè)定熊果酸的含量，以提取率為試驗(yàn)指標(biāo)，研究了乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取次數(shù)、液固比及粒子大小5個(gè)因素對(duì)提取效果的影響。本文針對(duì)提取時(shí)間的影響進(jìn)行了重點(diǎn)研究。

均勻設(shè)計(jì)可以安排多因素多水平試驗(yàn)，均勻試驗(yàn)成功關(guān)鍵在于科學(xué)合理地建立試驗(yàn)因素與試驗(yàn)指標(biāo)間的定量關(guān)系，對(duì)實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)行描述，從而進(jìn)行工藝優(yōu)化［10］。本文應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)挖掘試驗(yàn)信息，并進(jìn)行仿真指導(dǎo)驗(yàn)證試驗(yàn)，最終獲得了提取熊果酸的優(yōu)化工藝，為工業(yè)化生產(chǎn)提供可靠參考信息。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

枇杷葉采自安徽蕪湖，經(jīng)鑒定為薔薇科植物枇杷Eriobotrya japonica(Thunb.)Lindl.的葉。無(wú)水乙醇(AR)，石油醚(AR、沸點(diǎn)60～90℃):國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;NaOH(AR):汕頭市西隴化工廠有限公司;熊果酸標(biāo)準(zhǔn)品:安徽蕪湖甙爾塔醫(yī)藥科技有限公司。

FA1204電子天平，上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司;WG-43電熱鼓風(fēng)干燥機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司;WF-111型高速中藥粉碎機(jī)，江陰市新友機(jī)械制造有限公司;TG328B分析天平，上海良平儀器儀表有限公司;RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海振捷實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;CQ-150超聲波清洗機(jī)，上海躍進(jìn)醫(yī)用光學(xué)器械廠;美國(guó)Mode12000半制備色譜儀(配有Lab Alliance model 500可變波長(zhǎng)紫外檢測(cè)器和Lab Alliance HPLC Workstation)，美國(guó)Science System公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 用超聲波法提取枇杷葉中熊果酸

將枇杷葉洗凈、去毛后放在干燥箱中烘干，冷卻至室溫后經(jīng)粉碎機(jī)粉碎，經(jīng)過(guò)分樣篩后備用。

稱取一定量的枇杷葉粉，超聲提取，趁熱過(guò)濾，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后，以石油醚萃取近無(wú)色，萃余物配成無(wú)水乙醇溶液，加入適量的稀NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH值至10～11，靜置。再將所得濾液中加入適量稀HCl，調(diào)節(jié)pH值至2～3。然后加入一定量蒸餾水，離心分離，干燥即得熊果酸粗品。

1.2.2 高效液相色譜測(cè)定所得粗品中熊果酸的含量

1.2.2.1 色譜條件

色譜柱為Column型C18柱(4.6 mm×250 mm，5 μm);流動(dòng)相為 V(甲醇)∶V(水)=97∶3;檢測(cè)波長(zhǎng):215 nm;流速0.8 mL/min;柱溫13℃。

1.2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

精密稱取熊果酸標(biāo)準(zhǔn)品5.3 mg置于10 mL容量瓶中，以甲醇定容，得到530 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)品溶液。再依次稀釋得 106、21.2、10.6、5.3 μg/mL 熊果酸對(duì)照品溶液。分別準(zhǔn)確吸取熊果酸對(duì)照品溶液，在1.2.2.1色譜條件下進(jìn)樣20 μL進(jìn)行測(cè)定。其峰面積和濃度呈線性相關(guān)。回歸方程為Y=6 799+4 928X，r=0.999 999。

式中:Y為峰面積，X為濃度，r為相關(guān)因數(shù)。

說(shuō)明當(dāng)熊果酸進(jìn)樣量在5.3～106 μg/mL時(shí)，線性關(guān)系良好。

1.2.2.3 原料溶液的制備

精密稱取干燥枇杷葉粉末5.049 6 g，加入30 mL甲醇超聲3次，每次30 min，合并提取液，過(guò)濾，甲醇定容至100 mL容量瓶，搖勻，取上清液，用孔徑為0.45 μm 的微孔濾膜過(guò)濾，進(jìn)樣量20 μL，采用高效液相色譜法分析，得原料中熊果酸含量為1.042%。

1.2.2.4 粗品溶液的制備

精密稱取一定量的熊果酸粗品，甲醇定容至50 mL容量瓶中，搖勻，取上清液，用孔徑為0.45 μm的微孔濾膜過(guò)濾，進(jìn)樣量20 μL，采用高效液相色譜法分析，歸一法測(cè)定粗品中熊果酸的含量，并分別計(jì)算出各個(gè)試驗(yàn)的提取率。

2 結(jié)果與討論

2.1 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

取20g枇杷葉粉末，乙醇為溶劑，超聲提取。用均勻設(shè)計(jì)法考察了乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取次數(shù)、液固比以及粒子大小對(duì)提取效果的影響。以提取率為試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)安排與結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的結(jié)果沒有整齊可比性，大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道試驗(yàn)結(jié)果通常用多因素多水平線性回歸分析或逐步回歸分析的方法來(lái)篩選變量，建立定量關(guān)系［11］。然而提取率與提取工藝條件之間是一種復(fù)雜非線性關(guān)系，提取條件間存在交互影響，如果工藝條件多結(jié)果分析很難做到科學(xué)合理。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為人工智能的一種計(jì)算工具，能夠有效地考察提取條件間的交互作用，具有強(qiáng)大的處理非線性問(wèn)題的能力［12］。本文用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究試驗(yàn)結(jié)果、分析系統(tǒng)規(guī)律。

表1 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)與結(jié)果

2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模

2.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用3層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為5－3－1的誤差反向傳播模型(back-propagation，BP)建立描述熊果酸提取的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)模型。網(wǎng)絡(luò)輸入層的節(jié)點(diǎn)數(shù)即為工藝中影響因素的數(shù)量，試驗(yàn)為5個(gè)影響因素因此有5個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)輸出層的節(jié)點(diǎn)數(shù)是試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)即提取率指標(biāo)，亦即優(yōu)化工藝預(yù)報(bào)的對(duì)象。本工作的輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)為1。為了保證模型的健壯性，本文中隱藏層的節(jié)點(diǎn)數(shù)經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)計(jì)算，確定其數(shù)量為3，此數(shù)值較小建立的模型健壯性強(qiáng)。

2.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)的確定

BP網(wǎng)絡(luò)具有學(xué)習(xí)功能，每次以隨機(jī)抽取的8(=10－2)組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，其余2組試驗(yàn)數(shù)據(jù)用作測(cè)試模型質(zhì)量，稱為“留二法”(leave-two-out)，在訓(xùn)練過(guò)程中可以根據(jù)計(jì)算誤差調(diào)整權(quán)重，當(dāng)誤差達(dá)到10－6時(shí)，記錄當(dāng)前權(quán)重值和偏置值，構(gòu)成模型網(wǎng)絡(luò)，訓(xùn)練次數(shù)為29次，訓(xùn)練誤差見圖1。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如表2、表3所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練誤差

表2 隱含層與輸入層的連接權(quán)重

表3 輸出層與隱含層的連接權(quán)重和偏置

圖2 模型計(jì)算值與試驗(yàn)值比較

2.2.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的試驗(yàn)驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模結(jié)果的可靠性，用驗(yàn)證試驗(yàn)對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行驗(yàn)證。

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)值與計(jì)算值比較

表4給出了試驗(yàn)測(cè)定值與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)值。圖2橫坐標(biāo)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)值，縱坐標(biāo)為試驗(yàn)測(cè)定值，各點(diǎn)越接近對(duì)角線就說(shuō)明兩者誤差越小。如圖2所示，訓(xùn)練預(yù)報(bào)點(diǎn)和試驗(yàn)點(diǎn)大部分散落在對(duì)角線附近，誤差較小，驗(yàn)證了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型系統(tǒng)辨識(shí)結(jié)果的可靠性。

2.3 提取熊果酸時(shí)間特性研究

為了使試驗(yàn)更加符合實(shí)際情況，更快尋找出優(yōu)化工藝，采用多因素多水平鄰近分析的方法對(duì)枇杷葉中熊果酸的提取工藝進(jìn)行研究，即以均勻試驗(yàn)的各組參數(shù)為基礎(chǔ)，利用已訓(xùn)練成功的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)附近的參數(shù)組合進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究。此種方法高度保持了均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)的“均勻”特性，使得研究工藝范圍廣，研究范例具有均勻性、系統(tǒng)性。

由于需要系統(tǒng)研究的工藝范圍廣泛，涉及參數(shù)眾多，限于篇幅原因，本文論述的只是不同乙醇體積分?jǐn)?shù)條件下提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率影響。在相應(yīng)試驗(yàn)工藝條件下研究其影響規(guī)律，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型指導(dǎo)安排新的試驗(yàn)。

2.3.1 試驗(yàn)1與試驗(yàn)2鄰近時(shí)間影響分析

圖3 液固比7∶1(g∶mL)，提取2次，粒子80目時(shí)不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

圖3 可以看出7條曲線的變化趨勢(shì)基本一致，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，熊果酸提取率都為增長(zhǎng)的趨勢(shì)。不同乙醇體積分?jǐn)?shù)條件下，提取時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)產(chǎn)率影響不同。乙醇體積分?jǐn)?shù)在低濃度65%時(shí)，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)率增加幅度不大，時(shí)間延長(zhǎng)到95 min時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最大極限值94.98%。同時(shí)隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，產(chǎn)率達(dá)極限值需要的提取時(shí)間在縮短。乙醇體積分?jǐn)?shù)在較低濃度80%時(shí)，延長(zhǎng)到75 min時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最大極限值95%左右。在試驗(yàn)1條件下，若提取時(shí)間小于60 min，則同一提取時(shí)間下，乙醇體積分?jǐn)?shù)越高，熊果酸提取率就越高。從提取時(shí)間-產(chǎn)率關(guān)系上分析，試驗(yàn)1工藝時(shí)間特性屬于“加速型”，即延長(zhǎng)提取時(shí)間產(chǎn)率的增長(zhǎng)率提高。

圖4 液固比11∶1(g∶mL)，提取3次，粒子大小40目不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

由圖4可見，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)產(chǎn)率先減少后增加，減小的速度明顯比增加的速度快，并且增加的幅度很小，產(chǎn)品產(chǎn)率較低。提取時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)低濃度乙醇條件下的產(chǎn)率影響較大。乙醇體積分?jǐn)?shù)為65%時(shí)，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)產(chǎn)率變化很明顯，提取時(shí)間在60 min時(shí)產(chǎn)率大于90%，延長(zhǎng)時(shí)間到90 min時(shí)產(chǎn)率10.18%，90 min后提取率緩慢上升。延長(zhǎng)時(shí)間到90 min以上時(shí)乙醇體積分?jǐn)?shù)越高產(chǎn)率越高。從提取時(shí)間-產(chǎn)率關(guān)系上分析，試驗(yàn)2工藝時(shí)間特性屬于“拋物線型”，即提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響有極低值。

2.3.2 試驗(yàn)3與試驗(yàn)4鄰近時(shí)間影響分析

圖5 液固比4∶1(mL∶g)，提取2次，粒子大小40目時(shí)不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

圖5 中曲線變化趨勢(shì)基本一致，隨著提取時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，熊果酸的提取率不斷增大。在乙醇體積分?jǐn)?shù)較低的情況下，增加提取時(shí)間，產(chǎn)品產(chǎn)率的增加不明顯。這種趨勢(shì)在65%乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取熊果酸表現(xiàn)的更為明顯，提取時(shí)間從60 min變化到110 min時(shí)，產(chǎn)率僅為最低極限0.086%。隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的不斷增大，提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響較為明顯，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到95%時(shí)，提取時(shí)間延長(zhǎng)至80 min以后，提取率快速上升。從提取時(shí)間-產(chǎn)率關(guān)系上分析，試驗(yàn)3工藝時(shí)間特性屬于“減速型”，即延長(zhǎng)提取時(shí)間產(chǎn)率的增長(zhǎng)率降低。

圖6 液固比8∶1，提取3次，粒子大小20目不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

從圖6可得到同樣的規(guī)律:隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，熊果酸的提取率不斷增大而且變化幅度比較大。不同乙醇體積分?jǐn)?shù)條件下要得到同樣產(chǎn)率的產(chǎn)品所需提取時(shí)間不同。乙醇體積分?jǐn)?shù)為65%時(shí)，產(chǎn)率要高于40%至少要提取105 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)75%時(shí)需要95 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)90%時(shí)至多需要75 min。從提取時(shí)間-產(chǎn)率關(guān)系上分析，試驗(yàn)4工藝時(shí)間特性與試驗(yàn)3相同屬于“減速型”。

2.3.3 試驗(yàn)5與試驗(yàn)6鄰近時(shí)間影響分析

圖7 液固比12∶1，提取1次，粒子大小20目時(shí)不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

從圖7可見，提取時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)熊果酸提取率的影響不同。乙醇體積分?jǐn)?shù)為65%時(shí)，產(chǎn)率隨提取時(shí)間的增加而增加。隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，產(chǎn)率隨提取時(shí)間的增加幅度不斷減小，最終出現(xiàn)不明顯的提取率降低趨勢(shì)。低乙醇體積分?jǐn)?shù)產(chǎn)率增加幅度大，提取時(shí)間從60～80 min的20 min內(nèi)65%乙醇產(chǎn)率提高0.29%/min，85%乙醇產(chǎn)率則提高0.09%/min。從提取時(shí)間-產(chǎn)率關(guān)系上分析，試驗(yàn)5工藝時(shí)間特性亦屬于“減速型”。

圖8 液固比5∶1，提取3次，粒子大小80目時(shí)不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

圖8 中曲線變化的整體趨勢(shì)是延長(zhǎng)提取時(shí)間有利于提高熊果酸提取率。若要得到產(chǎn)率在90%以上的產(chǎn)品，90%的乙醇中要提取95 min，80%的乙醇中則要提取110 min，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)降到70%時(shí)，提取120 min，僅得到不足85%的產(chǎn)率。從提取時(shí)間-產(chǎn)率關(guān)系上分析，試驗(yàn)6工藝時(shí)間特性屬于“加速型”。

2.3.4 試驗(yàn)7與試驗(yàn)8鄰近時(shí)間影響分析

圖9 液固比9∶1，提取1次，粒子大小80目時(shí)不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

圖10 液固比13∶1，提取2次，粒子大小80目時(shí)不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

從圖9可見，延長(zhǎng)提取時(shí)間并不利于熊果酸提取率的提高。較低乙醇體積分?jǐn)?shù)條件下，產(chǎn)率并沒有隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)而變化;較高乙醇體積分?jǐn)?shù)條件下，產(chǎn)率隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)反而在降低，下降的幅度較大。若提取時(shí)間從105 min延長(zhǎng)到120 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)為90%時(shí)，產(chǎn)率降低了近40%;乙醇體積分?jǐn)?shù)為85%時(shí)，產(chǎn)率降低了近25%。因此，在較低乙醇體積分?jǐn)?shù)條件下，105 min時(shí)就能得到高產(chǎn)率的產(chǎn)品。從提取時(shí)間-產(chǎn)率關(guān)系上分析，試驗(yàn)7工藝時(shí)間特性為“衰減型”，即延長(zhǎng)提取時(shí)間產(chǎn)率降低較快。

圖10可以看出延長(zhǎng)提取時(shí)間有利于提高熊果酸提取率。不同乙醇體積分?jǐn)?shù)條件下，延長(zhǎng)提取時(shí)間對(duì)熊果酸提取率影響不同。提取時(shí)間為25 min時(shí)，乙醇體積分?jǐn)?shù)為65%的提取條件下，產(chǎn)率只有1.10%;乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%的產(chǎn)率為38.33%;乙醇體積分?jǐn)?shù)為95%的產(chǎn)率為87.05%;要得到高產(chǎn)率的產(chǎn)品，乙醇體積分?jǐn)?shù)為95%的提取條件下只需延長(zhǎng)5 min即得到94.98%的產(chǎn)率，乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%的需延長(zhǎng)20 min方可得到同產(chǎn)率產(chǎn)品，而乙醇體積分?jǐn)?shù)為65%的則要延長(zhǎng)30 min。從提取時(shí)間-產(chǎn)率關(guān)系上分析，試驗(yàn)8工藝時(shí)間特性屬于“加速型”。

2.3.5 試驗(yàn)9與試驗(yàn)10鄰近時(shí)間影響分析

圖11 液固比6∶1，提取1次，粒子大小40目時(shí)不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

圖12 液固比10∶1，提取2次，粒子大小20目時(shí)不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

可以看出圖11中曲線的變化與圖4中曲線變化基本一致，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)產(chǎn)率先減少后增加，減小的速度明顯比增加的速度快，并且增加的幅度很小，較低乙醇體積分?jǐn)?shù)提取條件下產(chǎn)品產(chǎn)率低于其相應(yīng)的初始值。提取時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)低濃度乙醇條件下的產(chǎn)率影響較大。乙醇體積分?jǐn)?shù)為65%時(shí)，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)產(chǎn)率變化很明顯，提取時(shí)間在25 min時(shí)產(chǎn)率大于90%，延長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)率降低，達(dá)到最低值后，時(shí)間的延長(zhǎng)有利于產(chǎn)率的提高。從提取時(shí)間-產(chǎn)率關(guān)系上分析，試驗(yàn)9工藝時(shí)間特性屬于“拋物線型”。

從圖12可見，曲線變化趨勢(shì)一致，延長(zhǎng)提取時(shí)間有利于提高熊果酸的提取率。不同乙醇體積分?jǐn)?shù)條件下，提取時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)熊果酸提取率的影響是不同的。乙醇體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，提取率隨時(shí)間的延長(zhǎng)增加較快;乙醇體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)，提取率隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)增加緩慢。提取相同的時(shí)間，乙醇體積分?jǐn)?shù)越高，熊果酸的提取率就越高。從提取時(shí)間-產(chǎn)率關(guān)系上分析，試驗(yàn)10工藝時(shí)間特性與試驗(yàn)3相同屬于“減速型”。

2.3.6 時(shí)間影響分析

圖13 對(duì)應(yīng)因子分析時(shí)間特性影響工藝分類

采用對(duì)應(yīng)因子分析方法［13］對(duì)10個(gè)試驗(yàn)的時(shí)間特性進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其基本規(guī)律。對(duì)應(yīng)因子分析坐標(biāo) F1=6.321 944×10－2乙醇體積分?jǐn)?shù)(%)+7.569 224×10－2提取時(shí)間(min) －7.135 487×10－1液固比(mL/g)+9.362 540×10－2提取次數(shù) +5.111 274×10－2粒子大小(目)+6.882 883 ×10－1提取率(%)

F2=4.270 738×10－2乙醇體積分?jǐn)?shù)(%)－6.612 222×10－1提取時(shí)間(min)+3.991 259 ×10－1液固比( mL/g)－3.209 876×10－1提取次數(shù)－1.051 221×10－1粒子大小(目)+5.379 590 ×10－1提取率(%)

圖13中A、B、C、D和E分別依次表示乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、液固比、提取次數(shù)和粒子大小。圖13可見。試驗(yàn)1、6、8基本屬于一類，其時(shí)間特性為“加速型”，即隨著時(shí)間推移提取效率增率提高，且相近原因是粒子大小均為80目，導(dǎo)致“加速型”影響關(guān)系。試驗(yàn)3、10相近由于提取時(shí)間相近，試驗(yàn)4、5相近由于乙醇體積分?jǐn)?shù)和液固比原因，這4個(gè)試驗(yàn)呈“減速型”特性，即隨著時(shí)間推移提取效率增率降低。試驗(yàn)2、9劃為一類，呈現(xiàn)“拋物線型”，即隨著時(shí)間推移提取效率先降低再升高。7屬于另類，“衰減型”，即隨著時(shí)間推移提取效率降低。

3 工藝優(yōu)化

利用訓(xùn)練成功的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型優(yōu)化了枇杷葉中熊果酸提取工藝參數(shù)，結(jié)果如表6所示。

以產(chǎn)率高于90%為目標(biāo)優(yōu)化，提取時(shí)間間隔15 min，在考察各影響因素試驗(yàn)范圍區(qū)間內(nèi)，共發(fā)現(xiàn)307組工藝組合，現(xiàn)列出其中的26組。

表6 產(chǎn)率在91%～99%產(chǎn)品生產(chǎn)工藝部分優(yōu)化結(jié)果(共307組，列出低濃度段26組供參考)

選取表6中的乙醇體積分?jǐn)?shù)為65%，提取時(shí)間為15 min，液固比為10，提取次數(shù)為2，顆粒目數(shù)為40目，做試驗(yàn)，產(chǎn)率為90.77%(模型計(jì)算為91.38%)。

4 結(jié)論

采用均勻設(shè)計(jì)法安排試驗(yàn)，其特點(diǎn)研究因素多，研究水平數(shù)多，有利于系統(tǒng)研究。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高度非線性分析技術(shù)能夠解決多因素多水平試驗(yàn)結(jié)果建模問(wèn)題。本文提出的多因素多水平鄰近分析方法將巨大量的試驗(yàn)結(jié)果分析合理簡(jiǎn)化，取得了很好的效果。其優(yōu)化的工藝經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證基本一致。

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