響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助提取巖茶總黃酮工藝研究

王梅英，陳慧斌，2，陳紹軍

(1.廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物系，福建廈門361012; 2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建福州350002)

響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助提取巖茶總黃酮工藝研究

王梅英1，陳慧斌1，2，陳紹軍2，*

(1.廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物系，福建廈門361012; 2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建福州350002)

為優(yōu)化超聲波輔助提取武夷巖茶總黃酮，采用響應(yīng)面法優(yōu)化固液比(X1)、乙醇濃度(X2)、提取溫度(X3)和提取時間(X4)，分析并建立數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明:固液比、乙醇濃度、提取溫度和提取時間對總黃酮的提取率均有顯著影響(p＜0.01);回歸方程為最佳的提取工藝參數(shù)為液固比21∶1，乙醇濃度80%，提取溫度70℃，提取時間50min，此工藝條件下巖茶中總黃酮的提取率為1.605%±0.012%，與模型預(yù)測值吻合，說明所建立的模型切實可行。

超聲波輔助提取，武夷巖茶，總黃酮，響應(yīng)面法，優(yōu)化

表1 響應(yīng)面實驗因素水平

表2 超聲頻率對提取率的影響

表3 單因素對提取率的影響

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

武夷巖茶 2010年春茶，由福建武夷山世家茶業(yè)有限公司提供，實驗時以干品計重，粉碎過篩(60目)，自封口袋封存待測。

KQ-300VDE型雙頻數(shù)控超聲波設(shè)備 昆山市超聲儀器有限公司，工作頻率 45kHz和 80kHz; UV2000紫外/可見分光光度計 上海精密科學(xué)儀器有限公司;梅特勒-托利多A B204-N/PL202-S型電子天平 上海梅特勒托利多儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定 測定方法參考文獻［9，11］。以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品，采用硝酸鋁法，在510nm處測定其吸光度值。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程為A =0.0138C-0.0265(R2=0.9994)。

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 超聲頻率 超聲波功率為300W，頻率選擇45kHz和80kHz，兩個頻率在提取的時候進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間選擇2、5、8s。準(zhǔn)確稱取茶樣1.000g，取液固比為15∶1，乙醇濃度為70%，提取溫度60℃，提取40min。計算總黃酮提取率，確定最佳超聲頻率提取條件。

1.2.2.2 液固比 準(zhǔn)確稱取茶樣1.000g，固定提取溫度60℃，提取40min，乙醇濃度為70%，研究液固比(v/w)9∶1、12∶1、15∶1、18∶1、21∶1、24∶1對總黃酮提取率的影響。

1.2.2.3 乙醇濃度 準(zhǔn)確稱取茶樣1.000g，采用以上選出的結(jié)果，提取溫度60℃，提取40min，研究茶樣在40%、50%、60%、70%、80%、90%乙醇濃度條件下總黃酮提取率。

1.2.2.4 提取溫度 準(zhǔn)確稱取茶樣1.000g，其他條件采用以上選出的結(jié)果，固定提取時間為40min，研究茶樣在40、50、60、70、80、90℃條件下總黃酮提取率。

1.2.2.5 提取時間 準(zhǔn)確稱取茶樣1.000g，其他條件采用以上選出結(jié)果，研究提取時間20、30、40、50、60min條件下總黃酮提取率。

1.2.3 響應(yīng)面實驗設(shè)計及統(tǒng)計分析 在單因素實驗的基礎(chǔ)上，確定超聲波輔助提取巖茶中總黃酮提取率的影響因素，采用響應(yīng)面分析法中 Central Composite原理進行回歸實驗，優(yōu)化提取條件。采用DPS(V3.01)和Design Expert 7.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析。選擇提取率較高的條件為響應(yīng)面實驗的0水平，對液固比(X1)、乙醇濃度(X2)、提取溫度(X3)和提取時間(X4)按照Central Composite原理進行回歸實驗設(shè)計，各因素的臂距△r為1，因素和水平見表1。共31個實驗點，其中24個析因點，零點實驗進行7次，做誤差估計。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲頻率的選擇

不同頻率下提取結(jié)果如表2所示，結(jié)果表明當(dāng)兩個頻率45kHz和80kHz轉(zhuǎn)換時間為5s時提取率最高，可采用此頻率和功率條件進行超聲提取。

2.2 單因素實驗

根據(jù)單因素實驗設(shè)計對液固比、乙醇濃度、提取溫度和提取時間4因素做單因素實驗，實驗結(jié)果見表3。

由表3看出當(dāng)液固比高于18∶1時，提取率趨于平衡;提取時間到達(dá)1h時，提取率反而下降，這可能與長時間浸提導(dǎo)致提取過程中黃酮類物質(zhì)分解有關(guān);當(dāng)溫度達(dá)到70℃以上提取率沒有上升反而出現(xiàn)下降，可能與乙醇的揮發(fā)和黃酮類物質(zhì)的熱降解有關(guān)系;提取率隨乙醇濃度的增加出現(xiàn)快速增加，但當(dāng)高于80%則趨于平衡。

2.2 回歸結(jié)果及響應(yīng)面分析

2.2.1 回歸結(jié)果及分析 根據(jù)表1設(shè)定的水平和因素，按表4實施31次實驗，并得到各個實驗條件的黃酮提取率。以X1(液固比)、X2(乙醇濃度)、X3(提取溫度)和X4(提取時間)為自變量，黃酮的提取得率(Y)為響應(yīng)值，對實驗結(jié)果回歸擬合α=0.05顯著水平剔除不顯著項后，簡化后的回歸方程：Y=1.407+

表4 響應(yīng)面分析方案及實驗結(jié)果

2.2.2 方差分析 對回歸的模型和各因素進行方差分析，分析結(jié)果如表5。由表5可知，回歸方程顯著(p＜0.01)，失擬不顯著(p＞0.05)，說明該方程能較好模擬各因素對武夷巖茶總黃酮提取效果的影響。提取的各個因素X1(液固比)、X2(乙醇濃度)、X3(提取溫度)和X4(提取時間)對提取率的影響都達(dá)到極顯著水平(p＜0.01)，各因素對提取率的影響不存在線性關(guān)系，它們中的一些交互項對提取率的影響是顯著的。

2.2.3 單因子效應(yīng)分析 單因子效應(yīng)分析可以獲得影響變量的主次因素。擬合方程經(jīng)無量綱線性編碼代換后所得，方程中一次項系數(shù)的絕對值可進行單因子效應(yīng)分析。因此各因素對總黃酮提取率的影響情況是X3(提取溫度)＞X4(提取時間)＞X2(乙醇濃度)＞X1(液固比)。

2.2.4 響應(yīng)面分析 選取兩個交互的因素對武夷巖茶總黃酮提取得率進行響應(yīng)面圖分析(見圖1～圖4)，其它兩個因素固定在零水平。曲面圖上相同提取率對應(yīng)的因素值在底面所形成的曲線為等高線，等高線的形狀可以反映出相互作用效應(yīng)的強弱，當(dāng)?shù)雀呔€趨于圓形時，兩個因素交互作用弱;當(dāng)?shù)雀呔€呈橢圓形時，兩個因素的交互作用強，從圖1～圖4等高線的形狀可以看出液固比與乙醇濃度、液固比與浸提時間、浸提時間與乙醇濃度和溫度與乙醇濃度兩個因素間的交互作用明顯。圖1和圖2的乙醇濃度和浸提時間與液固比的交互作用，在響應(yīng)面中都表現(xiàn)出液固比在X1=2.0附近，提取得率較高;圖3和圖4在各因素零水平以下出現(xiàn)陡峭的曲面，在零水平以上曲面趨于平緩，因此可以看出提取率的最高點在乙醇濃度、提取溫度和提取時間零水平以上出現(xiàn)。

表5 方差分析表

圖1 液固比和乙醇濃度對提取率的影響

圖2 液固比和浸提時間對提取率的影響

2.2.5 最佳工藝優(yōu)化 進一步采用DPS優(yōu)化得到最高值的各個因素組合為：X1=2，X2=1，X3=1，X4= 1，即液固比為21∶1，乙醇濃度為80%，提取溫度為70℃，提取時間為50min時，巖茶中總黃酮提取率的理論值為1.6%，實際提取測定結(jié)果為1.605% ± 0.012%，與理論值基本相符。

圖3 浸提時間和乙醇濃度對提取率的影響

圖4 溫度和乙醇濃度對提取率的影響

3 結(jié)論

超聲波輔助提取功率為300W，45kHz和80kHz提取時進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為5s時效果較好。各因素對總黃酮提取率均存在顯著性影響(P＜0.01)，影響順序為X3(提取溫度)＞X4(提取時間)＞X2(乙醇濃度)＞X1(液固比)。通過模擬回歸和響應(yīng)面分析得到各因素影響總黃酮提取率的方程為0.03X1X3-0.0338X2X3-0.0613X2X4;響應(yīng)面分析交互作用，最終確定最佳的提取工藝條件為液固比為21∶1，乙醇濃度為80%，提取溫度為70℃，提取時間為50min時，巖茶中總黃酮的實際提取率為1.605% ±0.012%，與模型提取率的理論值1.6%基本相符。

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Optimization of ultrasonic-assisted extracting flavonoids from rock tea by response surface methodology

WANG Mei-ying1，CHEN Hui-bin1，2，CHEN Shao-jun2，*
(1.Biology Department，Xiamem Ocean Vocational College，Xiamen 361012，China; 2.College of Food Science，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou 350002，China)

In order to optimize ultrasonic-assisted extraction of flavonoids from Wuyi Rock tea，response surface methodology was used to establish models for optimization of solid-to-liquid ratio(X1)，ethanol concentration (X2)，extraction temperature(X3)and extraction time(X4).Results showed that solid-to-liquid ratio，ethanol concentration，extraction temperature and extraction time had significant affects on extraction rate of flavonoids (p＜0.01).Regression equation wasThe optimal conditions for achieving the high extraction rate of flavonoids were liquid-to-solid ratio of 21∶1，ethanol concentration of 80%，temperature of 70℃and time of 50min.The extraction rate of flavonoids reached 1.605%±0.012%.Extraction rate were conducted under the optimum condition and the results showed the models fitted well the experimental data and the model was feasible.

ultrasonic-assisted extraction;Wuyi Rock tea;total flavonoids;response surface methodology; optimization

TS201.1

B

1002-0306(2011)12-0327-04

黃酮類化合物具有明顯的抗炎、抗菌、清除自由基、抗衰老、降血脂、預(yù)防心腦血管疾病、增加機體免疫力等廣泛的生理活性［1-3］，在自然界中主要存在于植物中。茶葉中的黃酮含量較高，已有研究報道其在抗癌及心血管健康等方面的應(yīng)用［4-5］。目前，從植物組織中提取黃酮類化合物已有較多研究，提取方法主要有熱水浸提、有機溶劑提取、超聲波輔助提取、微波輔助提取等［6-8］。其中，超聲波輔助提取與傳統(tǒng)熱水浸提法相比，具有提取時間短、耗能低［9］、得率高、有效成分被破壞少等特點。武夷巖茶中黃酮的含量較高，有報道采用微波輔助熱水浸提法，在一定程度上提高了黃酮的提取得率［10］。本研究采用超聲波提取武夷巖茶總黃酮，在單因素實驗的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法(response surface methodology， RSM)，進行液固比、乙醇濃度、提取溫度、提取時間組合實驗，擬合總黃酮提取率的多元線性方程，分析各影響因素對提取效果的影響，以獲取最優(yōu)武夷巖茶總黃酮的提取工藝條件，并進行驗證實驗。

2011-06-29 *通訊聯(lián)系人

王梅英(1982-)，女，碩士，助教，主要從事農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工方向研究。

福建省科技廳重點項目(2006S0043);福建省教育廳科技項目(JB11323)。