響應面法優化閃式提取玫瑰黃酮化合物工藝

陳卓君，艾買提·阿曼古力，戴蘊青，袁向陽，武艷梅，倪元穎，*

(1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京100083; 2.新疆阿克蘇職業技術學院，新疆阿克蘇843000;3.北京蘭中農商技術開發有限公司，北京100085)

響應面法優化閃式提取玫瑰黃酮化合物工藝

陳卓君1，艾買提·阿曼古力2，戴蘊青1，袁向陽3，武艷梅1，倪元穎1，*

(1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京100083; 2.新疆阿克蘇職業技術學院，新疆阿克蘇843000;3.北京蘭中農商技術開發有限公司，北京100085)

采用閃式提取法提取玫瑰果肉中的黃酮類化合物。在單因素實驗的基礎上，采用響應面法對提取溶劑的體積分數、料液比、電壓進行優化。結果表明，溶劑體積分數、電壓、料液比對玫瑰果黃酮類化合物的提取結果影響比較顯著，最佳工藝條件為乙醇溶液體積分數為60%、提取電壓120V、料液比1∶120(g/mL)。由此得到玫瑰果黃酮化合物的含量為57.84mg/g。閃式提取法是一種快速有效的玫瑰果黃酮提取方法，響應面分析法較好優化了提取工藝。

玫瑰果，黃酮，閃式提取，響應面

1 材料與方法

1.1 材料與設備

原材料 從荷蘭引進栽培于北京順義龍灣屯的紅玫瑰果(R.rugosa Rubra)，果實成熟采摘后存放于4℃冷庫，籽肉分離后將果肉在－40℃、100Pa下冷凍干燥24h，然后用破碎機粉碎至粉末，過20目篩后保存于－18℃冰箱備用。

JHBE－50S閃式提取器 河南金鼐科技發展有限公司;RE－52A旋轉蒸發儀、SHZ－III型循環水真空泵 上海亞榮生化儀器廠;T6新世紀紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司;Hitachi Himac CR21GIII高速冷凍離心機 日本日立株式會社;蘆丁標準品 美國 sigma公司;NaNO2、Al(NO3)3、NaOH、乙醇、正己烷等試劑 北京化工廠，色譜純。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液配制及標準曲線的建立 參考文獻［7］方法加以改動后配制標準溶液并繪制標準曲線:準確稱取蘆丁標準品20mg，用70%的乙醇溶解并定容于100mL容量瓶中，搖勻，得到0.2mg/mL的蘆丁標準溶液。分別吸取蘆丁標準溶液0.0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mL置于10mL容量瓶中，分別加入0.3mL 5% NaNO2溶液，搖勻，放置6min;再加入0.3mL 10% Al(NO3)3搖勻，放置6min;然后再加入4mL 1mol/L NaOH溶液，搖勻，以70%乙醇溶液定容至刻度，靜置15min。以70%乙醇管為空白，在波長505nm處測定各容量瓶溶液的吸光度，以吸光度(A)為縱坐標、質量濃度(C)為橫坐標，得到回歸方程:C=13.739A+ 0.0014，R2=0.9998。

1.2.2 玫瑰果粉中黃酮含量的測定 準確稱取玫瑰果粉1.00～2.00g，放入提取桶中，加入一定體積分數的乙醇溶液室溫下混合攪拌，采用閃式提取器在一定電壓下提取一定時間，提取完成后，轉移至離心管中，在轉速7000r/min條件下離心30min，收集上層清液，將濾渣重復上述過程重復提取一次。合并收集的上清液，在分液漏斗中用正己烷脫色至萃取液近乎無色，最后用提取體積分數的乙醇溶液定容至200mL。過濾后取提取液1mL加入10mL容量瓶中，按1.2.1節所述方法測定其在波長505nm處的吸光度，然后按照下式計算玫瑰果粉中黃酮類化合物含量。

式中:X為玫瑰果粉中黃酮類化合物含量(mg/g);n為提取溶液的稀釋倍數;C為玫瑰果黃酮提取液的質量濃度(g/mL);V為提取液的體積(mL);m為原料的質量(g)。

1.2.3 閃式提取工藝實驗設計

1.2.3.1 單因素實驗設計 首先進行單因素實驗。選取提取時間、提取電壓、乙醇溶液濃度、料液比、提取溶劑pH為考察因素，以提取得到玫瑰果黃酮類化合物含量為指標進行實驗。

1.2.3.2 響應面優化實驗設計 根據單因素實驗結果，選取乙醇體積分數、提取電壓、料液比這3個因素作為實驗因素，以黃酮類化合物的含量為響應值設計實驗(見表1)。采取Minitab 16軟件［8］對結果進行響應面回歸和方差分析，對提取條件進行優化。

表1 玫瑰果黃酮提取響應面實驗因素與水平

2 結果與分析

2.1 提取時間對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

在乙醇體積分數為70%、料液比1∶150(g/mL)、提取電壓為100V的條件下，提取時間對玫瑰果黃酮類物質的含量影響如圖1所示。結果表明，0～60s內提取得到的黃酮類化合物含量顯著增加，但是隨著提取時間的延長，超過60s以后，提取的黃酮類化合物含量趨于飽和，甚至有降低的趨勢。這可能是隨著提取時間的延長，由于閃式提取器的刀頭快速旋轉產生了大量的熱，提取溶劑溫度升高，黃酮類化合物發生了氧化或分解等副反應，導致黃酮類化合物含量降低。為防止此種情況的發生，綜合考慮提取效率、節能等因素，可選擇60s作為玫瑰果黃酮類化合物的最佳提取時間。在后面的響應面實驗中也選擇60s作為玫瑰果黃酮類化合物的提取時間。

圖1 提取時間對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

2.2 乙醇溶液體積分數對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

在料液比1∶150(g/mL)、提取時間60s、提取電壓為100V的條件下，乙醇溶液體積分數對玫瑰果黃酮類物質的含量影響如圖2所示。結果表明，隨著乙醇溶液體積分數的增加，黃酮類物質的含量也隨之增大;當乙醇溶液的體積分數達到60%時，黃酮類物質含量最高;之后隨著乙醇體積分數的增加，黃酮類物質的含量逐漸下降。這可能與玫瑰果黃酮的組成有關系，由此可推測，玫瑰果黃酮類物質中含有具有極性的黃酮類［9］物質。由此確定體積分數為55%～65%的乙醇為玫瑰果黃酮類物質最佳的提取溶劑。

圖2 乙醇溶液體積分數對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

2.3 電壓對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

在乙醇體積分數為70%、料液比1∶150(g/mL)、提取時間60s的條件下，提取電壓對玫瑰果黃酮類物質的含量影響如圖3所示。結果表明，隨著電壓的增加，黃酮類物質的含量也隨之增大;當提取電壓達到100V時，黃酮類物質含量最高;之后隨著提取電壓的增加，黃酮類物質趨于不變甚至略有降低。這可能是隨著提取電壓的增高，由于閃式提取器的刀頭轉速加大，在相同時間里提取溶劑溫度升高加快，黃酮類化合物發生了氧化或分解等副反應，導致所得黃酮類化合物含量有所降低。由此可選擇100～120V作為玫瑰果黃酮類化合物的最佳提取電壓。

圖3 提取電壓對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

2.4 料液比對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

在乙醇體積分數為70%、提取時間60s、提取電壓為100V的條件下，料液比對玫瑰果黃酮類物質的含量影響如圖4所示。結果表明，隨著料液比的增大，黃酮類化合物的含量也逐漸增大;而當料液比達到1∶100之后，隨著料液比的增大，黃酮類物質含量并無顯著變化;在料液比達到1∶150之后，隨著料液比的增大黃酮類物質含量反而降低。這可能是由于對于一定量的原料，溶劑用量的增加可以增加兩者的接觸面積，有利于擴散速度的提高，從而提高黃酮類物質的含量;但當料液比達到一定程度時，擴散速度趨于一定，黃酮類物質的含量增勢趨于和緩;過多的提取溶劑反而會使提取得到的黃酮含量降低，且不利于節能環保，增加后續的濃縮過程的工作量［10］。因此選定提取的料液比為1∶100～1∶150。

圖4 料液比對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

2.5 pH對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

在乙醇體積分數為70%、提取時間60s、提取電壓為100V、料液比1∶150(g/mL)的條件下，提取溶劑pH對玫瑰果黃酮類物質的含量影響如圖5所示。總體來說，提取溶劑pH的變化對玫瑰果黃酮類化合物提取效果并不明顯。而且當提取溶劑pH為7時，并不利于其中玫瑰果黃酮類化合物的提取。因此，在后續的實驗中基本上不需要考慮pH對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響。

2.6 黃酮類化合物提取工藝回歸模型的建立及方差分析

根據以上單因素實驗的結果，選取提取電壓A、料液比B、乙醇體積分數C為自變量，以玫瑰果黃酮類物質含量為響應值Y進行響應面分析實驗［11］，實驗方案及結果見表2。

圖5 提取溶劑pH對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

表2 響應面分析實驗設計及結果

采取Minitab 16軟件對表2中數據進行分析，得到的回歸方程:Y=－475.681+3.054A+11751.131B +10.179C－0.008A2－582616.755B2－0.062C2+ 12.992AB－59.318BC－0.019AC

式中:Y為玫瑰果黃酮類化合物含量;A、B、C依次為提取電壓、料液比、乙醇體積分數這三個自變量。

對上述方程進行方差分析，結果見表3。

從回歸方程和表3中可以看出，模型的P值小于0.01，表明二次方程擬合極顯著;R2=0.905。在本實驗設定的區域范圍內，各因素對玫瑰果黃酮類化合物提取量的影響由大到小依次為乙醇體積分數＞提取電壓＞料液比，其中乙醇體積分數的影響極顯著。各因素間交互作用的響應面圖見圖6。

由圖6可以看出，玫瑰果黃酮的含量受提取電壓與料液比的交互作用影響較小，曲面也較為平滑;響應值隨提取電壓的變化率大于料液比的變化率，說明提取電壓對玫瑰果黃酮的含量的影響大于料液比。玫瑰果黃酮的含量受乙醇體積分數與提取電壓的交互作用影響顯著，響應值隨乙醇體積分數的變化率大于提取電壓的變化率，說明乙醇體積分數對玫瑰果黃酮的含量的影響大于提取電壓。根據響應面分析所建立的數學模型，得到優化條件的實驗結果為乙醇體積分數59.57%，提取電壓為119.3V，料液比為1∶120，提取得到黃酮類化合物含量58.85mg/g，即提取率為5.885%。

表3 回歸方程模型系數的顯著性檢驗

圖6 各因素兩兩交互作用對黃酮提取含量影響的響應面分析圖

2.7 驗證實驗

根據優化得到的最佳工藝條件，結合實際情況加以修正確定以乙醇溶液體積分數為60%、提取電壓為120V，料液比為1∶120為驗證實驗的工藝條件，提取得到玫瑰果黃酮類化合物的含量57.84mg/g，即提取率為5.78%。十分接近軟件分析得到的預測值，由此可認為實驗模型選擇合理，實驗結果理想。

3 結論

本文采用閃式提取法，并用響應面法優化了玫瑰果黃酮類物質的提取工藝。得到的最佳工藝條件為乙醇溶液體積分數為60%、提取電壓為120V，料液比為1∶120，提取60s得到玫瑰果黃酮類化合物的含量57.84mg/g，即提取率為5.78%。同其他提取黃酮類化合物的方法相比，閃式提取法具有能最大限度地避免玫瑰果有效成分受熱破壞、提取時間短、效率高、安全可靠等優點，可應用于工業上大量連續的生產作業。

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Response surface methodology as an approach to optimization of flash－extraction of flavonoids from rose fruit

CHEN Zhuo－jun1，AI－MAI－TI·Amanguli2，DAI Yun－qing1，YUAN Xiang－yang3，WU Yan－mei1，NI Yuan－ying1，*
(1.College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China; 2.Aks Vocationl and Technical College，Aksu 843000，China; 3.Beijing Lanzhong AgriBusiness Technology Development Co.，Ltd.，Beijing 100085，China)

Flash－extraction technology was used to extract flavonoids from rose fruits.Based on single factor experiments，extraction conditions such as solvent concentration，material/liquid ratio and extraction voltage were optimized by response surface methodology.The results showed that each of the three extraction conditions affected flavonoids extraction significantly.The optimized conditions were as follows:60%ethanol concentration，1∶120 material/liquid ratio，and 120V extraction voltage，resulting in an extraction content of 57.84mg/g for flavonoids.As a conclusion，flash－extraction was an effective and efficient method to extract flavonoids from rose fruits，response surface methodology could well optimize the extraction technology.

rose fruit;flavonoids;flash－extraction;response surface methodology

TS201.2

B

1002－0306(2011)12－0387－04

玫瑰果是玫瑰花謝后由花托發育而成的肉質漿果。其作為薔薇科家族的成員，一直被作為食品或藥品使用［1］。在國外，玫瑰果的研究已經展開，其營養物質含量豐富，是水果蔬菜中維生素C含量最高的水果之一;此外，玫瑰果中也含有其他維生素和礦物質、胡蘿卜素、黃酮類化合物、果酸、單寧酸、果膠、糖類、有機酸、氨基酸和必需脂肪酸等，這些化合物在維持果實品質和營養價值方面起了非常重要的作用［1－2］。黃酮類物質廣泛存在于植物中，早就被人們發現具有多種功能和保健作用。據研究表明，黃酮類物質種類很多，在降血糖、降血脂、降低心血管疾病、抗氧化、抗癌、增強機體免疫力等方面都有很好的作用［3－4］。閃式提取技術是一種新興的天然產物提取技術，其依靠機械剪切力和超速動態分子滲透作用，在室溫及溶劑存在下數秒內將植物組織破碎至細微顆粒，并使有效成分達到組織內外平衡，實現提取目的［5］。閃式提取技術具有能最大限度地避免植物有效成分受熱破壞、溶劑用量小、提取時間短、效率高、處理量大、安全可靠等特點［6］。本實驗采用閃式提取法提取玫瑰果中黃酮類化合物，在單因素實驗的基礎上結合響應面法對影響玫瑰果黃酮提取率的主要因素進行分析，從而確定合適工藝，為大力開發玫瑰果這一新食品資源提供一定的理論參考。

2011－07－22 *通訊聯系人

陳卓君(1989－)，女，碩士，研究方向:天然產物提取與功能食品開發。