響應面法優化毛竹筍筍頭中β-谷甾醇提取工藝的研究

林麗靜，呂國提，2，李積華，*，朱德明，朱冰清，2，陳宣年

（1.中國熱帶農業科學院農產品加工研究所，廣東湛江 524001；

2.華中農業大學食品科技學院，湖北武漢 430070；

3.閩西豐農食品有限公司，福建龍巖 364204）

響應面法優化毛竹筍筍頭中β-谷甾醇提取工藝的研究

林麗靜1，呂國提1，2，李積華1，*，朱德明1，朱冰清1，2，陳宣年3

（1.中國熱帶農業科學院農產品加工研究所，廣東湛江 524001；

2.華中農業大學食品科技學院，湖北武漢 430070；

3.閩西豐農食品有限公司，福建龍巖 364204）

采用響應面分析法研究了乙醇濃度、時間、溫度和料液比對毛竹筍筍頭中β-谷甾醇得率的影響。結果表明，β-谷甾醇提取的最佳工藝條件為：乙醇濃度95%、提取時間20min、料液比15∶1、提取溫度55℃，在此條件下，β-谷甾醇提取含量為365.52mg/100g。

筍頭，β-谷甾醇，提取工藝，響應面分析

β-谷甾醇作為最常見的植物甾醇之一，其含量較高，廣泛分布于植物油、種子、堅果、蔬菜和水果中，研究表明，β-谷甾醇具有重要的藥理活性和生理功能，如降膽固醇，抗氧化，消炎，治療乳腺癌、結腸癌和前列腺癌等，在醫藥、食品和化妝品等領域應用廣泛[1-4]。毛竹筍筍頭中含有一定量的β-谷甾醇，對其進行研究開發可以使廢棄的筍頭資源合理利用。β-谷甾醇一般采用皂化、結晶法從植物油脫臭餾出物中制得[3]。本實驗采用Box-Behnken響應面分析法對乙醇溶劑萃取過程中影響β-谷甾醇的關鍵因素（料液比、提取溫度、提取時間、乙醇濃度）進行分析，以β-谷甾醇得率為考察指標，探討并驗證其最佳提取工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

毛竹筍筍頭干粉 閩西豐農食品有限公司；β-谷甾醇（≧97%）、乙醇 均為分析純；甲醇 為色譜級。

LC-10A型高效液相色譜儀 島津公司；AL204型電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；電熱恒溫水浴鍋 南通凱達實驗儀器公司。

1.2 β-谷甾醇的提取工藝

毛竹筍筍頭干粉→105℃烘干→加乙醇振蕩提取→過濾→檢測

1.3 β-谷甾醇的分析測定方法

采用高效液相色譜法；標準曲線方程：Y= 4353978.17X-8836.6（R2=0.9998）。

β-谷甾醇提取含量（mg/100g）=[β-谷甾醇濃度（mg/m L）×體積（m L）]/原料質量（g）

1.4 響應面法實驗設計

預實驗結果顯示，毛竹筍筍頭中β-谷甾醇提取影響較顯著的因素為：乙醇濃度、提取時間、料液比、提取溫度。根據Box-Behnken的中心組合實驗設計原理，采用四因素三水平的響應曲面分析法，各因子編碼值見表1。

表1 Box-Behnken實驗設計因素和水平編碼值表Table 1 Factors and levels of Box-Behnken

2 結果與分析

2.1 實驗結果

Box-Behnken實驗設計結果如表2所示，實驗重復5次，用以估算實驗誤差。

表2 Box-Behnken實驗設計與結果Table 2 Design and results of Box-Behnken experiment

2.2 模型的建立及其顯著性檢驗

利用Design-Expert 8.0.5.0軟件對表2實驗數據進行多元回歸擬合，得到毛竹筍頭中β-谷甾醇提取含量對乙醇濃度（X1）、提取時間（X2）、料液比（X3）和提取溫度（X4）的二次多項回歸模型：

對模型進行顯著性檢驗，結果見表3，回歸模型系數顯著性檢驗結果見表4。

由表3可知，模型極顯著（p＜0.0001）；失擬項p= 0.1484＞0.05，不顯著；復相關系數R2=0.9921，R2Adj= 0.9842，說明該模型與實際情況擬合度良好，實驗誤差較小，信噪比=12.341＞4，說明用此模型可以得到足夠強的響應信號。因此可以用此模型分析和預測β-谷甾醇提取工藝的結果。

由表4回歸模型系數顯著性檢驗結果可知，一次項X3極顯著，X4非常顯著，X1顯著，X2不顯著，二次項X12、X22、X32、X42均極顯著。交互相除X2X4外均影響顯著，對得率的影響依次為X3＞X4＞X1＞X2，即料液比＞提取溫度＞乙醇濃度＞提取時間。

表3 回歸模型方差分析Table 3 Analysis of regressionmodel

表4 回歸模型系數的顯著性檢驗結果Table 4 Results of the regressionmodel

2.3 β-谷甾醇提取工藝的響應面分析

根據回歸模型做出的響應曲面見圖1～圖6。

圖1顯示了料液比15∶1，乙醇濃度90%時，提取溫度與提取時間之間的交互作用對β-谷甾醇提取含量的影響。等高線的形狀反映交互作用的強弱大小，圓形表示兩因素的交互作用不顯著，橢圓形表示交互作用顯著[5]。由圖1可知，提取時間和提取溫度交互作用不顯著。

圖1 提取時間與提取溫度交互作用對β-谷甾醇得率的影響Fig.1 Effect of extracting time and temperature on extraction results

圖2 乙醇濃度與料液比交互作用對β-谷甾醇提取含量的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration and ratio of liquid to solid on extraction results

圖2顯示了提取時間30min，提取溫度55℃時乙醇濃度和料液比交互作用對β-谷甾醇提取含量的影響顯著。隨著料液比的增大，β-谷甾醇提取含量略增大后呈下降趨勢，隨著乙醇濃度的增大先顯著增加而后下降。這可能是因為當料液比增加到一定程度時，β-谷甾醇和乙醇溶劑接觸面達到飽和，乙醇溶劑富余而揮發掉，已經無助于提取[6]。二者交互作用非常顯著（p=0.0012＜0.01），乙醇濃度在87%～91%之間，料液比在12.5∶1～14.5∶1之間時，β-谷甾醇提取含量達到本次實驗的最大值。

由圖3可知，提取時間30m in，料液比15∶1時，乙醇濃度和提取溫度的交互作用對β-谷甾醇提取含量影響極顯著，隨著提取溫度的升高，β-谷甾醇提取含量呈現出先增加后顯著下降的趨勢。當溫度達到一定程度時，隨著乙醇濃度的增大呈現出緩慢增大而后顯著降低趨勢，這是因為溫度較高時，高濃度的乙醇變成蒸氣揮發掉，不利于β-谷甾醇的提取。

圖3 乙醇濃度與提取溫度交互作用對β-谷甾醇提取含量的影響Fig.3 Effectof ethanol concentration and temperature on extraction results

由圖4可知，乙醇濃度90%，提取溫度55℃時，提取時間和料液比交互作用對β-谷甾醇提取含量的影響極顯著。隨著提取時間的延長，提取含量呈現出緩慢增大再顯著降低的趨勢，當提取時間較短時，提取含量隨著料液比的增大顯著降低。提取時間在20～ 30m in，料液比在12.5∶1～14.5∶1之間時，實驗過程中提取含量達到最大值[7]。

由圖5可知，料液比15∶1，提取溫度55℃時，乙醇濃度和提取時間的交互作用對β-谷甾醇提取含量的影響顯著（p=0.0122＜0.05）。乙醇濃度在89%～93%，提取時間在20～30m in之間時，β-谷甾醇得率可以到達最大值。

圖4 提取時間與料液比交互作用對β-谷甾醇提取含量的影響Fig.4 Effectof extracting time and ratio of liquid to solid on extraction results

圖5 乙醇濃度與提取時間交互作用對β-谷甾醇提取含量的影響Fig.5 Effectof ethanol concentration and extracting time on extraction results

圖6 提取溫度與料液比交互作用對β-谷甾醇提取含量的影響Fig.6 Effectof temperature and ratio of liquid to solid on extraction results

圖6顯示了在乙醇濃度為90%，提取時間為30m in時，提取溫度和料液比的交互作用對β-谷甾醇得率的影響。由圖6可知，它們的交互作用對提取含量的影響極顯著（p=0.0008＜0.001）。

2.4 提取條件優化

通過Design-Expert 8.0.5.0軟件分析，得到毛竹筍筍頭中β-谷甾醇提取的最佳工藝為：乙醇濃度95%，提取時間20m in，料液比15∶1，提取溫度55℃。實際測得的平均提取含量為365.52mg/100g，與理論預測值相比，其相對誤差＜1.25%。因此，基于響應曲面法所得的優化提取工藝參數準確可靠，具有實用價值。

3 結論

3.1 基于實驗設計軟件Design-Expert 8.0.5.0，通過二次回歸設計得到了β-谷甾醇提取含量與乙醇濃度、提取時間、料液比和提取溫度的回歸模型，經檢驗證明該模型準確可靠，可以用來預測毛竹筍筍頭中β-谷甾醇的提取含量。

3.2 利用模型的響應面，對影響β-谷甾醇提取含量的關鍵因素及其相互作用進行探討，得到的最優工藝參數為乙醇濃度95%，提取時間20m in，料液比15∶1，提取溫度55℃，在此條件下，β-谷甾醇提取含量為365.52mg/100g。

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Study on optim ization of solventextraction ofβ-sitosterol from Phyllostachys pubescens bamboo shoothead using response surface analysis

LIN Li-jing1，LV Guo-ti1，2，LIJi-hua1，*，ZHU De-m ing1，ZHU Bing-qing1，2，CHEN Xuan-nian3
（1.Agricultural Products Processing Research Institute，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，Zhanjiang 524001，China；
2.College of Food Science and Technology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China；3.West Fujian Food Co.，Ltd.，Longyan 364204，China）

The cond itions inc luding the ethanol solution concentration，time，tem perature and solid-liquid ratio of β-sitosterol from Phyllostachys pubescens bamboo shoot head was stud ied by response surface analysis.The results showed the op timalextraction cond itions were 95%ethanol，extrac ting time 20m in，ratio of liquid to solid 15∶1，tem perature 55℃.Under this cond ition，the yield ofβ-sitosterolwas 365.52mg/100g.

bamboo shoot head；β-sitosterol；extraction technology；response surface analysis

TS221

B

1002-0306（2012）22-0269-04

2012－08－16 *通訊聯系人

林麗靜（1978-），男，博士，研究方向：天然產物化學。

農業部948項目（2012-Z10）；國家工程技術研究中心再建項目（2011FU125Z09）。