響應面法優化超聲輔助提取紫洋蔥花色苷

褚銀玲，吳 春，代麗君

(1.哈爾濱商業大學食品工程學院，哈爾濱150076;2.哈爾濱商業大學 管理學院，哈爾濱150028)

花色苷(anthocyanins)是花青素與糖以糖苷鍵結合而成的一類化合物，屬于類黃酮，廣泛存在于植物的花、果實、莖、葉和根器官的細胞液中，是使其呈現由紅、紫紅到藍等不同顏色的物質基礎.花色苷類物質由于其各種藥理活性及可作為天然色素的良好來源而備受關注[1].花色苷具有抗氧化、清除自由基、抗突變活性、減輕肝功能障礙、降血糖以及抗腫瘤的功能.紫洋蔥(red onion)富含花色苷，其花色苷提取物具有很強的抗氧化活性及其他功能性質[2].

超聲輔助提取方法具有方便、快速、易操作、安全等優點，因此本實驗采用超聲輔助提取花色苷，并對影響提取因素進行研究.同時，應用響應面法優化其提取工藝條件，旨在提高紫洋蔥中花色苷的提取率[3].

1 材料與方法

1.1 實驗材料及儀器

1.1.1 原料與試劑

原料:紫洋蔥(購于家樂福超市).

試劑:無水乙醇(天津市天力化學試劑有限公司)，36%～38%HCl(哈爾濱市新達化工廠)，氫氧化鈉(天津市天新精細化工開發中心)，鄰苯二甲酸氫鉀緩沖劑、四硼酸鈉緩沖劑(上海雷磁·創業儀器儀表有限公司).

1.1.2 儀器

KQ3200DE型數控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，PHS－25型酸度計(上海偉業儀器廠)，721E型可見分光光度計(上海光譜儀器有限公司)，R－205旋轉蒸發器(上海申勝生物技術有限公司)，W201D恒溫水浴鍋(上海申勝生物技術有限公司)，SHB－III循環水式多用真空泵(鄭州長城科工貿有限公司).

1.2 實驗方法

1.2.1 預處理

將紫洋蔥剝開，切成小塊，60℃烘干，粉碎處理后過60目篩避光保存備用[4].

1.2.2 提取方法

準確稱取1.000 g預處理好的洋蔥粉，按一定的固液比，加入一定體積分數的的乙醇，用鹽酸調至pH值為2，在一定的溫度，一定的時間下超聲提取.提取液抽濾，而后定容至100 mL，并在530 nm下測吸光度[5].

1.2.3 總花色苷含量計算

總花色苷含量(mg/100 g)=(吸光度值×稀釋倍數×浸提溶液的體積×100)/(原料質量×98.2)，其中98.2是消光系數[6].

1.3 單因素實驗[7]

1.3.1 乙醇體積分數對紫洋蔥中花色苷提取的影響

準確稱取1.00 g紫洋蔥粉至100 mL磨口瓶中，加入乙醇體積分數分別為40%，50%，60%，70%，80%，90%的乙醇溶液，料液比為1∶30，提取時間為50 min，提取溫度為50℃.

1.3.2 料液比對紫洋蔥中花色苷提取的影響

準確稱取1.00 g紫洋蔥粉至100 mL磨口瓶中，加入乙醇體積分數為70%的乙醇溶液，料液比分別為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60，提取時間為50 min，提取溫度為50℃.

1.3.3 提取時間對紫洋蔥中花色苷提取的影響

準確稱取1.00 g子洋蔥粉值100 mL磨口瓶中，加入乙醇體積分數為70%的乙醇溶液，料液比為1∶30，提取時間分別為10、20、30、40、50、60 min，提取溫度為50℃.

1.3.4 提取溫度對紫洋蔥中花色苷提取的影響

準確稱取1.00 g紫洋蔥粉至100 mL磨口瓶中，加入乙醇體積分數為70%的乙醇溶液，料液比為1∶30，提取時間為50 min，提取溫度分別為10、20、30、40、50、60℃.

1.4 響應面分析實驗

在單因素實驗結果基礎上，綜合考慮各因素對花色苷含量的影響，根據Box－Benhnken中心組合試驗設計原理，采用四因素三水平的響應面分析方法[8]，實驗因素水平設計見表1.

表1 響應面實驗因素水平表

2 結果與討論

2.1 花色苷提取的單因素實驗結果

2.1.1 乙醇體積分數對花色苷提取的影響

從圖1中可以看出，隨著乙醇體積分數的增大吸光度值也逐漸增大當達到70%時達到最大值，當大于70%時吸光度值逐漸減小.當乙醇體積分數小時，洋蔥中一些可溶水性物質溶出不利于花色苷的提取，當乙醇體積分數過高時極性低反而不利于花色苷提取.

圖1 乙醇體積分數對洋蔥花色苷提取的影響

2.1.2 固液比對花色苷提取的影響

從圖2中可以看出，隨著固液比增加吸光度值也逐漸增大，當固液比為30 mL/g時達到最大值，當固液比再增大時吸光度值緩慢且趨于平穩，考慮到花色苷的提取率及原料等因素，固液比在20～40 mL/g時較為理想.

圖2 固液比對洋蔥花色苷提取的影響

2.1.3 提取溫度對花色苷提取的影響

從圖3中可以看出當溫度增高時吸光度值明顯增大.當溫度達到50℃時達到最大值，高于50℃后吸光度值緩慢下降，從40℃后曲線變化平緩.由于隨著溫度升高有利于花色苷溶出和提取，當溫度高于60℃時花色苷較不穩定.

圖3 溫度對紫洋蔥花色苷提取的影響

2.1.4 提取時間對花色苷提取的影響

從圖4中可以看出，隨著時間的增長，吸光度值逐漸增大，但當時間大于30 min后吸光度值緩慢增大且變化不明顯.由于在提取時間為30 min時花色苷基本被提取出來.考慮節能因素時間在20～40 min較為理想.

圖4 時間對紫洋蔥花色苷提取的影響

2.2 花色苷提取的響應面分析實驗結果

2.2.1 花色苷提取響應面法實驗方案和結果

由Box－Behnken設計實驗方案及實驗結果見表2，對表2實驗結果進行擬合分析得到擬合方程模型為:Y=0.65+0.03A+0.01B－0.002 25C+0.007 916 667D－0.003 25AB+0.003 25AC－0.034 75AD－0.004BC+0.033BD－0.003 5CD－0.101 166 67A2－0.058 166 667B2－0.038 916 667C2－0.023 666 667D2.

2.2.2 顯著性分析

由表3可知，模型效果顯著回歸模型(P＜0.000 1)，誤差項不顯著表明擬合方程與實際試驗情況較為接近，因此可用該方程代替實驗真實值進行實驗分析.該方程表明一次項二次項對實驗影響都較為顯著.因此在一定范圍內調整乙醇體積分數、固液比、時間、溫度，可得到最佳提取條件[9－10].從表3中可知影響花色苷提取率的因素主次依次為乙醇體積分數(A)＞固液比(B)＞時間(D)＞溫度(C).

表2 實驗方案和結果

表3 方差分析表

2.2.3 紫洋蔥花色苷提取的響應面分析

從圖5～10可知，乙醇體積分數和固液比交互作用顯著，乙醇體積分數為50%～70%，固液比為20～40mL/g的交互范圍內吸光度值有最高值，溫度和乙醇體積分數交互作用以及乙醇體積分數和時間交互作用較為顯著.固液比和時間的交互作用不明顯，固液比和溫度，時間和溫度交互作用不明顯.

圖5 乙醇體積分數固液比交互作用的曲面圖

圖6 溫度和乙醇體積分數交互作用的曲面圖

圖7 乙醇體積分數和時間交互作用的曲面圖

圖8 固液比和溫度交互作用的曲面圖

圖9 固液比和時間交互作用的曲面圖

圖10 溫度和時間交互作用的曲面圖

為確定最大吸光度值即最優提取條件，通過對軟件分析和擬合方程計算得到最優提取條件為:乙醇體積分數:72%，固液比:1∶30，溫度:55℃，時間55 min.通過驗證實驗(采用最優條件并平行三次)得到吸光度值為0.674，此時花色苷得率為100.16 mg/g.

3 結語

通過響應面法分析實驗，對紫洋蔥花色苷最佳提取條件進行優化，并對實驗結果進行分析得到擬合模擬方程.結果表明乙醇含量和固液比對紫洋蔥花色苷提取顯著，時間和溫度對花色苷提取影響不明顯.通過擬合方程得到最佳提取條件為:乙醇體積分數72%，固液比1∶30，溫度55℃，時間55 min，此時花色苷得率為100.16 mg/g.

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