單純形法優(yōu)化花生根中白藜蘆醇的微波提取工藝

彭翠紅，麥康燕，譚樂茵，丘秀珍

單純形法優(yōu)化花生根中白藜蘆醇的微波提取工藝

彭翠紅，麥康燕，譚樂茵，丘秀珍

（韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

采用微波提取與分子熒光分析技術(shù)，探索正交試驗(yàn)與改進(jìn)單純形試驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合優(yōu)化花生根中白藜蘆醇的微波提取工藝.通過L9(34)正交試驗(yàn)考察料液比、微波功率、乙醇溶劑濃度以及微波提取時(shí)間等因素對(duì)白藜蘆醇提取效果的影響，再采用改進(jìn)單純形試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化提取工藝.研究表明：結(jié)合正交試驗(yàn)與改進(jìn)單純形法提取花生根中白藜蘆醇的最佳工藝條件為料液比1∶15（g·mL-1），微波功率中高火，微波時(shí)間5 min，乙醇濃度68%.在最佳工藝條件下白藜蘆醇的平均提取率為0.151 5%，與單純采用正交試驗(yàn)最優(yōu)提取條件相比白藜蘆醇的提取率提高了24.30%，有效地實(shí)現(xiàn)了花生根中白藜蘆醇的最佳提取效果.

花生根；白藜蘆醇；微波提取；改進(jìn)單純形設(shè)計(jì)法；正交試驗(yàn)

白藜蘆醇(resveratrol)即3,4′,5-三羥基二苯乙烯（3,4′,5-trihydrolystilbene），是一種含有芪類結(jié)構(gòu)的非黃酮類多酚化合物［1］，主要存在于葡萄、虎杖、桑葚、花生植株等植物中，是植物在惡劣環(huán)境下或遭到病原體侵害時(shí)自身分泌的天然植物抗毒素之一，其藥理活性顯著，高效低毒，具有抗氧化、抗腫瘤、防治心血管病等功能［2-5］，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品等行業(yè)，引起科研工作者極大的研究興趣.

微波輔助提取白藜蘆醇具有提取時(shí)間短，萃取效率高，溶劑用量少等特點(diǎn).目前，探究其微波提取條件多采用正交試驗(yàn)和單因素控制法［6-7］，單純形優(yōu)化法是一種動(dòng)態(tài)的尋優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，改進(jìn)單純形設(shè)計(jì)法特別適用于多因素間有交互作用的體系，能用較少次數(shù)試驗(yàn)迅速獲得最佳工藝條件［8-9］.花生植株根部等廢棄物是天然的白藜蘆醇植物源，其白藜蘆醇含量較高，筆者擬結(jié)合正交試驗(yàn)得出的最佳微波提取條件，采用改進(jìn)單純形設(shè)計(jì)法優(yōu)選韶關(guān)產(chǎn)花生根中白藜蘆醇的提取工藝，為高效、廉價(jià)提取白藜蘆醇提供參考.

1 材料與方法

1.1儀器與材料

LS-55分子發(fā)光光度計(jì)（美國Perkin Elmer公司，F(xiàn)lour方式，激發(fā)狹縫：5.0 nm，發(fā)射狹縫：5.0 nm）；PJ21C-BF美的微波爐；AE240電子天平；DZF-6050D真空干燥箱；聚乙烯消解罐等.

花生根（產(chǎn)于廣東省韶關(guān)市湞江區(qū)）：將新鮮采集的花生根洗凈，真空干燥至恒重后，粉粹，過50目篩，低溫保存.白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥99%，美國Sigma公司）；無水乙醇（GR）；AlCl3等其余試劑均為分析純；二次蒸餾水.

1.2測(cè)定方法

準(zhǔn)確稱取干燥至恒重的白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)品0.008 0 g，用乙醇溶解并定容于100 mL容量瓶中，用無水乙醇配制成80μg·mL-1白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)溶液.量取適量的白藜蘆醇乙醇標(biāo)準(zhǔn)液，加入1.00 mL濃度為50 g/L的AlCl3溶液至25 mL容量瓶中，加乙醇稀釋至刻度，搖勻，靜置40 min后，以乙醇為參比，于分子發(fā)光光度計(jì)上測(cè)定其熒光強(qiáng)度If，得熒光光譜如圖1所示，其最大激發(fā)波長(zhǎng)λEx和最大發(fā)射波長(zhǎng)λEm分別為321.0 nm和380.0 nm.

分別準(zhǔn)確吸取該標(biāo)準(zhǔn)溶液0，0.10，0.20，0.30，0.40，0.50，0.60 mL于25 mL容量瓶中，按以上方法配制不同濃度標(biāo)準(zhǔn)液，在λEx/λEm=321.0 nm/380.0 nm處測(cè)定其熒光強(qiáng)度If，以白藜蘆醇熒光強(qiáng)度If對(duì)質(zhì)量濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2所示，白藜蘆醇的濃度在0～8.41×10-6mol/L范圍內(nèi)與其熒光強(qiáng)度If呈良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為If=370.759 c(μg·mL-1)+7.238，相關(guān)系數(shù)r=0.999 7.

準(zhǔn)確吸取適量的花生根提取液，按分子熒光分析法測(cè)定樣品中白藜蘆醇的含量，計(jì)算花生根中白藜蘆醇的提取率：

c：由回歸方程計(jì)算白藜蘆醇濃度（μg·mL-1）；V：濾液體積（mL）；D：稀釋倍數(shù)；ms：花生根樣的質(zhì)量（g）.

圖1 白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)品的熒光光譜

圖2 白藜蘆醇測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.3微波提取花生根中的白藜蘆醇

準(zhǔn)確稱取1.000 g花生根樣品置于50 mL微波消解瓶中，加入一定濃度的乙醇溶劑后放入微波爐內(nèi)，設(shè)定適當(dāng)?shù)奈⒉〞r(shí)間及微波功率加熱提取，微波提取結(jié)束后取出，靜置冷卻20 min，減壓過濾合并濾液，取濾液稀釋適當(dāng)倍數(shù)后利用分子熒光分析法測(cè)定樣品中白藜蘆醇含量，并計(jì)算白藜蘆醇的提取率.

1.4花生根中白藜蘆醇微波提取工藝的優(yōu)化

1.4.1 正交試驗(yàn)法

選取料液比、微波時(shí)間、乙醇濃度以及微波功率4個(gè)因素，采用L9(34)正交試驗(yàn)確定最佳提取工藝，考察各種提取參數(shù)對(duì)花生根中白藜蘆醇提取效果的影響.L9(34)正交試驗(yàn)考察的因素和水平見表1.

表1 微波提取法正交試驗(yàn)的因素和水平

1.4.2 改進(jìn)單純形試驗(yàn)法

在正交試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，固定料液比為1∶15（g·mL-1），結(jié)合正交試驗(yàn)所得的最優(yōu)提取條件：微波功率中火、乙醇濃度70%、微波時(shí)間6 min，將微波功率、乙醇濃度、微波時(shí)間的步長(zhǎng)分別設(shè)為0.5檔位、5%、0.5 min，利用U4(43)均勻設(shè)計(jì)法構(gòu)成提取白藜蘆醇初始單純形進(jìn)一步試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝.初始單純形各試驗(yàn)點(diǎn)見表2.

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝

選取料液比、微波時(shí)間、乙醇濃度以及微波功率4個(gè)因素及三個(gè)水平作正交試驗(yàn)，對(duì)花生根中白藜蘆醇的微波提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及直觀分析結(jié)果見表3.

表2 U4(43)均勻設(shè)計(jì)構(gòu)成初始單純形各試驗(yàn)點(diǎn)

表3 L9(34)正交試驗(yàn)方案和結(jié)果分析

根據(jù)極差分析，RD＞RC＞RB＞RA，即影響微波提取花生根中白藜蘆醇效果的主次因素順序?yàn)椋毫弦罕龋疚⒉üβ剩疽掖紳舛龋疚⒉〞r(shí)間.由測(cè)定結(jié)果得微波提取花生根中白藜蘆醇最優(yōu)工藝條件是D2C1B3A2，即料液比為1∶15（g·mL-1），微波功率為中火，乙醇濃度為70%，微波時(shí)間為6 min.根據(jù)K值的變化規(guī)律分析，料液比是影響白藜蘆醇提取效果的主要因素，料液比稍高有利于白藜蘆醇的提取；微波處理時(shí)間短，提取不充分，時(shí)間過長(zhǎng)，由于白藜蘆醇是熱不穩(wěn)定性物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致白藜蘆醇分解而使提取率下降；微波功率越大溫度升高越快，溫度過高會(huì)影響提取率，這可能與白藜蘆醇的熱不穩(wěn)定性有關(guān)，而微波功率過低，白藜蘆醇提取不充分導(dǎo)致提取率偏低；提取時(shí)間短，乙醇濃度較高時(shí)有助于白藜蘆醇的快速溶出，原因是根據(jù)“相似相溶”的原理乙醇濃度稍高，溶劑極性與白藜蘆醇極性越接近，越有利于白藜蘆醇溶解.

優(yōu)化條件驗(yàn)證：準(zhǔn)確稱取花生根1.000 g，用70%乙醇溶液按料液比1∶15（g·mL-1），中火微波萃取6 min，微波提取后靜置冷卻20 min，過濾合并濾液，儲(chǔ)放在棕色容量瓶.移取適量濾液按1.2方法測(cè)定白藜蘆醇含量.重復(fù)試驗(yàn)5次，計(jì)算在此最佳條件下得到的花生根中白藜蘆醇含量為1 218.6μg/g，均高于上述正交試驗(yàn)最大值.計(jì)算平均提取得率為0.121 9%，RSD為0.83%.

2.2改進(jìn)單純形試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝

單純形是由n維空間的(n+1)個(gè)頂點(diǎn)（試驗(yàn)點(diǎn)）所構(gòu)成的凸多邊形，空間維數(shù)就是在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中所考慮的影響因素?cái)?shù).改進(jìn)單純形法是在基本單純形優(yōu)化法的基礎(chǔ)上，引入了反射、擴(kuò)展與收縮等操作規(guī)則，變固定步長(zhǎng)為可變步長(zhǎng)推移單純形，在保證優(yōu)化精度的條件下，加快優(yōu)化速度［10-11］.

在單純形的推移過程中，新試驗(yàn)點(diǎn)在空間的位置坐標(biāo)按以下方法計(jì)算［10-11］：

a：反射系數(shù)；n：因素?cái)?shù).

采用改進(jìn)單純形試驗(yàn)對(duì)花生根中白藜蘆醇的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表4所示.

表4 改進(jìn)單純形試驗(yàn)結(jié)果及其推進(jìn)

由表4可知，4個(gè)初始試驗(yàn)點(diǎn)中，按第4號(hào)試驗(yàn)條件提取得到的白藜蘆醇量最少，故以試驗(yàn)點(diǎn)4作為最壞點(diǎn)，利用對(duì)稱反射原理得新試驗(yàn)點(diǎn)5，測(cè)得結(jié)果較高，并與試驗(yàn)點(diǎn)1、2、3結(jié)果進(jìn)行比較，其中試驗(yàn)點(diǎn)3作為最壞點(diǎn)，取其反射點(diǎn)6，其結(jié)果均低于試驗(yàn)點(diǎn)1、2、5，故返回試驗(yàn)點(diǎn)5，取反射系數(shù)a=1.5擴(kuò)大，其試驗(yàn)結(jié)果大于試驗(yàn)點(diǎn)4，再以試驗(yàn)點(diǎn)2作為最壞點(diǎn)進(jìn)行推進(jìn)，得新試驗(yàn)點(diǎn)8的結(jié)果均低于試驗(yàn)點(diǎn)1、5、7.經(jīng)過單純形試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)調(diào)優(yōu)，試驗(yàn)點(diǎn)5的條件為最優(yōu)，即微波提取花生根中白藜蘆醇的最佳工藝為：微波功率中高火，微波時(shí)間為5 min，乙醇濃度為68%.重復(fù)試驗(yàn)5次，計(jì)算該提取條件下得到的花生根中白藜蘆醇平均量為1 514.7μg/g，計(jì)算平均提取得率為0.151 5%，RSD為0.50%.

通過單純形試驗(yàn)與正交試驗(yàn)的結(jié)果比較表明，花生根中白藜蘆醇的提取條件得到了明顯的優(yōu)化，樣品中白藜蘆醇的提取率有了較為明顯的提高，與正交試驗(yàn)相比白藜蘆醇的提取率提高了24.30%.

2.3加標(biāo)回收試驗(yàn)

為驗(yàn)證本方法，在樣品中加入白藜蘆醇標(biāo)樣進(jìn)行回收試驗(yàn)，樣品的加標(biāo)回收率在95.20%～96.20%之間，結(jié)果見表5.由此可見本文所用的優(yōu)化提取工藝方法可行，適用于提取花生根中的白藜蘆醇.

表5 白藜蘆醇加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

在正交試驗(yàn)所得最優(yōu)提取條件基礎(chǔ)上，利用均勻設(shè)計(jì)法確定改進(jìn)單純形設(shè)計(jì)法的初始試驗(yàn)點(diǎn)，經(jīng)過優(yōu)化推進(jìn)后，得微波提取花生根中白藜蘆醇的最佳工藝為乙醇濃度為68%，料液比1∶15（g/mL），微波功率為中高火，微波時(shí)間為5 min，與單純采用正交試驗(yàn)相比白藜蘆醇的提取率提高了24.30%.結(jié)合正交試驗(yàn)和改進(jìn)單純形設(shè)計(jì)法尋找微波提取花生根中白藜蘆醇的最佳條件，相比于單純正交試驗(yàn)，優(yōu)化效果更明顯，此方法簡(jiǎn)便快速、準(zhǔn)確，能夠在較短時(shí)間內(nèi)使工藝條件得到優(yōu)化.

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Simplex method to optimize microwave-assisted extraction of resveratrol in root of peanut

PENG Cui-hong,MAI Kang-yan,TAN Le-yin,QIU Xiu-zhen
（Schoolof Chemistry&Environmental Engineering,Shaoguan University,Shaoguan 521005,Guangdong,China）

By microwave extraction and molecular fluorescence analysis,a new microwave extraction process condition of resveratrol in root of peanut is made through combining with orthogonal test and the improved simplex method.Adopting the method oforthogonaltestwith L9(34),the influencing factors ofextraction conditions for extracting resveratrol in root of peanut were discussed,such as solid-liquid ratio,microwave temperature, concentration of ethanol solvent and microwave time.And then further optimization of extraction process with the improved simplex test.The results show that the optimum technology conditions for extracting resveratrol in rootofpeanut by microwave extraction method and improved simplex method are as follows:the ratio ofmaterial to liquid was 1∶15（g·mL-1）,microwave power of middle high fire,extraction time of 5 min,volume fraction of ethanol was 68%.With these conditions,the extraction rate of resveratrol from the root of peanut is 0.151 5%. Compared with only use orthogonal experiment,the extraction rate is increased by 24.30%.It can obtain the best extraction conditions of resveratrol from the rood of peanut.

root of peanut;resveratrol;microwave-assisted extraction;the improved simplex method;orthogonal experiment

O657.36

A

1007-5348（2014）04-0051-05

（責(zé)任編輯：李婉）

2014-03-12

韶關(guān)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目（韶學(xué)院〔2013〕63號(hào)Sycxcy2013—108）.

彭翠紅（1968－），女，湖北武漢人，韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事分子光譜分析研究.