BOX-BEHNKEN響應面設計優化微波輔助提取大豆胚芽黃酮的工藝

郭慶啟，黃雨洋，王振宇，2，*，張 娜

（1.東北林業大學林學院，黑龍江哈爾濱150040；2.哈爾濱工業大學食品科學與工程學院，黑龍江哈爾濱150086；3.哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江哈爾濱150076）

BOX-BEHNKEN響應面設計優化微波輔助提取大豆胚芽黃酮的工藝

郭慶啟1，黃雨洋1，王振宇1，2，*，張 娜3

（1.東北林業大學林學院，黑龍江哈爾濱150040；2.哈爾濱工業大學食品科學與工程學院，黑龍江哈爾濱150086；3.哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江哈爾濱150076）

以大豆胚芽為原料，以乙醇為浸提溶劑，通過微波輔助提取及Box-Behnken響應面設計優化大豆胚芽黃酮的提取工藝，得到最優工藝參數為：提取時間162s，功率687W，料液比1∶18，乙醇濃度68%。經回歸分析表明：回歸方程的R2=94%，R2Adj=87.99%，預測值為16.33mg/g。經驗證，在最優提取工藝條件下，大豆胚芽總黃酮得率為16.16mg/g，回歸模型的預測值與實測值的相對誤差＜1%。

大豆胚芽，總黃酮，微波輔助，響應面設計，提取

大豆胚芽是大豆制油和蛋白工業的副產品之一，占大豆總重的2.5%［1］，富含黃酮、油脂、皂甙、β-谷甾醇、VE等生理活性成分［2］。1998年Yoshida對大豆胚芽和子葉中的營養成分進行了比較分析，結果表明大豆黃酮在大豆胚芽中的含量遠遠大于大豆子葉和種皮中的含量，一般高出3～15倍［3］。大豆胚芽中總黃酮含量一般為1.4%～1.74%，所以大豆胚芽是提取大豆黃酮的很好原料［4］。國內外學者研究已證實，黃酮類化合物具有很好的生理活性及藥理、保健功能。對乳腺腫瘤、血小板凝集具有抑制作用［5-6］，高濃度黃酮能夠抑制血管滲透性因子誘導的冠狀動脈舒張［7］，且具有抗氧化［8-9］，抗炎，抗微生物及提高免疫功能的作用［10］。響應面分析法是采用多元二次回歸方法作為函數估計的工具，將多因子實驗中因素與指標的相互關系用多項式近似擬合，依此可對函數的響應面和等高線進行分析，研究因子與響應面之間、因子與因子之間的相互關系。本文應用響應面法考察乙醇提取脫脂大豆胚芽總黃酮工藝中各因素對得率的影響，對提取工藝進行了優化，旨在為大豆胚芽的進一步開發利用提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

大豆胚芽 黑龍江九三油脂公司提供；蘆丁標準品 中國藥品生物制品檢定所；乙醇、三氯化鋁、石油醚等化學試劑 均為分析純。

1810型紫外分光光度計 北京普析通用；MG085S-2B微波實驗儀 南京匯研微波系統工程有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大豆胚芽原料的去油處理 由于大豆胚芽中含有大量的油脂，過多的油脂在提取黃酮的過程中影響總黃酮得率，所以在提取大豆胚芽中的黃酮類化合物前必須去除多余油脂。以石油醚為溶劑對大豆胚芽進行去油處理，工藝參數為：大豆胚芽粒度40目，料液比1∶20、萃取時間5h，此條件下大豆胚芽的去油率為10.46%。

1.2.2 提取工藝優化的研究 參考 Wang等和Proestos等的方法［11-12］，采用微波輔助提取法進行大豆胚芽黃酮提取，取5.0g脫脂大豆胚芽粉置于三角瓶中，按一定條件（提取時間、功率、液料比、乙醇濃度）在微波反應器內浸提大豆胚芽黃酮，測定吸光值，計算黃酮得率。

在單因素實驗結果的基礎上選取提取時間、功率、液料比、乙醇濃度4個因素為自變量，分別表示為x1，x2，x3，x4，以大豆胚芽總黃酮得率Y（mg/g）為響應值，根據Box-Behnken響應面設計原理設計響應面分析實驗，因素與水平編碼表見表1。

表1 因素與水平編碼表

1.2.3 總黃酮含量的測定 采用三氯化鋁法測定總黃酮含量［13］。

2 結果與討論

2.1 響應面實驗方案及實驗結果

利用Design-Expert7.0設計響應面實驗方案，以x1、x2、x3、x4為自變量，以總黃酮得率為響應值y1，測定結果見表2。其中實驗序號1～24為析因實驗，25～29為5個中心實驗，用以估計實驗誤差。

2.2 響應面實驗結果分析

通過統計分析軟件Design-Expert7.0對表2中實驗數據進行二次多項式回歸擬合，建立二次多元回歸方程，對該方程的回歸分析與方差分析結果見表3。

表2 響應面分析法實驗方案及實驗結果

表3 回歸與方差分析結果

由表3可知，方程因變量與自變量之間的線性關系明顯，該模型回歸顯著（P＜0.01），失擬項不顯著，并且該模型R2=94.00%=87.99%，說明該模型與實驗擬合良好，自變量與響應值之間線性關系顯著，可以用于該反應的理論推測。由F檢驗可以得到因子貢獻率為：x2＞x3＞x1＞x4，即功率＞料液比＞提取時間＞乙醇濃度。x2、x1x3、x1x4、x2x4、、、項達到了極顯著的水平，其中提取時間和料液比、提取時間和乙醇濃度、功率和乙醇濃度之間存在著交互作用，具體交互作用如圖1所示。

應用響應面分析方法對回歸模型進行分析，尋找最優響應結果為：微波輔助提取法對大豆胚芽總黃酮提取時間162s，功率687W，料液比1∶18，乙醇濃度68%，響應面最優值為16.33mg/g。在響應面分析法優化的最佳條件下進行3次平行實驗，得到大豆胚芽總黃酮得率為16.16mg/g，預測值與實際測量值非常接近，說明響應值的實驗值與回歸方程預測值吻合良好。

圖1 各因素交互作用對黃酮得率的影響規律

3 結論

通過Design-Expert7.0軟件采用Box-Behnken實驗設計法對大豆胚芽黃酮的提取工藝進行了優化。研究結果表明，提取功率對大豆胚芽黃酮提取影響最顯著，并且提取時間和料液比、提取時間和乙醇濃度、功率和乙醇濃度之間存在著交互作用。通過Design-Expert7.0軟件建立了相應的數學模型，并且得到乙醇提取工藝條件為：提取時間162s，功率687W，料液比1∶18，乙醇濃度68%。經過驗證實驗可知在最優提取工藝條件下總黃酮得率可達到16.16mg/g，回歸模型的預測值與實測值的相對誤差＜1%，為以后的中試以及工業化生產提供理論基礎。

［1］李里特.功能性大豆食品［M］.中國較工業出版社，2002.

［2］谷利偉，谷文英.大豆胚芽組成成分的分析［J］.中國油脂，2000，25（6）：137-140.

［3］H M Ho，R Y Chen，L K Leung，et al.Difference in flavonoid and isoflavone profile between soybean and soy leaf［J］.Biomed Pharmacother，2002，56：289-295.

［4］王瑋，王琳.黃酮類化合物的研究進展［J］.沈陽醫學院學報，2002，4（2）：115-119.

［5］Cheng J，Kondo K，Suzuki Y，et al.Inhibitory effects of total flavones of Hippophae Rhamnoides L on thrombosiis in mouse femoral artery and in vitro platelet aggregation［J］.Life Sciences，2003，72：2262-2271.

［6］Djuric Z，Chen G，Daniel R，et al.Effect of soy isoflavone supplementation on markers of oxidative stress in men and women［J］.Cancer Letters，2001，172：1-6.

［7］Fritz K L，Seppanen C M，Kurzer M S，et al.The in vivo antioxidant activity of soybean isoflavones in human subjects［J］. Nutrition Research，2003，23：479-487.

［8］Heneman K M，Chang H C，Prior R L，et al.Soy protein with and without isoflavones fails to substantially increase Postprandial antioxidant canacity［J］.Journal of Nutritional Biochemistry，2007，18：46-53.

［9］Yokozawa T，Chen C P，Dong E，et al.Study on the inhibitory effect of tannins and flavonoids against the 1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical［J］.Biochemical Pharmacology，1998，56：213-222.

［10］Alain F K W，Philip H C，Dulcie A M，et al.Flavones and isoflavones from the west African fabaceae erythrina vogelli［J］. Phytochemistry，2006，67：459-463.

［11］Wang J X，Xiao X H，Li G K.Study of vacuum microwaveassisted extraction of polyphenolic compounds and pigment from Chinese herbs［J］.Journal of Chromatography A，2008，1198-1199：45-53.

［12］Proestos C，Komaitis M.Application of microwave-assisted extraction to the fast extraction of plant phenolic compounds［J］. LWT，2008，41：652-659.

［13］何書美，劉敬蘭.茶葉中總黃酮含量測定方法的研究［J］.化學分析研究簡報，2007，35（9）：1365-1368.

Optimization of technology for microwave-assisted extraction of soybean embryo flavonoids using Box-Behnken response surface analysis

GUO Qing-qi1，HUANG Yu-yang1，WANG Zhen-yu1，2，*，ZHANG Na3
（1.College of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China；2.Food Science and Technology College，Harbin Institute of Technology，Harbin 150086，China；3.College of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin 150076，China）

Extracting flavonoids from the soybean embryo，the best extracting method is microwave assisted ethanol extracting method.With the Box-Behnken response surface analytical method，the regressive model through the optimization of main technical parameters was obtained.The best technical parameters were as followed：extracting time was 162s，extracting power was 687W，the proportion of material to liquid was 1∶18，the concentration of ethanol was 68%.The regressive analysis indicated that in the equation R2=94%，R2Adj=87.99%.The estimating data was 16.33mg/g.Through the validating test，under the best extracting conditions，the yield of total flavonoids from soybean embryo was 16.16mg/g.The relative error between the estimating data of regressive model and actual data was less than 1%.

soybean embryo；total flavonoids；microwave-assisted；RSM；extraction

TS201.2

B

1002-0306（2011）02-0214-03

2010-03-10 *通訊聯系人

郭慶啟（1978-），男，在讀博士，講師，主要從事林產化學方面的研究。