一種混合植物飲料浸提工藝

張明珠

（廣東加多寶飲料食品有限公司，廣東東莞523852）

一種混合植物飲料浸提工藝

張明珠

（廣東加多寶飲料食品有限公司，廣東東莞523852）

在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法優(yōu)化一種混合中草藥植物飲料浸提工藝。研究表明：回歸方程較好的反映了黃酮提取率與浸提溫度、浸提時間、料液比的關(guān)系；最優(yōu)工藝條件為：浸提溫度80℃，浸提時間80 min，浸提料液比1∶44（g/mL），此工藝條件下得到的黃酮提取率為3.18%，較單因素最佳結(jié)果提高了4.26%。

中草藥；響應(yīng)面法；浸提工藝；黃酮

隨著人們生活水平的提高，對健康意識的日益增強(qiáng)，具有中國特色文化和保健功效的中草藥植物飲料越來越受到消費者的追捧。黃酮類化合物是以2-苯基色原酮為母核而衍生的一系列化合物，其作為許多中草藥植物的主要功效物質(zhì)，具有抗氧化，消炎，抗病毒，抗癌，預(yù)防心血管疾病等功效［1］。淡竹葉為禾本科植物淡竹葉（Lophatherum gracile Brongn）的干燥莖葉，別名竹葉、土冬麥，富含黃酮、多糖、微量元素，具有清熱除煩、利尿通淋的功效［2］。桑葉、蒲公英、菊花、雞蛋花、甘草等都富含黃酮類物質(zhì)［3-7］。

以淡竹葉、桑葉、蒲公英、菊花、雞蛋花、甘草為原料開發(fā)一種具有清熱解毒功效的中草藥飲料，具有一定的市場前景。本研究主要以黃酮為功效指標(biāo)，在單因素試驗基礎(chǔ)上應(yīng)用響應(yīng)面法進(jìn)一步優(yōu)化該飲料浸提工藝，提高其營養(yǎng)價值和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

1材料與方法

1.1材料

植物原料：淡竹葉、桑葉、蒲公英、菊花、雞蛋花、甘草，市售；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，中國藥品生物制品檢定所；其他試劑為分析純，水為反滲透水。

1.2主要儀器與設(shè)備

UV-2450紫外分光光度計：日本島津；BSA224SCW電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；4K15高速冷凍離心機(jī)：德國Sigma。

1.3方法

1.3.1蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線參考文獻(xiàn)［8］，所得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=2.831 5x+0.159 7，R2=0.999 6，曲線0μg/mL～50μg/mL范圍內(nèi)與吸光值有良好的線性關(guān)系。

1.3.2總黃酮含量測定

直接吸取4 mL樣液按1.3.1方法測定樣品中黃酮含量，為扣除樣品本底顏色的干擾，均以樣品空白做參比。黃酮含量由蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線得出。

式中：Y為黃酮提取率，%；C為依據(jù)蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線得到的黃酮含量，（mg/mL）；V1為顯色時定容體積，mL；V2為顯色時取樣體積，mL；V為浸提總體積，mL；m為樣品質(zhì)量，g。

1.4最佳浸提工藝確定

前期主要采用單因素對以淡竹葉為主要原料的混合中草藥植物飲料浸提工藝進(jìn)行研究，單因素得到的最佳浸提工藝為浸提一次，浸提溫度80℃，浸提時間70 min，料液比為1∶40（g/mL），此時黃酮提取率為3.05%。本次研究在單因素實驗基礎(chǔ)上應(yīng)用響應(yīng)面法，選取浸提溫度、時間、液料比為自變量，以黃酮提取率為響應(yīng)值，應(yīng)用響應(yīng)面法進(jìn)一步優(yōu)化浸提工藝。

2結(jié)果與分析

2.1分析因素選擇及分析方法

根據(jù)Box-Benhnken中心組合實驗設(shè)計原理，采用一次浸提工藝，在單因素實驗結(jié)果上選取浸提溫度、時間、料液比三個因素，采用三因素三水平響應(yīng)面法優(yōu)化浸提工藝，實驗因素和水平設(shè)計見表1，實驗方案及結(jié)果見表2。

表1　響應(yīng)面實驗設(shè)計表Table 1Experimental design of RSM

表2　響應(yīng)面分析實驗及結(jié)果Table 2Design and results of RSM

2.2模型建立及顯著性分析

所得的實驗數(shù)據(jù)采用Design Expert 6.15軟件進(jìn)行多元回歸擬合，得到以黃酮提取率為目標(biāo)函數(shù)的二次回歸方程：

該方程的相關(guān)系數(shù)R2=0.991 9，變異系數(shù)（C.V）為0.87在可接受范圍內(nèi)。由表3的分析結(jié)果可知，整體模型極為顯著（“Pr＞F”值<0.000 1），失擬項不顯著（“Pr＞F”值=0.344 2＞0.05），說明方程和實驗擬合較好，可以對黃酮提取率進(jìn)行預(yù)測。

表3　響應(yīng)面方差分析Table 3Analysis of variance of RSM

由表3可知，各單因素對黃酮提取率均呈顯著影響，浸提溫度和浸提時間，浸提時間和料液比的交互作用顯著（“Pr＞F”值<0.05），浸提溫度與料液比的交互作用不顯著（“Pr＞F”值＞0.05）。由F值可知，單因素影響次序為：料液比＞浸提溫度＞浸提時間；各因素間交互作用影響次序為：浸提溫度和浸提時間＞浸提時間和料液比＞浸提溫度和料液比。

2.3浸提工藝的響應(yīng)面分析與優(yōu)化

響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值對各實驗因子A、B、C所構(gòu)成的三維空間的曲面圖，反應(yīng)最佳參數(shù)及各參數(shù)之間的相互作用。用Design Expert 6.15軟件，依回歸方程式繪制響應(yīng)面圖1～圖3。從圖中可以看出，3個響應(yīng)面均為開口向下的凸型曲線，說明響應(yīng)值（黃酮提取率）存在極大值。

由圖1可知，黃酮提取率受浸提溫度和時間的交互影響顯著（等高線呈明顯的不規(guī)則圓形）。黃酮提取率隨溫度和時間變化呈先增加后降低的趨勢，在某個溫度和時間點達(dá)到最大值。其可能的原因是：溶劑中黃酮含量受黃酮浸出速率和氧化速率的影響，一定溫度和時間下，黃酮分子滲透作用、擴(kuò)散作用占主導(dǎo)地位，黃酮類物質(zhì)從細(xì)胞中轉(zhuǎn)移到溶劑中的速率大于黃酮的氧化速率，溶劑中的黃酮含量呈上升趨勢；隨浸提溫度和時間的繼續(xù)增加，黃酮浸出速率逐漸減小，黃酮氧化速率增加，在某個點兩者達(dá)到平衡，此時黃酮提取率達(dá)到最大。此外隨溫度升高，大量雜質(zhì)溶解速度也加快，與黃酮類化合物競爭溶于溶劑體系中，也會干擾黃酮類化合物的浸出速率［9］。

圖1　浸提溫度與時間對黃酮提取率的響應(yīng)面圖Fig.1Chart on effects of temperature and time on extractive rate of flavonoids

圖2　浸提溫度與料液比對黃酮提取率的響應(yīng)圖Fig.2Chart on effect of temperature and ratio of solid to liquid on extraction rate of flavonoids

圖3　浸提時間與料液比對黃酮提取率的響應(yīng)圖Fig.3Chart on effect of time and ratio of solid to liquid on extraction rate of flavonoids

由圖2可知，浸提溫度與料液比對黃酮提取率的等高線圖呈類圓形［10］，說明浸提溫度與料液比對黃酮提取率交互作用不顯著，此現(xiàn)象與表3結(jié)果相符（AC項Pr＞F=0.455 9＞0.05）。

圖3顯示，浸提溫度為80℃時，浸提時間與料液比對黃酮提取率的影響。黃酮提取率隨浸提時間和料液比的增加呈先增大后減小的趨勢，說明浸提時間和料液比對黃酮提取率交互影響作用顯著。

利用Design Expert軟件，以淡竹葉為主要原料的中草藥植物飲料最佳浸提工藝為：浸提溫度80.3℃、浸提時間80 min，料液比1∶44.2（g/mL），此時黃酮提取率為3.15%。考慮到操作可行性，選擇浸提溫度為80℃，浸提時間80 min，料液比為1∶44（g/mL），對以淡竹葉為主要原料的混合中草藥采用一次浸提工藝，重復(fù)浸提5次，得黃酮平均提取率為3.18%，與預(yù)測值3.15%基本一致（相對誤差0.95%），較單因素最佳浸提條件得到的黃酮含量（3.05%）提高了4.26%，說明響應(yīng)面法應(yīng)用于本研究中草藥植物飲料浸提工藝的優(yōu)化，有效提高了其功效物質(zhì)含量，具有一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

3結(jié)論

響應(yīng)面法可應(yīng)用于本研究浸提工藝的優(yōu)化，得到最優(yōu)浸提工藝條件為：浸提溫度80℃，提取時間80 min，浸提料液比1∶44（g/mL），此條件下得到的飲料黃酮提取率為3.18%，與理論值基本相符，較單因素最佳工藝下的黃酮提取率提高了4.26%，有效提高了其營養(yǎng)價值和經(jīng)濟(jì)效益。

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Optimization of Extracting Technology of a Mixed Plant Beverage by Response Surface Methodology

ZHANG Ming-zhu
（Guangdong Jiaduobao Drink&Food Co.，Ltd.，Dongguan 523852，Guangdong，China）

To study the extracting technology of a mixed Chinese herbal medicine plant beverage.Response surface methodology was applied to optimize the extracting process on the basis of single-factor test.The results show that the regression equation fit well with experimental data，the optimum conditions of extracting process are：extracting temperature 80℃，extracting time 80 min，and the ratio of solid to liquid 1∶44（g/mL），the extraction rate of flavonoids with the optimized technology was 3.18%，which was a 4.26%higher than the result of the single-factor test.

Chinese herbal medicine；response surface methodology；extracting technology；flavonoids

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.12.020

2015-04-24

張明珠（1969—），女（漢），工程師，學(xué)士，主要從事功能性飲料開發(fā)與研究。