響應(yīng)面法優(yōu)化黃山貢菊浸提工藝

王琦，郭艷明，韓建群，李明霞，張公杭，董明,2*

1(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶與食品科技學(xué)院，安徽 合肥，230036)　2(合肥市農(nóng)產(chǎn)品加工研究院，安徽 合肥，230036)3(安徽黃山樹(shù)德堂食品飲料有限公司，歙縣，245200)

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響應(yīng)面法優(yōu)化黃山貢菊浸提工藝

王琦1，郭艷明1，韓建群1，李明霞1，張公杭3，董明1,2*

1(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶與食品科技學(xué)院，安徽 合肥，230036)2(合肥市農(nóng)產(chǎn)品加工研究院，安徽 合肥，230036)3(安徽黃山樹(shù)德堂食品飲料有限公司，歙縣，245200)

摘要以黃山貢菊為材料，以浸提溫度、料液比、浸提時(shí)間為主要影響因素，對(duì)貢菊浸提工藝進(jìn)行探索。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)Box-Benhnken中心組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以浸提液中總黃酮含量(R1)、綠原酸含量(R2)、香氣成分百分含量(R3)為響應(yīng)值對(duì)浸提工藝優(yōu)化。響應(yīng)面法分析結(jié)果表明最佳浸提溫度為92 ℃、料液比為1∶75(g∶mL)，浸提時(shí)間為24 min，在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，浸提液中的總黃酮、綠原酸、香氣成分百分含量分別達(dá)到4.917 g/100 g、0.417 g/100 g和85.024%。

關(guān)鍵詞黃山貢菊；水浸提；響應(yīng)面法分析；總黃酮；綠原酸；香氣成分

菊花為菊科菊屬宿根性草本植物[1]，全國(guó)各地均有分布。除觀賞外，亦具有藥用、食用價(jià)值。其中，黃山貢菊因具有疏風(fēng)散熱、抗菌消炎、養(yǎng)肝明目的功能，可治傷風(fēng)感冒、療瘡腫毒、血壓偏高等癥[2-5]，其藥食同源的特性，深受人們喜愛(ài)。

經(jīng)多年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，貢菊含有較豐富的功能性成分，其中具有代表性的黃酮類化合物多達(dá)6.35 g/100 g、綠原酸為0.38 g/100 g[6]，其氨基酸[7-8]種類豐富且含量較高。此外，貢菊香氣成分豐富，主要含烯萜類化合物如石竹烯、金合歡烯、β-欖香烯等，其次還有芳烴類衍生物、醛酮類、雜環(huán)類化合物等[9-10]。

浸提技術(shù)是植物飲料加工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)之一[11]，此步驟中有效成分的提取率直接影響成品飲料中營(yíng)養(yǎng)成分和產(chǎn)品質(zhì)量。已有報(bào)道的菊花原料浸提研究，多為杭白菊和滁菊，一般采用水浸提或醇浸提；浸提溫度過(guò)高、浸提時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致原料的營(yíng)養(yǎng)成分破壞，反之會(huì)出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)成分溶出不完全的情況[12]，尤其是浸提溫度、時(shí)間、料液比對(duì)菊花的香氣成分有很大影響，導(dǎo)致原料中營(yíng)養(yǎng)成分和香氣成分的提取率無(wú)法達(dá)到最大化。目前，對(duì)黃山貢菊為原料的浸提技術(shù)研究報(bào)道甚少。因此，本文通過(guò)對(duì)浸提溫度、料液比、浸提時(shí)間3種工藝參數(shù)的優(yōu)化，探尋最佳浸提工藝參數(shù)，使得貢菊提取液中總黃酮、綠原酸和香氣成分的含量最大，為后續(xù)制作功能性成分高、貢菊香氣濃郁的成品飲料提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

菊花：黃山貢菊，由安徽黃山樹(shù)德堂食品飲料有限公司提供，密封包裝冷庫(kù)貯存。

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，綠原酸標(biāo)準(zhǔn)品，NaNO2、Al(NO2)3、NaOH、無(wú)水乙醇(均為分析純)，乙腈、乙酸(均為色譜純)。

分析天平(MS205DU METTLER TOLEDO)；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；DC-NSG-05多功能提取濃縮機(jī)組，上海達(dá)程實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；離心機(jī)(Anke DL-5-B)；UV-5800PC可見(jiàn)分光光度計(jì)；高效液相色譜儀(Waters 1525)，附紫外檢測(cè)器(Waters 2489)；7890 GC-System氣相色譜儀，美國(guó)安捷倫公司；5975C質(zhì)譜儀，美國(guó)安捷倫公司。

1.2單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次浸提試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，利用水浴鍋加熱達(dá)到試驗(yàn)所需溫度，通過(guò)不同的浸提溫度、保持不同的浸提時(shí)間、向燒杯中添加不同料液比來(lái)進(jìn)行水浸提。

單因素試驗(yàn)研究過(guò)程中，每次改變1個(gè)單因素，其他因素條件不變。以浸提液的總黃酮含量和綠原酸含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，每因素每水平重復(fù)檢測(cè)3次。

(1)浸提溫度的影響：以料液比為1∶75(g∶mL)，浸提時(shí)間為20 min，來(lái)探索貢菊在75、80、85、90、95 ℃下的最佳浸提溫度。

(2)浸提時(shí)間的影響：以料液比為1∶75，浸提溫度為90 ℃，來(lái)探索貢菊在20、22、24、26、28 min下的最佳浸提時(shí)間。

(3)料液比的影響：以浸提溫度為90 ℃，浸提時(shí)間為24 min，來(lái)探索貢菊在1∶65、1∶70、1∶75、1∶80、1∶85下的最佳浸提料液比。

1.3響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用Design-Expert8.0軟件中Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)浸提溫度、料液比、浸提時(shí)間(分別以A、B、C表示)進(jìn)行3因素進(jìn)行3水平試驗(yàn)，具體試驗(yàn)水平及編碼見(jiàn)表1。以浸提液中總黃酮含量(R1)、綠原酸含量(R2)、香氣成分百分含量(R3)為響應(yīng)值來(lái)評(píng)價(jià)浸提效果的好壞。

表1　實(shí)驗(yàn)因素與水平表

以響應(yīng)面法分析得出的最佳浸提條件，在多功能提取機(jī)上浸提，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，并檢測(cè)浸提液中的R1、R2、R3含量。

1.4檢測(cè)方法

1.4.1總黃酮測(cè)定[13]

精密稱取蘆丁對(duì)照品0.01 g，用60%乙醇溶解并定容于10 mL容量瓶中，混勻。依次配成濃度為0、50、100、150、200、250、 300、 350、 400、 450、 500、 550、 600、650 μg/mL的對(duì)照品溶液。取待測(cè)溶液(或?qū)φ掌啡芤? 1 mL，參照DB13/T385—1998方法進(jìn)行檢測(cè)，用1 mL 60%乙醇代替待測(cè)溶液配制成空白溶液。510 nm下測(cè)吸光度，平行3次取平均值。以測(cè)得Y吸光度對(duì)蘆丁濃度X(μg/ml)進(jìn)行線性回歸，回歸方程為Y=0.000 5X-0.0021，R2=0.999 4。方法的線性范圍為0～80 μg/mL。

(1)

1.4.2綠原酸檢測(cè)方法[14]

參照GB/T 22250—2008制備綠原酸標(biāo)準(zhǔn)溶液及對(duì)液體試樣的處理方式進(jìn)行HPLC檢測(cè)。以測(cè)得Y峰面積對(duì)綠原酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度X(μg/mL)進(jìn)行線性回歸，回歸方程為Y=20 731X-13 433，R2=0.999 5。方法的線性范圍為0～80 μg/mL。色譜條件為：Gemini C18色譜柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；紫外檢測(cè)器，檢測(cè)波長(zhǎng)327 nm；流速1.0 mL/min；柱溫：30 ℃；進(jìn)樣量：10 μL；流動(dòng)相A：0.5%CH3COOH/H2O，流動(dòng)相B：CH3CN，流動(dòng)相梯度條件見(jiàn)表2。綠原酸對(duì)照品及貢菊浸提液中綠原酸的出峰時(shí)間見(jiàn)圖1和圖2。

表2　流動(dòng)相梯度條件

(2)

圖1　綠原酸對(duì)照品Fig.1　Chlorogenic acid reference substance

圖2　貢菊浸提液Fig.2　Chrysanthemums extracting liquor

1.4.3香氣成分檢測(cè)[9]

稱取0.5 g樣品于采樣瓶中，按照響應(yīng)面中浸提時(shí)間、浸提溫度、料液比來(lái)提取浸提液。采用頂空固相微萃取法，用空固相微萃取頭吸附40 min，在GC-MS進(jìn)樣口處解吸附5 min后參考沈維治[9]等檢測(cè)菊花香氣成分的GC-MS條件進(jìn)行GC-MS檢測(cè)分析。

結(jié)合NIST11.L譜庫(kù)和CAS編碼對(duì)質(zhì)譜圖進(jìn)行檢索和人工分析，確定各峰名稱。以各香氣成分的總峰面積與所測(cè)得的總峰面積之比表示香氣成分的百分含量。

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1浸提溫度的影響

圖3反映的是總黃酮含量和綠原酸含量隨浸提溫度變化的影響趨勢(shì)。由圖3可知，隨著浸提溫度的升高，浸提液中總黃酮含量隨溫度的升高先升高后下降，在90 ℃時(shí)含量最高；隨著溫度的升高，浸提液中綠原酸含量先呈上升趨勢(shì)，在85 ℃時(shí)上升速率明顯加快，在90 ℃時(shí)含量達(dá)到最高，然后小幅下降。綜合比較，浸提溫度為90 ℃為最佳，此時(shí)，黃酮含量與綠原酸含量均為最高。

圖3　浸提溫度對(duì)總黃酮含量和綠原酸含量的影響Fig.3　Extraction temperature influence on total flavones and chlorogenic acid content

2.1.2浸提時(shí)間的影響

圖4為浸提時(shí)間對(duì)總黃酮含量和綠原酸含量的影響。

圖4　浸提時(shí)間對(duì)總黃酮含量和綠原酸含量的影響Fig.4　Extraction time influence on total flavones and chlorogenic acid content

如圖4所示，總黃酮含量隨著時(shí)間的增加先上升后下降然后趨近于平穩(wěn)，在24 min時(shí)浸提液中總黃酮含量達(dá)到最大；綠原酸含量隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，且趨勢(shì)幅度較大，于24 min時(shí)到達(dá)最大值。綜合結(jié)果，確定浸提時(shí)間24 min為最佳。

2.1.3浸提料液比的影響

圖5反映料液比對(duì)浸提液中總黃酮含量和綠原酸含量的影響。如圖5所示，總黃酮含量隨料液比的加大而先升高后基本趨于平穩(wěn)并伴隨緩慢下降，在1∶75和1∶80處含量基本一致并達(dá)到最大；而綠原酸含量隨料液比的加大呈明顯的先上升后下降趨勢(shì)，在1∶75時(shí)達(dá)到最大值。綜合考慮，選取1∶75為浸提的最佳料液比。

圖5　料液比對(duì)總黃酮含量和綠原酸含量的影響Fig.5　Ratio of material and water influence on total flavones and chlorogenic acid content

2.2響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，浸提溫度選擇85、90、95 ℃共3個(gè)水平，料液比選擇1∶70、1∶75、1∶80共3個(gè)水平，浸提時(shí)間選擇22、24、26 min共3個(gè)水平。以總黃酮含量、綠原酸含量、香氣成分(百分比)為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。表3為試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。3個(gè)響應(yīng)值的方差分析見(jiàn)表4～表6。3個(gè)響應(yīng)值的3因素交互作用的響應(yīng)面圖見(jiàn)圖6～圖8。

表4～表6的方差分析顯示，模型的P值分別為0.003 5、0.003 3、0.008 8，均為極顯著(P<0.01),失擬相均為不顯著(P>0.05)，可知此3個(gè)響應(yīng)值對(duì)模型的影響極顯著，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。由表4和圖6可知，影響浸提液中總黃酮含量的3個(gè)因素由大到小為C(浸提時(shí)間)、A(浸提溫度)、B(料液比)，其中A、C因素影響顯著，交互項(xiàng)BC、B2極顯著，C2影響顯著；由表5和圖7分析可知，影響浸提液中綠原酸含量的因素從大至小為A、B、C，其中A、B為極顯著，C為影響顯著，交互項(xiàng)AB、B2、C2對(duì)響應(yīng)值影響顯著，而A2對(duì)其影響為極顯著。由表6及圖8分析可知，影響浸提液的香氣成分百分含量的因素從大到小為A、B、C，其中A為極顯著，B、C為顯著影響，交互項(xiàng)AC對(duì)香氣成分百分比的影響為極顯著，AB、A2達(dá)到顯著影響。

表3　貢菊浸提液總黃酮含量、綠原酸含量和香氣

表4　R1總黃酮含量實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析表

經(jīng)Design-Expert.V.8軟件分析，3因素?cái)M合后總黃酮含量(R1)、綠原酸含量(R2)和香氣成分百分含量(R3)的回歸方程如下：

總黃酮含量(R1)=+5.00+0.26×A+0.16×B+0.27×C+0.16×A×B+0.11×A×C+0.86×B×C-0.26A2-0.54×B2-0.38×C2

綠原酸含量(R2)=+0.43+0.033×A-0.026×B+0.018×C+0.025×A×B-0.011×A×C-3.250E-003×B×C-0.041×A2-0.026×B2-0.028×C2

香氣成分百分含量(R3)==+85.76-1.48×A-1.06×B-1.02×C-1.34×A×B+2.29×A×C-0.60×B×C+1.37×A2+1.18×B2+0.35×C2

3個(gè)方程的R2分別為0.925 0、0.926 0和0.900 3，均接近1，說(shuō)明模型與試驗(yàn)擬合度好，可以用此方程對(duì)試驗(yàn)的響應(yīng)值進(jìn)行預(yù)測(cè)。

表5　R2綠原酸含量實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析表

表6　R3香氣成分百分含量實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析表

圖6　R1=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C)的響應(yīng)面圖Fig.6　R1=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C) response surface

圖7　R2=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C)的響應(yīng)面圖Fig.7　R2=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C) response surface

圖8　R3=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C)的響應(yīng)面圖Fig.8　R3=f(A,B)、f(A,C)、f(B,C) response surface

3結(jié)論

經(jīng)響應(yīng)面軟件分析，貢菊飲料最佳浸提工藝為浸提溫度91.91 ℃、料液比1∶75.19、浸提時(shí)間為24.06 min。從方便控制條件與實(shí)際操作角度考慮，最佳的浸提工藝為浸提溫度92 ℃、料液比1∶75、浸提時(shí)間24 min。此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)得R1值為4.917 g/100 g、R2值為0.417 g/100 g、R3值為85.024%，與模擬值5.036 g/100 g、0.436 g/100 g和85.595%接近，可證明此模型可靠。

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The optimization of HuangshanChrysanthemumsextraction by response surface method

WANG Qi1, GUO Yan-ming1， HAN Jian-qun1, LI Ming-xia1,ZHANG Gong-hang3, DONG Ming1，2*

1(Tea and Food Technology Academy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)2(Hefei Agricultural products processing research, Hefei 230036, China)3(AnhuiHuangshan Shuter Tong Food and Beverage Limited Company,Shexian 245200,China)

ABSTRACTWith Huangshan Chrysanthemums as the raw material, and extraction temperature, ratio of material to water, and extraction time were selected as the main influence factors. Based on the single factor experiment and Box-Benhnken core combination, the total flavones content (R1), the chlorogenic acid content (R2) and the aroma component content (R3) were used as the response values to optimum extracting technology. The optimal extraction conditions were: temperature 92 ℃, the ratio of material and water 1∶75 , the extraction time 24 min. Under these conditions, conducting the verification test, the content of the total flavones, the chlorogenic acid and the aroma component content in the extracting liquor reached to 4.917, 0.417 g/100g and 85.024% , respectively.

Key wordsHuangshan Chrysanthemum; water extracting technology; response surface methodology; total flavones; chlorogenic acid; aroma component

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201606036

基金項(xiàng)目：安徽省大別山區(qū)農(nóng)林特色產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目資助

收稿日期：2015-10-21，改回日期：2015-12-22

第一作者：碩士研究生(董明副教授為通訊作者，E-mail:dongm58@163.com)。