響應面法優化微波輔助提取諾麗果多酚工藝研究

方瑞娜，趙心瑗，賈小菊

（1.黃河水利職業技術學院環境工程學院，河南開封475004；2.開封市綠色涂層材料重點實驗室，河南開封475004）

諾麗，生活在南太平洋島嶼，有極高醫藥價值，常用于飲品和制藥[1-2]。多酚提取方法有很多，目前比較常見的有：超臨界流體萃取、超聲波輔助提取和微波輔助提取等[3-5]。其中超臨界流體萃取對設備要求高，一次性投資較大[6-7]；超聲波輔助提取效率高，但對多酚提取純度不高[8]；微波輔助提取技術具有操作簡單、溶劑消耗量少、有效成分不易流失等優點，被廣泛應用在生物活性成分的提取中[9-10]。目前，微波輔助提取諾麗果多酚工藝的研究寥寥無幾[11-13]。本試驗利用微波輔助法探討了諾麗果多酚的提取工藝，在單因素基礎上使用響應曲面進行優化，并提供一定的理論基礎和工藝參考為諾麗果多酚的開發利用。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品與試劑

諾麗果：海口；沒食子酸標準品（≥98%）：中國藥品生物制品鑒定所；無水C2H5OH（分析純）：煙臺淞郁股份有限公司；Na2CO3（分析純）：天津市北辰方正試劑廠；1，1-二基-2-苦基肼自由基（DPPH）（分析純）：南京奧多福尼生物科技；2，2-連氮基-雙-（3-乙基苯并二氫噻唑啉-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）（分析純）：合肥巴斯夫生物科技有限公司。

1.1.2 樣品預處理

取新鮮諾麗果，切塊并洗凈后110℃干燥、粉碎過200目篩，裝入棕色瓶中備用。

1.1.3 儀器與設備

UV-1200型紫外可見分光光度計：上海美普達儀器有限公司；XO-SM100型超聲微波組合反應系統：南京先歐儀器制造有限公司。

1.2 方法

1.2.1 提取

諾麗果處理后，加入相應的乙醇濃度，攪拌并靜置15 min，在不同功率下，選擇不同的提取時間，制得待測樣品液。平行3次試驗，取算術平均值。

1.2.2 沒食子酸標準曲線及多酚含量的測定

以沒食子酸為標準品，參照李莉[14]的方法進行多酚的測定。配制成0.50 mg/mL濃度的標準液，吸量管移取 0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 mL 上述溶液置于容量瓶中，依次加入1.50 mL Folin-Cioealteu試劑、2.00 mL 20%Na2CO3，定容、搖勻、并加熱顯色 30 min，于 760 nm測吸光度。將提取液稀釋后依次測定，利用標準曲線計算諾麗果多酚含量。

1.2.3 單因素試驗

取1.000 0 g的諾麗果粉，選取不同的C2H5OH濃度以相應的液料配比，不同的提取時間和不同微波功率制得待測樣品，進行測量。取各因素試驗多次測定的平均值，具體各因素水平見表1。

表1 不同提取條件對多酚提取量的影響Table 1 Effects of extraction conditions on the yield of TPC

1.2.4 諾麗果多酚抗氧化試驗

根據DPPH自由基和ABTS+自由基的去除率研究諾麗果中多酚的抗氧化性。

1.2.4.1 DPPH自由基的去除

參照崔鵬等[15]方法，采用DPPH自由基測定其抗氧化能力。配制濃度是0.20 mg/mL DPPH溶液，放至冰箱避光保存備用。取不同濃度樣品2.00 mL，加入已配置DPPH溶液，搖勻暗處反應30 min。以無水C2H5OH做參比，在517 nm處測吸光度。清除率公式為：

式中：Ai為DPPH溶液吸光度值；Ax為樣品液和DPPH溶液吸光度值；Ae為不含DPPH溶液時樣品液吸光度值。

1.2.4.2 ABTS+自由基的去除

參照韓光亮等[16]方法，以分光光度法測定ABTS+自由基去除率。取不同濃度樣品液2.00 mL，與8.00 mL ABTS使用液混合，混勻，置于暗處30 min，以蒸餾水作參比，于517 nm波長測定吸光度。ABTS+自由基清除率公式為：

式中：A1為ABTS+自由基溶液吸光度值；A0為樣品液和ABTS+自由基溶液吸光度值；A2為不含ABTS+自由基溶液時樣品液吸光度值。

1.2.5 CCD響應面法優化

根據單因素試驗結果，參照孟蘄翾等[17-18]的方法，采用CCD法設計四因素五水平試驗，選取C2H5OH濃度A、液料比B、提取時間C、微波功率D等4個因素優化提取工藝，試驗平行3次，取平均值，因素水平見表2。

表2 因素水平編碼表Table 2 Actors and levels of CCD test

1.3 數據處理

試驗數據采用origin75軟件進行處理并制圖分析單因素試驗結果，運用Design Expert 8.0.6軟件進行響應面結果分析和圖形輸出。

2 結果與分析

2.1 標準曲線

試驗獲得沒食子酸標準系列方程：Y=0.118 5X+0.042 3，R2=0.999 1，沒食子酸標準曲線如圖1所示。

圖1 沒食子酸標準曲線Fig.1 The standard curve of gallic acid

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 C2H5OH濃度對多酚提取率的影響C2H5OH濃度曲線如圖2所示。

圖2 C2H5OH濃度對諾麗果多酚提取率的影響Fig.2 Effect of concentration of ethanol on the extraction rate of polyphone from Noni

隨著C2H5OH濃度增大，多酚的提取率上升，當C2H5OH濃度為40%時，提取率最大而后呈現下降的趨勢。這可能是由于乙醇極性比水小，極性小的物質乙醇濃度越高越易溶解，因此影響提取率。故確定選擇C2H5OH濃度為40%。

2.2.2 液料比對多酚提取率的影響

液料比的曲線如圖3所示。

當液料比增大時，多酚提取率隨之增高，當液料比達到30∶1（mL/g）時提取率最大而后呈持續穩定趨勢。因此，選擇液料比為30∶1（mL/g）以節約成本和濃縮工藝。

2.2.3 提取時間對多酚提取率的影響

提取時間的曲線如圖4所示。

圖3 液料比對諾麗果多酚提取率的影響Fig.3 Effect of ratio of liquid to material on the extraction rate of polyphone from Noni

圖4 微波輔助提取時間對諾麗果多酚提取率的影響Fig.4 Effect of extraction time on the extraction rate of polyphone from Noni

多酚的提取率提取時間的增加而升高，當提取時間達到4 min時，提取率最大而后呈現下降趨勢。這可能是隨時間的增加，多酚溶解更充分，在4 min后，多酚可能會被分解，從而影響提取率。故確定提取時間4 min。

2.2.4 微波功率對多酚提取率的影響

微波功率的曲線如圖5所示。

圖5 微波輔助微波功率對諾麗果多酚提取率的影響Fig.5 Effect of microwave power on the extraction rate of polyphone from Noni

隨著微波功率的增加，多酚的提取率升高，當微波功率達到300 W時提取率最大而后呈現下降趨勢。這可能是隨著時間增加，微波輻射產生大量的熱量，致使多酚物質被氧化。故確定提取時間300 W。

2.3 響應面法優化工藝條件

2.3.1 響應面試驗設計及結果

根據響應面設計原理和表2因素編碼表，響應值為諾麗果中多酚的提取率（Y），使用Design-Expert8.0.6軟件對結果進行分析和圖形輸出。CCD設計和分析結果如表3所示。

表3 響應面試驗設計與結果Table 3 Design and result of CCD

2.3.2 模型的建立及方差分析

參照朱春麗[19-20]等的方法，用Design-Expert8.0.6軟件將模型進行分析，得到諾麗果中多酚提取率以及所選4個因素編碼值的回歸方程為：

Y=2.14+5.74×A+1.35×B-6.41×C+7.34×D-3.49×A×B+1.46×A×C-2.56×A×D-4.33×B×C+4.35×B×D-1.00×C×D-0.20×A2-0.21×B2-0.21×C2-0.20×D2對其檢驗及方差分析，具體結果如表4所示。

表4 多元回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance for the response surface quadratic model

由回歸方程分析可知，以多酚含量建立的模型為顯著。其中模型的決定系數R2=0.997 3，模型的變異系數CV=2.22%，失擬項F=396.30，說明相對于純誤差失擬不顯著。綜合顯示該模型是可以用來分析和預測諾麗果中的多酚的提取量。根據F值的大小，推測本試驗幾個影響因素的重要性為：微波功率（D）＞C2H5OH濃度（A）＞提取時間（C）＞液料比（B）。經響應曲面法分析，最佳提取條件為C2H5OH濃度為40.05%，液料比30.03∶1（mL/g），提取時間為4.00 min，微波功率為301.78 W，此時諾麗果多酚提取量應為2.47 mg/g。

2.3.3 響應面分析

用Design-Expert8.0.6軟件繪制以多酚提取率為響應值的各因子交互作用的響應面圖。具體如圖6～圖11所示。

圖6 提取時間與微波功率的等高線圖和響應曲面圖Fig.6 The response surface and contour figure about extraction time and microwave power

圖7 C2H5OH濃度與提取時間的等高線和響應曲面Fig.7 The response surface and contour figure about ethanol concentration and extraction time

圖8 C2H5OH濃度與微波功率的等高線和響應曲面Fig.8 The response surface and contour figure about ethanol concentration and microwave power

圖9 C2H5OH濃度與液料比的等高線和響應曲面Fig.9 The response surface and contour figure about ethanol concentrate and liquid-to-solid ratio

從圖6～圖9中通過觀察等高線的稀疏度和響應曲面的斜率可知，多酚提取率隨著提取時間的增大微波功率先升高后減小，C2H5OH濃度也大致相同，隨著乙醇濃度的增大提取時間先升高后減小，微波功率也有相同的趨勢；等高線呈橢圓形說明提取時間與微波功率、C2H5OH濃度與提取時間、C2H5OH濃度與微波功率、C2H5OH濃度與液料比對多酚提取率的交互作用顯著。由圖10可以看出，固定C2H5OH濃度和提取時間，隨著液料比增大提取率也增大，提取率也隨微波功率的增加呈先上升后下降趨勢，表明微波功率和液料比對試驗影響較大，等高線呈橢圓形，表明二者的交互作用較顯著，因此曲線較陡峭。由圖11可以看出，固定C2H5OH濃度和微波功率，多酚提取量的平均值為2.45 mg/g與理論預測值接近，說明該模型所得的優化條件參數準確可靠具有實用價值。

圖10 液料比與微波功率的等高線和響應曲面Fig.10 The response surface and contour figure about liquid-tosolid and microwave power

圖11 液料比與提取時間的等高線和響應曲面Fig.11 The response surface and contour figure about liquid-tosolid and extraction time

2.5 抗氧化能力測定結果分析

2.5.1 DPPH自由基清除能力

為考察提取產品的抗氧化性，做DPPH驗證試驗，發現采用此CCD模型提取諾麗果多酚提取液在6.00 mg/mL時，清除率達到58.62%，說明諾麗果多酚提取液抗氧化能力較好。

2.5.2 ABTS+自由基清除能力

為考察諾麗果中多酚對ABTS+自由基清除能力，隨著樣液濃度的增加，自由基的清除能力逐漸增強，當濃度為4.00 mg/mL時，清除能力最高，對ABTS+自由基的清除率達到51.46%，因此諾麗果多酚提取液抗氧化能力較好。

3 結論

采用微波法提取諾麗果中多酚，最優試驗條件如下：C2H5OH 濃度 40%、液料比 30∶1（mL/g）、提取時間4 min，微波功率300 W優化提取條件后多酚平均提取率為2.45 mg/g，與預測值接近說明所得模型可以用于諾麗果多酚提取工藝的優化。進行抗氧化性的試驗得出，諾麗果多酚提取液對DPPH自由基清除率達58.62%，ABTS+自由基的清除率達到51.46%。證明諾麗果多酚成分有較強的抗氧化能力，可以延緩衰老、去除內臟脂肪意義重大。微波輔助提取工藝應用于諾麗果中多酚的提取效果較好，此方法可為諾麗的進一步開發提供有效參考。