響應(yīng)面法優(yōu)化微波提取南瓜皮葉黃素的工藝研究

郭艷萍， 許 沖， 吳云海

(太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系，山西 太原 030008)

引 言

南瓜(cucurbita moschata duch)，屬于葫蘆科南瓜屬的一個(gè)種，其種類(lèi)有三十幾種。南瓜栽培的條件簡(jiǎn)單、易于儲(chǔ)存、便于運(yùn)輸，另外,南瓜不僅可以作為食物而且有許多醫(yī)用功效。葉黃素是一種脂溶性類(lèi)胡蘿卜素，為橙黃色粉末，不溶于水，能夠溶于乙醇等有機(jī)溶劑[1-3]。響應(yīng)面法是指經(jīng)過(guò)一系列確定性的實(shí)驗(yàn)，得出多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用多元二次回歸方程來(lái)擬合一組函數(shù)關(guān)系的模型，最后通過(guò)對(duì)回歸方程的分析得出一組最優(yōu)的參數(shù)。本研究采用微波輔助技術(shù)提取南瓜皮粉中的葉黃素，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)后運(yùn)用響應(yīng)面法分析多組影響因素的交互作用，最后得出微波輔助提取南瓜皮葉黃素的最優(yōu)工藝條件，旨在為南瓜皮葉黃素的生產(chǎn)工藝改良提供一定的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持[5-7]。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

電子天平、pH儀、752N型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、TGL-16G-C高速冷凍離心機(jī)及電熱恒溫水浴鍋。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制[7]

運(yùn)用葉黃素標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，精確稱(chēng)取葉黃素標(biāo)準(zhǔn)品，并且配制出不同濃度梯度的葉黃素溶液，通過(guò)紫外分光光度計(jì)測(cè)得在不同的葉黃素濃度下溶液的吸光度，記為Ax，最后通過(guò)Origin 8.0繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，從圖中得出葉黃素濃度c與吸光度的比例關(guān)系。

1.2.2 南瓜皮粉的制備

取一個(gè)牛腿南瓜洗干凈備用→切開(kāi)南瓜從南瓜內(nèi)去掉南瓜瓤→取其南瓜皮→低溫烘干→粉碎后過(guò)篩→收集過(guò)篩的南瓜皮粉→制得所需的南瓜皮粉。

1.2.3 微波提取南瓜皮葉黃素單因素實(shí)驗(yàn)

以有機(jī)萃取劑類(lèi)型、液固比、微波時(shí)間、微波功率為變量進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1) 選用的有機(jī)萃取劑分為3種，如表1。

2) 選用的液固比分為5種，如表2。

表2 5種不同的液固比

3) 微波的處理時(shí)間分別有7組，如表3。

表3 7種不同的微波處理時(shí)間

4) 微波的功率設(shè)置為5組，如表4。

表4 5種不同的微波功率 (W)

1.2.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)得出最佳的各單因素條件，再根據(jù)最佳值選取各個(gè)因素的三個(gè)水平，用軟件Design-Expert設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)及結(jié)果

精確稱(chēng)取葉黃素標(biāo)準(zhǔn)品，并且配制出不同濃度梯度的葉黃素溶液。通過(guò)紫外分光光度計(jì)測(cè)得在不同的葉黃素質(zhì)量濃度下溶液的吸光度，記為Ax，最后通過(guò)Origin 8.0繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，如圖1。

圖1 葉黃素質(zhì)量濃度與吸光度A的關(guān)系圖

從圖1分析可得，葉黃素質(zhì)量濃度與吸光度的關(guān)系為：A=162.5c+0.01065

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以有機(jī)萃取劑類(lèi)型、液固比、微波時(shí)間、微波功率為變量進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)單因素實(shí)驗(yàn)的分析得出最優(yōu)的參數(shù)為：有機(jī)萃取劑為無(wú)水乙醇、液固比為40∶1、微波時(shí)間為25 min、微波功率為231 W。

2.3 響應(yīng)面法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)得出最佳的各單因素條件，分析得出影響比較顯著的3個(gè)因素為液固比、微波時(shí)間、微波功率。

根據(jù)這3個(gè)因素的最佳值選取3個(gè)水平，用軟件Design-Expert設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，如表5。

表5 響應(yīng)面設(shè)計(jì)組

通過(guò)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6及第9頁(yè)圖2～圖7。

通過(guò)軟件Design-Expert設(shè)計(jì)出一系列實(shí)驗(yàn)組，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，通過(guò)響應(yīng)面軟件分析建立如下數(shù)學(xué)模型：

吸光度=0.71-0.005 239×A+0.003 943×B+0.005 5×C+0.000 25×AB+0.003 301×AC-0.000 727 8×BC-0.017×A2-0.015×B2-0.009 634×C2

通過(guò)對(duì)這個(gè)二次回歸模型進(jìn)行方差分析(見(jiàn)表7)，得出最佳的提取條件為：有機(jī)提取劑為無(wú)水乙醇、微波處理的功率為286.452 W、微波處理得到時(shí)間為25.620 min、有機(jī)溶劑與南瓜皮粉的比例為38.681∶1。根據(jù)該軟件提示表明，在這組數(shù)據(jù)的條件下，測(cè)得提取液的吸光度為0.714。

表6 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果

表7 回歸方程分析表及各項(xiàng)方差

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取葉黃素的系統(tǒng)研究得到以下結(jié)論：

1) 運(yùn)用微波輔助提取南瓜皮粉中葉黃素的最佳工藝條件為：有劑萃取劑為無(wú)水乙醇、萃取劑與南瓜皮粉的比例為38.6∶1、微波處理功率為286 W、微波處理時(shí)間為25.6 min。

圖2 微波處理時(shí)間和料液比的響應(yīng)面圖

圖3 微波處理時(shí)間和料液比的等高線(xiàn)圖

圖4 微波處理功率和料液比的等高線(xiàn)圖

圖5 微波處理功率和料液比的響應(yīng)面圖

圖6 微波處理功率和微波處理時(shí)間的等高線(xiàn)圖

圖7 微波處理功率和微波處理時(shí)間的響應(yīng)面圖

2) 在上述實(shí)驗(yàn)參數(shù)中得出，葉黃素提取液的吸光度為0.715，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)圖可以得出，提取液中葉黃素的質(zhì)量濃度為0.004 3 mg/mL，從而得出提取的葉黃素為0.107 5 mg，求得提取率為0.021 5%。