響應面優化苦蕎黃酮超聲波提取工藝

曹婭，錢志偉

河南農業職業學院食品工程學院（鄭州 451450）

蕎麥是一種寒帶植物，有很強的生存能力[1]。蕎麥富含多種抑制腫瘤、癌細胞的成分，這類物質有較高的醫藥價值。除了有抗癌功效之外，還能清理人體內自由基，降低血糖、血脂等[2]。黃酮傳統提取方法有2種，即熱水或堿水浸提法[3]。這2種方法提取工藝較長、耗時較多，提取效率不理想。超聲波輔助提取法主要借助超聲波原理，可以提高蕎麥中黃酮溶出率，不管是提取效率還是時間成本都十分顯著[4]。在工業生產領域，這種提取法應用日益廣泛。試驗研究從苦蕎中提取黃酮，同時對優化蕎殼黃酮提取工藝進行研究，為提高苦蕎黃酮提取效率提供理論參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

苦蕎（市售）。

蘆丁標準品、乙醇、氯化鈉、NaOH等（實驗室提供）。

1.2 儀器與設備

超聲波清洗器（旭眾機械設備有限公司）；紫外分光光度計（島津公司）；分析天平（北京新陽儀器設備有限公司）；真空抽濾裝置（天津昌盛科學儀器廠）；旋轉蒸發儀（安徽高博科學儀器有限公司）等。

1.3 試驗方法

1.3.1 苦蕎黃酮超聲波提取工藝[5]

1.3.2 苦蕎黃酮的測定

采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH比色法[6]。

2 結果與分析

2.1 加酶比（果膠酶與纖維素酶質量比）對苦蕎黃酮提取率的影響

從圖1中可以看出，隨著加酶比不斷上升，苦蕎黃酮提取率相應增加，加酶比3∶1時，苦蕎黃酮提取率處于最高水平；加酶比繼續上升，苦蕎黃酮提取率不會繼續增長，這主要是苦蕎細胞壁的獨特結構，以及果膠酶和纖維素酶影響溶液酸堿性。此外，加酶比繼續上升，酶解產物對酶解反應的抑制效果增強。因此，加酶比選擇3∶1比較合適。

圖1 加酶比（果膠酶與纖維素酶質量比）對苦蕎黃酮提取率的影響

2.2 加酶量對苦蕎黃酮提取率的影響

如果加酶量不斷增加，苦蕎黃酮提取率會逐漸上升。當加酶量達到0.3%時，苦蕎黃酮提取率較大。如果繼續增加加酶量，苦蕎黃酮提取上升緩慢，當加酶量達到0.3%時，酶分子接近飽和。綜上，加酶量在0.3%比較合適。

2.3 酶解時間對苦蕎黃酮提取率的影響

從圖3中可以看出，如果酶解時間不斷延長，苦蕎黃酮提取率會逐漸上升。酶解時間22 min后，繼續延長酶解時間后，苦蕎黃酮提取率上升較慢，酶解時間22 min后，酶解反應十分充分。如果繼續增加酶解時間，酶解反應不明顯，只有少量黃酮溶出，苦蕎黃酮提取率增速大幅下降。因此，酶解時間22 min比較合適。

圖3 酶解時間對苦蕎黃酮提取率的影響

2.4 響應面優化苦蕎黃酮超聲波提取工藝

2.4.1 液料比選擇

從圖4中可以看出，隨著溶劑用量不斷增加，苦蕎黃酮含量會相應增長。但苦蕎黃酮超聲波提取過程中，液料比達到24∶1（mL/g）后，苦蕎黃酮提取率增速較慢。在實際中，如果溶劑用量偏低，提取液較少，這對后續過濾分離會產生較大影響；但是隨著溶劑用量不斷增加，后續濃縮工藝耗時增加，成本消耗上升。因此液料比控制在24∶1（mL/g）比較適合。

2.4.2 超聲波功率選擇

從圖5中可以看出，苦蕎黃酮超聲波提取過程中，超聲波功率240 W后，隨著超聲功率不斷上升，瞬間熱效應反應十分突出，反應體系溫度快速上升，溶劑乙醇揮發速度加快，大幅降低提取效率，黃酮轉化效率偏低。因此，苦蕎黃酮超聲波提取過程中超聲波功率選擇240 W比較合適。

圖4 液料比選擇

圖5 超聲波功率選擇

2.4.3 超聲波時間選擇

從圖6中可以看出，隨著超聲波時間不斷延長，苦蕎黃酮提取率也會上升，超聲波時間36 min時，苦蕎黃酮提取率達到最高，此后，隨著時間延長，料液溫度不斷上升，同時溶劑中乙醇加速揮發，黃酮提取率開始減少。因此，苦蕎黃酮超聲波提取過程中超聲波時長選擇36 min比較合適。

圖6 超聲波時間選擇

2.4.4 乙醇體積分數選擇

乙醇水溶劑是一種極性溶劑，乙醇體積分數與其極性成反比，黃酮是一種比較定性的極性物質。如圖7所示，給出在不同乙醇體積分數下對苦蕎黃酮提取率的影響變化。乙醇體積分數＜70%時，隨著乙醇體積分數不斷上升，極性逐漸下降，這是黃酮溶出率不斷上升，提取率增長；乙醇體積分數＞70%時，乙醇體積分數不斷上升時，其極性開始下降，這時候會出現一些雜質，這會減少黃酮的溶出量，黃酮提取率不斷下降。因此，苦蕎黃酮超聲波提取過程中選擇乙醇體積分數70%比較合適。

圖7 乙醇體積分數選擇

2.4.5 苦蕎黃酮超聲波提取的工藝條件優化試驗

表1 響應面優化苦蕎黃酮超聲波提取的工藝因素和水平

表2 苦蕎黃酮超聲波提取條件試驗結果

表3 響應面試驗結果分析

響應面優化苦蕎黃酮超聲波提取的工藝因素和水平試驗安排見表1。苦蕎黃酮超聲波提取條件中，液料比、超聲波功率、超聲波時間、乙醇體積分數對結果影響顯著，結果見表2。提取率二次回歸擬合方程：提取率=2.18+0.32A-0.21B-0.065C-0.086D+0.12AB+0.055AC-0.34AD+0.067BC+0.30BD-0.12CD-0.23A2-0.26B2-0.15C2-0.34D2（其中，A是液料比，B是超聲波功率，C是超聲波時間，D是乙醇體積分數）。

苦蕎黃酮超聲波提取試驗失擬項不顯著，p=0.080 6，模型極顯著，p＜0.000 1，所以能對苦蕎黃酮超聲波提取的條件進行預測。得到苦蕎黃酮超聲波提取的最佳條件為：液料比29∶1（mL/g），超聲波功率242 W，超聲波時間34 min，乙醇體積分數70%。

2.4.6 驗證

設計表4來驗證響應面優化得到的苦蕎黃酮超聲波提取的最佳條件的可靠性。從表4看出，試驗4的提取率最高，因此苦蕎黃酮超聲波提取的最佳條件是：液料比29∶1（mL/g），超聲波功率242 W，超聲波時間34 min，乙醇體積分數70%。

表4 結果驗證

3 結論

苦蕎黃酮提取過程中，加酶比（果膠酶與纖維素酶質量比）3∶1，加酶量為0.3%，酶解時間22 min。苦蕎黃酮超聲波提取的最佳條件是：液料比29∶1（mL/g），超聲波功率242 W，超聲波時間34 min，乙醇體積分數70%。