響應(yīng)面法優(yōu)化油茶蒲黃酮提取工藝的研究

◎ 周琛媛，董柳青

（1.浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.桐廬縣檢驗(yàn)檢測(cè)中心，浙江 桐廬 311500）

油茶（Camellia oleiferaAbel.）又稱茶油樹(shù)或茶子樹(shù)，油茶蒲是油茶果的外表皮，占油茶果60%以上。油茶蒲是油茶加工中加工副產(chǎn)物，一般被燃燒或丟棄。油茶蒲中含有多酚、多糖、茶皂素等生物活性物質(zhì)[1]，油茶蒲提取物（Camellia oleiferaExtract，OCE）具有抗氧化、減肥降脂、抗腫瘤、改善前列腺疾病[2]等生物功能。

黃酮類化合物在植物體內(nèi)普遍存在，具有抗氧化、抗菌、抗癌等生物活性[3]。吳蘇喜等[4]比較了油茶蒲不同溶劑粗提液的總黃酮提取率與抗氧化活性，表明油茶蒲黃酮利用的最佳提取劑是60%乙酸乙酯-乙醇溶液，總黃酮提取率達(dá)4.13%。為了安全考慮，本試驗(yàn)采用乙醇溶液為提取溶劑，以油茶蒲總黃酮提取率為指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化提取油茶蒲黃酮化合物的工藝，旨在為油茶蒲黃酮的高效提取和深度開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

油茶蒲，產(chǎn)自浙江常山，經(jīng)粉碎、過(guò)80目篩，得到油茶蒲粉末；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，純度95%；亞硝酸鈉等化學(xué)試劑為分析純；試驗(yàn)所用水均為純凈水；KQ-300DE數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；EON酶標(biāo)儀，國(guó)伯騰儀器有限公司；RE-2000B旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 油茶蒲黃酮的提取工藝

稱取一定量的油茶蒲粉末，加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙醇溶液，在不同的提取溫度、超聲功率、乙醇體積分?jǐn)?shù)下進(jìn)行提取，5 000 r·min-1離心10 min，合并上清液。

1.2.2 總黃酮得率的計(jì)算

（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。按照趙波[5]的方法，以蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度（C）為橫坐標(biāo)，吸光值（A）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程為y=0.698 3x+0.013 5。

（2）總黃酮的測(cè)定及得率的計(jì)算。制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)定油茶蒲黃酮的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的方程得到總黃酮質(zhì)量濃度，按式（1）計(jì)算提取率。

式（1）中：W-油茶蒲總黃酮得率，%；c-根據(jù)吸光度值計(jì)算出的溶液質(zhì)量濃度，mg·mL-1；D-溶液稀釋倍數(shù)；V-供試品溶液體積，mL；m-油茶蒲粉末質(zhì)量，mg。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

以提取溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)和超聲功率3個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)。設(shè)定提取溫度為30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃和80 ℃；乙醇體積分?jǐn)?shù)為0、40%、50%、60%、70%、80%和100%；超聲功率為30 W、50 W、70 W、90 W、110 W、130和150 W。平行提取3次，探究3個(gè)因素對(duì)油茶蒲總黃酮提取率的影響。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，以提取溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲功率為自變量，總黃酮提取率為響應(yīng)值，Box-Behnken為試驗(yàn)?zāi)Ｐ停捎?因素3水平響應(yīng)面分析方法，優(yōu)化油茶蒲總黃酮的提取工藝，因素與水平設(shè)計(jì)表見(jiàn)表1。

表1 因素與水平設(shè)計(jì)表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 提取溫度對(duì)總黃酮提取率的影響

由圖1可知，油茶蒲總黃酮的提取率隨著溫度的升高先上升后下降，在60 ℃時(shí)達(dá)到最大值。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，油茶蒲中黃酮類物質(zhì)溶解加快，黃酮提取率隨溫度升高而升高；當(dāng)超過(guò)一定溫度時(shí)，黃酮結(jié)構(gòu)被破壞，油茶蒲總黃酮的提取率下降。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇60 ℃的提取溫度較適宜。

圖1 提取溫度對(duì)油茶蒲總黃酮提取率的影響圖

2.1.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)總黃酮提取率的影響

由圖2可知，油茶蒲總黃酮提取率隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加先增高后降低，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，提取率最大。這主要是因?yàn)?0%的乙醇與油茶蒲黃酮類物質(zhì)的極性相似，導(dǎo)致黃酮類物質(zhì)最容易被溶出。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇70%左右的乙醇溶液作為提取溶劑。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)油茶蒲總黃酮提取率的影響圖

2.1.3 超聲功率對(duì)總黃酮提取率的影響

由圖3可知，在超聲功率為30～150 W時(shí)，油茶蒲總黃酮提取率先升高后下降，在超聲功率為90 W時(shí)，提取率最大。這主要因?yàn)殡S著超聲功率的增大，超聲作用使油茶蒲分子發(fā)生振蕩，加速了黃酮類物質(zhì)的溶出；超聲功率超過(guò)90 W時(shí)，使一些其他非黃酮成分溶出增多，總黃酮的提取率下降。

圖3 超聲功率對(duì)油茶蒲總黃酮提取率的影響圖

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 模型的建立和顯著性分析

利用Design Expert 8.0.6軟件對(duì)表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次回歸擬合，得到二次多元回歸模型：Y=7.03-0.13A+0.20B-0.26C+0.062AB-0.13AC-0.20BC-0.70A2-0.51B2-0.79C2。

對(duì)該回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3所示。本試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵回歸值=20.32，P=0.000 3＜0.01，表明該二次模型存在極顯著差異，試驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蛴脕?lái)分析和預(yù)測(cè)油茶蒲總黃酮的提取率；F失擬值=6.14，P=0.056 1＞0.05，表明失擬不顯著，試驗(yàn)誤差較小，試驗(yàn)穩(wěn)定性良好。對(duì)油茶蒲總黃酮提取率影響順序關(guān)系為A溫度＞B乙醇體積分?jǐn)?shù)＞C超聲功率。

表3 響應(yīng)面方差分析表

2.2.2 最佳提取工藝驗(yàn)證

通過(guò)模型預(yù)測(cè)沙棘果渣總黃酮提取的最佳工藝條件為提取溫度59.37 ℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)72.26%、超聲功率86.28 W，此時(shí)預(yù)測(cè)最大總黃酮提取率Y=7.08%。結(jié)合實(shí)際操作修整最佳工藝為提取溫度為60 ℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)為65%、超聲功率為72 W，結(jié)果測(cè)得總黃酮提取率為6.98%，與預(yù)測(cè)提取率7.08%接近，表明該響應(yīng)面模型優(yōu)化得到的油茶蒲總黃酮提取工藝是可靠的。

3 結(jié)論

以總黃酮提取率為指標(biāo)，單因素試驗(yàn)結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化油茶蒲總黃酮提取工藝。單因素試驗(yàn)確定的較好的因素水平為提取溫度60 ℃、乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)70%、超聲功率為90 W。響應(yīng)面優(yōu)化法優(yōu)化結(jié)合實(shí)際操作，得到的最佳工藝條件為提取溫度為60 ℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)65%，超聲功率為72 W，得到總黃酮提取率為6.98%，與預(yù)測(cè)提取率7.08%接近，說(shuō)明該響應(yīng)面模型準(zhǔn)確可靠，同時(shí)提高了油茶蒲黃酮的提取率，為后續(xù)的油茶蒲中總黃酮的提取和開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。