響應面法優化超聲波輔助提取云南核桃分心木多酚工藝研究

李克香 張夢雪瑤 劉云 李瑞 梁永林 闞歡

基金項目：云南省教育廳科學研究基金項目（2021Y216）；云南省重大科技專項（2018ZG004）。

作者簡介：李克香（1996—），女，云南昆明人，碩士。研究方向：食品加工與安全。

通信作者：闞歡（1965—），女，云南昆明人，碩士，教授。研究方向：食品加工與安全。E-mail： 13700650213@163.com。

摘 要：以乙醇為浸提溶劑，通過超聲波輔助提取云南核桃分心木中的多酚成分。以多酚提取率為評價指標，采用單因素試驗和響應面試驗，考察液料比、乙醇濃度、超聲時間和超聲功率這4個因素對多酚提取量的影響，確定最優的提取工藝參數。結果表明，液料比（mL∶g）為85∶1、乙醇濃度為43.5%、超聲時間為90.30 min、超聲功率為307 W，云南核桃分心木多酚的提取量可達27.22 mg GAE/g DW。

關鍵詞：云南核桃；分心木；多酚；超聲波；提取工藝；響應面

Study on Response Surface Method Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction of Polyphenols from Diaphragma in Juglans sigillata

LI Kexiang， ZHANG Mengxueyao， LIU Yun， LI Rui， LIANG Yonglin， KAN Huan*

（College of Life Science， Southwest Forestry University， Kunming 650224， China）

Abstract： Using ethanol as the extraction solvent， ultrasonic assisted extraction of polyphenols from diaphragma in Juglans sigillata was carried out. Using the polyphenol extraction rate as the evaluation index， single factor experiments and response surface methodology were used to investigate the effects of liquid to material ratio， ethanol concentration， ultrasound time， and ultrasound power on the polyphenol extraction amount， and to determine the optimal extraction process parameters. The results showed that with a liquid to material ratio （mL∶g） of 85∶1， an ethanol concentration of 43.5%， an ultrasonic time of 90.30 minutes， and an ultrasonic power of 307 W， the extraction amount of diaphragma in Juglans sigillata polyphenols could reach 27.22 mg GAE/g DW.

Keywords： Juglans sigillata; diaphragma; polyphenols; ultrasonic-assisted; extraction process; response surface

云南核桃（Juglans sigillata）分心木是核桃果與仁之間的干燥木質隔膜[1]，其含有生物活性物質多

酚[1-3]。多酚作為一種特殊的植物次級代謝產物，其抗氧化性能優于一般的抗氧化劑，具有清除自由基、抗腫瘤、抗癌變以及抗輻射等效用，可應用于食品、藥品、日化品等領域[4-6]。核桃產業是云南省的支柱型產業之一，2017年底全省種植面積約為2.867×

106 hm2，其中掛果面積達1.333×106 hm2，年產值近315億元[7-8]，因此核桃分心木也尤為豐富。本文通過超聲波輔助提取云南核桃分心木中的多酚成分，分析各因素對多酚提取量的影響，采用響應面優化多酚提取工藝，為云南核桃分心木資源綜合利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

云南核桃分心木，云南磨漿農業股份有限公司；Folin-Phenol，上海源葉科技有限公司；沒食子酸，Sigma公司；無水乙醇、無水碳酸鈉等試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

UV-2600紫外可見分光光度計，島津儀器（蘇州）有限公司；YB-250A型高速多功能粉碎機，永康市速峰工貿有限公司；循環水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司。

1.3 方法

1.3.1 沒食子酸標準溶液的配制

準確稱取0.025 g沒食子酸，加蒸餾水定容到500 mL，將其配制為質量濃度為50 μg·mL-1的沒食子酸標準溶液。分別取0 mL、1.0 mL、2.0 mL、

3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL、6.0 mL、7.0 mL、8.0 mL和

9.0 mL沒食子酸標準溶液（50 μg·mL-1）于50 mL容量瓶中，加入1 mL Folin-Phenol顯色試劑，混合搖勻靜置反應5 min，再加入2 mL 10%的Na2CO3溶液，加水定容配制成沒食子酸待測溶液（濃度分別為0 μg·mL-1、1.0 μg·mL-1、2.0 μg·mL-1、3.0 μg·mL-1、

4.0 μg·mL-1、5.0 μg·mL-1、6.0 μg·mL-1、7.0 μg·mL-1、

8.0 μg·mL-1和9.0 μg·mL-1），然后搖勻靜置，室溫避光反應1 h，于765 nm波長處測定吸光值。

1.3.2 云南核桃分心木中多酚的提取與測定

云南核桃分心木干燥后破碎，過60目篩，所得粉末在4 ℃下保存備用。精確稱取1 g云南核桃分心木粉末，以乙醇作為浸提溶劑，在一定的液料比、乙醇濃度、超聲時間和超聲功率下超聲輔助提取多酚，抽濾收集云南核桃分心木多酚提取液備用。使用Folin-Phenol法[9]測定多酚提取率，取1 mL提取液于50 mL容量瓶中，所用方法與標準曲線方法相同，測定云南核桃分心木提取液總多酚的含量，結果以沒食子酸計。多酚提取量計算公式為

（1）

式中：W為多酚提取量，mg GAE/g DW；C為樣品液總酚濃度，μg·mL-1；V為提取液體積，mL；N為稀釋倍數；m為樣品的質量，g。

1.3.3 單因素試驗

準確稱取1 g云南核桃分心木，使用乙醇對云南核桃分心木中的多酚成分進行浸提，設定超聲波溫度為40 ℃、超聲波頻率為25 Hz。以液料比（mL∶g）70∶1、乙醇濃度40%，超聲時間60 min和超聲功率300 W為基礎條件，分別對液料比（mL∶g）（40∶1、50∶1、60∶1、70∶1、80∶1、

90 ∶1和100∶1）、乙醇濃度（20%、30%、40%、50%、60%和70%）、超聲時間（20 min、40 min、60 min、80 min、100 min和120 min）、超聲功率（150 W、200 W、250 W、300 W、350 W和400 W）等4個因素進行單因素試驗，并根據1.3.2中的方法對提取液進行多酚含量的測定。

1.3.4 云南核桃分心木多酚提取工藝響應面優化

為更好地擬合響應曲面，根據Central Composite試驗設計原理，進行單因素實驗后，對云南核桃分心木多酚提取量進行4因素5水平試驗設計，運用Design-Expert 12.0.3.0軟件優化工藝條件，分別用A、B、C、D代表液料比、乙醇濃度、超聲時間和超聲功率，自變量分別編碼為-α、-1、0、1、+α，編碼水平如表1所示。

2 結果與分析

2.1 沒食子酸標準曲線

以沒食子酸質量濃度（X）為橫坐標，以吸光值（Y）為縱坐標繪制出沒食子酸標準曲線。所得回歸方程為Y=0.105 4X+0.019 6，R2=0.999 6，標準曲線如圖1所示。

2.2 單因素試驗結果分析

2.2.1 液料比對提取量的影響

由圖2可知，當液料比（mL∶g）在40∶1～

90∶1時，提取量隨著乙醇溶劑用量的增大而增加，當液料比（mL∶g）高于90∶1時，多酚提取量趨于平緩，其多酚提取量約平衡在26.23 mg GAE/g DW。

因此，液料比（mL∶g）為90∶1時適用于多酚的提取。

2.2.2 乙醇濃度對提取量的影響

由圖3可知，多酚提取量在乙醇濃度為40%時最大，此時云南核桃分心木多酚提取量為

25.36 mg GAE/g DW，當繼續增加乙醇濃度，從40%提高至70%時，多酚提取量呈明顯的下降趨勢，這可能與云南核桃分心木多酚的極性大小有關。因此，選擇40%的乙醇濃度作為最佳的提取參數。

2.2.3 超聲時間對提取量的影響

由圖4可知，當超聲時間為80 min時，云南核桃分心木多酚提取量明顯高于其他時間段，此時的提取量達到最大值為25.83 mg GAE/g DW。但隨著提取時間的繼續延長，云南核桃分心木多酚提取量反而降低。因此，選擇80 min作為最佳的提取參數。

2.2.4 超聲功率對提取量的影響

由圖5可知，當超聲功率為300 W時，云南核桃分心木多酚提取量達到最高，其提取量為

25.85 mg GAE/g DW。當超聲功率繼續提高至400 W時，云南核桃分心木多酚提取量反而呈下降趨勢，因此選擇300 W作為最佳的提取參數。

2.3 響應面優化提取工藝結果分析

2.3.1 響應面模型的建立及分析

由表2可知，在單因素試驗的基礎上，采用Central Composite試驗設計，利用Design Expert 12.0.3.0軟件對數據進行二次多項式回歸擬合，得到二次回歸模型為

Y=26.88+1.22A+0.66B+0.38C+0.082D+0.25AB+

0.12AC+0.083AD+0.040BC-0.089BD+0.051CD-0.86A2-1.20B2-0.73C2-0.78D2

由表3可知，回歸模型具有較高的顯著性（模型P＜0.000 1），其中失擬項P=0.798 5＞0.05。模型中的校正決定系數R2adj=0.958 6，R2=0.979 3。根據F值可知，本試驗中試驗因素對多酚提取量的影響次序為液料比（A）＞乙醇濃度（B）＞超聲時間（C）＞超聲功率（D）。

2.3.2 響應面優化分析

利用響應值的大小，通過響應面的三維曲面圖綜合分析4個因素之間的交互作用對云南核桃分心木多酚提取量的影響。由圖6可知，液料比、乙醇濃度對多酚提取量影響極顯著，且等高線圖呈現清晰的卵圓形曲線，說明液料比、乙醇濃度、超聲時間、超聲功率四個因素有交互作用，一定程度影響了多酚提取量的大小。

2.3.3 最佳提取條件的確定及回歸模型驗證

通過響應面模型，確定了最佳工藝參數，即液料比（mL∶g）84.95∶1、乙醇濃度43.64%、超聲時間90.29 min、超聲功率307.29 W，在該條件下多酚提取量可達27.44 mg GAE/g DW，因設備參數設置范圍有限，對理論工藝參數進行適宜調整，即液料比（mL∶g）85∶1、乙醇濃度43.5%、超聲時間90.30 min、超聲功率307 W，在調整后的提取條件下，經3次平行試驗進行驗證，結果顯示提取的多酚為27.22 mg GAE/g DW。

3 結論

利用Central Composite響應面設計優化多酚提取工藝參數，結果顯示各因素對提取量影響次序分別為液料比（A）＞乙醇濃度（B）＞超聲時間（C）＞超聲功率（D），最優工藝參數為液料比（mL∶g）85∶1、乙醇濃度43.5%、超聲時間90.30 min、超聲功率307 W，在此工藝參數下提取量可達27.22 mg GAE/g DW，相比李瑞等[10]方法提取的22.35 mg GAE/g DW多酚含量，提取量增加22%。本實驗為云南核桃分心木多酚的深入研究奠定了基礎，有助于提高云南核桃副產物的利用率，減少資源浪費。

參考文獻

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