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响应面法优化野火球总黄酮微波提取工艺



全 文 :北方园艺2015(11):129~132 ·贮藏保鲜加工·
     
第一作者简介:杜娟(1974-),女,硕士,副教授,现主要从事中药质
量标准等研究工作。E-mail:jmsdujuan@126.com.
基金项目:黑龙江省自然科学基金资助项目(D201209);黑龙江省
教育厅科研资助项目(12531714)。
收稿日期:2015-01-19
DOI:10.11937/bfyy.201511032
响应面法优化野火球总黄酮微波提取工艺
杜   娟,吴   岚,闫   红,李 来 军,陈   宁,张 楠 楠
(佳木斯大学 药学院,黑龙江 佳木斯154007)
  摘 要:以野火球为试材,选择乙醇体积分数、微波时间、微波功率、液料比4个因素,利用微
波提取技术对野火球全草总黄酮成分提取工艺进行研究。通过Box-Behnken中心组合设计试验
和响应面分析法,模拟得到二次多项式回归方程的预测模型。结果表明:最佳提取工艺条件为乙
醇浓度20%,微波时间45s,微波功率350W,液料比1∶20mL/g。为野火球的开发利用提供参
考依据和科学数据。
关键词:野火球;总黄酮成分;微波提取法;响应面分析
中图分类号:S 567.23+9 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2015)11-0129-04
  野火球(Trifolium lupinaster L.)属豆科(Legu-
minosae)车轴草属(Trifolium)多年生草本植物,别名车
轴草,始载于《中国主要植物图说》,具有镇静安神、止咳、
止血等功效[1],目前有关野火球牧草开发[2]和组织培
养[3]方面研究较多,由于野火球中含较丰富的黄酮类成
分[4],试验通过对其总黄酮成分提取工艺优化[5],以期为
其药理活性研究奠定基础,为野火球的进一步开发利用
提供理论参考和科学数据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试野火球采摘于黑龙江省伊春市绿潭仙翁山,经
佳木斯大学药学院刘娟教授鉴别为豆科植物野火球
(Trifolium lupinaster L.)。
仪器:S54型紫外可见分光光度计(上海棱光技术
有限公司);BP211D电子分析天平(德国戴多利斯公
司);格兰仕微波炉(佛山市格兰仕微波炉电器有限公
司);架盘药物天平 (北京医用天平厂);玻璃仪器气流
烘干器 (英峪仪器厂);乙醇 (天津市凯通化学试剂
有限公司);芦丁(西安瑞盈生物科技有限公司);亚硝
酸钠 (哈尔滨新达化工厂);氢氧化钠 (天津市博迪
化工有限公司);硝酸铝 (北京化工厂);试剂均为分
析纯


coating using the method of coating processing were determined at this study.It showed that,tea polyphenol incorporated
into sodium alginate-based edible coating had good efect on preservation of fresh-cut Belis perennis,especialy
0.05g/mL sodium alginate coating contained 2.0% (w/v)of tea polyphenol.Due to the 0.05g/mL sodium alginate
coating contained 2.0% (w/v)of tea polyphenol,the fresh weight changes maintained wel and the rate of fresh weight
changes only reached-0.33%after 24days;withering rate decreased perfectly,CK group of fresh-cut Belis perennis
faded nearly al and the group of 0.05g/mL sodium alginate and 0.05g/mL sodium alginate coating contained 1.0%
(w/v)of tea polyphenol faded more than half,but only 16.56%fresh-cut Belis perennis become faded;the content of
soluble sugar and content of soluble protein increased slowly;the maximum value of POD activity and PPO activity
appeared slower,and there was a delay for 8days,4days,4days separately compared with CK group,0.05g/mL sodium
alginate group and 0.05g/mL sodium alginate coating contained 1.0% (w/v)of tea polyphenol group;MDA content of
fresh-cut Belis perennis increased slowly within 24days,and MDA content was obviously smaler than that of CK group
in the late;the relative conductivity stay at a lower lever,but the relative conductivity of other three groups of fresh-cut
Belis perennis had greatly improved.
Keywords:Belis perennis;tea polyphenol;sodium alginate;preservation
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·贮藏保鲜加工· 北方园艺2015(11):129~132
1.2 试验方法
1.2.1 野火球药材的处理 将野火球药材洗净后干燥,
粉碎,过筛以待备用。
1.2.2 标准溶液和储备液的配制 精密移取0.0、0.2、
0.4、0.6、0.8mL芦丁标准溶液,分别置于25mL容量瓶
中,加水至2.4mL,加5%亚硝酸钠溶液0.4mL摇匀放
置6min,精确加入10%硝酸铝溶液0.4mL摇匀放置
6min,精确加入4.3%氢氧化钠溶液4mL,加水至25mL,
摇匀后静置15min。以试剂空白为参比,通过紫外分光
光度计测定,对芦丁溶液浓度(x)和吸光度(y)进行回归
处理得到回归方程为y=8.9056x+0.0002,R2=0.9988,
表明芦丁的含量和吸光度呈良好的线性关系。
1.2.3 微波法提取总黄酮成分单因素考察 称取野
火球粉末0.1g,采用微波提取法,分别考察乙醇浓度
20%~80%,微微波时间15~60s,微波功率200~
400W,液料比(1∶10)~(1∶30)mL/g[6]对黄酮成分的
影响。
1.2.4 响应面试验设计 在以上微波单因素试验考
查的基础上,应用响应面法中心组合设计(Box-
Behnken 8.0.5b),以黄酮提取率(R)为响应值,提取液料
比、微波的提取功率、乙醇溶液浓度和提取时间4个因
素为自变量[7],进行总黄酮成分提取工艺条件试验优化
设计,见表1。
表1 试验因素水平及编码
  Table 1 Experimental factors level and coding
水平
Level
A浓度
Concentration/%
B时间
Time/s
C功率
Power/W
D液料比
Liquid-solid ratio/(mL·g-1)
-1  20  15  250  1∶20
0  40  30  300  1∶25
+1  60  45  350  1∶30
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 乙醇浓度的选择 按液料比1∶20mL/g分别
加入0%、20%、40%、60%、80%不同浓度的乙醇,在微波
功率300W加热30s,过滤,精密移取滤液0.2mL。由
图1可知,随着乙醇体积分数增加总黄酮得率逐渐提
高,当乙醇体积分数约为40%时提取率达到最大,之后
随着乙醇体积分数的增大提取率下降,因此在其它条件
确定时乙醇最佳体积分数约为40%。
2.1.2 微波时间的选择 按液料比1∶20mL/g加入
40%的乙醇,在微波功率300W分别加热0、15、30、45、
60s,过滤,精密移取滤液0.2mL。由图2可知,随着反
应时间的增加,总黄酮得率逐渐提高,当提取时间为45s
时达到最大,之后开始减少,因此,在其它条件确定的情
况下,45s约为黄酮微波提取的最佳时间。
2.1.3 液料比选择 按液料比分别为1∶10、1∶15、
图1 乙醇浓度对提取率的影响
Fig.1 Efect of ethanol concentration on
total flavone extraction rate
图2 不同提取时间对提取率的影响
Fig.2 Efect of extraction time on
total flavone extraction rate
1∶20、1∶25、1∶30mL/g加入40%的乙醇,在微波功
率为300W下加热45s,过滤,精密移取滤液0.2mL。
由图3可知,在料液比约为1∶10mL/g时黄酮得率达
到最大值,之后随液料比增大得率下降,因此在其它条件
一定时,1∶10mL/g为最佳料液比。
2.1.4 微波功率的选择 按液料比1∶20mL/g加入
40%的乙醇,在微波功率分别为200、250、300、350、400W
下加热45s,过滤,精密移取滤液0.2mL。由图4可知,
随着微波功率增加总黄酮得率逐渐提高,当微波功率达
400W时提取率达到最大,因此在其它条件确定的情况
下,400W为最优微波功率。
图3 不同液料比对提取率的影响
Fig.3 Efect of solid-liquid ratio on
total flavone extraction rate
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北方园艺2015(11):129~132 ·贮藏保鲜加工·
图4 不同功率对提取率的影响
Fig.4 Efect of microwave power on
total flavone extraction rate
2.2 提取工艺条件的优化
由表2、3可知,对试验数据进行多项式拟合回归,以
总黄酮提取率(Y)为因变量,乙醇浓度(A),微波时间(B),
微波功率(C)和液料比(D)为自变量,建立回归方程如下:
Y=0.48960+0.033519A+0.031365B+0.017181C-
0.25003D-4.99958E-004AB-3.28125E-005AC+
9.50000E-006AD-5.50000E-005BC+5.89000E-
004BD-3.00000E-005CD-1.19631E-004A2 -
3.58722E-005B2 -1.89585E-005C2 +4.00940E-
003D2。由表3可知,上述回归方程描述与响应面值之
间的关系时因其模型的P<0.0001(显著),差拟项检
验的P=0.2171(不显著),R2=0.9988,表明模型充分
    表2 响应面分析方案及试验结果
  Table 2 Experiment design and result of
response surface methodology
试验号
No.
A乙醇浓度
Concentration

B微波时间
Time
/s
C微波功率
Power
/W
D液料比
Liquid-solid ratio
/(mL·g-1)
Y提取率
Extraction rate

1  1  0  0 -1  1.2000
2 -1 -1  0  0  0.7500
3  0 -1  0 -1  1.2263
4  0  0  0  0  1.0575
5  0  0  0  0  0.9788
6 -1  0  0 -1  1.2338
7 -1  0 -1  0  0.8063
8  0  1  1  0  1.1025
9 -1  0  1  0  1.08375
10  1  1  0  0  0.8213
11  0  0  1 -1  1.3388
12  0  1  0 -1  1.4250
13  0  1  0  1  1.0988
14  0 -1 -1  0  0.6000
15 -1  1  0  0  1.1400
16  0  0  0  0  0.9228
17  0  0  0  0  0.9863
18  0  1 -1  0  0.9750
19 -1  0  0  1  0.7988
20  0 -1  0  1  0.7234
21  1  0 -1  0  0.8438
22  1  0  1  0  0.9900
23  0  0 -1  1  0.7650
24  0 -1  1  0  0.8925
25  1 -1  0  0  1.03125
26  0  0  0  0  0.9975
27  0  0 -1 -1  1.1175
28  1  0  0  1  0.7688
29  0  0  1  1  0.9563
  表3 回归模型方差分析
  Table 3 Regression model analysis of variance
方差来源
Source
平方和
Sum of Square
自由度
DF
均方
Mean square

Fvalue
Pr>F
模型 1.00  14  0.072  15.93 <0.0001
A-乙醇浓度 2.067E-003  1  2.067E-003  0.46  0.5085
B-微波时间 0.15  1  0.15  33.28 <0.0001
C-微波功率 0.13  1  0.13  29.29 <0.0001
D-料液比 0.49  1  0.49  109.62 <0.0001
AB  0.090  1  0.090  20.04  0.0005
AC  4.307E-003  1  4.307E-003  0.96  0.3440
AD  3.610E-006  1  3.610E-006  8.040E-004  0.9778
BC  6.806E-003  1  6.806E-003  1.52  0.2385
BD  7.806E-003  1  7.806E-003  1.74  0.2085
CD  2.250E-004  1  2.250E-004  0.050  0.8261
A2  0.015  1  0.015  3.31  0.0904
B2  4.226E-004  1  4.226E-004  0.094  0.7635
C2  0.015  1  0.015  3.25  0.0932
D2  0.065  1  0.065  14.51  0.0019
残差 0.063  14  4.490E-003
失拟性 0.054  10  5.360E-003  2.32  0.2171
纯误差 9.257E 4  2.314E-003
总差 1.06  28
拟合试验数据,该方程是野火球中总黄酮提取率与提
取工艺各参数的合适数学模型[8]。由图5、6可知,利
用此回归方程确定野火球总黄酮的最佳提取工艺为乙
醇浓度20%,微波时间45s,微波功率350W,料液比
1∶20mL/g。
图5 微波时间和功率对提取率的影响
Fig.5 Efect of microwave time and microwave power on
total flavone extraction rate
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·贮藏保鲜加工· 北方园艺2015(11):129~132
图6 微波时间和液料比对提取率影响
Fig.6 Efect of microwave time and liquid-solid ratio on
total flavone extraction rate
3 结论
该研究在单因素试验的基础上,应用微波提取法,
对野火球全草总黄酮成分提取工艺进行了优化,在响应
面分析基础上建立了提取量与4种因素的回归方程,确
立了最佳提取工艺根据拟合模型绘制响应面的三维图
与等高线图1、2中试验确定最佳提取工艺条件,结果显
示,最佳提取条件为乙醇浓度20%,微波时间45s,微波
功率350W,液料比1∶20mL/g,为野火球开发利用提
供了科学依据。
参考文献
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The Determination and Extraction Technology Optimization of
Flavonoids Content fromTrifolium lupinaster L.
DU Juan,WU Lan,YAN Hong,LI Lai-jun,CHEN Ning,ZHANG Nan-nan
(Pharmacy Department,Jiamusi University,Jiamusi,Heilongjiang 154007)
Abstract:Taking Trifolium lupinaster as material,the efects of ethanol volume fraction,microwave irradiation time,
microwave power,material liquid ratio on the extraction rate of total flavonoids content were studied based on the single
factor experiment using Box-Behnken central composite experimental design and response surface analysis(RSM)
method,established two regression equations of microwave extraction of flavonoids,and the extraction rate of total
flavonoids content by response surface graph drawing and the contour map as the response value.The results showed
that,through the analysis to determine the best extraction conditions test response surface,that were 20%ethanol
concentration,microwave time 45seconds,microwave power 350W,the ratio of liquid to solid 1∶20mL/g.It provided a
theoretical basis and technical support for further development and utilization of Trifolium lupinaster.
Keywords:Trifolium lupinaster;the total flavonoids components;microwave extraction;response surface analysis
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