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Optimization of Extraction Process of Total Flavonoids From Suaeda salsa by Response Surface Methodology

响应面法优化盐地碱蓬草总黄酮提取工艺研究


以盐地碱蓬为原料,为优化盐地碱蓬中总黄酮的提取工艺,选择提取时间、提取温度、乙醇浓度、液料比为自变量,总黄酮含量作为响应值,采用Box-Behnken设计方法,研究各自变量及其交互作用对总黄酮提取量的影响。结果表明,响应面法优化所得的最佳工艺条件可靠,其最佳工艺条件为:提取时间46min、提取温度62℃、乙醇浓度64%、料液比1:21。在此条件下提取盐地碱篷总黄酮含量为6.57mg·g-1。本结果与预测相近,可见响应面法优化盐地碱蓬草总黄酮提取工艺合理可行。


全 文 :!核 农 学 报!"#$%!"&"# $$$,% ($$)$
!"#$%&"()#*+&$,-$.*#/#$&0*.+%*+1
收稿日期!"#$,*$#*#A!接受日期!"#$)*#*#,
基金项目!河北省科技厅计划项目"$""""A#)#
作者简介!钟尉方!女!讲师!主要从事天然活性物质提取研究% 0*1234$d6789\X3>A##;$,>:71
通讯作者!刘红英!女!教授!主要从事食品安全研究% 0*1234$43=####;@382>:71
文章编号!$###*A%%$""#$%##*$$,%*#+
响应面法优化盐地碱蓬草总黄酮提取工艺研究
钟尉方!王岳鸿!刘红英
"河北农业大学海洋学院!河北 秦皇岛!#####
摘!要!以盐地碱蓬为原料!为优化盐地碱蓬中总黄酮的提取工艺!选择提取时间"提取温度"乙醇浓度"
液料比为自变量!总黄酮含量作为响应值!采用 -7^*-X68NX8 设计方法!研究各自变量及其交互作用对
总黄酮提取量的影响# 结果表明!响应面法优化所得的最佳工艺条件可靠!其最佳工艺条件为%提取时
间 )138"提取温度 "O"乙醇浓度 )Q"料液比 $l"$# 在此条件下提取盐地碱篷总黄酮含量为
G%+19&9B$# 本结果与预测相近!可见响应面法优化盐地碱蓬草总黄酮提取工艺合理可行#
关键词!盐地碱蓬$响应面法$黄酮$提取工艺
/EF$$#G$$A&H5>3@@8>$##*A%%$G"#$%G#>$$,%
!!盐地碱蓬"0#&+3& 1&1&#为一年生草本植物!主要
分布于欧洲及亚洲 $ B,( % 在我国河北)辽宁)山东)东
北)内蒙古)山西)陕西北部)宁夏)甘肃北部)青海)新
疆等沿海滩涂)盐碱土地都广泛生长!盐地碱蓬作为一
种能够生存于沿海滩涂)盐碱土壤的植物逐渐引起专
家学者注意% 盐地碱篷草中含有非常丰富的营养物
质!蛋白质)多糖)生物碱)黄酮)酚醌类等化合物 ) B( !
其中黄酮类等有效成分对治疗冠心病)清除自由基)抑
菌)抗癌)保肝活性等方面有显著效果 + BA( % 研究表明
盐地碱蓬的化学成分)营养成分)生物活性)胁迫环境
生存机制)富集重金属能力等 & B$)( !在多领域具有较
高开发利用价值!极具种植栽培潜力% 因此可以预测
未来盐地碱蓬的产量必将不断扩大!可持续地)综合性
地利用盐地碱蓬必将成为新的研究热点%
本文旨在研究响应面法优化提取盐地碱蓬中总黄
酮的提取工艺 $% B$( !为盐地碱篷的进一步开发利用提
供理论依据和技术支持% 目前黄酮提取方法有热水提
取法)乙酸乙酯提取法)乙醇提取法% 乙醇提取方法可
以有效的避免多糖)鞣质)果胶等杂质的干扰 $+( % 本
文选择超声波辅助技术!乙醇溶剂提取方法!利用
/X@398*0^SX?T软件设计试验条件对提取工艺及其影响
因素优化组合 $A B"#( !筛选最优的提取工艺条件为进一
步开发利用盐地碱蓬提供理论依据%
!"材料与方法
!#!"试验材料
盐地碱蓬"采摘于秦皇岛北戴河滩涂湿地#!芦丁
标准品"上海硕光科技公司#&无水乙醇)浓盐酸)氢氧
化钠)三氯化铝)亚硝酸钠等均为分析纯%
!#$"仪器与设备
UfB$A## 紫外可见分光光度计 "北京普析通用
仪器有限责任公司#&iWB)## Ri/m型高功率数控
超声波清洗器"昆山超声仪器有限公司#&bI B$# 型
高速粉碎机"北京燕山正德机械设备有限公司#&UR`
B$A-型离心机"上海安亭科学仪器厂#&D."#$).型
电子分析天平"上海精天电子仪器有限公司#&/RRB
&#+.型电热恒温鼓风干燥箱"上海一恒科技有限公
司#&L0B%"-旋转蒸发器"上海亚荣公司#&冷冻干燥
机"北京松源华兴科技发展有限公司#%
!#%"试验方法
$G,G$!黄酮含量测定方法 +"$ B"",!精密称取芦丁标准
品 $#19!超声波辅助 #Q乙醇溶解!室温定容至
$##1` 容量瓶中!配成 $##"9*1` B$的芦丁标准溶液%
精确吸取芦丁标准溶液 #)$)"),)))%)1` !分别置于
"%1` 容量瓶中!各加 %Q亚硝酸钠溶液 #G,#1` !振摇
%,$$
核!农!学!报 "& 卷
均匀并放至 138!再加入 $#Q三氯化铝溶液 #G,#1` !
摇匀后放置 138!最后加入 $G#174*`B$的氢氧化钠
)G#1` !用 #Q乙醇溶液定容至 $##1` !放置 $%138
后!测定其 %$#81处吸光度值!绘制芦丁含量与吸光
度的标准曲线!得到回归方程%
$G,G"!单因素试验 +",,!盐地碱蓬全草!干燥)精密称
取 $#9!加入一定浓度乙醇溶剂!在设定的条件下"考
察提取温度)提取时间)乙醇浓度)料液比#超声回流
提取!过滤!石油醚萃取!下层溶液浓缩!用乙醇定容至
"%#1` !摇匀作为样品溶液% 取样品溶液 $1` 移至
"%1` 容量瓶中!按照标准曲线制作方法操作!测定吸
光度!根据芦丁标准曲线计算稀释后碱篷总黄酮浓度
":#% 每组平行 , 次!取平均值!计算样品中总黄酮的
提取率%
黄酮提取率 kKCMCm
1
C$##Q
式中$稀释倍数$"%&mB最初定容体积""%#1` #&1B样品质
量"$#G#9#%
$G,G,!响应面分析 +") B"%,!根据单因素试验筛选的乙
醇浓度)提取时间)料液比和提取温度四因素三水平试
验!采用 /X@398*0^SX?TAG#G+G$ 软件设计试验条件!选
用 -7^*-X68NX8 模型!以超声波提取总黄酮含量为响
应值!做四因素三水平二次回归正交组合设计试验!以
."提取时间#)-"提取温度#)K"乙醇浓度#)/"料液
比#为自变量!以碱篷总黄酮含量为响应值"b#!进行
响应面分析!每组平行 , 次!取平均值!优化盐地碱蓬
黄酮提取工艺 "( %
$"结果和分析
$#!"芦丁标准曲线绘制
以芦丁标准液浓度为 轴^)吸光度为 <轴!绘制标
准曲线并得到回归方程"图 $#!所得回归方程为 #G#$#% B^#G##)&!?" k#G&&&,%
$#$"单因素试验结果
"G"G$!乙醇浓度!在料液比为 $l"#"\Ha#)提取时间
为 #138)提取温度为 #O条件下!不同浓度乙醇对盐
地碱篷总黄酮含量的影响见图 "%
研究结果表明!随着乙醇浓度的升高总黄酮含量
先升高后逐渐降低!当乙醇体积分数为 #Q左右时黄
酮含量最高!因此选择 %#Q)#Q)+#Q的乙醇提取浓
度进行响应面分析%
"G"G"!超声时间!在料液比为 $l"#"\Ha#!提取温度
图 !"芦丁标准曲线
/*01!"D.698658IG534:-;5G.*9
图 $"乙醇浓度对提取总黄酮含量的影响
/*01$";;4I.-;4.M69-,I-9I49.56.*-9
-9.-.6,;,63-9-*8:I-9.49.
为 #O!乙醇体积分数为 #Q条件下!不同提取时间
对盐地碱篷总黄酮含量的影响如图 , 所示%
图 %"提取时间对总黄酮含量的影响
/*01%";;4I.-;4W.56I.*-9.*A4-9.-.6,
;,63-9-*8:I-9.49.
提取时间为 )%138 时盐地碱篷总黄酮含量最大!
而后逐渐趋于平衡略有下降!说明一定时间后!超声提
取不会提高盐地碱篷总黄酮的含量!可能会造成黄酮
的分解% 故选择 ,#))%)#138 的提取时间进行响应面
分析%
,$$
! 期 响应面法优化盐地碱蓬草总黄酮提取工艺研究
"G"G,!料液比!在乙醇体积分数为 #Q)提取时间
为 #138)提取温度为 #O的条件下!考察不同料液比
对盐地碱蓬总黄酮含量的影响"图 )#%
图 <"料液比对总黄酮含量的影响
/*01<";;4I.-;A6.45*6,,*RG*856.*- -9
.-.6,;,63-9-*8:I-9.49.
随着料液比上升总黄酮含量逐渐升高% 当料液比
为 $l"#"\Ha#时达到最高!随后逐渐缓慢下降!故选择
料液比为 $l$%)$l"#)$l"% 做响应面分析%
"G"G)!提取温度!在料液比为 $l"#"\Ha#)乙醇体积
分数为 #Q)提取时间为 #138 的条件下!不同提取
温度对盐地碱篷总黄酮提取率的影响!如图 % 所示%
图 ="提取温度对总黄酮含量的影响
/*01=";;4I.-;4W.56I.*-9.4A+456.G54-9
.-.6,;,63-9-*8:I-9.49.
提取温度为 %#O时所得盐地碱篷总黄酮含量最
高!当温度高于 %#O时总黄酮含量基本保持持平或有
所下降!可能超声条件下高温使黄酮分解!故选择 )#)
%#)#O的提取温度进行响应面分析%
$#%"响应面设计试验结果及分析
"G,G$!-7^*-X68NX8 设计实验方案及试验结果!采用
/X@398*0^SX?TAG#G+G$ 软件设计试验条件!选用 -7^*
-X68NX8 模型!对表 $ 的结果进行多元线性回归拟合!
得到总黄酮的提取量对提取时间".#)提取温度"-#)
乙醇浓度"K#)料液比"/#的二次多项回归方程模型$
bkG), h#G##%%A,.h#G#&)-h#G$$Kh#G#+&/h
#G#,).- B #G##+%.K h #G#)./ B #G#)"-K B
#G#A-/B#G#$$K/B#G$"." B#G$&-" B#G$,K" B
#G$+/"%
"G,G"!响应面回归模型的方差分析!为了检验回归
方程的有效性!进一步确定各因素对总黄酮提取率的
影响程度!对回归模型进行了方差分析!结果见表 "%
!!模型的 Ek$&GA"!:p#G###$!差异极显著!即对
黄酮提取率的影响显著% 失拟项 >值为 #G,$A!失拟
项不显著!通过对试验模型可信度进行分析!得到决定
系数 ?" k#G&A%"!响应值的变化有 &AG%"Q来源于所
选因素!表明方程拟合度较好% 说明该回归方程很好
的描述各试验因素与响应值之间关系!试验方法可靠%
对模型进行回归方程系数显著性检验可知$-)K)/)
-K)-/).")-")K")/" 的 :值小于 #G#$!说明提取温
度)乙醇浓度)料液比)提取温度和乙醇浓度)料液比的
交互项及 , 个因素的二项式都具有显著性影响!而其
他交互项)提取时间显著项较差!表明试验因素对响应
值是一种非线性关系%
响应曲面坡度越陡峭!表明响应值对于因素的改
变越敏感&反之曲面越平缓!表明响应值对于因素的改
变越迟钝!图 (图 A 直观的反映了各显著性影响因
素交互作用对响应值的影响!提取温度)乙醇浓度交互
作用曲面陡峭!表明对黄酮提取率交互作用明显% 各
试验因子对响应值的影响的关系为!Kx-x/x.%
"G,G,!优化与验证!根据所得的模型!进一步确定各
因素最佳条件!得优化的提取条件$ .k)138!-k
"O!Kk)Q!/k$l"$!总黄酮得率达到最大值为
G%+19*9B$% 为检验试验结果与真实情况的一致性
和可靠性!进行验证试验!总黄酮得率达到最大值为
G%$19*9B$!相对偏差小于 $Q% 因此!响应面法优化
所得的最佳工艺条件可靠!具有实用价值%
%"讨论
本研究以秦皇岛滩涂湿地盐地碱蓬为原料!经过
烘干杀青!剪碎!超声波提取% 由提取总黄酮优化的结
果可知!采用乙醇溶剂提取!符合黄酮化合物易溶于醇
溶剂的特性&对提取温度而言!温度的提高在一定程度
上能提高黄酮提取速率!但温度过高会造成苷键水解
和色素的溶出&提取时间方面!时间的延长!可以提高
黄酮的提取效率!但另一方面!随着超声提取进行!盐
+,$$
核!农!学!报 "& 卷
!!!! 表 !"响应面分析方案及试验结果
L6),4!"/6I.-5:69854:G,.:-;54:+-9:4:G5;6I4696,7:*:
编号
M=1]X?
.时间
U31XH138
-温度
UX1SX?2T=?XHO
K浓度
K78:X8T?2T378HQ
/料液比
I743P*43g=3P ?2T37"\Ha#
总黄酮含量
K78TX8T7[T7T24[42a7873P@H"19*1` B$ #
$ #")%# #"%## $"+## B$"$l$%# G")
" B$",## # #"## $"$l"%# G$&,
, $"## # B$"%## #"$l"## G$"+
) # # $ $ G,$&
% B$ # $ # G",
$ # # $ G"%A
+ $ $"## # # G")"
A # # # # G%$)
& # # # # G$$
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$, B$ # # B$ G$#"
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$ $ # # B$ %G&A)
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$A # $ $ # G")+
$& # B$ # B$ %GA$"
"# # # # # G)$"
"$ # B$ # $ G$A"
"" B$ $ # # G"$%
", # B$ $ # G$$+
") B$ B$ # # G#A
"% # # B$ $ G#))
" # B$ B$ # %GA+A
"+ B$ # B$ # G#$"
"A # $ # $ G$"
"& # $ B$ # G$+A
图 >"提取温度与乙醇浓度对盐地碱篷总黄酮含量的影响
/*01>"T4:+-9:4:G5;6I4+,-.698*.:I-9.-G5+,-.-;I5-::(*9.456I.*-9)4.C4494W.56I.*-9.4A+456.G54
6984.M69-,I-9I49.56.*-9-9.-.6,;,63-9-*8:I-9.49.
A,$$
! 期 响应面法优化盐地碱蓬草总黄酮提取工艺研究
表 $"响应面回归模型方差分析
L6),4$"E65*69I4696,7:*:;-5.M4)G*,.54054::*-9A-84,
方差来源
I7=?:X
平方和
I=17[@g=2?X@
II
自由度
3[
均方
L*@g=2?X
E值
EQB&#+
:值
:QB&#+
显著性
I3983[3:28:X
Z7PX4 #G+& $) #G#%+ $&GA" p#G###$ !!!
. #G###,+)$ $ #G#),$ ), #G+","
- #G$$ $ #G$$ ,G&+ p#G###$ !!!
K #G$% $ #G$% %#G&) p#G###$ !!!
/ #G#+ $ #G#+ "G), #G###$ !!!
.- #G##)&" $ #G##)&" $G) #G""$,
.K #G###$A"" $ #G###$A"" #G#) #GA#)%
./ #G##A,+" $ #G##A,+" "G&" #G$#&,
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-" #G", $ #G", A#G"% p#G###$ !!!
K" #G$" $ #G$" )$G"+ p#G###$ !!!
/" #G$& $ #G$& G$ p#G###$ !!!
剩余
LX@3P=24
#G#)# $) #G###"A,
失拟
2`:N 7[[3T
#G#," $# #G###,$+& $G%, #G,$A
误差
J=?XX??7?
#G##A"& ) #G##"#+)
总和
K=?T7T24
#GA, "A
!!注$!!!!表示差异极显著!:p#G###$& !表示差异显著!#G#$ pJp#G###$%
M7TX$ !!!38P3:2TX@63964<@3983[3:28TP3[X?X8:X! :p#G###$>! 38P3:2TX@@3983[3:28 P3[X?X8:X! #G#$ p:p#G###$>
图 ?"提取温度与料液比对盐地碱篷总黄酮含量的影响
/*01?"T4:+-9:4:G5;6I4+,-.698*.:I-9.-G5+,-.-;I5-::(*9.456I.*-9)4.C4494W.56I.*-9.4A+456.G54
698A6.45*6,,*RG*856.*- -9.-.6,;,63-9-*8:I-9.49.
地碱蓬中其他多糖类物质也相应的溶出!黄酮的纯度 会有所下降&适合的物料比可以有效地溶解总黄酮!而
&,$$
核!农!学!报 "& 卷
图 ["乙醇浓度与料液比对盐地碱篷总黄酮含量的影响
/*01["T4:+-9:4:G5;6I4+,-.698*.:I-9.-G5+,-.-;I5-::(*9.456I.*-9)4.C4494.M69-,I-9I49.56.*-9
698A6.45*6,,*RG*856.*- -9.-.6,;,63-9-*8:I-9.49.
且不会造成溶剂的浪费% 吴晓莉等 "+(优化了木槿花
总黄酮超声提取工艺!结果是乙醇浓度为 #Q)提取
时间 "#138)料液比 "#l$% 吴现芳等 "A(研究了响应面
优化八宝景天叶总黄酮的超声提取工艺!结果是乙醇
浓度 +"Q!料液比 "$l$!超声温度为 )O!超声时间
)A138% 这 " 位学者的研究均采用超声波乙醇溶剂提
取!以黄酮含量为优化指标!优化结果与本试验较接
近!说明响应面优化超声波辅助提取黄酮的方法可靠%
<"结论
通过响应面法分析!得到乙醇提取盐地碱蓬总黄
酮的最佳工艺条件为提取时间 )138)提取温度 "O)
乙醇浓度 )Q)料液比 $l"$!在此条件下总黄酮提取
量为 G%+ 19*9B$% 较单因素提取有相应的提高!证
明采用响应面法优化提取工艺方法可靠!为盐地碱蓬
提取提供理论基础!对盐地碱篷的研究开发具有重要
意义%
参考文献!
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