全 文 ：第 31卷第 4期 河南工业大学学报(自然科学版) Vol.31, No.4
2010年 8月 JournalofHenanUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition) Aug.2010
收稿日期:2010-05-10
作者简介:张泽志(1971-),男 ,河南柘城人, 讲师 , 研究方向为应
用化学分析.
文章编号:1673-2383(2010)04-0032-05
用响应面法优化微波提取花生壳总黄酮工艺
张泽志 , 高 霞 , 林 钰 , 雷万学
(河南教育学院 化学系 ,河南 郑州 450014)
摘要:利用微波提取花生壳中总黄酮类化合物.在单因素试验的基础上 ,采用响应面法研究微
波提取的最佳工艺条件.结果表明 ,以 80%的乙醇为提取溶剂 ,微波提取最佳条件为:微波功
率 510W、提取时间 12 min、液固比 32∶1(mL/g);在此最佳工艺条件下 ,花生壳总黄酮得率
为 2.385 mg/g.
关键词:花生壳;总黄酮;微波辅助提取;响应面法
中图分类号:TS201.2 文献标志码:B
0 前言
花生是我国主要的油料作物和经济作物之
一 ,是重要的食用植物油资源 [ 1] .目前 ,开发利用
的主要是花生仁 、花生红衣 ,而花生壳大部分用作
燃料或当作废渣弃去 ,仅有少量被加工成饲料或
用于化工原料 ,造成自然资源的极大浪费 ,直接影
响了花生的综合利用价值.资料 [ 2-4]表明花生壳
中含有黄酮类化合物 ,其具有较好的抗氧化 、抗
癌 、抗炎抑菌 、降低胆固醇等多种药理活性 ,具有
一定的开发利用价值.目前 ,花生壳黄酮的提取分
离方法主要有水浸取法 、索氏提取法 、碱性稀醇提
取法等传统的固 —液提取法 [ 5-7] ,这些传统方法
具有原料消耗大 、提取时间长 、产率较低且易造成
污染的缺点.微波辅助萃取(MAE)是近年来发展
较快的新型提取方法 ,具有高效性 、强选择性 、提
取时间短 、能耗低 、节约溶剂等特点 ,广泛应用于
天然化合物及生物活性成分等提取 [ 8-12] .
作者对影响微波提取花生壳总黄酮得率的几
个重要因素进行了系统研究 ,运用响应面分析法
(ResponseSurfaceAnalysis, RSA),并采用 Box-
BenhnkenDesign的中心组合试验设计 ,对试验数
据进行 RSA法分析 ,对拟合数学模型进行描述 ,
筛选出微波提取花生壳总黄酮的最佳工艺条件 ,
旨在为花生的综合利用提供科学依据.
1 材料与方法
1.1 材料
花生(市售)、芦丁(中国药品生物制品检定
所 ,化学对照品);95%乙醇 、硝酸铝 、氢氧化钠 、
亚硝酸钠 、石油醚 、乙酸乙酯等 ,均为分析纯;所用
水为石英亚沸两次蒸馏水.
HR1727粉碎机:珠海飞利浦有限公司;微波
提取设备为改装设备;TU— 1901紫外—可见光度
计:北京谱析通用仪器有限公司.
1.2 方法
1.2.1 芦丁标准曲线及回归方程
精确称取于 120 ℃干燥至恒重的芦丁对照品
0.01g,用 80%乙醇溶解 ,定容于 100 mL容量瓶
中 ,配制成 0.1g/L的芦丁对照品溶液.准确移取
0.0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL的芦丁对照
品溶液于 10 mL容量瓶中 ,用乙醇补充至 3.0
mL;加入 5%亚硝酸钠溶液 0.5mL,摇匀后放置 6
min;然后加入 10%硝酸铝溶液 0.5mL,摇匀后放
置 6 min;最后加入 1 mol/mL氢氧化钠溶液 4
mL,用 80%乙醇补充至刻度 ,摇匀后放置 15 ～ 20
min;以相应试剂做空白 ,于 510 nm处测定吸光
度 ,制作芦丁标准曲线 ,线性回归得到吸光度 A
与黄酮质量浓度 c的方程:A=11.718c-
0.0293 6,相关系数 R=0.999 0.
1.2.2 花生壳总黄酮的提取及含量测定
花生壳洗净后 ,晾干切碎 ,于 60 ℃恒温干燥
12h,冷却后进行粉碎 ,过 40目筛备用.
DOI :10.16433/j.cnki.issn1673-2383.2010.04.004
第 4期 张泽志等:用响应面法优化微波提取花生壳总黄酮工艺 33
准确称取花生壳样品 1.0 g,置于 150 mL平
底烧瓶中 ,按一定液固比加入溶剂.设定微波参
数 ,反应后取出冷却 、静置 、抽滤 , 滤液定容至
50.0mL作为待测液.取待测液 2.0 mL,置于 10
mL容量瓶中 ,用溶剂补充至 3.0 mL,按照测定芦
丁标准溶液吸光度的方法测定其吸光度 A.
1.2.3 花生壳总黄酮得率计算
根据标准曲线 ,由吸光度 A计算黄酮质量浓
度 c,花生壳中总黄酮得率 Y/(mg· g-1)则由下
式计算:
Y=[ (c×10×50 /2)/m] .
式中:c为黄酮质量浓度 , g/L;m为花生壳质
量 , g.
1.2.4 响应面法优化试验
在单因素试验的基础上 ,以微波功率 、提取时
间 、液固比等因素为考察变量 ,以总黄酮得率 Y
为响应值 ,应用 Design-Expert7.1软件 ,优化微
波提取花生壳黄酮的工艺条件.
2 结果与讨论
2.1 单因素试验
2.1.1 溶剂对花生壳总黄酮得率的影响
黄酮类化合物种类较多 ,其结构和状态的不
同使其在不同溶剂中的溶解度存在较大差异.在
试验条件下 ,分别选用蒸馏水 、80%乙醇 、石油醚 、
乙酸乙酯等作为溶剂进行试验.结果显示 , 80%乙
醇作为提取溶剂时黄酮得率最大.因此 , 采用
80%乙醇作为提取溶剂.
2.1.2 微波功率对花生壳总黄酮得率的影响
在乙醇浓度为 80%,液固比为 30∶1(mL/g),
提取时间为 10min的条件下 ,考察不同微波功率
对花生壳总黄酮得率的影响 ,结果如图 1所示.
图 1 微波功率对总黄酮得率的影响
由图 1可知 ,总黄酮得率随微波功率的增加
先增大而后趋弱 ,当微波功率为 500 W时 ,总黄
酮得率最高.原因可能是较低的微波功率对细胞
膜的破坏作用较小 ,分子运动不剧烈 ,黄酮得率不
高;随着微波功率不断增加 ,渗透 、扩散 、溶解作用
加强 ,细胞膜破碎程度加剧引起黄酮提取率增加;
但微波功率太大 ,由于乙醇沸点低易发生暴沸 ,还
有可能导致提取的黄酮成分发生变性从而破坏其
分子结构 ,并可改变最大吸收波长而不利于测定.
因此 ,试验选取微波功率为 500W.
2.1.3 提取时间对花生壳总黄酮得率的影响
固定其他试验参数 ,考察微波提取时间对总
黄酮得率的影响 ,结果如图 2所示.由图 2可以看
出 ,微波提取时间在 4 ～ 10 min范围内 ,随着提取
时间的增加 ,总黄酮得率逐渐增加;若进一步增加
提取时间 ,总黄酮得率则有所降低.这说明提取时
间在 10 min内时 ,黄酮逐渐被提取出来;10 min
时 ,黄酮类物质已提取完毕;继续延长提取时间可
导致花生壳糊化 ,增加了溶液的黏度 ,黄酮被纤维
素等吸附反而造成其得率降低.因此 ,试验选取提
取时间为 10 min.
图 2 微波提取时间对总黄酮得率的影响
2.1.4 液固比对花生壳总黄酮得率的影响
固定其他条件 ,考察液固比对总黄酮得率的
影响 ,结果如图 3所示.考虑到溶剂太少无法浸没
物料 , 故选择液固比分别为 10∶1、20∶1、 30∶1、
40∶1、50∶1.
图 3 液固比对总黄酮得率的影响
由图 3可知 ,随着液固比的增大 ,总黄酮得率
呈现出由低到高再降低的趋势.产生该现象的原
34 河南工业大学学报(自然科学版) 第 31卷
因是溶剂对微波吸收产生双重影响 ,一方面溶剂
用量的增加可以增大样品与溶剂的接触面 ,有利
于扩散速度的提高;另一方面 ,过多的溶剂会吸收
较多微波能 ,导致细胞吸收的微波能减少 ,破裂不
完全 ,黄酮不能充分溶出.因此 ,试验选取液固比
为 30∶1(mL/g).
2.2 响应面法对花生壳总黄酮微波提取工艺参
数的优化
2.2.1 响应面分析因素水平的选取
根据 Box-Behnken试验设计原理 ,选取微波
功率 X1、提取时间 X2 、液固比 X3为对总黄酮提取
影响显著的 3个因素 ,采用 3因素 3水平的响应
面分析方法.试验因素与水平设计见表 1.
表 1 Box-Behnken设计试验因素水平
水平
因素
微波功率
X1 /W
提取时间
X2 /min
液固比
X3 /(mL· g-1)
- 1 450 6 20∶1
0 500 10 30∶1
1 550 14 40∶1
2.2.2 总黄酮得率回归模型的建立和显著性
检验
根据相应的试验方案进行试验 ,试验分析方
案及结果见表 2.
表 2 试验分析方案及结果
试验
编号
微波功率
X1 /W
提取时间
X2 /min
液固比
X3 /(mL· g-1)
总黄酮得率
Y/(mg· g-1)
1 450 14 30∶1 1.873
2 500 14 40∶1 2.260
3 550 10 20∶1 2.041
4 500 6 40∶1 2.037
5 500 6 20∶1 2.114
6 450 10 20∶1 1.984
7 500 10 30∶1 2.387
8 500 10 30∶1 2.356
9 550 10 40∶1 2.251
10 500 10 30∶1 2.401
11 500 10 30∶1 2.392
12 450 6 30∶1 1.861
13 550 6 30∶1 1.906
14 550 14 30∶1 2.217
15 500 14 20∶1 2.268
16 500 10 30∶1 2.360
17 400 10 40∶1 1.893
将所得试验数据进行多元回归拟合 ,得到花
生壳总黄酮得率 Y与微波提取各因素变量的二
次回归方程模型为:
Y=2.38+0.10X1 +0.088X2 +0.0043X3 +
0.075X1X2 +0.075X1X3 +0.017X2X3 -0.27X21 -
0.14X22 -0.066X23.
式中:微波功率 X1、提取时间 X2和液固比 X3在
设计中均经量纲线性编码处理 ,故方程中各项系
数绝对值的大小直接反映了各因素对指标值的影
响程度 ,系数的正负反映了影响的方向.
为了检验方程的有效性 ,对微波提取花生壳
总黄酮的数学模型进行方差分析 ,并对各因子的
偏回归系数进行检验 ,结果见表 3.一次项中 X1、
X2的回归系数极显著 ,说明微波功率和提取时间
对总黄酮得率有极显著影响;交互项 X1X2 和
X1X3的偏回归系数显著 ,说明微波功率和提取时
间 、提取时间和液固比的交互项对总黄酮的得率
有显著影响;二次项中 X21、X22的偏回归系数达到
极显著水平.回归方差分析显著性检验结果表明 ,
该模型回归极显著 ,且失拟项不显著 ,说明该方程
对试验拟合较好.
将表 2中的试验数据对此方程所代表的面进
行分析 ,可以推测出优化条件在试验中所覆盖的
区域 ,或是指明在哪些方向上再进行试验可得到
更好的结果.
表 3 方差分析
来源 总和 自由度 均方 F值 Pr>F
X1 0.64 9 0.071 68.25 <0.000 1＊＊＊
X2 0.081 1 0.081 77.93 <0.000 1＊＊＊
X3 0.000 144 5 1 0.000 144 5 0.14 0.720 0
X1X2 0.022 1 0.022 21.56 0.002 4＊＊
X
1
X
3 0.023 1 0.023 21.85 0.002 3＊＊
X2X3 0.001 19 1 0.001 19 1.15 0.319 5
X21 0.31 1 0.31 298.74 <0.000 1＊＊＊
X22 0.087 1 0.087 83.89 <0.000 1＊＊＊
X23 0.018 1 0.018 17.54 0.004 1＊＊
残差 0.007 258 7 0.001 037
失拟项 0.005 651 3 0.001 884 4.69 0.084 8
净误差 0.001 607 4 0.000 401
总离差 0.64 16
注:＊＊＊为差异极显著(P<0.001);＊＊为差异高度显著(P
<0.01);＊为差异显著(P<0.05).
根据回归方程 ,做出响应面 ,考察拟合响应曲
面的形状 ,分析微波功率 、提取时间和液固比对花
生壳黄酮总得率的影响 ,结果见图 4和图 5.由图
4可以看出 ,一定范围内 ,总黄酮得率随微波功率
和提取时间的增加而提高 ,两者交互作用显著.根
据动力学理论 ,时间的延长有利于黄酮的充分扩
散析出 ,同时微波功率的提高使得分子解附和扩
散运动速率加快 ,从而增加了黄酮的析出速率及
第 4期 张泽志等:用响应面法优化微波提取花生壳总黄酮工艺 35
其得率.因此 ,适当增加微波功率和提取时间有助
于提高总黄酮的得率.
由图 5可知 ,在一定范围内 ,总黄酮得率随微
波功率和液固比的增加呈上升趋势.液固比的增
加能增大液 —固两相黄酮的浓度梯度 ,从而提高
黄酮溶出的速率及其得率.但溶剂量太大会造成
溶剂回收耗时较长 ,能耗高以及资源浪费.
2.2.3 提取工艺条件的确定及可靠性验证
在模型取值范围内选择最低点为出发点 ,依
模型使用快速上升法进行优化 ,可得微波提取花
生壳总黄酮的最佳理论工艺条件为:微波功率
513.63 W, 提 取时 间 11.56 min, 液 固 比
32.41∶1(mL/g),最佳工艺条件下花生壳总黄酮
得率为 2.410 mg/g.
为检验响应曲面法的可靠性 ,采用上述优化
条件进行试验 ,考虑到实际操作的便利 ,将提取工
艺参数修正为微波功率 510W,提取时间 12 min,
液料比 32∶1(mL/g),实际测得的总黄酮平均得
率 2.385 mg/g,与理论预测值相比 ,其相对误差
约为 0.01%.因此 ,采用 RSA法优化得到的提取
条件准确可靠 ,具有实用价值.
3 结论
在单因素试验的基础上 ,采用 RSA法优化了
微波提取花生壳总黄酮的工艺参数 ,建立了回归
模型方程 ,该模型回归极显著 ,且失拟项不显著 ,
说明该方程对试验拟合较好.
通过响应面图分析了各因素及其交互影响对
微波提取花生壳总黄酮得率的影响 ,找到整个区
域上因素的最佳组合和响应值的最优值.根据优
化提取条件进行验证试验 ,在乙醇浓度为 80%,
微波功率为 510W,提取时间为 12 min,液固比为
32∶1(mL/g)的条件下 ,花生壳中的总黄酮得率为
2.385 mg/g.
参考文献:
[ 1] 曹凯光.花生资源的综合开发利用 [ J] .江
西食品工业 , 2002(2):15-17.
[ 2] 延玺 ,刘会青 ,邹永青 ,等.黄酮类化合物生
理活性及合成研究进展 [ J] .有机化学 ,
2008, 28(9):1534-1544.
[ 3] ZhouP, LiLP, LuoShQ, etal.Intestinal
absorptionofluteolinfrompeanuthulextract
ismoreeficientthanthatfrom individual
pureluteolin[ J] .JournalofAgriculturaland
FoodChemistry, 2008, 56(1):296-300.
[ 4] FernandaS, GeorgMG, VanjaK.Antimi-
crobialandantioxidantpropertiesofchitosan
enzymaticalyfunctionalizedwithflavonoids
[ J] .ProcessBiochemistry, 2009, 44(7):
749-756.
[ 5] 崔介君.花生壳中黄酮成分的研究 [ D] .杭
州:浙江工业大学 , 2004.
[ 6] 董文宾 ,徐颖 ,孙健 ,等.花生壳中黄酮类提
取工艺条件的研究 [ J] .食品工业 , 2003
(1):45-46.
[ 7] 丁爱凤 ,汪海峰 ,杨晓蓉 ,等.花生壳中木犀
草素提取工艺探讨 [ J] .中国粮油学报 ,
2005, 20 (4):92-95.
[ 8] 郭锦棠 ,李伶 ,杨俊红 ,等.微波提取山楂中
总黄酮的正交实验研究 [ J] .中国药学杂
志 , 2005, 40(2):112-115.
[ 9] 蒋益花 ,陈敏明 ,吴美媛.微波法提取木芙
蓉花总黄酮的工艺研究 [ J] .中国酿造 ,
2007(2):34-36.
36 河南工业大学学报(自然科学版) 第 31卷
[ 10] 易军鹏 ,朱文学 ,马海乐 ,等.响应面法优
化微波提取牡丹籽油的工艺研究 [ J] .食
品科学 , 2009, 30(14):99-104.
[ 11] 范志刚 ,麦军利 ,杨莉斌 ,等.微波技术对
雪莲中黄酮浸出量影响的研究 [ J] .中国
民族医药杂志 , 2000, 6(1):43-44.
[ 12] 付为琳 ,杨立刚 ,孙桂菊.微波萃取在菊花
黄酮提取工艺中的应用研究 [ J] .食品研
究与开发 , 2008, 29(1):1-3.
OPTIMIZATIONOFMICROWAVE-ASSISTEDEXTRACTIONOFTOTAL
FLAVONESFROMPEANUTHULLBYRESPONSESURFACEANALYSIS
ZHANGZe-zhi, GAOXia, LINYu, LEIWan-xue
(DepartmentofChemistry, HenanInstituteofEducation, Zhengzhou450014, China)
Abstract:Wecarriedouttheextractionoftotalflavonesfrompeanuthulbymicrowave-asistedextraction,
andstudiedtheoptimalextractionconditions, suchasmicrowavepower, extractiontimeandliquid-to-solidra-
tio, byresponsesurfaceanalysis(RSA)basedonsinglefactortests.Theresultsshowthattheoptimalextrac-
tionconditionsareasfolowsinthepresenceof80% ethanolassolvent, microwavepower510W, extraction
time12 minutesandliquid-to-solidratio32∶1 mL/g.Undertheoptimalconditions, theyieldoftotalflavones
frompeanuthulreached2.385 mg/g.
Keywords:peanuthul;totalflavones;microwave-assistedextraction(MAE);responsesurfaceanalysis
(RSA)
(上接第 31页)
ANALYSISOFPHOSPHOLIPIDSANDPHOSPHOLIPIDFATTY
ACIDCOMPOSITIONINBRAINOFSHEEP, PIGANDCHICKEN
XIEChao-shun, LIGui-hua
(SchoolofFoodScienceandTechnology, HenanUniversityofTechnology, Zhengzhou450052, China)
Abstract:Freshanimalbrain(sheepbrain, pigbrain, chickenbrain)wasprocessedsequentialybyclean-
ing, freeze-drying, deoilingwithacetone, extractingwithhexaneandvacuumdryingtoobtainsheepbrain
phospholipids8.1%, pigbrainphospholipids11.7% andchickenbrainphospholipids12.1%.Thephospho-
lipidswereanalyzedbyTLCtoobtainPA, PE, PC, PS, PIandothercomponents, andthephospholipidfaty
acidsintheanimalbrainweredeterminedbycapilarygaschromatography.Theresultsshowthatchicken
brainphospholipidscontain67.78% unsaturatedfatyacidsand32.22% saturatedfatyacids;sheepbrain
phospholipidscontains56.65% unsaturatedfatyacidsand43.35% saturatedfatyacids;andpigbrainphos-
pholipidscontains58.84%unsaturatedfatyacidsand41.16% saturatedfatyacids.
Keywords:animalbrain;phosphalipid;fatyacids