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        利用響應面法優(yōu)化茶葉中EGC的浸提條件

        2011-09-18 04:50:12王賢波崔紅春黃海濤
        茶葉 2011年4期
        關鍵詞:去離子水兒茶素燒杯

        王賢波 崔紅春 黃海濤

        (杭州市農業(yè)科學研究院,浙江杭州 310024)

        茶葉中兒茶素(catechin)是茶葉中重要的一類天然活性物質,是天然的抗氧化劑和自由基清除劑,被廣泛的應用于食品加工、醫(yī)藥保健等領域[1,2,3]。兒茶素占茶葉中茶多酚總量的60% ~80%,主要有表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)、表沒食子兒茶素(EGC)及表兒茶素(EC)等[3,4]。大量實驗已證明兒茶素具有抗腫瘤、降血壓、降血脂、清除自由基、壓制黑色素合成等作用[2]。有研究表明 EGC的抗氧化能力僅次于EGCG[5]。因此,EGC 的提取制備研究具有重要意義。

        響應面方法(Response Surface Methodology,RSM)是20世紀中后葉發(fā)展起來的優(yōu)化試驗條件統(tǒng)計學方法[6],利用合理的試驗設計并通過實驗得到的一定數(shù)據(jù),采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應值之間的關系,通過對回歸方程的分析來尋求最優(yōu)工藝參數(shù),它可快速有效地確定多因子系統(tǒng)的最佳條件,它已成為精度高、應用廣并具有實用價值的優(yōu)化技術[7],因此被廣泛地應用于條件優(yōu)化和模型建立中。

        本文用去離子水浸提茶葉中的EGC,在單因素實驗的基礎上,利用響應面法對EGC的浸提條件進行優(yōu)化,得到最佳浸提條件,為后期提純提供基礎。

        1 材料與方法

        1.1 實驗材料

        茶葉:采自余杭徑山茶園。

        1.2 主要儀器和試劑

        高效液相色譜儀(美國Waters公司),電子天平(METTLER公司),數(shù)顯恒溫水浴鍋(國華電器有限公司)。

        甲酸、乙腈為色譜純,EGC標準品(Sigma公司)。

        1.3 實驗方法

        1.3.1 茶葉中EGC浸提 茶葉過20目篩,用去離子水浸提,稱取50 g綠茶粉末于燒杯中,加入一定量去離子水,在恒溫水浴鍋中于一定溫度下浸提一定時間后,過濾,得茶多酚浸提液,用高效液相色譜法檢測EGC含量。

        1.3.2 EGC浸出率的測定 取 EGC標準樣用HPLC法測定濃度-峰面積標準線性方程如下:

        式中,Y為峰面積(μV·S);X為EGC的質量濃度 (mg/L);方程的線性相關系數(shù)為0.9998679;色譜條件:以0.5%的甲酸和乙腈為流動相梯度洗脫,檢測波長為280 nm,流速為1 mL/min。

        EGC浸出率由下式計算:

        2 結果與分析

        2.1 單因素實驗結果

        取50 g綠茶粉末于燒杯中,按照1∶12料液比加入600 mL去離子水,浸提1次,pH 6.0,在恒溫水浴鍋中于80℃下浸提不同時間,過濾,得茶多酚浸提液,用高效液相色譜法檢測EGC含量,計算EGC浸出率,結果見圖1。

        圖1 浸提時間對EGC浸出率的影響

        取50 g綠茶粉末于燒杯中,按照1∶12料液比加入600 mL去離子水,浸提1次,pH 6.0,在不同溫度下浸提20 min,過濾,得茶多酚浸提液,用高效液相色譜法檢測EGC含量,計算EGC浸出率,結果見圖2。

        取50 g綠茶粉末于燒杯中,浸提1次,pH 6.0,在80℃下浸提20 min,按照不同料液比進行浸提,過濾,得茶多酚浸提液,用高效液相色譜法檢測EGC含量,計算EGC浸出率,結果見圖3。

        取50 g綠茶粉末于燒杯中,按照1∶12料液比,浸提1次,在80℃下浸提20 min,在不同pH值下浸提,過濾,得茶多酚浸提液,用高效液相色譜法檢測EGC含量,計算EGC浸出率,結果見圖4。

        圖4 浸提pH對EGC浸出率的影響

        取50 g綠茶粉末于燒杯中,按照1∶12料液比加入600 mL去離子水,pH 6.0,在80℃下浸提20 min,浸提不同次數(shù),過濾,得茶多酚浸提液,用高效液相色譜法檢測EGC含量,計算EGC浸出率,結果見圖5。

        由圖1可知,在20分鐘時EGC浸出率最大,之后逐漸下降,可能是隨著時間的延長,EGC發(fā)生了異構反應。由圖2可知,隨著溫度升高,EGC浸出率先升高后降低,這可能是因為隨著溫度的升高EGC變得不穩(wěn)定,發(fā)生了異構反應。由圖3可知,隨著料液比的增加,EGC浸出率隨之增加,但是1∶12之后變化不明顯,而且隨著溶劑的增加會給后續(xù)處理帶來麻煩,所以料液比不宜過大,本實驗選擇料液比為1∶12。由圖4可知,EGC的浸出率隨著pH值的升高先變大后降低,在酸性環(huán)境中可能是沒食子基團在起作用,容易與酸結合,導致游離的EGC減少[8],pH值升高可能引起EGC氧化。由圖5可知,EGC浸出率隨著次數(shù)的增加而增加,但從浸提2次以后浸出率的變化不明顯。

        圖5 浸提次數(shù)對EGC浸出率的影響

        2.2 響應面法優(yōu)化EGC的浸提條件

        根據(jù)單因素實驗結果,在選定料液比為1∶12,浸提2次的前提下,采用Box-Benhnken實驗設計進行三因素三水平的響應面分析實驗,包括12個析因實驗和3個中心實驗。以浸提溫度,浸提時間,pH為自變量,以EGC浸出率為響應值,實驗因素與水平的選取見表1,響應面實驗的結果見表2。

        表1 因素與水平取值表

        表2 Box-Behnken響應面實驗設計及實驗結果

        利用統(tǒng)計軟件MINITAB15對實驗數(shù)據(jù)進行二次多項回歸擬合,然后對回歸方程進行方差分析,結果見表3。

        利用MINITAB15回歸擬合實驗數(shù)據(jù),獲得EGC浸出率對浸提溫度,浸提時間,pH的三元二次回歸方程:Y=1.93333 -0.06A -0.0425B+0.0625C -0.15917A2- 0.11417B2- 0.19417C2- 0.01AB -0.02AC+0.025BC。由回歸方程的方差分析結果(表3)可以看出,該模型失擬不顯著,回歸顯著。另外該模型決定系數(shù)R2=0.9761,說明回歸方程的擬合程度較好,預測值和實測值之間具有高度的相關性,因此該模型可以應用于EGC浸出率的理論預測。EGC浸出率響應面分析關鍵點值見表4。

        表3 回歸方程的方差分析

        表4 EGC浸出率響應面分析關鍵點值

        由表4可知,該回歸模型存在穩(wěn)定點,EGC浸出率的最大估計值1.9475%,3個因素取值分別為:浸提溫度78.0808℃、時間18.4848 min、pH 6.1515。結合單因素實驗結果,為計算方便各因素取整數(shù)得到 EGC 浸提優(yōu)化條件:料液比 1∶12、pH 6.2、溫度78℃、時間 18 min、浸提 2次。圖 6-8為通過MINITAB15得到的響應面分析圖及其等高線圖,每個響應面分別代表著兩個獨立變量之間的相互作用,由響應面圖可以看出:浸提溫度、浸提時間、pH與EGC浸出率存在相關性。利用得到的優(yōu)化條件進行浸提驗證,得到EGC浸出率為2.0%,說明該模型可以應用于EGC浸出率的預測。

        3 小結

        本實驗用去離子水浸提茶葉中的EGC,在單因素實驗的基礎上,利用響應面法對EGC的浸提條件進行優(yōu)化,得到最佳浸提條件:料液比1∶12、pH 6.2、溫度78℃、時間18 min、浸提2次。通過驗證實驗表明,該模型可以應用于EGC浸出率的預測。

        1 劉學銘,梁世中.茶多酚的保健和藥理作用及應用前景.食品與發(fā)酵工業(yè),1998,24(5):47 -51,71.

        2 趙麗萍,邵宛芳.茶葉中EGCG功效研究進展.中國農學通報,2007,23(7):143 -147.

        3 焦蓓蓓.茶多酚的藥理作用研究進展.亞太傳統(tǒng)醫(yī)學,2009,5(1):131-133.

        4 劉世初,孫志洪,王 斌.茶多酚的提取工藝及其應用機理研究進展.家畜生態(tài)學報,2009,30(4):91 -94.

        5 高永貴,楊賢強,周樹紅.試論茶多酚清除自由基的高效性.天然產物與研究開發(fā),1999,11(2):82 -86.

        6 胡運權.試驗設計方法.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1997:153-154.

        7 慕運動.響應面方法及其在食品工業(yè)中的應用.鄭州工程學院學報,2001,22(3):91 -94.

        8 陳利燕,屠幼英,陳暄等.兒茶素在酸性環(huán)境中的穩(wěn)定性研究.茶葉,2002,28(2):86 -88.

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