王梅英，陳慧斌，2，陳紹軍

(1.廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物系，福建廈門(mén)361012; 2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建福州350002)

響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助提取巖茶總黃酮工藝研究

王梅英1，陳慧斌1，2，陳紹軍2，*

(1.廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物系，福建廈門(mén)361012; 2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建福州350002)

為優(yōu)化超聲波輔助提取武夷巖茶總黃酮，采用響應(yīng)面法優(yōu)化固液比(X1)、乙醇濃度(X2)、提取溫度(X3)和提取時(shí)間(X4)，分析并建立數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明:固液比、乙醇濃度、提取溫度和提取時(shí)間對(duì)總黃酮的提取率均有顯著影響(p＜0.01);回歸方程為最佳的提取工藝參數(shù)為液固比21∶1，乙醇濃度80%，提取溫度70℃，提取時(shí)間50min，此工藝條件下巖茶中總黃酮的提取率為1.605%±0.012%，與模型預(yù)測(cè)值吻合，說(shuō)明所建立的模型切實(shí)可行。

超聲波輔助提取，武夷巖茶，總黃酮，響應(yīng)面法，優(yōu)化

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平

表2 超聲頻率對(duì)提取率的影響

表3 單因素對(duì)提取率的影響

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

武夷巖茶 2010年春茶，由福建武夷山世家茶業(yè)有限公司提供，實(shí)驗(yàn)時(shí)以干品計(jì)重，粉碎過(guò)篩(60目)，自封口袋封存待測(cè)。

KQ-300VDE型雙頻數(shù)控超聲波設(shè)備 昆山市超聲儀器有限公司，工作頻率 45kHz和 80kHz; UV2000紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司;梅特勒-托利多A B204-N/PL202-S型電子天平 上海梅特勒托利多儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的測(cè)定 測(cè)定方法參考文獻(xiàn)［9，11］。以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品，采用硝酸鋁法，在510nm處測(cè)定其吸光度值。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，得到回歸方程為A =0.0138C-0.0265(R2=0.9994)。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.2.1 超聲頻率 超聲波功率為300W，頻率選擇45kHz和80kHz，兩個(gè)頻率在提取的時(shí)候進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間選擇2、5、8s。準(zhǔn)確稱(chēng)取茶樣1.000g，取液固比為15∶1，乙醇濃度為70%，提取溫度60℃，提取40min。計(jì)算總黃酮提取率，確定最佳超聲頻率提取條件。

1.2.2.2 液固比 準(zhǔn)確稱(chēng)取茶樣1.000g，固定提取溫度60℃，提取40min，乙醇濃度為70%，研究液固比(v/w)9∶1、12∶1、15∶1、18∶1、21∶1、24∶1對(duì)總黃酮提取率的影響。

1.2.2.3 乙醇濃度 準(zhǔn)確稱(chēng)取茶樣1.000g，采用以上選出的結(jié)果，提取溫度60℃，提取40min，研究茶樣在40%、50%、60%、70%、80%、90%乙醇濃度條件下總黃酮提取率。

1.2.2.4 提取溫度 準(zhǔn)確稱(chēng)取茶樣1.000g，其他條件采用以上選出的結(jié)果，固定提取時(shí)間為40min，研究茶樣在40、50、60、70、80、90℃條件下總黃酮提取率。

1.2.2.5 提取時(shí)間 準(zhǔn)確稱(chēng)取茶樣1.000g，其他條件采用以上選出結(jié)果，研究提取時(shí)間20、30、40、50、60min條件下總黃酮提取率。

1.2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及統(tǒng)計(jì)分析 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定超聲波輔助提取巖茶中總黃酮提取率的影響因素，采用響應(yīng)面分析法中 Central Composite原理進(jìn)行回歸實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化提取條件。采用DPS(V3.01)和Design Expert 7.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。選擇提取率較高的條件為響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的0水平，對(duì)液固比(X1)、乙醇濃度(X2)、提取溫度(X3)和提取時(shí)間(X4)按照Central Composite原理進(jìn)行回歸實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，各因素的臂距△r為1，因素和水平見(jiàn)表1。共31個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，其中24個(gè)析因點(diǎn)，零點(diǎn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行7次，做誤差估計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲頻率的選擇

不同頻率下提取結(jié)果如表2所示，結(jié)果表明當(dāng)兩個(gè)頻率45kHz和80kHz轉(zhuǎn)換時(shí)間為5s時(shí)提取率最高，可采用此頻率和功率條件進(jìn)行超聲提取。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)液固比、乙醇濃度、提取溫度和提取時(shí)間4因素做單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3看出當(dāng)液固比高于18∶1時(shí)，提取率趨于平衡;提取時(shí)間到達(dá)1h時(shí)，提取率反而下降，這可能與長(zhǎng)時(shí)間浸提導(dǎo)致提取過(guò)程中黃酮類(lèi)物質(zhì)分解有關(guān);當(dāng)溫度達(dá)到70℃以上提取率沒(méi)有上升反而出現(xiàn)下降，可能與乙醇的揮發(fā)和黃酮類(lèi)物質(zhì)的熱降解有關(guān)系;提取率隨乙醇濃度的增加出現(xiàn)快速增加，但當(dāng)高于80%則趨于平衡。

2.2 回歸結(jié)果及響應(yīng)面分析

2.2.1 回歸結(jié)果及分析 根據(jù)表1設(shè)定的水平和因素，按表4實(shí)施31次實(shí)驗(yàn)，并得到各個(gè)實(shí)驗(yàn)條件的黃酮提取率。以X1(液固比)、X2(乙醇濃度)、X3(提取溫度)和X4(提取時(shí)間)為自變量，黃酮的提取得率(Y)為響應(yīng)值，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果回歸擬合α=0.05顯著水平剔除不顯著項(xiàng)后，簡(jiǎn)化后的回歸方程：Y=1.407+

表4 響應(yīng)面分析方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 方差分析 對(duì)回歸的模型和各因素進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果如表5。由表5可知，回歸方程顯著(p＜0.01)，失擬不顯著(p＞0.05)，說(shuō)明該方程能較好模擬各因素對(duì)武夷巖茶總黃酮提取效果的影響。提取的各個(gè)因素X1(液固比)、X2(乙醇濃度)、X3(提取溫度)和X4(提取時(shí)間)對(duì)提取率的影響都達(dá)到極顯著水平(p＜0.01)，各因素對(duì)提取率的影響不存在線(xiàn)性關(guān)系，它們中的一些交互項(xiàng)對(duì)提取率的影響是顯著的。

2.2.3 單因子效應(yīng)分析 單因子效應(yīng)分析可以獲得影響變量的主次因素。擬合方程經(jīng)無(wú)量綱線(xiàn)性編碼代換后所得，方程中一次項(xiàng)系數(shù)的絕對(duì)值可進(jìn)行單因子效應(yīng)分析。因此各因素對(duì)總黃酮提取率的影響情況是X3(提取溫度)＞X4(提取時(shí)間)＞X2(乙醇濃度)＞X1(液固比)。

2.2.4 響應(yīng)面分析 選取兩個(gè)交互的因素對(duì)武夷巖茶總黃酮提取得率進(jìn)行響應(yīng)面圖分析(見(jiàn)圖1～圖4)，其它兩個(gè)因素固定在零水平。曲面圖上相同提取率對(duì)應(yīng)的因素值在底面所形成的曲線(xiàn)為等高線(xiàn)，等高線(xiàn)的形狀可以反映出相互作用效應(yīng)的強(qiáng)弱，當(dāng)?shù)雀呔€(xiàn)趨于圓形時(shí)，兩個(gè)因素交互作用弱;當(dāng)?shù)雀呔€(xiàn)呈橢圓形時(shí)，兩個(gè)因素的交互作用強(qiáng)，從圖1～圖4等高線(xiàn)的形狀可以看出液固比與乙醇濃度、液固比與浸提時(shí)間、浸提時(shí)間與乙醇濃度和溫度與乙醇濃度兩個(gè)因素間的交互作用明顯。圖1和圖2的乙醇濃度和浸提時(shí)間與液固比的交互作用，在響應(yīng)面中都表現(xiàn)出液固比在X1=2.0附近，提取得率較高;圖3和圖4在各因素零水平以下出現(xiàn)陡峭的曲面，在零水平以上曲面趨于平緩，因此可以看出提取率的最高點(diǎn)在乙醇濃度、提取溫度和提取時(shí)間零水平以上出現(xiàn)。

表5 方差分析表

圖1 液固比和乙醇濃度對(duì)提取率的影響

圖2 液固比和浸提時(shí)間對(duì)提取率的影響

2.2.5 最佳工藝優(yōu)化 進(jìn)一步采用DPS優(yōu)化得到最高值的各個(gè)因素組合為：X1=2，X2=1，X3=1，X4= 1，即液固比為21∶1，乙醇濃度為80%，提取溫度為70℃，提取時(shí)間為50min時(shí)，巖茶中總黃酮提取率的理論值為1.6%，實(shí)際提取測(cè)定結(jié)果為1.605% ± 0.012%，與理論值基本相符。

圖3 浸提時(shí)間和乙醇濃度對(duì)提取率的影響

圖4 溫度和乙醇濃度對(duì)提取率的影響

3 結(jié)論

超聲波輔助提取功率為300W，45kHz和80kHz提取時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間為5s時(shí)效果較好。各因素對(duì)總黃酮提取率均存在顯著性影響(P＜0.01)，影響順序?yàn)閄3(提取溫度)＞X4(提取時(shí)間)＞X2(乙醇濃度)＞X1(液固比)。通過(guò)模擬回歸和響應(yīng)面分析得到各因素影響總黃酮提取率的方程為0.03X1X3-0.0338X2X3-0.0613X2X4;響應(yīng)面分析交互作用，最終確定最佳的提取工藝條件為液固比為21∶1，乙醇濃度為80%，提取溫度為70℃，提取時(shí)間為50min時(shí)，巖茶中總黃酮的實(shí)際提取率為1.605% ±0.012%，與模型提取率的理論值1.6%基本相符。

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Optimization of ultrasonic-assisted extracting flavonoids from rock tea by response surface methodology

WANG Mei-ying1，CHEN Hui-bin1，2，CHEN Shao-jun2，*
(1.Biology Department，Xiamem Ocean Vocational College，Xiamen 361012，China; 2.College of Food Science，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou 350002，China)

In order to optimize ultrasonic-assisted extraction of flavonoids from Wuyi Rock tea，response surface methodology was used to establish models for optimization of solid-to-liquid ratio(X1)，ethanol concentration (X2)，extraction temperature(X3)and extraction time(X4).Results showed that solid-to-liquid ratio，ethanol concentration，extraction temperature and extraction time had significant affects on extraction rate of flavonoids (p＜0.01).Regression equation wasThe optimal conditions for achieving the high extraction rate of flavonoids were liquid-to-solid ratio of 21∶1，ethanol concentration of 80%，temperature of 70℃and time of 50min.The extraction rate of flavonoids reached 1.605%±0.012%.Extraction rate were conducted under the optimum condition and the results showed the models fitted well the experimental data and the model was feasible.

ultrasonic-assisted extraction;Wuyi Rock tea;total flavonoids;response surface methodology; optimization

TS201.1

B

1002-0306(2011)12-0327-04

黃酮類(lèi)化合物具有明顯的抗炎、抗菌、清除自由基、抗衰老、降血脂、預(yù)防心腦血管疾病、增加機(jī)體免疫力等廣泛的生理活性［1-3］，在自然界中主要存在于植物中。茶葉中的黃酮含量較高，已有研究報(bào)道其在抗癌及心血管健康等方面的應(yīng)用［4-5］。目前，從植物組織中提取黃酮類(lèi)化合物已有較多研究，提取方法主要有熱水浸提、有機(jī)溶劑提取、超聲波輔助提取、微波輔助提取等［6-8］。其中，超聲波輔助提取與傳統(tǒng)熱水浸提法相比，具有提取時(shí)間短、耗能低［9］、得率高、有效成分被破壞少等特點(diǎn)。武夷巖茶中黃酮的含量較高，有報(bào)道采用微波輔助熱水浸提法，在一定程度上提高了黃酮的提取得率［10］。本研究采用超聲波提取武夷巖茶總黃酮，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法(response surface methodology， RSM)，進(jìn)行液固比、乙醇濃度、提取溫度、提取時(shí)間組合實(shí)驗(yàn)，擬合總黃酮提取率的多元線(xiàn)性方程，分析各影響因素對(duì)提取效果的影響，以獲取最優(yōu)武夷巖茶總黃酮的提取工藝條件，并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

2011-06-29 *通訊聯(lián)系人

王梅英(1982-)，女，碩士，助教，主要從事農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工方向研究。

福建省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目(2006S0043);福建省教育廳科技項(xiàng)目(JB11323)。