陳卓君，艾買提·阿曼古力，戴蘊(yùn)青，袁向陽，武艷梅，倪元穎，*

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083; 2.新疆阿克蘇職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆阿克蘇843000;3.北京蘭中農(nóng)商技術(shù)開發(fā)有限公司，北京100085)

響應(yīng)面法優(yōu)化閃式提取玫瑰黃酮化合物工藝

陳卓君1，艾買提·阿曼古力2，戴蘊(yùn)青1，袁向陽3，武艷梅1，倪元穎1，*

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083; 2.新疆阿克蘇職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆阿克蘇843000;3.北京蘭中農(nóng)商技術(shù)開發(fā)有限公司，北京100085)

采用閃式提取法提取玫瑰果肉中的黃酮類化合物。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法對提取溶劑的體積分?jǐn)?shù)、料液比、電壓進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，溶劑體積分?jǐn)?shù)、電壓、料液比對玫瑰果黃酮類化合物的提取結(jié)果影響比較顯著，最佳工藝條件為乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)為60%、提取電壓120V、料液比1∶120(g/mL)。由此得到玫瑰果黃酮化合物的含量為57.84mg/g。閃式提取法是一種快速有效的玫瑰果黃酮提取方法，響應(yīng)面分析法較好優(yōu)化了提取工藝。

玫瑰果，黃酮，閃式提取，響應(yīng)面

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

原材料 從荷蘭引進(jìn)栽培于北京順義龍灣屯的紅玫瑰果(R.rugosa Rubra)，果實(shí)成熟采摘后存放于4℃冷庫，籽肉分離后將果肉在－40℃、100Pa下冷凍干燥24h，然后用破碎機(jī)粉碎至粉末，過20目篩后保存于－18℃冰箱備用。

JHBE－50S閃式提取器 河南金鼐科技發(fā)展有限公司;RE－52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、SHZ－III型循環(huán)水真空泵 上海亞榮生化儀器廠;T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限公司;Hitachi Himac CR21GIII高速冷凍離心機(jī) 日本日立株式會(huì)社;蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品 美國 sigma公司;NaNO2、Al(NO3)3、NaOH、乙醇、正己烷等試劑 北京化工廠，色譜純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制及標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立 參考文獻(xiàn)［7］方法加以改動(dòng)后配制標(biāo)準(zhǔn)溶液并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線:準(zhǔn)確稱取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品20mg，用70%的乙醇溶解并定容于100mL容量瓶中，搖勻，得到0.2mg/mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別吸取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液0.0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mL置于10mL容量瓶中，分別加入0.3mL 5% NaNO2溶液，搖勻，放置6min;再加入0.3mL 10% Al(NO3)3搖勻，放置6min;然后再加入4mL 1mol/L NaOH溶液，搖勻，以70%乙醇溶液定容至刻度，靜置15min。以70%乙醇管為空白，在波長505nm處測定各容量瓶溶液的吸光度，以吸光度(A)為縱坐標(biāo)、質(zhì)量濃度(C)為橫坐標(biāo)，得到回歸方程:C=13.739A+ 0.0014，R2=0.9998。

1.2.2 玫瑰果粉中黃酮含量的測定 準(zhǔn)確稱取玫瑰果粉1.00～2.00g，放入提取桶中，加入一定體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液室溫下混合攪拌，采用閃式提取器在一定電壓下提取一定時(shí)間，提取完成后，轉(zhuǎn)移至離心管中，在轉(zhuǎn)速7000r/min條件下離心30min，收集上層清液，將濾渣重復(fù)上述過程重復(fù)提取一次。合并收集的上清液，在分液漏斗中用正己烷脫色至萃取液近乎無色，最后用提取體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液定容至200mL。過濾后取提取液1mL加入10mL容量瓶中，按1.2.1節(jié)所述方法測定其在波長505nm處的吸光度，然后按照下式計(jì)算玫瑰果粉中黃酮類化合物含量。

式中:X為玫瑰果粉中黃酮類化合物含量(mg/g);n為提取溶液的稀釋倍數(shù);C為玫瑰果黃酮提取液的質(zhì)量濃度(g/mL);V為提取液的體積(mL);m為原料的質(zhì)量(g)。

1.2.3 閃式提取工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3.1 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 首先進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。選取提取時(shí)間、提取電壓、乙醇溶液濃度、料液比、提取溶劑pH為考察因素，以提取得到玫瑰果黃酮類化合物含量為指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2.3.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取電壓、料液比這3個(gè)因素作為實(shí)驗(yàn)因素，以黃酮類化合物的含量為響應(yīng)值設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(見表1)。采取Minitab 16軟件［8］對結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面回歸和方差分析，對提取條件進(jìn)行優(yōu)化。

表1 玫瑰果黃酮提取響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素與水平

2 結(jié)果與分析

2.1 提取時(shí)間對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%、料液比1∶150(g/mL)、提取電壓為100V的條件下，提取時(shí)間對玫瑰果黃酮類物質(zhì)的含量影響如圖1所示。結(jié)果表明，0～60s內(nèi)提取得到的黃酮類化合物含量顯著增加，但是隨著提取時(shí)間的延長，超過60s以后，提取的黃酮類化合物含量趨于飽和，甚至有降低的趨勢。這可能是隨著提取時(shí)間的延長，由于閃式提取器的刀頭快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了大量的熱，提取溶劑溫度升高，黃酮類化合物發(fā)生了氧化或分解等副反應(yīng)，導(dǎo)致黃酮類化合物含量降低。為防止此種情況的發(fā)生，綜合考慮提取效率、節(jié)能等因素，可選擇60s作為玫瑰果黃酮類化合物的最佳提取時(shí)間。在后面的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)中也選擇60s作為玫瑰果黃酮類化合物的提取時(shí)間。

圖1 提取時(shí)間對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

2.2 乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

在料液比1∶150(g/mL)、提取時(shí)間60s、提取電壓為100V的條件下，乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)對玫瑰果黃酮類物質(zhì)的含量影響如圖2所示。結(jié)果表明，隨著乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)的增加，黃酮類物質(zhì)的含量也隨之增大;當(dāng)乙醇溶液的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到60%時(shí)，黃酮類物質(zhì)含量最高;之后隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，黃酮類物質(zhì)的含量逐漸下降。這可能與玫瑰果黃酮的組成有關(guān)系，由此可推測，玫瑰果黃酮類物質(zhì)中含有具有極性的黃酮類［9］物質(zhì)。由此確定體積分?jǐn)?shù)為55%～65%的乙醇為玫瑰果黃酮類物質(zhì)最佳的提取溶劑。

圖2 乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

2.3 電壓對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%、料液比1∶150(g/mL)、提取時(shí)間60s的條件下，提取電壓對玫瑰果黃酮類物質(zhì)的含量影響如圖3所示。結(jié)果表明，隨著電壓的增加，黃酮類物質(zhì)的含量也隨之增大;當(dāng)提取電壓達(dá)到100V時(shí)，黃酮類物質(zhì)含量最高;之后隨著提取電壓的增加，黃酮類物質(zhì)趨于不變甚至略有降低。這可能是隨著提取電壓的增高，由于閃式提取器的刀頭轉(zhuǎn)速加大，在相同時(shí)間里提取溶劑溫度升高加快，黃酮類化合物發(fā)生了氧化或分解等副反應(yīng)，導(dǎo)致所得黃酮類化合物含量有所降低。由此可選擇100～120V作為玫瑰果黃酮類化合物的最佳提取電壓。

圖3 提取電壓對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

2.4 料液比對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%、提取時(shí)間60s、提取電壓為100V的條件下，料液比對玫瑰果黃酮類物質(zhì)的含量影響如圖4所示。結(jié)果表明，隨著料液比的增大，黃酮類化合物的含量也逐漸增大;而當(dāng)料液比達(dá)到1∶100之后，隨著料液比的增大，黃酮類物質(zhì)含量并無顯著變化;在料液比達(dá)到1∶150之后，隨著料液比的增大黃酮類物質(zhì)含量反而降低。這可能是由于對于一定量的原料，溶劑用量的增加可以增加兩者的接觸面積，有利于擴(kuò)散速度的提高，從而提高黃酮類物質(zhì)的含量;但當(dāng)料液比達(dá)到一定程度時(shí)，擴(kuò)散速度趨于一定，黃酮類物質(zhì)的含量增勢趨于和緩;過多的提取溶劑反而會(huì)使提取得到的黃酮含量降低，且不利于節(jié)能環(huán)保，增加后續(xù)的濃縮過程的工作量［10］。因此選定提取的料液比為1∶100～1∶150。

圖4 料液比對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

2.5 pH對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%、提取時(shí)間60s、提取電壓為100V、料液比1∶150(g/mL)的條件下，提取溶劑pH對玫瑰果黃酮類物質(zhì)的含量影響如圖5所示?？傮w來說，提取溶劑pH的變化對玫瑰果黃酮類化合物提取效果并不明顯。而且當(dāng)提取溶劑pH為7時(shí)，并不利于其中玫瑰果黃酮類化合物的提取。因此，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中基本上不需要考慮pH對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響。

2.6 黃酮類化合物提取工藝回歸模型的建立及方差分析

根據(jù)以上單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選取提取電壓A、料液比B、乙醇體積分?jǐn)?shù)C為自變量，以玫瑰果黃酮類物質(zhì)含量為響應(yīng)值Y進(jìn)行響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)［11］，實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

圖5 提取溶劑pH對玫瑰果黃酮類化合物提取效果的影響

表2 響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

采取Minitab 16軟件對表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到的回歸方程:Y=－475.681+3.054A+11751.131B +10.179C－0.008A2－582616.755B2－0.062C2+ 12.992AB－59.318BC－0.019AC

式中:Y為玫瑰果黃酮類化合物含量;A、B、C依次為提取電壓、料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)這三個(gè)自變量。

對上述方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

從回歸方程和表3中可以看出，模型的P值小于0.01，表明二次方程擬合極顯著;R2=0.905。在本實(shí)驗(yàn)設(shè)定的區(qū)域范圍內(nèi)，各因素對玫瑰果黃酮類化合物提取量的影響由大到小依次為乙醇體積分?jǐn)?shù)＞提取電壓＞料液比，其中乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響極顯著。各因素間交互作用的響應(yīng)面圖見圖6。

由圖6可以看出，玫瑰果黃酮的含量受提取電壓與料液比的交互作用影響較小，曲面也較為平滑;響應(yīng)值隨提取電壓的變化率大于料液比的變化率，說明提取電壓對玫瑰果黃酮的含量的影響大于料液比。玫瑰果黃酮的含量受乙醇體積分?jǐn)?shù)與提取電壓的交互作用影響顯著，響應(yīng)值隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的變化率大于提取電壓的變化率，說明乙醇體積分?jǐn)?shù)對玫瑰果黃酮的含量的影響大于提取電壓。根據(jù)響應(yīng)面分析所建立的數(shù)學(xué)模型，得到優(yōu)化條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為乙醇體積分?jǐn)?shù)59.57%，提取電壓為119.3V，料液比為1∶120，提取得到黃酮類化合物含量58.85mg/g，即提取率為5.885%。

表3 回歸方程模型系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)

圖6 各因素兩兩交互作用對黃酮提取含量影響的響應(yīng)面分析圖

2.7 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)優(yōu)化得到的最佳工藝條件，結(jié)合實(shí)際情況加以修正確定以乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)為60%、提取電壓為120V，料液比為1∶120為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的工藝條件，提取得到玫瑰果黃酮類化合物的含量57.84mg/g，即提取率為5.78%。十分接近軟件分析得到的預(yù)測值，由此可認(rèn)為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x擇合理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果理想。

3 結(jié)論

本文采用閃式提取法，并用響應(yīng)面法優(yōu)化了玫瑰果黃酮類物質(zhì)的提取工藝。得到的最佳工藝條件為乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)為60%、提取電壓為120V，料液比為1∶120，提取60s得到玫瑰果黃酮類化合物的含量57.84mg/g，即提取率為5.78%。同其他提取黃酮類化合物的方法相比，閃式提取法具有能最大限度地避免玫瑰果有效成分受熱破壞、提取時(shí)間短、效率高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于工業(yè)上大量連續(xù)的生產(chǎn)作業(yè)。

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Response surface methodology as an approach to optimization of flash－extraction of flavonoids from rose fruit

CHEN Zhuo－jun1，AI－MAI－TI·Amanguli2，DAI Yun－qing1，YUAN Xiang－yang3，WU Yan－mei1，NI Yuan－ying1，*
(1.College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China; 2.Aks Vocationl and Technical College，Aksu 843000，China; 3.Beijing Lanzhong AgriBusiness Technology Development Co.，Ltd.，Beijing 100085，China)

Flash－extraction technology was used to extract flavonoids from rose fruits.Based on single factor experiments，extraction conditions such as solvent concentration，material/liquid ratio and extraction voltage were optimized by response surface methodology.The results showed that each of the three extraction conditions affected flavonoids extraction significantly.The optimized conditions were as follows:60%ethanol concentration，1∶120 material/liquid ratio，and 120V extraction voltage，resulting in an extraction content of 57.84mg/g for flavonoids.As a conclusion，flash－extraction was an effective and efficient method to extract flavonoids from rose fruits，response surface methodology could well optimize the extraction technology.

rose fruit;flavonoids;flash－extraction;response surface methodology

TS201.2

B

1002－0306(2011)12－0387－04

玫瑰果是玫瑰花謝后由花托發(fā)育而成的肉質(zhì)漿果。其作為薔薇科家族的成員，一直被作為食品或藥品使用［1］。在國外，玫瑰果的研究已經(jīng)展開，其營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，是水果蔬菜中維生素C含量最高的水果之一;此外，玫瑰果中也含有其他維生素和礦物質(zhì)、胡蘿卜素、黃酮類化合物、果酸、單寧酸、果膠、糖類、有機(jī)酸、氨基酸和必需脂肪酸等，這些化合物在維持果實(shí)品質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值方面起了非常重要的作用［1－2］。黃酮類物質(zhì)廣泛存在于植物中，早就被人們發(fā)現(xiàn)具有多種功能和保健作用。據(jù)研究表明，黃酮類物質(zhì)種類很多，在降血糖、降血脂、降低心血管疾病、抗氧化、抗癌、增強(qiáng)機(jī)體免疫力等方面都有很好的作用［3－4］。閃式提取技術(shù)是一種新興的天然產(chǎn)物提取技術(shù)，其依靠機(jī)械剪切力和超速動(dòng)態(tài)分子滲透作用，在室溫及溶劑存在下數(shù)秒內(nèi)將植物組織破碎至細(xì)微顆粒，并使有效成分達(dá)到組織內(nèi)外平衡，實(shí)現(xiàn)提取目的［5］。閃式提取技術(shù)具有能最大限度地避免植物有效成分受熱破壞、溶劑用量小、提取時(shí)間短、效率高、處理量大、安全可靠等特點(diǎn)［6］。本實(shí)驗(yàn)采用閃式提取法提取玫瑰果中黃酮類化合物，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合響應(yīng)面法對影響玫瑰果黃酮提取率的主要因素進(jìn)行分析，從而確定合適工藝，為大力開發(fā)玫瑰果這一新食品資源提供一定的理論參考。

2011－07－22 *通訊聯(lián)系人

陳卓君(1989－)，女，碩士，研究方向:天然產(chǎn)物提取與功能食品開發(fā)。