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        響應(yīng)面法優(yōu)化石榴皮中原花青素提取工藝

        2012-12-31 00:00:00婁彬張楠游江舟李晶康輝敏劉新
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年17期

        摘要:以原花青素提取液的吸光度(A550 nm)為指標,在單因素試驗的基礎(chǔ)上運用響應(yīng)面試驗考察乙醇溶液體積分數(shù)、料液比、提取時間和提取溫度對石榴(Punica granatun)皮中原花青素提取率的影響。結(jié)果表明,石榴皮中原花青素的最佳提取工藝為乙醇溶液體積分數(shù)73%、料液比1∶28(m∶V,g/mL)、提取時間73 min、提取溫度80 ℃,采用高效液相色譜法測得此條件下所得石榴皮中原花青素的提取率為126.68 mg/g。

        關(guān)鍵詞:石榴(Punica granatun)皮;原花青素;提??;響應(yīng)面法

        中圖分類號:R284.2 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2012)17-3816-05

        Optimization of Extraction Technology of Oligomeric Proantho-cyanidins from

        Punica granatun Peel Using Response Surface Methodology

        LOU Bin,ZHANG Nan,YOU Jiang-zhou,LI Jing,KANG Hui-min,LIU Xin

        (Department of Public Health, Chengdu Medical College,Chengdu 610083,China)

        Abstract: Response surface methodology was adopted to study the effects of volume fraction of ethanol solution, material to solvent ratio, extraction time and extraction temperature on the extraction yield of oligomeric proantho-cyanidins(OPC) from Punica granatun peel based on single factor design using A550 nm of the extracting solution as an indicator. The results showed that the optimum extraction conditions were, volume fraction of ethanol solution, 73%; solid to liquid ratio 1∶28(m∶V,g/mL), extraction time, 73 min; and extraction temperature, 80 ℃. According to HPLC analysis, that the yield of OPC under these conditions was 126.68 mg/g.

        Key words: Punica granatun peel; oligomeric proantho-cyanidins; extraction; response surface methodology

        原花青素(Oligomeric proantho-cyanidins,OPC)是一種有著特殊分子結(jié)構(gòu)的生物類黃酮,是植物中廣泛存在的一大類多酚化合物的總稱,主要由不同數(shù)量的兒茶素和表兒茶素的單體、二聚體、三聚體到十聚體組合而成。OPC擁有較強的抗氧化能力、清除自由基能力和改善人體微循環(huán)等功效,還具有抗炎、抗腫瘤、抗輻射、抗衰老、改善免疫力、改善骨的形成、抗糖尿病、降血脂、降血壓,促進傷口愈合和組織修復(fù)活性等作用[1]。石榴皮是石榴科植物石榴(Punica granatun)的干燥果皮,性酸、味澀,具有澀腸、止血、殺蟲等功效。近年來研究表明,石榴皮富含沒食子酸、兒茶素和花色素等多種酚類化合物,具有抗氧化、清除氧自由基、抑制動脈粥樣硬化和抗腫瘤等多種功能,在食品、醫(yī)藥和日用化學(xué)品等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用價值[2-4]。本研究用恒溫振蕩儀提取石榴皮中原花青素,設(shè)計單因素試驗考察乙醇溶液體積分數(shù)、料液比、提取時間和提取溫度對石榴皮中原花青素提取率的影響,在此基礎(chǔ)上采用Box-Behnken中心組合試驗設(shè)計原理,利用響應(yīng)面法對提取工藝進行優(yōu)化并得出最佳提取工藝參數(shù),旨在為石榴皮中原花青素的提取提供參考,為進一步開發(fā)利用石榴資源提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與儀器

        石榴皮取自四川省會理縣產(chǎn)軟子甜石榴,購買于會理縣城,剝?nèi)⌒迈r的石榴皮,置于40 ℃干燥48 h,粉碎、過60目標準篩、石油醚脫脂、陰干備用。

        原花青素標準品(純度≥95%),天津尖峰天然產(chǎn)物開發(fā)公司生產(chǎn);石油醚(沸程30~60 ℃),無水乙醇、硫酸鐵銨、鹽酸、正丁醇均為分析純,成都市科龍化工試劑廠生產(chǎn)。甲醇,色譜純,Fisher scientific US。

        UV-1102紫外可見光分光光度計(天美科技有限公司)、1/1 000電子天平(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司)、DHG-9053A型鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科技有限公司)、SZF-006索氏提取器(上海華睿儀器有限公司)、FY-135萬能粉碎機(天津泰斯特儀器有限公司)、60目標準篩(浙江省上虞篩具總廠)、低速離心機(科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司)、THZ-82恒溫振蕩儀(金壇市瑞華儀器有限公司);超聲波清洗機(寧波新芝生物科技股份有限公司)、高效液相色譜(日立公司)(UV Detector:L-2400,Pump:L-2130)。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 石榴皮中原花青素的提取 ?。埃?g脫脂干燥后的石榴皮粉末,加入一定量乙醇溶液在一定溫度下提取一段時間,取提取液1 mL過濾、40 ℃揮干,加1 mL無水甲醇超聲溶解,得原花青素提取液。采用原花青素鹽酸—正丁醇比色法和高效液相色譜法測定提取液中的原花青素濃度。

        1.2.2 單因素試驗 設(shè)置單因素試驗考察乙醇溶液體積分數(shù)、料液比、提取時間和提取溫度對石榴皮中原花青素提取率的影響。①乙醇溶液體積分數(shù)。取6份0.5 g脫脂干燥后的石榴皮粉末,按1∶12的料液比(m∶V,g/mL,下同)分別加入體積分數(shù)0%(超純水)、20%、40%、60%、80%和100%的乙醇溶液作提取溶劑,在pH 5.0、50 ℃的條件下提?。矗?min。②料液比。取7份0.5 g脫脂干燥后的石榴皮粉末,分別按1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1:35的料液比加入體積分數(shù)70%的乙醇溶液,在pH 5.0、50 ℃的條件下提取40 min。③提取時間。取7份0.5 g脫脂干燥后的石榴皮粉末,按1∶20的料液比加入體積分數(shù)70%的乙醇溶液,在pH 5.0、50 ℃的條件下分別提?。保?、15、30、45、60、75、90 min。④提取溫度。取5份0.5 g脫脂干燥后的石榴皮粉末,按1∶20的料液比加入體積分數(shù)70%的乙醇溶液,調(diào)pH為5.0,分別在20、35、50、65、80 ℃提取60 min。

        1.2.3 響應(yīng)面試驗 在單因素試驗的基礎(chǔ)上,基于Box-Behnken中心組合試驗原理設(shè)計響應(yīng)面試驗,進一步考察乙醇溶液體積分數(shù)、料液比、提取時間和提取溫度4個因素對石榴皮原花青素提取率的影響,響應(yīng)面試驗的因素和水平見表1。

        1.3 原花青素含量的檢測

        1.3.1 鹽酸—正丁醇比色法 吸取石榴皮原花青素提取液1 mL,加入10 mL帶蓋試管中,依次加入6 mL正丁醇—鹽酸(體積比95∶5)及0.2 mL 0.1 g/mL硫酸鐵銨溶液[5],搖勻后旋好試管蓋,(99±1)℃水浴加熱40 min后立即取出,用4 ℃水冷卻5 min,恢復(fù)至室溫后在550 nm處以試劑空白為對照,測定其吸光度。原花青素濃度與A550 nm呈正比,A550 nm越大表示原花青素提取液濃度越高,相應(yīng)的原花青素提取率也越高。

        1.3.2 高效液相色譜法[6] 精確稱取原花青素標準品10.00 mg,用甲醇定容至10 mL,制得濃度為1.00 mg/mL的標準液。再用甲醇稀釋成濃度為10、50、100、150、200、250 μg/mL的原花青素標準系列使用液。色譜條件:色譜柱為Allsphere ODS-25u柱(4.6 mm×250 mm,5 μm),流動相為甲醇—0.4%磷酸水溶液(體積比90∶10),流速1 mL/min,檢測波長280 nm,柱溫20 ℃,進樣量10 μL。結(jié)果顯示原花青素濃度在10~250 μg/mL范圍內(nèi)進樣濃度(C)與峰面積(Y)呈良好的線性關(guān)系,回歸方程為Y=2.584 647×106C-0.115 763,r=0.999 4。取優(yōu)化后工藝提取所得的原花青素提取液10 μL,在上述色譜條件下進樣3次,測定提取液中原花青素的含量,并計算其提取率(以每克脫脂干燥的石榴皮粉末中所得原花青素的質(zhì)量計,單位為mg/g)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗結(jié)果

        2.1.1 乙醇溶液體積分數(shù)對原花青素提取液A550 nm的影響 原花青素提取液的A550 nm隨提取劑乙醇溶液體積分數(shù)的增加而呈逐漸升高的趨勢(圖1),但當(dāng)乙醇溶液體積分數(shù)大于80%時,原花青素提取液的A550 nm變化趨于平緩。乙醇溶液體積分數(shù)過小,會使水溶性雜質(zhì)溶出增多,提取溶液變渾濁,給原花青素的分離、提純增加負擔(dān)。

        2.1.2 料液比對原花青素提取液A550 nm的影響 原花青素提取液的A550 nm隨料液比的變化呈波動變化(圖2),料液比為1∶20時A550 nm最大。理論上,當(dāng)提取溶劑足夠多時,從原料中溶解出的原花青素不變,原花青素的提取率應(yīng)該為恒值[7]。但在提取過程中會有原料和成品的損失,一般而言,料液比越大損失越大。

        2.1.3 提取時間對原花青素提取液A550 nm的影響 原花青素提取液A550 nm隨提取時間變化的趨勢見圖3。由圖3可知,原花青素提取液的A550 nm隨提取時間的延長而升高,但提取時間長于30 min時原花青素提取液的A550 nm隨時間的延長而升高的趨勢變緩。

        2.1.4 提取溫度對原花青素提取液A550 nm的影響 原花青素提取液的A550 nm隨著提取溫度的升高而增大(圖4)。一般來說,溫度升高分子運動加速,有利于有效成分的溶出,但提取溫度過高會破壞原花青素的分子結(jié)構(gòu)。

        2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

        以原花青素提取液的A550 nm為響應(yīng)值,響應(yīng)面試驗結(jié)果見表2,方差分析見表3,模型的校正系數(shù)為R2adj=0.895 7,說明該模型可以解釋89.57%的響應(yīng)值的變化。模型的P<0.001,失擬項F=0.281,失擬項相對于絕對誤差不顯著[8-11],表明該模型可靠。其中乙醇溶液體積分數(shù)、提取時間和提取溫度對響應(yīng)值具有極顯著的影響,料液比對響應(yīng)值的影響不顯著。將所得試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合,得到各因素對石榴皮原花青素提取液吸光度Y(A550 nm)的回歸方程:Y=0.950+0.086A-0.010B+0.200C+0.160D-0.051AC+0.030BC+0.043BD-0.130CD-0.230A2-0.025B2+0.056C2-0.067D2。根據(jù)回歸方程,以原花青素提取液的A550 nm為指標,使用Design-Expert 8.0.6軟件優(yōu)化石榴皮中原花青素的提取工藝,得到最佳工藝參數(shù)為乙醇溶液體積分數(shù)73.22%(實際取值73%)、料液比1∶27.96(實際取值1∶28)、提取溫度79.95 ℃(實際取值80 ℃)、提取時間72.39 min(實際取值73 min),預(yù)計原花青素提取液的A550 nm可達1.227(圖5)。由響應(yīng)面回歸分析擬合繪制響應(yīng)面圖見圖6至圖8。

        準確稱?。埃?g粉碎脫脂的石榴皮粉末3份,在料液比1∶28、乙醇溶液體積分數(shù)73%、提取溫度80 ℃、pH 5.0的條件下提取73 min,重復(fù)3次,所得石榴皮原花青素提取液A550 nm平均值為1.178,為預(yù)測值的96.01%。因此,基于Box-Behnken試驗設(shè)計所得的最佳提取工藝可靠,具有實用價值[12-15]。

        取在最佳工藝條件下提取所得的石榴皮原花青素提取液進行高效液相色譜檢測(圖9),計算得到原花青素的提取率為126.68 mg/g。

        3 結(jié)論

        本研究以原花青素提取液在550 nm處的吸光度為指標,在單因素試驗的基礎(chǔ)上運用Box-Behnken中心組合試驗設(shè)計考察乙醇溶液體積分數(shù)、料液比、提取時間和提取溫度對石榴皮中原花青素提取率的影響。結(jié)果表明,乙醇溶液體積分數(shù)、提取溫度和提取時間對原花青素提取率的影響顯著,且不是簡單的線性關(guān)系。通過回歸分析和驗證試驗得到石榴皮中原花青素的最佳提取工藝為乙醇溶液體積分數(shù)73%、料液比1∶28、提取時間73 min、提取溫度80 ℃,此條件下所得石榴皮中原花青素的提取率為126.68 mg/g。本研究可為石榴皮中原花青素的開發(fā)利用提供一定的參考。

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