彭翠紅，麥康燕，譚樂茵，丘秀珍

單純形法優(yōu)化花生根中白藜蘆醇的微波提取工藝

彭翠紅，麥康燕，譚樂茵，丘秀珍

（韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

采用微波提取與分子熒光分析技術(shù)，探索正交試驗與改進(jìn)單純形試驗設(shè)計相結(jié)合優(yōu)化花生根中白藜蘆醇的微波提取工藝.通過L9(34)正交試驗考察料液比、微波功率、乙醇溶劑濃度以及微波提取時間等因素對白藜蘆醇提取效果的影響，再采用改進(jìn)單純形試驗進(jìn)一步優(yōu)化提取工藝.研究表明：結(jié)合正交試驗與改進(jìn)單純形法提取花生根中白藜蘆醇的最佳工藝條件為料液比1∶15（g·mL-1），微波功率中高火，微波時間5 min，乙醇濃度68%.在最佳工藝條件下白藜蘆醇的平均提取率為0.151 5%，與單純采用正交試驗最優(yōu)提取條件相比白藜蘆醇的提取率提高了24.30%，有效地實現(xiàn)了花生根中白藜蘆醇的最佳提取效果.

花生根；白藜蘆醇；微波提??；改進(jìn)單純形設(shè)計法；正交試驗

白藜蘆醇(resveratrol)即3,4′,5-三羥基二苯乙烯（3,4′,5-trihydrolystilbene），是一種含有芪類結(jié)構(gòu)的非黃酮類多酚化合物［1］，主要存在于葡萄、虎杖、桑葚、花生植株等植物中，是植物在惡劣環(huán)境下或遭到病原體侵害時自身分泌的天然植物抗毒素之一，其藥理活性顯著，高效低毒，具有抗氧化、抗腫瘤、防治心血管病等功能［2-5］，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品等行業(yè)，引起科研工作者極大的研究興趣.

微波輔助提取白藜蘆醇具有提取時間短，萃取效率高，溶劑用量少等特點.目前，探究其微波提取條件多采用正交試驗和單因素控制法［6-7］，單純形優(yōu)化法是一種動態(tài)的尋優(yōu)試驗設(shè)計法，改進(jìn)單純形設(shè)計法特別適用于多因素間有交互作用的體系，能用較少次數(shù)試驗迅速獲得最佳工藝條件［8-9］.花生植株根部等廢棄物是天然的白藜蘆醇植物源，其白藜蘆醇含量較高，筆者擬結(jié)合正交試驗得出的最佳微波提取條件，采用改進(jìn)單純形設(shè)計法優(yōu)選韶關(guān)產(chǎn)花生根中白藜蘆醇的提取工藝，為高效、廉價提取白藜蘆醇提供參考.

1 材料與方法

1.1儀器與材料

LS-55分子發(fā)光光度計（美國Perkin Elmer公司，F(xiàn)lour方式，激發(fā)狹縫：5.0 nm，發(fā)射狹縫：5.0 nm）；PJ21C-BF美的微波爐；AE240電子天平；DZF-6050D真空干燥箱；聚乙烯消解罐等.

花生根（產(chǎn)于廣東省韶關(guān)市湞江區(qū)）：將新鮮采集的花生根洗凈，真空干燥至恒重后，粉粹，過50目篩，低溫保存.白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥99%，美國Sigma公司）；無水乙醇（GR）；AlCl3等其余試劑均為分析純；二次蒸餾水.

1.2測定方法

準(zhǔn)確稱取干燥至恒重的白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)品0.008 0 g，用乙醇溶解并定容于100 mL容量瓶中，用無水乙醇配制成80μg·mL-1白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)溶液.量取適量的白藜蘆醇乙醇標(biāo)準(zhǔn)液，加入1.00 mL濃度為50 g/L的AlCl3溶液至25 mL容量瓶中，加乙醇稀釋至刻度，搖勻，靜置40 min后，以乙醇為參比，于分子發(fā)光光度計上測定其熒光強度If，得熒光光譜如圖1所示，其最大激發(fā)波長λEx和最大發(fā)射波長λEm分別為321.0 nm和380.0 nm.

分別準(zhǔn)確吸取該標(biāo)準(zhǔn)溶液0，0.10，0.20，0.30，0.40，0.50，0.60 mL于25 mL容量瓶中，按以上方法配制不同濃度標(biāo)準(zhǔn)液，在λEx/λEm=321.0 nm/380.0 nm處測定其熒光強度If，以白藜蘆醇熒光強度If對質(zhì)量濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2所示，白藜蘆醇的濃度在0～8.41×10-6mol/L范圍內(nèi)與其熒光強度If呈良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為If=370.759 c(μg·mL-1)+7.238，相關(guān)系數(shù)r=0.999 7.

準(zhǔn)確吸取適量的花生根提取液，按分子熒光分析法測定樣品中白藜蘆醇的含量，計算花生根中白藜蘆醇的提取率：

c：由回歸方程計算白藜蘆醇濃度（μg·mL-1）；V：濾液體積（mL）；D：稀釋倍數(shù)；ms：花生根樣的質(zhì)量（g）.

圖1 白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)品的熒光光譜

圖2 白藜蘆醇測定的標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.3微波提取花生根中的白藜蘆醇

準(zhǔn)確稱取1.000 g花生根樣品置于50 mL微波消解瓶中，加入一定濃度的乙醇溶劑后放入微波爐內(nèi)，設(shè)定適當(dāng)?shù)奈⒉〞r間及微波功率加熱提取，微波提取結(jié)束后取出，靜置冷卻20 min，減壓過濾合并濾液，取濾液稀釋適當(dāng)倍數(shù)后利用分子熒光分析法測定樣品中白藜蘆醇含量，并計算白藜蘆醇的提取率.

1.4花生根中白藜蘆醇微波提取工藝的優(yōu)化

1.4.1 正交試驗法

選取料液比、微波時間、乙醇濃度以及微波功率4個因素，采用L9(34)正交試驗確定最佳提取工藝，考察各種提取參數(shù)對花生根中白藜蘆醇提取效果的影響.L9(34)正交試驗考察的因素和水平見表1.

表1 微波提取法正交試驗的因素和水平

1.4.2 改進(jìn)單純形試驗法

在正交試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，固定料液比為1∶15（g·mL-1），結(jié)合正交試驗所得的最優(yōu)提取條件：微波功率中火、乙醇濃度70%、微波時間6 min，將微波功率、乙醇濃度、微波時間的步長分別設(shè)為0.5檔位、5%、0.5 min，利用U4(43)均勻設(shè)計法構(gòu)成提取白藜蘆醇初始單純形進(jìn)一步試驗優(yōu)化提取工藝.初始單純形各試驗點見表2.

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗優(yōu)化提取工藝

選取料液比、微波時間、乙醇濃度以及微波功率4個因素及三個水平作正交試驗，對花生根中白藜蘆醇的微波提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，L9(34)正交試驗設(shè)計及直觀分析結(jié)果見表3.

表2 U4(43)均勻設(shè)計構(gòu)成初始單純形各試驗點

表3 L9(34)正交試驗方案和結(jié)果分析

根據(jù)極差分析，RD＞RC＞RB＞RA，即影響微波提取花生根中白藜蘆醇效果的主次因素順序為：料液比＞微波功率＞乙醇濃度＞微波時間.由測定結(jié)果得微波提取花生根中白藜蘆醇最優(yōu)工藝條件是D2C1B3A2，即料液比為1∶15（g·mL-1），微波功率為中火，乙醇濃度為70%，微波時間為6 min.根據(jù)K值的變化規(guī)律分析，料液比是影響白藜蘆醇提取效果的主要因素，料液比稍高有利于白藜蘆醇的提取；微波處理時間短，提取不充分，時間過長，由于白藜蘆醇是熱不穩(wěn)定性物質(zhì)，會導(dǎo)致白藜蘆醇分解而使提取率下降；微波功率越大溫度升高越快，溫度過高會影響提取率，這可能與白藜蘆醇的熱不穩(wěn)定性有關(guān)，而微波功率過低，白藜蘆醇提取不充分導(dǎo)致提取率偏低；提取時間短，乙醇濃度較高時有助于白藜蘆醇的快速溶出，原因是根據(jù)“相似相溶”的原理乙醇濃度稍高，溶劑極性與白藜蘆醇極性越接近，越有利于白藜蘆醇溶解.

優(yōu)化條件驗證：準(zhǔn)確稱取花生根1.000 g，用70%乙醇溶液按料液比1∶15（g·mL-1），中火微波萃取6 min，微波提取后靜置冷卻20 min，過濾合并濾液，儲放在棕色容量瓶.移取適量濾液按1.2方法測定白藜蘆醇含量.重復(fù)試驗5次，計算在此最佳條件下得到的花生根中白藜蘆醇含量為1 218.6μg/g，均高于上述正交試驗最大值.計算平均提取得率為0.121 9%，RSD為0.83%.

2.2改進(jìn)單純形試驗優(yōu)化提取工藝

單純形是由n維空間的(n+1)個頂點（試驗點）所構(gòu)成的凸多邊形，空間維數(shù)就是在試驗設(shè)計中所考慮的影響因素數(shù).改進(jìn)單純形法是在基本單純形優(yōu)化法的基礎(chǔ)上，引入了反射、擴展與收縮等操作規(guī)則，變固定步長為可變步長推移單純形，在保證優(yōu)化精度的條件下，加快優(yōu)化速度［10-11］.

在單純形的推移過程中，新試驗點在空間的位置坐標(biāo)按以下方法計算［10-11］：

a：反射系數(shù)；n：因素數(shù).

采用改進(jìn)單純形試驗對花生根中白藜蘆醇的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，試驗設(shè)計及結(jié)果如表4所示.

表4 改進(jìn)單純形試驗結(jié)果及其推進(jìn)

由表4可知，4個初始試驗點中，按第4號試驗條件提取得到的白藜蘆醇量最少，故以試驗點4作為最壞點，利用對稱反射原理得新試驗點5，測得結(jié)果較高，并與試驗點1、2、3結(jié)果進(jìn)行比較，其中試驗點3作為最壞點，取其反射點6，其結(jié)果均低于試驗點1、2、5，故返回試驗點5，取反射系數(shù)a=1.5擴大，其試驗結(jié)果大于試驗點4，再以試驗點2作為最壞點進(jìn)行推進(jìn)，得新試驗點8的結(jié)果均低于試驗點1、5、7.經(jīng)過單純形試驗的動態(tài)調(diào)優(yōu)，試驗點5的條件為最優(yōu)，即微波提取花生根中白藜蘆醇的最佳工藝為：微波功率中高火，微波時間為5 min，乙醇濃度為68%.重復(fù)試驗5次，計算該提取條件下得到的花生根中白藜蘆醇平均量為1 514.7μg/g，計算平均提取得率為0.151 5%，RSD為0.50%.

通過單純形試驗與正交試驗的結(jié)果比較表明，花生根中白藜蘆醇的提取條件得到了明顯的優(yōu)化，樣品中白藜蘆醇的提取率有了較為明顯的提高，與正交試驗相比白藜蘆醇的提取率提高了24.30%.

2.3加標(biāo)回收試驗

為驗證本方法，在樣品中加入白藜蘆醇標(biāo)樣進(jìn)行回收試驗，樣品的加標(biāo)回收率在95.20%～96.20%之間，結(jié)果見表5.由此可見本文所用的優(yōu)化提取工藝方法可行，適用于提取花生根中的白藜蘆醇.

表5 白藜蘆醇加標(biāo)回收試驗結(jié)果

3 結(jié)論

在正交試驗所得最優(yōu)提取條件基礎(chǔ)上，利用均勻設(shè)計法確定改進(jìn)單純形設(shè)計法的初始試驗點，經(jīng)過優(yōu)化推進(jìn)后，得微波提取花生根中白藜蘆醇的最佳工藝為乙醇濃度為68%，料液比1∶15（g/mL），微波功率為中高火，微波時間為5 min，與單純采用正交試驗相比白藜蘆醇的提取率提高了24.30%.結(jié)合正交試驗和改進(jìn)單純形設(shè)計法尋找微波提取花生根中白藜蘆醇的最佳條件，相比于單純正交試驗，優(yōu)化效果更明顯，此方法簡便快速、準(zhǔn)確，能夠在較短時間內(nèi)使工藝條件得到優(yōu)化.

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Simplex method to optimize microwave-assisted extraction of resveratrol in root of peanut

PENG Cui-hong,MAI Kang-yan,TAN Le-yin,QIU Xiu-zhen
（Schoolof Chemistry&Environmental Engineering,Shaoguan University,Shaoguan 521005,Guangdong,China）

By microwave extraction and molecular fluorescence analysis,a new microwave extraction process condition of resveratrol in root of peanut is made through combining with orthogonal test and the improved simplex method.Adopting the method oforthogonaltestwith L9(34),the influencing factors ofextraction conditions for extracting resveratrol in root of peanut were discussed,such as solid-liquid ratio,microwave temperature, concentration of ethanol solvent and microwave time.And then further optimization of extraction process with the improved simplex test.The results show that the optimum technology conditions for extracting resveratrol in rootofpeanut by microwave extraction method and improved simplex method are as follows:the ratio ofmaterial to liquid was 1∶15（g·mL-1）,microwave power of middle high fire,extraction time of 5 min,volume fraction of ethanol was 68%.With these conditions,the extraction rate of resveratrol from the root of peanut is 0.151 5%. Compared with only use orthogonal experiment,the extraction rate is increased by 24.30%.It can obtain the best extraction conditions of resveratrol from the rood of peanut.

root of peanut;resveratrol;microwave-assisted extraction;the improved simplex method;orthogonal experiment

O657.36

A

1007-5348（2014）04-0051-05

（責(zé)任編輯：李婉）

2014-03-12

韶關(guān)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃立項項目（韶學(xué)院〔2013〕63號Sycxcy2013—108）.

彭翠紅（1968－），女，湖北武漢人，韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院高級實驗師，主要從事分子光譜分析研究.