劉　婷，王　燕，李　韻，文新昱，歐陽夢云，劉賓翰

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南長沙410128）

響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界CO2萃取刺葡萄酒渣中白藜蘆醇工藝

劉婷，王燕*，李韻，文新昱，歐陽夢云，劉賓翰

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南長沙410128）

為提高刺葡萄的綜合利用價值，以南方“紫秋”刺葡萄酒渣為原料，采用超臨界CO2萃取白藜蘆醇。在單因素實驗基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法研究了萃取溫度、萃取壓力、萃取時間及夾帶劑用量對白藜蘆醇含量的影響，并優(yōu)化出超臨界CO2萃取刺葡萄酒渣中白藜蘆醇的最佳工藝條件為萃取溫度32℃，萃取壓力365bar，萃取時間1.40h，夾帶劑用量3.38mL/g，在此條件下白藜蘆醇的含量達387.34μg/g，且以反式白藜蘆醇苷的形式存在。

刺葡萄酒渣，白藜蘆醇，超臨界CO2，響應(yīng)面法

白藜蘆醇（resveratrol）是一種含有芪類結(jié)構(gòu)的非黃酮類多酚化合物，自然界中以單體或糖苷的形式存在，具有順、反式異構(gòu)體，且反式構(gòu)象生理活性更為廣泛[1]。研究表明，白藜蘆醇具有抗腫瘤、抗過敏、抗心血管疾病、抗血小板聚集、抗病原微生物等[2-5]多種生理及藥理活性，已被喻為繼紫杉醇后又一新的綠色抗癌藥物[6-7]。目前已在葡萄科、百合科、豆科、蓼科等21個科、31個屬的72種植物中發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇，其中，在葡萄、虎杖、花生中的含量較高[8]。

刺葡萄（V.didii.Foex）是葡萄屬東亞群下的一個種，為我國南方主要野生葡萄品種之一。刺葡萄具有高產(chǎn)、味濃、粒小、皮厚、色深等特點，不便作為鮮果食用，但適用于葡萄酒的釀造[9]。在我國，葡萄酒渣往往作為廢料被隨意丟棄，造成了極大的環(huán)境污染和資源浪費，因此從刺葡萄酒渣中開發(fā)出有價值的活性物質(zhì)，對刺葡萄資源的綜合利用具有重要意義。

目前，已有從刺葡萄廢料中提取植物色素、葡萄籽油等活性物質(zhì)的研究[10-15]，但從中提取白藜蘆醇的研究還鮮見報道。超臨界CO2萃取作為一種新型分離技術(shù)，具有高效、無毒、環(huán)保、操作溫度低等優(yōu)點[16]，將其用于天然產(chǎn)物的萃取，不僅能保持產(chǎn)物的生理活性，而且更符合人們“綠色消費”的觀念。本實驗采用超臨界CO2萃取刺葡萄酒渣中的白藜蘆醇，在單因素實驗的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法對其工藝參數(shù)進行研究，以期為南方刺葡萄的綜合開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

刺葡萄酒渣（紫秋刺葡萄） 湖南華淳莊園酒業(yè)有限公司；反式白藜蘆醇苷標準品（＞98.6%）成都曼思特生物科技有限公司；無水乙醇（分析純） 國藥集團化學(xué)試劑有限公司；CO2氣體（純度＞99.9%）長沙高科氣體有限公司。

SH10A型水分快速測定儀上海恒平科學(xué)儀器有限公司；SFE-2型超臨界CO2萃取儀美國Applied Separation公司；Agilent 1100 Series型高效液相色譜儀安捷倫科技有限公司；CP214型電子分析天平奧豪斯儀器（上海）有限公司；DHG-9240A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱上海飛越實驗儀器有限公司；FW177型中草藥粉碎機天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1工藝流程刺葡萄酒渣→50℃烘干（水分含量9.7%）→粉碎→過篩，制成40～60目粉末→準確稱取5.00g刺葡萄酒渣粉末→裝料→添加夾帶劑→超臨界CO2靜態(tài)萃取→分離→白藜蘆醇萃取液→定容至30mL→快速濾紙過濾→過0.22μm有機微孔濾膜→待測液→HPLC測定含量。

1.2.2超臨界CO2萃取實驗設(shè)計方法以萃取壓力、萃取溫度、萃取時間、夾帶劑用量為考察因子，以白藜蘆醇含量為考察指標進行實驗設(shè)計，實驗選取90%乙醇為夾帶劑。

1.2.2.1單因素實驗根據(jù)預(yù)實驗及參考文獻[17-18]選取單因素實驗因素水平，如表1所示。單因素考察時的因素固定水平為：萃取壓力300bar，萃取溫度40℃，萃取時間1.5h，夾帶劑用量2mL/g。

表1　單因素實驗因素與水平Table.1　Factors and levels of single factor experiments

1.2.2.2響應(yīng)面優(yōu)化實驗對單因素實驗結(jié)果進行顯著性分析，選取差異顯著的因素作為Box-Behnken實驗設(shè)計的自變量，以白藜蘆醇含量為響應(yīng)值，通過運用Design-Expert 8.0.5.0軟件進行響應(yīng)面分析及模型的建立，對刺葡萄酒渣中白藜蘆醇的超臨界CO2靜態(tài)萃取條件進行優(yōu)化。響應(yīng)面實驗因素及水平見表2。

表2　響應(yīng)面分析實驗因素水平表Table.2　Factors and levels of RSM test

1.2.3白藜蘆醇含量的測定

1.2.3.1色譜條件參照GB/T 15038-2006，最終確定高效液相色譜測定條件為色譜柱：Agilent，ODS C18hypersil（250mm×4.5mm，5μm）；流動相：乙腈+重蒸水=30%+70%；柱溫：21℃；流速：1.0mL/min；檢測波長：306nm；進樣量：10μL；

1.2.3.2標準曲線制作精確稱取2.000mg反式白藜蘆醇苷標準品于10mL棕色容量瓶中，加乙醇溶解，定容至刻度，得濃度為200μg/mL的反式白藜蘆醇苷標準儲備液。分別準確吸取0.25、0.5、1、2、4mL于5個不同的10mL棕色容量瓶中，用乙醇定容至刻度，搖勻得5、10、20、40、80μg/mL的反式白藜蘆醇苷系列標準液。取10μL在上述色譜條件下進樣，以吸收峰面積值（y）為縱坐標，反式白藜蘆醇苷濃度（x，μg/mL）為橫坐標繪制標準曲線，得回歸方程：y=67.4741861x+ 45.87797（R2=0.99937）。

1.2.3.3樣品測定吸取待測液10μL，在上述色譜條件下測定，重復(fù)3次。用外標法計算出待測液中白藜蘆醇的濃度，按下式計算含量：

2　結(jié)果與分析

2.1單因素實驗

2.1.1萃取壓力對白藜蘆醇含量的影響由圖1可知，固定其他條件，白藜蘆醇含量隨著萃取壓力的升高而增加。當(dāng)萃取壓力在100～300bar范圍內(nèi)，白藜蘆醇含量隨著萃取壓力的升高顯著增加，當(dāng)壓力超過300bar后，繼續(xù)升高壓力，白藜蘆醇含量的增幅顯著減小。這是因為壓力越高，CO2密度越大，從而能溶解更多的白藜蘆醇，同時，壓力升高能有效減少分子間的傳質(zhì)距離，增加傳質(zhì)效率。但隨著CO2密度的增大，其可壓縮性變小，因而當(dāng)壓力增大到一定程度時，繼續(xù)增加壓力對CO2溶解能力的增加影響變小，甚至可能導(dǎo)致物料部分凝聚而使溶解性下降[19]。隨著萃取壓力的升高，可萃取物的范圍增大，萃取液中非目標物質(zhì)越多，不利于后續(xù)的純化實驗，且過高的壓力也會帶來安全隱患。故選取300bar為最適萃取壓力。

圖1　萃取壓力對白藜蘆醇含量的影響Fig.1　Effect of extraction pressure on resveratrol yield

2.1.2萃取溫度對白藜蘆醇含量的影響溫度對超臨界流體萃取的影響主要表現(xiàn)在兩方面：一是隨著溫度的升高，超臨界流體的密度減小，溶劑化效應(yīng)下降，從而使萃取物溶解度降低；二是隨著溫度的升高，萃取物蒸汽壓增大，擴散系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)增大，有利于萃取的進行[20]。由圖2可知，固定其他條件，在溫度32～42℃范圍內(nèi)，白藜蘆醇含量隨萃取溫度的升高而降低。白藜蘆醇為難揮發(fā)的溶質(zhì)，溫度的升高對CO2密度的影響大于對白藜蘆醇蒸汽壓的影響，因而白藜蘆醇含量隨萃取溫度的升高而降低；另外，越接近臨界溫度31.2℃，溫度的變化對超臨界流體密度的影響越大，因此，白藜蘆醇含量下降的速度隨著溫度的升高逐漸變緩。在此單因素實驗中，選擇32℃為最佳萃取溫度。

2.1.3萃取時間對白藜蘆醇含量的影響由圖3可知，萃取時間小于1.25h時，白藜蘆醇含量隨著萃取時間的延長而增加，于1.25h達到最大值，繼續(xù)萃取至1.5h時含量略有下降，再進一步延長萃取時間，白藜蘆醇含量急劇下降。這可能是因為長時間的高溫、高壓條件對白藜蘆醇的結(jié)構(gòu)造成了破壞，使已萃取出的白藜蘆醇部分分解，有研究者在利用超臨界CO2萃取其他多酚物質(zhì)時也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象[21-22]。故選1.25h為最適萃取時間。

2.1.4夾帶劑用量對白藜蘆醇含量的影響由圖4可知，夾帶劑用量在1～3mL/g時，白藜蘆醇含量隨著夾帶劑用量的增加而增大，當(dāng)夾帶劑用量大于3mL/g時，白藜蘆醇含量隨著夾帶劑用量的增加反而減少。這是因為夾帶劑既能影響超臨界流體的密度，又能對溶質(zhì)在流體中的溶解度產(chǎn)生影響[23]，白藜蘆醇含有酚羥基，具有一定的極性，加入適量極性夾帶劑乙醇能顯著增加白藜蘆醇在CO2流體中的溶解度，從而使含量提高，但夾帶劑用量過多會導(dǎo)致CO2密度下降，反而使白藜蘆醇溶解度降低，另外，過量的夾帶劑易導(dǎo)致物料結(jié)塊，傳質(zhì)阻力加大，也可能是導(dǎo)致白藜蘆醇含量降低的原因[24]。故選3mL/g為最適夾帶劑用量。

圖2　萃取溫度對白藜蘆醇含量的影響Fig.2　Effect of extraction temperature on resveratrol yield

圖3　萃取時間對白藜蘆醇含量的影響Fig.3　Effect of extraction time on resveratrol yield

圖4　夾帶劑用量對白藜蘆醇含量的影響Fig.4　Effect of entrainment agent dosage on resveratrol yield

表3　響應(yīng)面分析實驗設(shè)計方案及結(jié)果Table.3　Experimental design and results for response surface analysis

2.2響應(yīng)面優(yōu)化實驗

2.2.1響應(yīng)面分析實驗結(jié)果對單因素實驗結(jié)果進行方差分析，得萃取溫度、萃取壓力、萃取時間、夾帶劑用量對白藜蘆醇含量均有極顯著影響（p＜0.01），因此選取該4個因素為Box-Behnken實驗設(shè)計的自變量，以白藜蘆醇含量為響應(yīng)值，利用響應(yīng)面分析法對白藜蘆醇的超臨界CO2萃取條件進行優(yōu)化。具體實驗方案及結(jié)果見表3。

運用軟件Design-Expert 8.0.5.0對表3中實驗數(shù)據(jù)進行多元回歸分析，經(jīng)優(yōu)化得模型方程為：Y= 298.64－52.93A+88.33B+41.10C+28.23D－14.26AB－9.81AC－7.01AD+9.72BC+12.24BD+1.92CD－20.04A2－85.94B2－53.79C2－58.37D2。

對該模型進行方差分析，結(jié)果見表4。由表4可知，該模型極顯著（p＜0.0001），且模型失擬項不顯著（p=0.8915＞0.05），表明模型擬合度較好，殘差均由隨機誤差引起。信噪比（Adeq Precision）為75.099，遠大于4，說明該模型可用于實驗數(shù)據(jù)的預(yù)測[25]，決定系數(shù)R2=0.9980，表明該模型中四因素對白藜蘆醇含量的影響占99.80%，調(diào)整系數(shù)Radj2=0.9960，說明該模型能解釋99.60%響應(yīng)值的變化，預(yù)測系數(shù)Rpred2=0.9926，可見該模型預(yù)測性良好，綜上，該模型可用于超臨界CO2萃取白藜蘆醇實驗的分析與預(yù)測。在此模型中，萃取溫度、萃取壓力、萃取時間、夾帶劑用量均對白藜蘆醇含量有極顯著的影響（p＜0.0001），且萃取溫度與萃取壓力（p=0.0002）、萃取溫度與萃取時間（p= 0.0041）、萃取壓力與萃取時間（p=0.0043）、萃取壓力與夾帶劑用量（p=0.0008）之間的交互作用極顯著，萃取溫度與夾帶劑用量（p=0.0279）之間的交互作用顯著。根據(jù)各因素F值的大小可知，各因素主效應(yīng)關(guān)系為：萃取壓力＞萃取溫度＞萃取時間＞夾帶劑用量。

2.2.2交互作用分析根據(jù)回歸方程，將其中任意兩個因素固定在0水平，即可得體現(xiàn)另外兩因素及其交互作用的響應(yīng)曲面圖，見圖5～圖9。

圖5　萃取壓力和溫度對白藜蘆醇提取率影響的響應(yīng)面Fig.5　Responsive surface and contours of the effect of pressure and temperature on resveratrol yield

由圖5可知，固定萃取溫度，白藜蘆醇含量隨著萃取壓力的升高而先增加后平緩，且溫度較低時的增幅比溫度高時的增幅大；在低壓條件下，隨著溫度的升高，白藜蘆醇的含量略有下降，但下降幅度較小，在較高壓力下，白藜蘆醇含量隨著溫度的升高而大幅度降低。從圖5中白藜蘆醇含量出現(xiàn)最大值的區(qū)域可看出，適當(dāng)增加萃取壓力的同時降低萃取溫度有利于白藜蘆醇的萃取。由萃取壓力與萃取溫度相互作用的等高線為橢圓得兩者交互作用顯著，由沿軸方向等高線變化的密集程度可知，萃取壓力主效應(yīng)大于萃取溫度，與上述方差分析結(jié)果相符。

表4　響應(yīng)面結(jié)果方差分析Table.4　Variance analysis of response surface results

由圖6可知，固定萃取溫度，白藜蘆醇含量隨著萃取時間的延長而增加，且在較低溫度下，增幅較大；固定萃取時間，白藜蘆醇含量隨著萃取溫度的增加而降低，且隨著時間的延長，下降趨勢越明顯。由圖6中白藜蘆醇含量出現(xiàn)最大值的區(qū)域可推出，在較低溫度下適當(dāng)延長萃取時間有利于提高白藜蘆醇含量。由萃取時間與萃取溫度相互作用的等高線為橢圓得兩者交互作用顯著，與上述方差分析結(jié)果相符。

圖6　萃取時間和溫度對白藜蘆醇提取率影響的響應(yīng)面Fig.6　Responsive surface and contours of the effect of time and temperature on resveratrol yield

由圖7可知，固定夾帶劑用量，白藜蘆醇含量隨萃取溫度的升高而下降；固定萃取溫度，白藜蘆醇含量隨夾帶劑用量的增加先增加后減少。因此，在低溫條件下，加入適量夾帶劑有利于白藜蘆醇的萃取。由夾帶劑用量與萃取溫度相互作用的等高線為橢圓得兩者交互作用顯著，與上述方差分析結(jié)果相符。

圖7　夾帶劑用量和溫度對白藜蘆醇提取率影響的響應(yīng)面Fig.7　Responsive surface and contours of the effect of entrainment agent dosage and temperature on resveratrol yield

由圖8可知，固定萃取時間，白藜蘆醇含量隨著萃取壓力的升高而先增加后趨于平緩；固定萃取壓力，白藜蘆醇含量隨著萃取時間的延長先增加后略有減少。由萃取時間與萃取壓力相互作用的等高線為橢圓得兩者交互作用顯著，由延軸向等高線變化密集程度可知，萃取壓力主效應(yīng)大于萃取時間，與上述方差分析結(jié)果相符。

圖8　萃取時間和壓力對白藜蘆醇提取率影響的響應(yīng)面Fig.8　Responsive surface and contours of the effect of time and pressure on resveratrol yield

由圖9可知，固定夾帶劑用量，白藜蘆醇含量隨著萃取壓力的增大而增加；固定萃取壓力，白藜蘆醇含量隨著夾帶劑用量的增加先增大后下降。由圖9中白藜蘆醇含量出現(xiàn)最大值的區(qū)域可看出，選擇劑量合適的夾帶劑，增加萃取壓力有利于提高白藜蘆醇含量。由夾帶劑用量與萃取壓力相互作用的等高線為橢圓得兩者交互作用顯著由延軸向等高線變化密集程度可知，萃取壓力主效應(yīng)大于夾帶劑用量，與上述方差分析結(jié)果相符。

圖9　夾帶劑用量和壓力對白藜蘆醇提取率影響的響應(yīng)面Fig.9　Responsive surface and contours of the effect of entrainment agent dosage and pressure on resveratrol yield

由圖10可知，固定夾帶劑用量，白藜蘆醇含量隨萃取時間的延長先增加后略有下降；固定萃取時間，白藜蘆醇含量隨著夾帶劑用量的增加先增后減。因此，過多夾帶劑的加入與萃取時間的過分延長都不利于白藜蘆醇的萃取，選取合適的萃取時間、加入適當(dāng)劑量的夾帶劑才是高效節(jié)能的方法。由夾帶劑用量與萃取時間相互作用的等高線接近圓形得兩者交互作用不顯著，與上述方差分析結(jié)果相符。

圖10　夾帶劑用量和時間對白藜蘆醇提取率影響的響應(yīng)面Fig.10　　Responsive surface and contours of the effect of entrainment agent dosage and time on resveratrol yield

2.2.3白藜蘆醇最優(yōu)萃取條件的確定與驗證在各因素選定范圍內(nèi)，利用軟件Design-Expert 8.0.5.0對模型進行分析優(yōu)化，預(yù)測出最優(yōu)萃取條件為萃取溫度32℃，萃取壓力365.38bar，萃取時間1.38h，夾帶劑用量3.38mL/g，在該條件下白藜蘆醇含量的預(yù)測值為385.51μg/g，考慮到實際操作的便利，將萃取參數(shù)修正為萃取溫度32℃，萃取壓力365bar，萃取時間1.40h，夾帶劑用量3.38mL/g，在該條件下進行三次平行驗證實驗，白藜蘆醇的平均含量為387.34μg/g，與理論預(yù)測值385.51μg/g相近，說明該響應(yīng)面模型能準確地優(yōu)化工藝條件，回歸方程具有一定的實驗指導(dǎo)意義。

3　結(jié)論

在單因素實驗基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法對刺葡萄酒渣中白藜蘆醇的超臨界CO2萃取工藝進行優(yōu)化，建立了白藜蘆醇含量與萃取溫度、萃取壓力、萃取時間及夾帶劑用量四因素的多項式回歸模型，通過驗證實驗證明該模型是科學(xué)可靠的。經(jīng)分析得出，各因素對白藜蘆醇萃取含量影響的主次順序為：萃取壓力＞萃取溫度＞萃取時間＞夾帶劑用量，同時，由多元回歸方程得出超臨界CO2萃取刺葡萄酒渣中白藜蘆醇的最優(yōu)工藝為：萃取溫度32℃，萃取壓力365bar，萃取時間1.40h，夾帶劑用量3.38mL/g，在該條件下，白藜蘆醇（以反式白藜蘆醇苷的形式存在）含量為387.34μg/g，與預(yù)測值相近，且高于任何一次單因素實驗，證明優(yōu)化得到的提取工藝合理可靠。

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Optimization of supercritical CO2extraction of resveratrol from V.didii.Foex fruit wine residues by response surface methodology

LIU Ting，WANG Yan*，LI Yun，WEN Xin-yu，OUYANG Meng-yun，LIU Bin-han
（College of Food Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China）

In order to improve comprehensive utilization of V.didii.Foex，the resveratrol from V.didii.Foex fruit wine residues was extracted by supercritical fluid extraction.Based on single factor experiments，response surface methodology was adopted to investigate the effects of extraction temperature，extraction pressure，extraction time and entrainment agent dosage on resveratrol yield.The optimal extraction conditions were as follows：extraction temperature 32℃，extraction pressure 365bar，extraction time 1.40h and entrainment agent dosage 3.38mL/g.Under these conditions，the yield of resveratrol was 387.34μg/g，and mainly in the form of trans-piceid.

V.didii.Foex fruit wine residues；resveratrol；supercritical CO2；response surface methodology

TS255.1

B

1002-0306（2015）04-0193-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.034

2014－06－20

劉婷（1990-），女，碩士研究生，研究方向：食品化學(xué)與營養(yǎng)。

王燕（1968-），女，博士，教授，研究方向：食品化學(xué)與營養(yǎng)。

湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目（DFCXS201302）。